GROWTH AND BIOCHEMICAL RESPONSES OF MAIZE CULTIVATED IN SOILS CONTAMINATED WITH CADMIUM AND ZINC

Authors

  • LORENA GABRIELA ALMEIDA Universidade Federal de Lavras http://orcid.org/0000-0002-2018-2206
  • ADELCIO DE PAULA JORGE Universidade Federal de Lavras
  • EDER MARCOS DA SILVA Universidade Federal de Lavras
  • PAULO CÉSAR MAGALHÃES Embrapa Milho e Sorgo
  • HUGO RAFAEL BENTZEN SANTOS Universidade Federal Rural de Pernambuco
  • MÁRCIO ESPINOSA DE FARIAS Universidade Federal de Lavras
  • LUIZ ROBERTO GUIMARÃES GUILHERME Universidade Federal de Lavras

DOI:

https://doi.org/10.18512/1980-6477/rbms.v16n2p193-203

Keywords:

Trace elements, antioxidant enzymes, ROS, synergistic.

Abstract

ABSTRACT – Contamination with trace elements is characterized by an abiotic stress that represents a limiting factor in agricultural production. Considering that cadmium (Cd) and Zinc (Zn) are physically and chemically similar, they can interact with the environment, causing antagonistic or synergistic effects. In this sense, physiological mechanisms to exclude, detoxify or compartmentalize the excess of those trace elements is crucial for the survival of the plants under conditions of high concentrations of these elements. In order to understand the responses of the species sensible to the presence of Cd and Zn, this study aimed to access the behavior of maize plants (Zea mays L.) cultivated in Cambisoils and Latosol with growing concentrations of Cd/Zn in a 21 days period. Growth and biochemical analyzes were performed such as antioxidant enzyme SOD, CAT and APX activity, hydrogen peroxide and lipid peroxidation. The data obtained evidenced the specific behavior of maize plants grown in Cambisoils compared to Latosol, showing a superior activity of all the enzymes analyzed, and also a lower content of hydrogen peroxide and lipid peroxidation. The interaction between both the elements resulted in a synergistic effect, negatively influencing all the analyzed parameters.

Keywords: trace elements, antioxidant enzymes, ROS, synergistic.

CRESCIMENTO E RESPOSTAS BIOQUÍMICAS DE PLANTAS DE MILHO CULTIVADAS EM SOLOS MULTICONTAMINADOS COM CÁDMIO E ZINCO

RESUMO - A contaminação por elementos traço caracteriza-se como um estresse abiótico que representa um fator limitante para a produção agrícola. Em função das semelhanças físicas e químicas entre cádmio (Cd) e zinco (Zn), esses elementos podem interagir no ambiente, podendo causar efeitos antagônicos ou sinérgicos. Nesse sentido, mecanismos fisiológicos para excluir, desintoxicar ou compartimentalizar o excesso de elementos traço são cruciais para sobrevivência dos vegetais quando expostos a elevadas concentrações desses elementos. A fim de compreender melhor as respostas de espécies sensíveis à presença de Cd e Zn, o presente estudo teve como objetivo avaliar o comportamento de plantas de milho (Zea mays L.) cultivadas em Cambissolo e Latossolo contendo concentrações crescentes de Cd/Zn. As plantas foram expostas a doses crescentes de Cd/Zn, por um período de 21 dias. Foram realizadas análises de crescimento e análises bioquímicas tais como, atividade das enzimas antioxidantes SOD, CAT, APX, assim como a quantificação do peróxido de hidrogênio e peroxidação lipídica. Os dados obtidos evidenciaram comportamento específico das plantas de milho cultivadas em Cambissolo, quando comparado ao Latossolo, apresentando uma atividade superior, em todas as enzimas analisadas, e um menor conteúdo de peróxido de hidrogênio e peroxidação lipídica. Observou-se que a interação entre ambos os elementos resultou em um efeito sinérgico, afetando negativamente todos os parâmetros analisados.

Palavras-chave: elementos-traço, enzimas antioxidantes, EROs, sinergismo.

 

Author Biographies

LORENA GABRIELA ALMEIDA, Universidade Federal de Lavras

Bacharel em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Lavras - UFLA. Mestre em Agronomia/Fisiologia Vegetal-UFLA. Atualmente Doutoranda em Agronomia / Fisiologia Vegetal -UFLA e Engenheira agronôma em formação. Pesquisa de tese realizada na Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPA -milho e sorgo.

ADELCIO DE PAULA JORGE, Universidade Federal de Lavras

Engenheiro Agronômo, mestre em Agronomia/Fisiologia Vegetal pela Universidade Federal de Lavras, setor de Biologia.

EDER MARCOS DA SILVA, Universidade Federal de Lavras

Engenheiro Florestal, Mestre e Doutorando em Botânica pela Universidade Federal de Lavras, setor de Biologia.

PAULO CÉSAR MAGALHÃES, Embrapa Milho e Sorgo

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Federal de Lavras (1975), mestrado em Fitotecnia (Produção Vegetal) pela Universidade Federal de Viçosa (1978), mestrado em Agronomy Plant Physiology - University of Minnesota (1984), e doutorado em Field Crop Physiology - Mississippi State University (1987). Atualmente é pesquisador do Centro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo. Tem experiência na área de Ciências Agrárias, atuando principalmente nos seguintes temas: Zea mays L., milho (seca e encharcamento), Sorghum bicolor, sorgo (seca), fenotipagem e tolerância a estresses abióticos.

HUGO RAFAEL BENTZEN SANTOS, Universidade Federal Rural de Pernambuco

Engenheiro Agrônomo graduado pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) em 2010; Mestre em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal Rural de Pernambuco em 2012. Doutor em Agronomia/Fisiologia Vegetal pela Universidade Federal de Lavras (UFLA) em 2015. Pós-doutorado em andamento na Universidade Federal Rural de Pernambuco. Tem experiência na área de Ecofisiologia de Vegetais Superiores sob Estresses Abióticos, com ênfase em Ecofisiologia de Plantas Cultivadas, atuando principalmente nas áreas das relações hídricas, trocas gasosas, análise de crescimento, solutos orgânicos e atividade antioxidante.

MÁRCIO ESPINOSA DE FARIAS, Universidade Federal de Lavras

Engenheiro Agrônomo, formado pela Universidade Federal de Pelotas (2012). Foi bolsista de Iniciação Científica pela FAPERGS (2009/2-2011/1) e PIBIC - CnPQ (2011/2). Possui Mestrado (2013) em Fisiologia Vegetal pela UFPEL, Doutorado (2017) em Agronomia/ Fisiologia Vegetal pela Universidade Federal de Lavras (UFLA). Tem experiência na área de Agronomia, com ênfase em Fisiologia de Plantas Cultivadas e em Produção e Tecnologia de Sementes. Atua principalmente nos seguintes temas: fluorescência da clorofila a, metabolismo do nitrogênio e do carbono sob condições de estresses abióticos e nutricionais.

LUIZ ROBERTO GUIMARÃES GUILHERME, Universidade Federal de Lavras

Engenheiro Agrônomo pela ESAL Escola Superior de Agricultura de Lavras (1986), Mestre em Solos e Nutrição de Plantas pela ESAL (1990) e Ph.D. (Dual Major) em Ciência do Solo, pela Universidade Estadual de Michigan (Michigan State University), e em Toxicologia Ambiental, pelo Instituto de Toxicologia Ambiental (hoje Michigan State University's Center for Integrative Toxicology), Estados Unidos (1997). Pós-Doutorado na Universidade da Califórnia/Riverside, EUA (2002) e na Unidade de Pesquisa em Ciência do Solo do Instituto Nacional de Pesquisa Agronômica, INRA Orléans, França (Julho 2006 a Janeiro 2008). 

Published

2017-12-01

How to Cite

ALMEIDA, L. G., JORGE, A. D. P., DA SILVA, E. M., MAGALHÃES, P. C., SANTOS, H. R. B., DE FARIAS, M. E., & GUILHERME, L. R. G. (2017). GROWTH AND BIOCHEMICAL RESPONSES OF MAIZE CULTIVATED IN SOILS CONTAMINATED WITH CADMIUM AND ZINC. REVISTA BRASILEIRA DE MILHO E SORGO, 16(2), 193–203. https://doi.org/10.18512/1980-6477/rbms.v16n2p193-203

Issue

Section

Scientific Paper

Most read articles by the same author(s)

<< < 1 2 3 4 > >>