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Tipo: Tese
Título: Nickel and glyphosate on the potentiation of the soybean resistance against infection by Phakopsora pachyrhizi
Níquel e glifosato na potencialização da resistência da soja à infecção por Phakopsora pachyrhizi
Autor(es): Einhardt, Andersom Milech
Abstract: In this study, the effects of nickel (Ni) (60 g ha -1 Ni) and glyphosate (Gl) (960 g ha -1 e.a. Gl) spray on the antioxidative, defense, and ethylene metabolisms of soybean plants inoculated with P. pachyrhizi were evaluated. In the first experiment, the severity of Asian soybean rust (ASR) decreased by 35% in plants of cv. TMG 135 treated with Ni (+Ni). The malondialdehyde (MDA) concentration was higher in plants not treated with Ni (-Ni) than in +Ni plants and was linked to ASR severity and extensive colonization of the palisade and spongy parenchyma cells by fungal hyphae. The lignin concentration, β-1,3-glucanase (GLU) activity, and expression of the URE gene and the defense-related genes PAL1.1, PAL2.1, CHI1B1, and PR-1A were up- regulated in +Ni infected plants. Taken together, the information provided in this study showed the great potential of Ni to increase the basal level of soybean resistance to ASR and to complement other control methods within the context of sustainable agriculture. In the second experiment, ASR severity in plants of cv. TMG 135 decreased by 34% due to Ni supply. In inoculated plants, the MDA concentration and superoxide (O2-) and hydrogen peroxide (H2O2) accumulation were lower for +Ni plants in comparison to -Ni plants. The antioxidant enzymes activities were inefficient to avoid the high reactive species of oxygen (ROS) accumulation on -Ni inoculated plants. The photosynthetic pigments, maximum photochemical efficiency of photosystem II (PSII), effective yield of PSII, electron transport rate, rate of net carbon assimilation, stomatal conductance to water vapor, and transpiration rate values were higher and the yield for other non-regulated losses and internal CO2 concentration values were lower for +Ni inoculated plants in comparison to -Ni inoculated plants. High ROS production and the great damage to the photosynthetic apparatus damage caused by P. pachyrhizi infection on -Ni plants affected the synthesis of the sugars and increased the energetic consumption limiting therefore, the plant energetic reserves faster in contrast to +Ni plants. In conclusion, the cellular oxidative damage and the impairment on the photosynthetic apparatus of soybean plants caused by P. pachyrhizi infection were alleviated by supplying Ni foliarly. In the thirst experiment, ASR severity was lower by 37, 68, and 77% in plants of cv. TMG 132 supplied with Ni, Gl, and Ni and Gl (Ni+Gl) in comparison to plants supplied with water (control). The inoculation caused largest and fastest increase in the concentration of ROS and MDA in control plants in comparison to Ni and Gl plants. In inoculated plants, the Ni and Gl increased phenylalanine ammonia lyase and GLU activities and phenolics concentration. Additionally, Ni-treated plants showed a fasted cell wall lignification than control plants. Polyphenoloxidase activity was increased by Gl at 5 days after inoculation, regardless of P. pachyrhizi infection. In conclusion, this study demonstrated that Ni and Gl regulate differently the activity of defense enzymes and did not affect the antioxidant enzymes in soybean plants infected by P. pachyrhizi. In the fourth experiment, the ASR severity was reduced on plants of cv. TMG 132 sprayed with Ni and Gl. Carotenoids and chlorophylls concentrations were preserved for Ni, Gl, and Ni+Gl inoculated plants in comparison to that in control plants. Parameters of chlorophyll a fluorescence revealed photosynthetic apparatus damage and lowest destination of energy to photochemistry process on inoculated plants from the control treatment. Limitations on the photosynthetic machinery capacity of inoculated plants to capture light and use the absorbed energy by PSII reflected on their capacity to reduce the CO2 as indicated by the high values for internal CO2 concentration and low values for rate of net carbon assimilation. Low sugars concentration on inoculated plants from the control treatment was linked to their reduced photosynthetic capacity due to the high ASR severity. For non-inoculated plants, ethylene concentration was not affected by Ni and Gl, but its concentration decreased for inoculated plants being more pronounced for plants from the control treatment. In conclusion, this study sheds light into the role played by both Ni and Gl on ASR control from a physiological point of view. Soybean plants exposed to Ni and Gl were able to maintain their photosynthetic capacity and the great ethylene concentration during the infection process of P. pachyrhizi. Keywords: Plant nutrition. Herbicide. Host defense. Photosynthesis. Asian Soybean Rust.
Neste estudo, foram avaliados os efeitos da aplicação foliar de níquel (Ni) (60 g ha -1 Ni) e glifosato (Gl) (960 g ha -1 e.a. Gl) nos metabolismos antioxidante, de defesa e do etileno de plantas de soja inoculadas com P. pachyrhizi. No primeiro experimento, a severidade da ferrugem asiática da soja (ASR) diminuiu em 35% nas plantas do cv. TMG 135 tratadas com Ni (+Ni). A concentração de malondialdeído (MDA) foi maior nas plantas não tratadas com Ni (-Ni) em comparação com as plantas +Ni, corroborando com os valores de severidade da ASR e com a elevada colonização das células dos tecidos paliçádico e esponjoso pelas hifas do fungo. A concentração de lignina, a atividade da enzima β-1,3-glucanase (GLU) e a expressão do gene URE e dos genes relacionados à resistência PAL1.1, PAL2.1, CHI1B1 e PR-1A foram regulados positivamente nas plantas +Ni inoculadas. Em conjunto, a informação gerada a partir desse estudo mostrou o potencial do Ni para incrementar o nível basal de resistência da soja contra a ASR e complementar outros métodos de controle em sistemas agrícolas mais sustentáveis. No segundo experimento, a severidade da ASR em plantas de soja do cv. TMG 135 diminuiu em 34% devido ao suprimento de Ni. Em plantas inoculadas, a concentração de MDA e o acúmulo de superóxido (O2-) e de peróxido de hidrogênio (H2O2) foram menores nas plantas +Ni em comparação com as plantas -Ni. As atividades das enzimas antioxidantes foram insuficientes para evitar o alto acúmulo de espécies reativas de oxigênio (ROS) nas plantas -Ni inoculadas. A concentração de pigmentos fotossintéticos e os valores da máxima eficiência fotoquímica do fotossistema II (PSII), produção efetiva do PSII, taxa de transporte de elétrons, taxa líquida de assimilação de carbono, condutância estomática de vapor de água e da taxa transpiratória foram maiores e os valores do rendimento por outras perdas não reguladas e da concentração interna de CO2 foram menores nas plantas +Ni inoculadas em comparação com as plantas -Ni inoculadas. A elevada produção de ROS e o maior dano no aparato fotossintético causado pela infecção com P. pachyrhizi em plantas -Ni afetou a síntese de açúcares e incrementou o consumo energético, limitando, dessa forma, as reservas energéticas da planta mais rapidamente em comparação com as plantas +Ni. Como conclusão, os danos oxidativos celulares e os prejuízos no aparato fotossintético de plantas de soja causados pela infecção com P. pachyrhizi foram amenizados pelo suprimento foliar de Ni. No terceiro experimento, a severidade da ASR foi menor em 37, 68 e 77% em plantas do cv. RR TMG 132 supridas com Ni, glifosato (Gl) e Ni e Gl (Ni+Gl) em comparação com plantas supridas com água (controle). A inoculação promoveu um maior e mais rápido incremento na concentração de ROS e MDA nas plantas controle em comparação com plantas Ni e Gl. Em plantas inoculadas, o Ni e o Gl incrementaram a atividade das enzimas fenilalanina amônia liase e GLU e a concentração de compostos fenólicos. Adicionalmente, plantas tratadas com Ni apresentaram uma lignificação celular mais rápida em comparação com plantas controle. A atividade da enzima polifenoloxidase foi aumentada pelo Gl aos 5 dias após a inoculação, independente da infecção por P. pachyrhizi. Em conclusão, este estudo demonstrou que o Ni e o Gl regulam diferencialmente a atividade de enzimas de defesa e não afetam a atividade de enzimas antioxidantes em plantas de soja infectadas com P. pachyrhizi. No quarto experimento, a severidade da ASR foi reduzida em plantas do cv. RR TMG 132 pulverizadas com Ni e Gl. As concentrações de carotenóides e clorofila foram preservadas em plantas inoculadas dos tratamentos Ni, Gl e Ni+Gl em comparação com plantas inoculadas do tratamento controle. Os parâmetros de fluorescência da clorofila a revelaram danos ao aparato fotossintético e menor destinação de energia para o processo fotoquímico em plantas inoculadas do tratamento controle em comparação com as plantas inoculadas dos demais tratamentos. As limitações da maquinaria fotossintética para capturar a luz e para usar a sua energia pelo PSII refletiram na sua capacidade em reduzir o CO2 , como demonstrado pelos elevados valores de concentração interna de CO2 e baixos valores na taxa de assimilação líquida de carbono. A baixa concentração de açúcares em plantas do tratamento controle foi relacionada com sua reduzida capacidade fotossintética devido à elevada severidade da ASR. Para plantas não inoculadas, a concentração de etileno não foi afetada pelo Ni e Gl, contudo, a concentração desse hormônio foi diminuída em plantas inoculadas, sendo essa diminuição mais pronunciada para plantas do tratamento controle. Em conclusão, esse estudo esclarece o papel desempenhado pelo Ni e pelo Gl no controle da ASR de um ponto de vista fisiológico. Plantas de soja expostas ao Ni e ao Gl foram capazes de manter sua capacidade fotossintética e a alta concentração de etileno durante o processo infeccioso de P. pachyrhizi. Palavras-chave: Nutrição vegetal. Herbicida. Defesa vegetal. Fotossíntese. Ferrugem asiática da soja.
Palavras-chave: Soja - Resistência a doenças e pragas
Plantas - Nutrição
Herbicidas
Fotossíntese
Ferrugem-da-soja
CNPq: Fisiologia de Plantas Cultivadas
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Titulação: Doutor em Fisiologia Vegetal
Citação: EINHARDT, Andersom Milech. Nickel and glyphosate on the potentiation of the soybean resistance against infection by Phakopsora pachyrhizi. 2020. 117 f. Tese (Doutorado em Fisiologia Vegetal) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2020.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://locus.ufv.br//handle/123456789/29065
Data do documento: 18-Mar-2020
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