Physiological performance and expression of isozymes in maize seeds subjected to water stress

Desempenho fisiológico e expressão de isoenzimas em sementes de milho submetidas ao estresse hídrico

Abstracts

Early characterization of genotypes, through the previous assessment of physiological quality of their seeds and their enzymatic systems, can provide parameters capable of aiding in the selection of new maize cultivars tolerant to water stress. Thus, this study was aimed at assessing seed performance of five different maize lines subjected to four different water stress levels. The physiological quality of seeds germinated under the osmotic potentials of 0.0, -0.3, -0.6 and -0.9 MPa was assessed by germination test, number of strong normal seedlings and T50, as well as by the expression of the isozymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutamate oxaloacetate transaminase (GOT), esterase (EST), malate dehydrogenase (MDH), alcohol dehydrogenase (ADH), and of heat-resistant proteins. The osmotic potential of -0.9 MPa affected the physiological quality and vigor of seeds of all maize lines assessed. The highest values for the germination percent, in the lowest osmotic potentials assessed, were found in the seeds of line 63. However, seeds of line 91 were superior in regard to vigor. Increased expression of the enzymes SOD and CAT, considered as enzymes of the antioxidant system, was observed in seeds of lines 44 and 91. Thus, line 91 was considered as promising for tolerance to water stress.

physiological quality; water deficit; drought tolerance

A caracterização precoce de genótipos, por meio de avaliação prévia da qualidade fisiológica de suas sementes e seus sistemas enzimáticos, pode fornecer parâmetros capazes de auxiliar na seleção de novas cultivares de milho tolerantes ao estresse hídrico. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho das sementes de cinco linhagens de milho submetidas à quatro níveis de estresse hídrico. Para isso, a qualidade fisiológica das sementes, germinadas sob os potenciais osmóticos de 0,0; -0,3; -0,6 e -0,9 MPa, foi avaliada pelo teste de germinação, número de plântulas normais fortes e T50, bem como pela expressão das isoenzimas superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutamato oxalacetato transaminase (GOT), esterase (EST), malato desidrogenase (MDH), álcool desidrogenase (ADH) e de proteínas resistentes ao calor. O potencial osmótico de -0,9 MPa afetou a qualidade fisiológica, bem como o vigor das sementes de todas as linhagens avaliadas. Os maiores valores para a porcentagem de germinação, nos menores potenciais osmóticos avaliados, foram observados nas sementes da linhagem 63. No entanto, sementes da linhagem 91 foram superiores quanto ao vigor. Maior expressão das enzimas SOD e CAT, consideradas como enzimas do sistema antioxidante, foram observadas em sementes das linhagens 44 e 91. Assim, a linhagem 91 é considerada como linhagem promissora quanto à tolerância ao estresse hídrico.

qualidade fisiológica; déficit hídrico; tolerância à seca

• ALFENAS, A.C. Eletroforese e marcadores bioquímicos em plantas e microrganismos  2.ed.Viçosa, MG: UFV, 2006. 627 p.
• ALBUQUERQUE, K.S.; GUIMARÃES, R.M.; ALMEIDA, I.F.; CLEMENTE, A.C.S. Alterações fisiológicas e bioquímicas durante a embebição de sementes de sucupira-preta (Bowdichia virgilioides Kunth.). Revista Brasileira de Sementes, v.31, n.1, p.249-258, 2009. http://www.scielo.br/pdf/rbs/v31n1/a28v31n1.pdf
• APEL, K.; HIRT, H. Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress and signal transduction. Annual Review of Plant Biology, v.55, p.373-399, 2004. http://www.heribert-hirt.info/pdf/prr85_ros.pdf
• ARAÚJO, J.L.S.; MARGIS-PINHEIRO, M.; RUMJANEK, N.G. Proteínas de choque térmico e tolerância a altas temperaturas em plantas. Seropédica: Embrapa Agrobiologia, 1998. 27 p. (Embrapa-CNPAB. Documentos, 80). http://www.cnpab.embrapa.br/system/files/downloads/doc080.pdf
• AVILA, M.R.; BRACCINI, A.L.; SCAPIM, C.A. Teste de comprimento de plântulas sob estresse hídrico na avaliação do potencial fisiológico das sementes de milho. Revista Brasileira de Sementes, v.29, n.2, p.117-124, 2007. http://www.scielo.br/pdf/rbs/v29n2/v29n2a16.pdf
• BRANDÃO JUNIOR, D.S.; CARVALHO, M.L.M.; VIEIRA, M.G.G.C. Variações eletroforéticas de proteínas e isoenzimas relativas à deterioração de sementes de milho envelhecidas artificialmente. Revista Brasileira de Sementes, v.21, n.1, p.114-121, 1999. http://www.abrates.org.br/revista/artigos/1999/v21n1/artigo17.pdf
• DEUNER, C.; MAIA, M.S.; DEUNER, S.; ALMEIDA, A.S.; MENEGHELLO, G.E. Viabilidade e atividade antioxidante de sementes de genótipos de feijão-miúdo submetidos ao estresse salino. Revista Brasileira de Sementes, v. 33, p. 711-720, 2011. http://www.scielo.br/pdf/rbs/v33n4/13.pdf
• FARIA, M.A.V.R.; VON PINHO, R.G.; VON PINHO, E.V.R.; GUIMARÃES, R.M.; FREITAS, F. E.O. Qualidade fisiológica de sementes de milho colhidas em diferentes estádios de linha de leite. Revista Brasileira de Milho e Sorgo, v.1, n.1, p.93-104, 2002. http://rbms.cnpms.embrapa. br/index.php/ojs/article/view/14
• FERREIRA, D.F. SISVAR: a computer statistical analysis system. Ciência e Agrotecnologia, v.35, n. 6, p. 1039-1042, 2011. http://www.scielo.br/pdf/cagro/v35n6/a01v35n6.pdf
• GOODMAN, M.M.; STUBER, C.W. Mayze. In: TANKSLEY, S. D.; ORTON, T. J. Isoenzymes in plants genetics and breeding Amsterdam: Elsevier, 1987. p. 1-33.
• KRANNER, I.; MINIBAYEVA, F.V.; BECKETT, R.P.; SEAL, C.E. What is stress? Concepts, definitions and applications in seed science. New Phytologist, v.188, p.655-673, 2010. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20854396
• MANIVANNAN, P.; JALEEL, C.A.; SOMASUNDARAM, R.; PANNEERSELVAM, R. Osmoregulation and antioxidant metabolism in drought-stressed Helianthus annuus L. under triadimefon drenching. Comptes Rendus Biologies, v.331, p.418-425, 2008. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1631069108000826
• MENEZES, M.; VON PINHO, E.V.R.; PEREIRA, A.M.A.R.; OLIVEIRA, J.A. Identificação de cultivares de milho, feijão, algodão e soja por meio de enzimas e proteínas resistentes ao calor. Revista Brasileira de Sementes, v.30, n.2,  p.111-122, 2008. http://www.scielo.br/pdf/rbs/v30n2 /a14v30n2.pdf
• MOTERLE, L.M.; SCAPIM, C.A.; BRACCINI, A.L.; RODOVALHO, M.A.; BARRETO, R.R. Influência do estresse hídrico sobre o desempenho fisiológico de sementes de híbridos simples de milho-pipoca. Ciência e Agrotecnologia, v.32, n.6, p.1810-1817, 2008. http://www.scielo.br /pdf/cagro/v32n6/v32n6a20.pdf
• NOCTOR, G.; FOYER, C.H. Ascorbate and glutathione: keeping active oxygen under control. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, v.49, p.249-279, 1998. http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.arplant.49.1.249
• OLIVEIRA, G.E.; VON PINHO, R.G.; ANDRADE, T.; VON PINHO, E.V.R.; SANTOS, C.D.; VEIGA, A.D. Physiological quality and amylase enzyme expression in maize seeds. Ciência e Agrotecnologia, v.37, n.1, p.40-48, 2013. http://www.scielo.br/pdf/cagro/v37n1/05.pdf
• REDDY, A.R.; CHAITANYA, K.V.; VIVEKANANDAN, M. Drought-induced responses of photosynthesis and antioxidant metabolism in higher plants. Journal of Plant Physiology, v. 161, p.1189-1202, 2004. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0176161704000422
• RESENDE, K.F.M.; SANTOS, F.M.C.; DIAS, M.A.D.; RAMALHO, M.A.P. Implication of the changing concept of genes on plant breeder's work. Crop Breeding and Applied Biotechnology, v. 11, n.4, p.345-351, 2011. http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1984-70332011000400008&script=sci_arttext&tlng=en
• RISTIC, Z.; GIFFORD, D.J.; CASS, D.D. Heat shock proteins in two lines of Zea mays L. that differ in drought and heat response. Plant Physiology, v.97, p.1430-1434, 1991. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1081182/
• ROSA, S.D.V.F.; VON PINHO, E.V. R.; VIEIRA, E.S.N.; VEIGA, R.D.; VEIGA, A.D. Enzimas removedoras de radicais livres e proteínas lea associadas à tolerância de sementes milho à alta temperatura de secagem. Revista Brasileira de Sementes, v.27, n.2, p.91-101, 2005. http://www.scielo.br/pdf/rbs/v27n2/a14v27n2.pdf
• SOUZA, R.; SCHONS, J.; BRAMMER, S.P.; PRESTES, A.M.; SCHEEREN, P.L.; SÓ E SILVA, M.; DUCA, L.J.A.D. Atividade isoenzimática em plantas de trigo infectadas com o vírus SBWMV. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.40, n.9, p.845-852, 2005. http://www.scielo.br/scielo.php ?pid=S0100-204X2005000900002&script=sci_arttext
• THAKUR, M.; SHARMA, A.D. Salt-stress-induced proline accumulation in germinating embryos: evidence suggesting a role of proline in seed germination. Journal of Arid Environments, v. 62, p.517-523, 2005. http://ac.els-cdn.com/S0140196305000236/1-s2.0-S0140196305000236-main.pdf?_tid=bbc62d40-0779-11e3-a0f0-00000aab0f6c&acdnat=1376770697_21d317e94bd537de 7824e16ebcec44e2
• TORGGLER, M.G.F.; CONTEL, E.P.B.; TORGGLER, S. P. Isoenzimas: variabilidade genética em plantas. Ribeirão Preto: Sociedade Brasileira de Genética, 1995. 186 p.
• VAZ  MELO , A.; SANTOS,  L. D. T.; FINOTO,  E. L.; DIAS,  D. C. F. S.;  ALVARENGA,  E. M. Germination and vigor of popcorn seeds submitted to thermal and water stress. Bioscience Journal, v.28, p.687-695, 2012. http://apps.webofknowledge.com.ez26.periodicos.capes.gov.br/full_record.do?product=UA&search_mode=GeneralSearch&qid=10&SID=2FeyEw5ATPc22nQzRMZ&page=1&doc=1
• VIEIRA, F.C.F.; SANTOS, C.D.; NOGUEIRA, A.P.O.; DIAS, A.C.C.; HAMAWAKI, O.T.; BONETTI, A.M.;   Physiological and biochemical aspects of soybean cultivars submitted to water deficit induced by PEG 6000. Bioscience Journal, v.29, p.542-551, 2013. http://apps.webofknowledge.com.ez26.periodicos.capes.gov.br/full_record.do?product=UA&search_mode=GeneralSearch&qid=5&SID=2FeyEw5ATPc22nQzRMZ&page=1&doc=1
• VILLELA, F.A.; DONI FILHO, L.; SEQUEIRA, E.L. Tabela de potencial osmótico em função da concentração de polietilenoglicol 6000 e da temperatura. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.26, p.1957-1968, 1991. http://seer.sct.embrapa.br/index.php/pab/article/view/3549/882
• ZHU, J.K. Salt and drought stress signal transduction in plants. Annual Review of Plant Biology, v.53, p. 247-273, 2002. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3128348/

Publication Dates

• Publication in this collection
  01 Apr 2014
• Date of issue
  2014

History

• Accepted
  30 Oct 2013
• Received
  14 Aug 2013