Interactions between magnesium, calcium, and aluminum on soybean root elongation

Abstract

Alleviation of Al rhizotoxicity by Ca and Mg can differ among species and genotypes. Root elongation of soybean [Glycine max (L.) Merr.] line N93-S-179 and cvs. Young and Ransom exposed to varying concentrations of Al, Ca and Mg were compared in two experiments using a vertically split root system. Roots extending from a surface compartment with limed soil grew for 12 days into a subsurface compartment with nutrient solution treatments maintained at pH 4.6 with either 0 or 15 µmol L-1 Al. Calcium and Mg concentrations in treatments ranging from 0 to 20 mmol L-1. Although an adequate supply of Mg was provided in the surface soil compartment for soybean top growth, an inclusion of Mg was necessary in the subsurface solutions to promote root elongation in both the presence and absence of Al. In the absence of Al in the subsurface solution, tap root length increased by 74 % and lateral root length tripled when Mg in the solutions was increased from 0 to either 2 or 10 mmol L-1. In the presence of 15 µmol L-1 Al, additions of 2 or 10 mmol L-1 Mg increased tap root length fourfold and lateral root length by a factor of 65. This high efficacy of Mg may have masked differences in Al tolerance between genotypes N93 and Young. Magnesium was more effective than Ca in alleviating Al rhizotoxicity, and its ameliorative properties could not be accounted for by estimated electrostatic changes in root membrane potential and Al3+ activity at the root surface. The physiological mechanisms of Mg alleviation of Al injury in roots, however, are not known.

A redução na rizotoxidez de Al por Ca e Mg difere entre espécies e genótipos. A elongação radicular da linhagem N93-S-179 e cvs. Young e Ransom de soja [Glycine max (L.) Merr.] exposta a concentrações variáveis de Al, Ca e Mg foi comparada em dois experimentos, usando um sistema de raízes subdivididas verticalmente. As raízes cresceram por 12 dias a partir de um compartimento superficial com solo corrigido para um compartimento subsuperficial com soluções nutritivas que continha os tratamentos e mantidas a pH 4,6. As concentrações de Ca e Mg nos tratamentos variaram de 0 a 20 mmol L-1. Embora tenha sido providenciado um suprimento adequado de Mg para o crescimento da parte aérea da soja no compartimento superficial com solo, a adição de Mg nas soluções subsuperficiais foi necessária para promover a elongação radicular tanto na presença como na ausência de Al. Na ausência de Al na solução em subsuperfície, o comprimento de raízes aumentou 74 % e o comprimento das raízes laterais triplicou quando Mg da solução foi aumentado de 0 para 2 ou 10 mmol L-1. Na presença de 15 µmol L-1 de Al, adições de 2 ou 10 mmol L-1 de Mg aumentaram o crescimento da raiz principal em quatro vezes e das raízes laterais por uma fator de 65. Esta elevada eficiência do Mg pode ter mascarado as diferenças na tolerância ao Al entre os genótipos N93 e Young. O Mg foi mais eficiente que o Ca para reduzir a rizotoxidez do Al, e sua propriedade protetora não pode ser explicada pelas mudanças eletrostáticas estimadas para o potencial da membrana e atividade do Al3+ na superfície da raiz. No entanto, os mecanismos fisiológicos envolvidos no efeito protetor do Mg contra a toxidez do Al às raízes ainda não são conhecidos.