Tolerância ao excesso de amônio e fotossíntese em plantas de arroz
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) |
Texto Completo: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30012 |
Resumo: | Land plants can utilize nitrate (NO3-) or ammonium (NH4+) as preferably N source. Nevertheless, cellular NH4+ accumulation presents potential harmful effects for metabolism, such as proton gradient uncoupling, photosynthesis constraining, growth stunting, decreased productivity and occasionally leading to plant death. Therefore,plants that are preferably NH4+ users, such as rice (Oryza sativa japonica cv.Nipponbare) had to evolve several mechanisms to cope with high ammonium concentrations exposure. However, toxicity mechanisms as well as rice tolerance strategies to NH4+ are not completely understood. Aiming to investigate this phenomenon, intact rice plants and leaf segments were exposed 10 mM NO3- or 10 mM NH4+ in presence of 400 μmol m-2 s-1 (ML) and 2000 μmol m-2 s-1 (HL). Intact rice plants exhibited high NH4+ accumulation in roots associated with unchanged GSGOGAT activities and low ammonium export via xylem. This avoidance strategy probably allowed photosynthetic apparatus protection and absence of differences in CO2 assimilation and PSII and PSI quantum efficiency (ΦPSII, ΦPSI). Despite similarΦPSII activity, intact plants exposed to NH4+ exhibited slight delay in PSII darkrecovery, which indicates the existence of early evidences for ammonium toxicity in rice leaves. Oppositely, leaf segments exposed to 10 mM NH4+ exhibited very high ammonium accumulation, especially at HL, associated with great GS1 activity induction. These segments exhibited also a greater delay in PSII dark-recovery, which was aggravated by HL, and lower maximum quantum efficiency of PSII (Fv/Fm), which are evidences of photoinhibition. The greater PSI limitation at donor side (ΦNA), under such conditions, corroborates the existence of ammonium-induced negative effects on PSII recovery. Thus, we propose that NH4+ toxicity mechanism in leaves involves constraint in the PSII repair in the dark and resistance in rice plants, in terms of photosynthesis maintenance, is dependent on the ammonium levels that reach photosynthetic apparatus. |
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Tolerância ao excesso de amônio e fotossíntese em plantas de arrozTolerance to excess ammonium and photosynthesis in rice plantsAlta luzToxidez de NH4 +Metabolismo de nitrogênioOryza sativaLand plants can utilize nitrate (NO3-) or ammonium (NH4+) as preferably N source. Nevertheless, cellular NH4+ accumulation presents potential harmful effects for metabolism, such as proton gradient uncoupling, photosynthesis constraining, growth stunting, decreased productivity and occasionally leading to plant death. Therefore,plants that are preferably NH4+ users, such as rice (Oryza sativa japonica cv.Nipponbare) had to evolve several mechanisms to cope with high ammonium concentrations exposure. However, toxicity mechanisms as well as rice tolerance strategies to NH4+ are not completely understood. Aiming to investigate this phenomenon, intact rice plants and leaf segments were exposed 10 mM NO3- or 10 mM NH4+ in presence of 400 μmol m-2 s-1 (ML) and 2000 μmol m-2 s-1 (HL). Intact rice plants exhibited high NH4+ accumulation in roots associated with unchanged GSGOGAT activities and low ammonium export via xylem. This avoidance strategy probably allowed photosynthetic apparatus protection and absence of differences in CO2 assimilation and PSII and PSI quantum efficiency (ΦPSII, ΦPSI). Despite similarΦPSII activity, intact plants exposed to NH4+ exhibited slight delay in PSII darkrecovery, which indicates the existence of early evidences for ammonium toxicity in rice leaves. Oppositely, leaf segments exposed to 10 mM NH4+ exhibited very high ammonium accumulation, especially at HL, associated with great GS1 activity induction. These segments exhibited also a greater delay in PSII dark-recovery, which was aggravated by HL, and lower maximum quantum efficiency of PSII (Fv/Fm), which are evidences of photoinhibition. The greater PSI limitation at donor side (ΦNA), under such conditions, corroborates the existence of ammonium-induced negative effects on PSII recovery. Thus, we propose that NH4+ toxicity mechanism in leaves involves constraint in the PSII repair in the dark and resistance in rice plants, in terms of photosynthesis maintenance, is dependent on the ammonium levels that reach photosynthetic apparatus.Plantas superiores utilizam nitrato (NO3-) ou amônio (NH4+) como principal fonte de N. Mesmo assim, a acumulação de NH4+ na célula apresenta efeitos potenciais prejudiciais ao metabolismo. Tais como, desacoplador do gradiente de prótons,diminuição da fotossíntese, crescimento atrofiado, decréscimo de produtividade e ocasionalmente levando a morte das plantas. Portanto, plantas que utilizam preferencialmente NH4+, como planta de arroz (Oryza sativa ssp japonica cv. Nipponbare) tiveram que desenvolver vários mecanismos para lidar com exposição às altas concentrações externas de amônio. Entretanto, mecanismos de toxidade, bem como, estratégias de tolerância do arroz ao NH4+ não são totalmente conhecidos. Visando investigar esses fenômenos plantas intactas e segmento foliar de arroz foram expostas a 10 mM de NO3- ou 10 mM de NH4+ sob 400 mol m-2 s-1 (LM) ou 2000mol m-2 s-1 (LA) de luminosidade. Plantas intactas de arroz apresentaram alta acumulação de NH4+ radicular associado com atividade de GS/GOGAT inalterados e baixa translocação de amônio via xilema. Esta estratégia de restrição do transporte amônio provavelmente permitiu a proteção do aparatos fotossintéticos, assimilação de CO2 e eficiência quântica PSII e PSI (PSII, PSI). Apesar da atividade semelhante de PSII, plantas intactas expostas a NH4+ exibiram um pequeno retardo na cinética de relaxamento do PSII quando adaptado ao escuro, indicando a existência de evidências precoces para a toxicidade de amônio nas folhas de arroz. Em oposição, segmentos de folhas expostas a 10 mM NH4+ exibiu um acúmulo muito alto de amônio, especialmente em AL associado com a alta indução da atividade de GS1. Esses segmentos exibiram também, um grande retardamento na PSII na recuperação a adaptação ao escuro, sendo agravado por AL, e baixa máxima eficiência quântica máxima do PSII (Fv/Fm) que são evidencias de fotoinibição. A maior limitação do PSI do lado aceptor (NA), sobe tais condições, corrobora a existência de indução dos efeitos negativos na recuperação do PSII. Assim, propomos que o mecanismo de toxidez de NH4+ nas folhas envolve a restrição no reparo do PSII no escuro e a resistência em plantas de arroz em termo de manutenção da fotossíntese, é dependente dos níveis de amônia que alcançam o aparato fotossintético.Silveira, Joaquim Albenisio Gomes daLobo, Ana Karla MoreiraAlencar, Vicente Thiago Candido Barros2018-03-01T17:56:17Z2018-03-01T17:56:17Z2017info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfALENCAR, Vicente Thiago Candido Barros. Tolerância ao excesso de amônio e fotossíntese em plantas de arroz. 2017. 107 f. 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