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Universidade de São PauloCentro de Energia Nuclear na Agricultura
SILÍCIO NA INDUÇÃO DE FATORES DESILÍCIO NA INDUÇÃO DE FATORES DEDEFESA DE DEFESA DE CitrusCitrus jambhirijambhiri
Orientada: Enga. Agra. Elena Pérez Faggiani
Orientadora: Dra. Siu Mui Tsai
Novembro/2002
OBJETIVOS• GERALGERAL::
Contribuir ao conhecimento do potencial do silício na indução dos fatoresde defesa de plantas cítricas à doenças utilizando como modelo opatossistema Limão rugoso (C. Jambhiri Lusk) - Phytophthora nicotianae.
Efeito do silício solúvel no controle de Pythium ultimum em plantas de pepino crescendo em condiçõeshidropônicas. Esquerda: Si (-) P. (+). Direita: Si (+) P (+). Si= 100 ppm.Fonte: Chérif, M. Use of Potassium Silicate Amendments in Recirculating Nutrient Solutions toSupress Pythium ultimum on Long English Cucumber. Plant Disease 76:1008-1011
ANTECEDENTESANTECEDENTES• SILÍCIO
• Características gerais
• Silício no controle das doenças
• Modo de ação do Si
2. RESISTÊNCIA DAS PLANTAS A PATÓGENOS
• Indução de resistência
• Mecanismos envolvidos na indução de resistência a doenças
• Proteínas relacionadas com a patogênese (PR-proteínas)
Características gerais da relação planta - SiCaracterísticas gerais da relação planta - Si
• Segundo elemento mais importante na litosfera
•Conteúdo na solução do solo depende do tipo ecomposição de minerais do solo
•Absorvido pelas plantas como ácido silícico
•Presença de Si nas plantas: conteúdo e seu papel
Epstein (1994, 2001), Birchal (1995), Exley (1998), Gascho (2001)
Efeito benéfico do silícioEfeito benéfico do silício
Estresse abiótico
Estresse biótico
Doenças
Pragas
Condições climáticas:
Ventos fortes, frio e baixa luminosidade
Déficit hídrico
Estresse mineral:P; M n; Al; N .
Em condições de estresse, melhora o rendimento e/ou crescimento das culturas
SILÍCIO NO CONTROLE DE DOENÇASSILÍCIO NO CONTROLE DE DOENÇAS
ESPÉCIE VEGETAL PATÓGENO AUTOR Arroz Vários Japoneses (cit. Datnoff et al
1997) Pepino Oídio Wagner (1940) Arroz Pyricularia oryzae Volk (1958) Arroz P. oryzae e Bipolaris oryzae Datnoff et al (1987, 1988) Arroz B. oryzae Datnoff et al (1994) Arroz Curvularia, Helminthosporium,
Fusarium, Magnaporte grisea Köndorfer et al (1999); Santos et al (2002)
Cana de azúcar Leptosphaeria. sacchari e Puccina melanocephala
Raid et al (1992)
Cebada Erysiphe graminis Jiang et al (1989) Pepino Sphaerotheca fuliginea (oídio) Adatia & Besford (1986) Pepino Sphaerotheca fuliginea (oídio) Miyake & Takahashi (1983) Pepino Sphaerotheca fuliginea (oídio) Menzies et al (1991) Pepino Pythium ultimum Chérif & Bélanger (1992) Pepino/Melao/Abóbara Sphaerotheca fuliginea (oídio) Menzies et al (1992) Videira Uncinola necator (oídio) Bowen et al (1992) Citrus Sanidade geral Matichencov et al (1999)
INTERAÇÕES PLANTA-PATÓGENO
(AMBIENTE)
RESISTÊNCIARESISTÊNCIA
(ocorre na maioria das interações)
SUSCETIBILIDADE - SUSCETIBILIDADE - DoençaDoença
(não frequente)
• Resistência constitutiva
• Órgão específica
• Idade do tecido
• Raça específica
• Resistência induzida
CompatívelIncompatível
RResistênciaesistência dasdas plantas aosplantas aos patógenos patógenos
Entre m. plasmática eparede celular
Em torno ao sítio depenetração,
ESTRUTURAS DE DEFESACELULAR
Acumulação deSilício na parede
celular
MECANISMOS BIOQUÍMICOS ENVOLVIDOS NAMECANISMOS BIOQUÍMICOS ENVOLVIDOS NAINDUÇÃO DE RESISTÊNCIAINDUÇÃO DE RESISTÊNCIA
Klarynski et al. (2001)
• Estímulo intenso de caminhos metabólicos secundários;
• Reforço da parede celular pelo depósito demacromoléculas (proteínas, glicoproteínas, polímerosaromáticos, etc...);
• Produção de peptídeos e de proteínas de defesadenominadas como PR-proteínas (PathogenesisRelated Proteins).
MODO DE AÇÃO DO SILÍCIO NO CONTROLE DE DOENÇASMODO DE AÇÃO DO SILÍCIO NO CONTROLE DE DOENÇAS
PATOSSISTEMA MODO DE AÇÃO AUTOR
Arroz-P. oryzae Formação depapilasBarreirasestruturais
Volk, 1958:Takahashi, 1995
Pepino-oídioVideira-oídio
Formação depapilas
Samuels et al1991a, 1991b, 1994;Bowen et al 1992.
Pepino-damping off -Não barreirasfísicas-Acúmulo decompostosfenólicos?
Chérif &Bélanger, 1992Chérif et al 1992
Pepino-oídio Fitoalexinas Fawe et al 1998
Pepino- damping off quitinases,peroxidases epolifenoloxidases
Chérif et al 1994
Fonte: Bowen, P.; Ehret,D.L.; Menzies, J.G. 1995.Soluble silicon. Its Role inCrop and DiseaseManagement of GreenhouseCrops. Plant Disease79:329-335.
RESISTÊNCIA INDUZIDARESISTÊNCIA INDUZIDA
CARACTERÍSTICASCARACTERÍSTICAS
•Local ou sistêmica
• Longa duração (persistência do efeito protetor)
• Amplo espectro: efetiva contra vírus, bactérias e fungos
•Se estabelece em certo tempo depois da indução
•Dependente da temperatura e luz – fatores abióticos
•Induzida por fatores bióticos, químicos e naturais
Copia de Sylvia GuzzoSeminario CENA-2002
INDUÇÃO DE RESISTÊNCIAINDUÇÃO DE RESISTÊNCIAINDUÇÃO DE RESISTÊNCIA1- TRATAMENTO PRÉVIO
COM INDUTOR
2- INOCULAÇÃO COMPATÓGENO
* Redução: n0 de lesões, tamanho de lesões, extensão daesporulação. Retardamento do aparecimento de sintomas.
INDUÇÃO DE RESISTÊNCIA(ATIVAÇÃO DOS MECANISMOS DE DEFESA)
3- 0BSERVAÇÃO DOS SINTOMAS
REDUÇÃO DA SEVERIDADE DA DOENÇA*
PR - ProteínasPPRR - Proteínas - Proteínas
• Agrupadas em famíliasM em bros d e u m a m esm a fa m ília estã o rela cion a d ossorológica m en te, tem sim ila rid a d e n a seqü ên cia d en u cleotíd eos e a m in oá cid os e exibem pon to isoelétrico
bá sico ou á cid o.
•Famílias mais pesquisadasPR -1, PR -2 (ß-1,3 glu ca n a se), PR -3 (qu itin a se) e PR -5(O sm otin a )
• Quitinase e ß-1,3 glucanase En zim a s lítica s qu e hid roliza m a qu itin a (polím erod e N -a cetilglicosa m in a ) e ß-1,3 glu ca n a srespetiva m en te. N a s pla n ta s cu m plem vá ria s fu n çoesfisiológica s, a lém d o pa pel n a d efesa a pa tógen os.
Experimento 2: DETERMINAÇÃO DO EFEITO DO SILÍCIO NA EXPRESSÃODAS ENZIMAS QUITINASE E ß-1,3 GLUCANASE EM PLANTAS DE LIMÃO
RUGOSO UTILIZANDO P. nicotianae COMO AGENTE INDUTOR
LAVAGEM eDESINFECÇÃO
de RAÍZES
EM ÁGUA - 5 DIAS
Continuação MATERIAIS E MÉTODOS
MATERIAIS E MÉTODOS
Amostragem:• de 2 plantas por U.E: ~0,1 g de raízes e 6folhas do meio do caule•pesagem, gelo e ultrafreezer
Determinação:•Macerado das amostras (frio)•extração das enzimas (tampão)•colorimetria 300 µL tampão
300 µL amostra 200 µL substrato 38 ou 40 ºC por 2 horas
- bloqueio da reação com 200 µL HCl 2N- centrifugação e leitura absorvância
Cont. Experimento 2: DETERMINAÇÃO DO EFEITO DO SILÍCIO EXPRESSÃO...
Continuação MATERIAIS E MÉTODOS
EFEITO DO SILÍCIO NA RESISTÊNCIA DE PLANTAS DE LIMÃORUGOSO A P. nicotianae
EXPERIMENTO 1 EXPERIMENTO 2 EXPERIMENTOS 3 e 4
Método: Jeffers et al. (1981) Método: Afek e Sztejnberg (1990)
Efeito do silício na resistência de plantas de limão rugosoa P. nicotianae
Tabela 8 Tamanho medio das lesôes em caules de plantas de limâo rugoso inoculadas
com discos de micélio de P. nicotianae, que cresceram em meio nutritivo líquido
incrementado com 0 ou 100 ppm de SiO2.a,b
Si-H+ Si+H+
0.57±0.10 0.29±0.10*
a) expressa em centímetros
b) media ± ds de 10 plantas por cada tratamento
c) CV 74 %
d) * Diferenças entre Si- e Si+ são significativas com P= 0.10 (ANAVA)
R E S U L T A D O S
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
med
ia
02468
1012141618
plantaapós 4 dias da inoculação"
após 7 dias da inoculação
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
med
ia
02468
1012141618
incr
emen
to l
esão
(mm
)
planta
Após 4 dias da inoculaçãoapós 7 dias da inoculação
Incremento no tamanho de lesões emcaules de plantas de limão rugosoirrigadas com solução nutritiva sem silícioe inoculadas com P.n. pv. parasitica
Incremento no tamanho de lesões em caulesde plantas de limão rugoso irrigadas comsolução nutritiva com silício e inoculadas comP.n. pv. parasitica.
Incremento no tamanho das lesões em cada planta inoculadaIncremento no tamanho das lesões em cada planta inoculada
3. Efeito do Silício na resistência de plantas de limão rugoso a P. nicotianae
Experimento 2. Teste Experimento 2. Teste em caulesem caules
SEM SILÍCIO
COM SILÍCIO
22
3950
50
020406080
100
folha
s co
m
sint
omas
(%)
48 72horas
com silício sem silício
Porcentagem de folhas de limão rugoso infectado com P.n. pv.parasitica, após de 48 e 72 hs da inoculação.
Experimento 4. Avaliação da resistência em folhas
Experimento 3. Teste Experimento 3. Teste em folhasem folhas
Com Silício
Sem Silício
2. Efeito do Silício na expressão das enzimas quitinases e ß-1,3 glucanases em plantas de limão rugoso infectadas com P. nicotianae
2.1 Análise de quitinases em raízes
Tabela 3. Atividade da enzimas quitinases em raízes de plantas de limão rugoso que cresceram em
meio nutritivo líquido incrementado com 0 ou 100 ppm de SiO2. (Atividade expressa pela absorvância em 550 nm (Abs550nm) por 0.1 g de tecido fresco)
Tempo (em dias)
Si-H+a,b,c Si+H+a,b,c Si+H-a,b,c
0 0.72 ± 0.08 a A B 0.62 ± 0.04 a b B 1.01 ± 0.08 a A
2 0.52 ± 0.05 b ns 0.47 ± 0.09 b ns 0.49 ± 0.05 b ns
7 0.80 ± 0.08 a ns 0.67 ± 0.08 a ns 0.66 ± 0.06 b ns
a) Dados seguidos da mesma letra minúscula na coluna não diferem significativamente (Teste de Duncan, ao nível de 0.1% de probabilidade).
b) Dados seguidos da mesma letra maiúscula na fila não diferem significativamente (Teste de Duncan 0.01% de probabilidade), ns= não
significativo.
c) Si- media ±SD de três plantas que cresceram en meio nutritivo liquido com 0 ppm de SiO2; Si+ media ± SD de três plantas crescendo em meio nutritivo liquido com 100 ppm SiO2 ; H+ tratamento inoculado com patógeno; H- Controle inoculado com água destilada estéril.
2.2 Análise de ß-1,3 glucanases em raízes
Tabela 4. Atividade das enzimas β-1,3-glucanases em raízes de plantas de limão
rugoso que cresceram em meio nutritivo liquido incrementado com 0 ou 100 ppm de
SiO2 . (Atividade expressa pela absorvância em 600nm (Abs600nm) por 0.01 g de tecido fresco)
Tempo (em dias)
Si-H+ Si+H+ Si+H-
0 0.08 ± 0.01 a B 0.11 ± 0.01 a B 0.16 ± 0.04 a A
2 0.08 ± 0.03 a ns 0.07 ± 0.01 b ns 0.10 ± 0.06 a b ns
7 0.14 ± 0.08 a ns 0.04 ± 0.02 c ns 0.06 ± 0.02 b ns
a) Dados seguidos da mesma letra minúscula na coluna não diferem significativamente (Teste de Duncan, ao nível de 0.1% de
probabilidade), n.s.= não significativo
b) Dados seguidos da mesma letra na fila não diferem significativamente (Teste de Duncan 0.01% de probabilidade),
ns= não significativo.
c) Si- media ±SD de três plantas que cresceram en meio nutritivo liquido com 0 ppm de SiO2; Si+ media ± SD de três plantas que
cresceram em meio nutritivo liquido com 100 ppm SiO2 ; H+ tratamento inoculado com patógeno; H- Controle inoculado com água
destilada estéril.
2.3 Análise de quitinases em folhas
Tabela 5. Atividade das enzima quitinase em folhas de plantas de limão rugoso que
cresceram em meio nutritivo líquido incrementado com 0 ou 100 ppm de SiO2. (Atividade expressa pela absorvância em 550 nm (Abs550nm) por 0.1 g de tecido fresco)
Tempo (em dias)
Si-H+ Si+H+ Si+H-
0 0.70 ± 0.08 a ns 0.79 ± 0.03 a ns 0.57 ± 0.09 a b ns
2 0.28 ± 0.04 b ns 0.27 ± 0.03 c ns 0.27 ± 0.03 b ns
7 0.54 ± 0.10 a b ns 0.46 ± 0.06 b ns 0.64 ± 0.09 a ns a) Dados seguidos da mesma letra minúscula na coluna não diferem significativamente (Teste de Duncan, ao nível de 0.1% de
probabilidade), n.s.= não significativo
b) Dados seguidos da mesma letra na fila não diferem significativamente (Teste de Duncan 0.01% de probabilidade),
ns= não significativo.
c) Si- media ±SD de três plantas crescendo en meio nutritivo liquido com 0 ppm de SiO2; Si+ media ± SD de três plantas crescendo em meio nutritivo liquido com 100 ppm SiO2 ; H+ tratamento inoculado com patógeno; H- Controle inoculado com água destilada estéril
2.4 análise de ß-1,3 glucanases em folhasTabela 6. Atividade das enzimas β-1,3-glucanases em folhas de plantas de limão rugoso que cresceram em meio nutritivo incrementado com 0 ou 100 ppm de SiO2 . (Atividade expressa pela absorvância em 600nm (Abs600nm) por 0.01 g de tecido fresco) Tempo (em dias)
Si-H+ Si+H+ Si+H-
0 0.19 ± 0.03 a ns 0.23 ± 0.03 a ns 0.20 ± 0.02 a ns 2 0.18 ± 0.03 a B 0.17 ± 0.02 b B 0.24 ± 0.03 a A 7 0.15 ± 0.01 a ns 0.15 ± 0.03 b ns 0.19 ± 0.04 a ns a) Dados seguidos da mesma letra minúscula na coluna não diferem significativamente (Teste de Duncan, ao nível de 0.1% de
probabilidade), n.s.= não significativo
b) Dados seguidos da mesma letra na fila não diferem significativamente (Teste de Duncan 0.01% de probabilidade),
ns= não significativo.
c) Si- media ±SD de três plantas crescendo en meio nutritivo liquido com 0 ppm de SiO2; Si+ media ± SD de três plantas que
cresceram em meio nutritivo liquido com 100 ppm SiO2 ; H+ tratamento inoculado com patógeno; H- Controle inoculado com água
destilada estéril.
Variação no peso da matéria fresca, altura da parte aérea e número
de folhas de plantas de limão rugoso, após de 60 dias de irrigadas
com 0 ou 100 ppm de Si02. d,e.
Peso da materia
fresca a,c
Altura parte aérea b,c Número de
folhasc
Si- Si+ Si- Si+ Si- Si+
2.930±980 4.200±1420** 379±139 494±147* 6,75±4,12 6,44±3,33
a) expressa em miligramas; b) expresso em milímetros; c) média ± SD de 16
plantas por tratamento.
d) **, * Diferenças entre Si- e Si+ são significativas com P= 0.01 e 0.05
respetivamente (ANAVA) para cada parámetro avaliado;
e+ fonte de silício = escorias de silicato de cálcio..
EFEITO DO SILÍCIO NO DESENVOLVIMENTO DEEFEITO DO SILÍCIO NO DESENVOLVIMENTO DEPLANTAS DE LIMÃO RUGOSOPLANTAS DE LIMÃO RUGOSO
EFEITO DO SILÍCIO NO DESENVOLVIMENTO DEEFEITO DO SILÍCIO NO DESENVOLVIMENTO DEPLANTAS DE LIMÃO RUGOSOPLANTAS DE LIMÃO RUGOSO
Variação na materia seca de plantas de limão rugoso, após de 60
dias de irrigadas com 0 ou 100 ppm de Si02.a,b.
Planta total parte aérea raízes
Si- Si+ Si- Si+ Si- Si+
102,68 124,12 68,62 83,5 34,06 40,62
a) expressa em miligramas; b) média de 16 plantas por tratamento.
H2SiO4 Depositado em capas superficiais Diminuitranspiraçãocuticular
Evita estresse pordéficit de água
Evitafechamento
dos estômatos
Mantêmfolhas eretas
Melhorapenetração de luzna comunidade
Promove fotossínteses
Promoveassimilaçãode amônio
Aumentaquantidadecarboidratos
Aumenta materialFormador parede
celular
Aumentatolerânciaaltas doses N
Melhoraresistênciadoenças
Aumentaatividaderadicular
Melhoraresistênciamecânica decaules
Promoveabs. água enutrientes
Melhoraenergia deoxidaçãoradicular
Melhoraresistência avuelco
Desintoxicação desubstancias redutoras (Fe, Mn, Zn)
Adaptado de Takahashi, e. 1995. Uptake mode and physiological functions of silica In: Science of the rice plant. Tokio, 1995 cap. 5 p. 420-433
solú
vel
CONCLUSÕES
Em função dos antecedentes, e dados obtidos nesta pesquisapossivelmente o silício tenha um papel no desenvolvimento e
sanidade das plantas cítricas.
Estudos posteriores deverão ser realizados para:
• Confirmar o efeito benéfico do silício nos citrus,
• Estudar o modo de ação envolvido no controle de doenças
• Conhecer os fatores de estresse que permitem a expressãodo efeito do silício no crescimento das plantas
Com Silício