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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2019.tde-22012019-175214
Document
Author
Full name
Éllen Cristina Alves de Anicésio
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2018
Supervisor
Committee
Monteiro, Francisco Antonio (President)
Boas, Roberto Lyra Villas
Coutinho, Edson Luiz Mendes
Silva, Edna Maria Bonfim da
Title in Portuguese
Potássio na amenização dos efeitos tóxicos induzidos pelo cádmio no capim tanzânia
Keywords in Portuguese
Panicum maximum
Estresse oxidativo
Fitorremediação
Nutrição de plantas forrageiras
Abstract in Portuguese
O cádmio (Cd) é importante poluente ambiental, que prejudica a produtividade das plantas e traz consequências graves à saúde humana. Uma das possíveis estratégias para mitigar os danos provocados pelo Cd na planta é o suprimento adequado de potássio (K), uma vez que esse nutriente atua na modulação de processos fisiológicos e mecanismos antioxidantes dos vegetais. Objetivou-se avaliar a importância do K nos mecanismos envolvidos na tolerância do capim tanzânia (Panicum maximum cv. Tanzânia) ao estresse oxidativo induzido pelo Cd. As plantas foram cultivadas em casa de vegetação com delineamento de blocos completos ao acaso, em esquema fatorial 3x4, com três doses de K (0,4; 6,0 e 11,6 mmol L-1) combinadas com quatro doses de Cd (0,0; 0,5; 1,0 e 1,5 mmol L-1) fornecidas em solução nutritiva, com seis repetições, sendo três destinadas à avaliação dos parâmetros produtivos e nutricionais e outras três aos parâmetros fisiológicos e metabólicos. Foram avaliados dois períodos de crescimento das plantas, sendo o primeiro corte aos 35 dias após o transplantio das mudas e o segundo aos 27 dias após o primeiro. No segundo crescimento não foi adicionado Cd na solução nutritiva. O aumento do fornecimento de K resultou em incremento na produção de massa seca da parte aérea do capim tanzânia exposto às doses de Cd até 1,0 mmol L-1, no segundo corte. O acúmulo de Cd na parte aérea do capim foi mais elevado em condições de alta disponibilidade de Cd (1,5 mmol L-1) e de K (11,6 mmol L-1). O aumento das doses de Cd resultou em mais baixas concentrações de cálcio, magnésio, enxofre e manganês e mais elevadas concentrações de K, cobre, ferro e zinco na parte aérea do capim, no segundo corte. O maior fornecimento de K proporcionou mais elevadas taxas de assimilação de CO2 e de transpiração, condutância estomática, eficiência quântica do fotossistema II e taxa de transporte de elétrons em plantas expostas a doses intermediárias de Cd (0,5 a 1,0 mmol L-1). As concentrações de malondialdeído (MDA), peróxido de hidrogênio (H2O2) e prolina na parte aérea das plantas foram mais altas em condições de altas disponibilidades de Cd. As mais altas doses de K para plantas submetidas ao estresse por Cd resultaram em mais baixas concentrações de MDA devido ao incremento proporcionado por esse nutriente na atividade das enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), guaiacol peroxidase (GPX), ascorbato peroxidase (APX) e glutationa redutase (GR), avaliadas no segundo corte. O K promoveu aumento das concentrações de espermidina e espermina em plantas sob toxidez por Cd. Portanto, o K ameniza os efeitos tóxicos induzidos pelo Cd no capim tanzânia, reduzindo o estresse oxidativo por meio do aumento da atividade das enzimas antioxidantes e da concentração de poliaminas, o que resulta em maior produção de massa seca da parte aérea e maior acúmulo de Cd, aumentando a capacidade de fitoextração de Cd pelo capim tanzânia.
Title in English
Potassium in mitigation of cadmium-induced toxic effects in tanzania guinea grass
Keywords in English
Panicum maximum
Antioxidant enzymes
Heavy metal
Nutrition of forage grasses
Oxidative stress
Phytoremediation
Abstract in English
Cadmium (Cd) is an important environmental pollutant, which damages plant productivity and has serious consequences for human health. One of the possible strategies to mitigate the damage caused by Cd in the plant is the supply of potassium (K), since this nutrient acts in the modulation of the physiological processes and antioxidant mechanisms of the plants. The aim of this study was to evaluate the importance of K in the mechanisms involved in the tolerance of tanzania guinea grass (Panicum maximum cv. Tanzania) to the oxidative stress induced by Cd. Plants were grown in a greenhouse, in randomized complete block design, using a 3x4 factorial, with three rates of K (0.4, 6.0 and 11.6 mmol L-1) combined with four rates of Cd (0.0, 0.5, 1.0 and 1.5 mmol L-1) provided in nutrient solution, with six replications, three for the evaluation of productive and nutritional parameters and three for physiological and metabolic parameters. Two plant growth periods were evaluated, with the first harvest done at 35 days after seedlings transplanting and the second at 27 days after the first. In the second growth, Cd was not added to the nutrient solution. High K supply increased dry matter yield of tanzania guinea grass receiving Cd rates up to 1.0 mmol L-1, at the second harvest. The accumulation of Cd in the shoots of the grass was high in the conditions of high availability of Cd (1.5 mmol L-1) and K (11.6 mmol L-1). The increase in Cd rates resulted in low concentrations of calcium, magnesium, sulfur and manganese and high concentrations of K, copper, iron and zinc in the shoots of the grass at the second harvest. High K supply provided high rates of CO2 assimilation, transpiration, stomatal conductance, quantum efficiency of photosystem II and rate of electron transport in plants grown in intermediate rates of Cd (0.5 to 1.0 mmol L-1). The concentrations of malondialdehyde (MDA), hydrogen peroxide (H2O2) and proline in the shoots were high in conditions of high availability of Cd. High rates of K in plants submitted to Cd stress resulted in low concentrations of MDA due to the activities superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), guaiacol peroxidase (GPX), ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase (GR) determined in the second harvest. K resulted in high concentrations of spermidine and spermine in plants under the toxic effect of Cd. Therefore, K alleviates the toxic effects induced by Cd in tanzania guinea grass, reducing oxidative stress by increasing the activity of antioxidant enzymes and the concentration of polyamines, which results in high shoot dry mass production and high Cd accumulation, increasing the capacity of Cd phytoextraction by tanzania guinea grass.
 
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Publishing Date
2019-03-08
 
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