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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.11.2019.tde-17012019-163213
Document
Author
Full name
Leandro Otávio Vieira Filho
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2018
Supervisor
Committee
Monteiro, Francisco Antonio (President)
Batista, Karina
Grassi Filho, Helio
Schmidt, Fabiana
Title in English
Silicon and tanzania guinea grass tolerance to stress by copper toxicity
Keywords in English
Beneficial element
Cu × Si interaction
Forage grass
Metal toxicity
Oxidative stress
Phytoremediation
Abstract in English
Whist copper (Cu) is an essential element for plants, when this element is present in excess quantities it can cause irreversible damage. This metal induces excessive production of reactive oxygen species (ROS), which damages organelles causing dysfunction. A possible means for the promotion of metal tolerance in plants is the adition of the element silicon (Si). The current study was conducted with the aim of evaluating the role of Si (0, 1 and 3 mmol L-1) on the morphologic, nutritional, metabolic and physiological responses of Panicum maximum cv. Tanzania under different Cu rates (0.3, 250, 500 and 750 μmol L-1). The grass was grown in a greenhouse under hydroponic conditions for two growth periods (33 and 30 days). Thirteen days after sowing, the seedlings were transplanted to a nutrient solution and supplied just with the Cu rate of 0.3 μmol L-1 and the set Si rates for 25 days. The remaining Cu rates were only added for a seven day period during the first growth stage. The second harvest took place 31 days after the first harvest. The experiment had six randomized blocks: three for yield, morphology and nutritional analyses and three for metabolic and physiological analyses. Plant yield, morphology and metabolic parameters were quantified in shoots and roots. Chlorophyll content index (SPAD values) and gas exchange parameters were determined in diagnostic leaves (DL), and Cu and Si concentrations were analysed from the DL and roots. The calculation of Cu and Si contents took into account the whole plant biomass. Plants exposed to Cu rates above 0.3 μmol L-1 showed low values of plant yield, morphologic parameters and SPAD, in both growth periods. Silicon supplied plants showed lower Cu concentration and content, and higher values of plant yield, morphlogic parameters and SPAD than the ones with no Si application. Silicon concentration and content were higher in plants exposed to excess Cu compared to those exposed to the control rate (0.3 μmol L-1). Gas exchange parameters in plants of the first growth were positively affected by Si supply and negatively affected by Cu rates. In the second growth, an eustress event was observed, in which plants exposed to stressing rates of residual Cu showed the highest values of gas exchange parameters and the lowest values of stress indicators. The activities of antioxidant enzymes were reduced with the increment in Cu rates. Silicon supply resulted in an increment in superoxide dismutase (SOD) activity. Tanzania guinea grass supplied with Si was able to better deal with Cu toxicity, showing increases in plant yield, morphologic and gas exchange parameters. Silicon supplied plants reduced their absorption of Cu and consequently, plants exposed to high Cu rates were still able to produce considerable biomass in the regrowth.
Title in Portuguese
Silício e a tolerância do capim-tanzânia ao estresse pela toxidez por cobre
Keywords in Portuguese
Elemento benéfico
Estresse oxidativo
Fitorremediação
Forrageiras
Interação Cu × Si
Toxidez por metal
Abstract in Portuguese
O cobre (Cu) é um elemento essencial para as plantas, porém, quando em excesso, pode causar danos irreversíveis às plantas. Este metal induz a produção excessiva de espécies reativas de oxigênio (ERO), que danificam organelas causando a disfunção delas. Uma possível maneira de aumentar a tolerância de plantas aos metais é o fornecimento de silício (Si). Um experimento foi conduzido com o objetivo de avaliar o papel do Si (0, 1 e 3 mmol L-1) nas respostas morfológicas, nutricionais, metabólicas e fisiológicas do Panicum maximum cv. Tanzânia sob doses de Cu (0,3, 250, 500 e 750 μmol L-1). Esse capim foi cultivado hidroponicamente em casa de vegetação por dois períodos de crescimento (33 e 30 dias). Treze dias após a semeadura, plântulas foram transplantadas para solução nutritiva, fornecendo-se apenas as doses de Si por 25 dias. A exposição ao cobre foi realizada apenas no primeiro crescimento das plantas e durou sete dias. O segundo corte ocorreu 31 dias após o primeiro corte. O experimento consistia de seis blocos completos ao acaso: três para avaliações de produção, morfologia e análises nutricionais e três para análises metabólicas e fisiológicas. A produção, a morfologia e o metabolismo das plantas foram quantificados na parte aérea e nas raízes. O índice de conteúdo de clorofila (valores SPAD) e as análises fisiológicas foram determinados nas lâminas diagnósticas (LD), e as concentrações de Cu e Si nas LD e nas raízes. Para o cálculo dos acúmulos de Cu e Si levou-se em consideração toda a biomassa da planta. Plantas expostas a doses de Cu acima de 0,3 μmol L-1 apresentaram menores valores de produtividade, parâmetros morfológicos e de SPAD. Plantas supridas com Si apresentaram menor concentração e acúmulo de Cu, e maiores valores de produtividade, parâmetros morfológicos e SPAD do que aquelas que não receberam o fornecimento de Si. A concentração e o acúmulo de silício foram maiores nas plantas expostas ao excesso de Cu do que nas expostas à dose controle de Cu (0,3 μmol L-1). Os parâmetros de trocas gasosas das plantas no primeiro crescimento foram afetados positivamente pelo Si e negativamente pelo incremento nas doses de Cu. No segundo crescimento, observou-se evento de eustresse em que plantas expostas à dose de Cu residual apresentaram os valores mais altos de parâmetros de troca gasosa e os valores mais baixos de indicadores de estresse. As atividades de enzimas antioxidantes foram reduzidas com o incremento nas doses de Cu. O suprimento de silício resultou em incremento na atividade da superóxido dismutase (SOD). O capim tanzânia suplementado com Si foi capaz de suportar melhor a toxicidade do Cu, mostrando um aumento na produção de biomassa da planta, e em parâmetros morfológicos e de trocas gasosas. As plantas suplementadas com Si reduziram a absorção de Cu e, consequentemente, plantas expostas a altas taxas de Cu e suplementadas com Si ainda foram capazes de produzir uma biomassa apreciável na rebrota.
 
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Release Date
2022-08-02
Publishing Date
2019-02-01
 
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