Plant proton pumps as markers of biostimulant action

Resumo

Um protocolo padrão para avaliar os efeitos de bioestimulantes na fisiologia vegetal ainda está faltando. As bombas de prótons presentes nas membranas vacuolar e plasmática são os principais agentes responsáveis pela regulação do gradiente eletroquímico que energiza o sistema de absorção de nutrientes e o mecanismo de crescimento ácido das células vegetais. Neste estudo, duas dessas enzimas foram caracterizadas como marcadores bioquímicos da atividade de bioestimulantes. Um protocolo simples e rápido baseado no grau de acidificação radicular usando um corante sensível ao pH e o tomateiro Micro-Tom como modelo vegetal é proposto como uma metodologia eficiente para comprovar a eficácia de bioestimulantes que alegam melhorar a aquisição de nutrientes e o crescimento radicular. Os resultados concordam com os dados de ensaios de bombas de prótons mais convencionais, caros e demorados. Uma correlação direta foi encontrada entre a ativação da H⁺-ATPase da membrana plasmática e a quantidade de acidificação da rizosfera observada no gel de bromocresol. Além disso, raízes de plantas Micro-Tom diageotropica (dgt), defeituosas nas respostas à auxina, quase não acidificam o gel de bromocresol púrpura mesmo na presença de ácido indol-3-acético (AIA, 1 μM). O bioestimulante TEA (extrato aquoso de vermicomposto, 25%) aumenta a extrusão de prótons em 40% em plantas selvagens (PS), mas nenhum efeito foi induzido em plantas dgt. Esses resultados reforçam a noção de que a classe de bioestimulantes conhecida como substâncias húmicas estimula as bombas de prótons das plantas e promove o crescimento radicular por exercer bioatividade semelhante à auxina e estabelecem a utilidade de um ensaio economicamente e tecnicamente viável para certificar esse tipo de bioestimulante.

Abstract

A standard protocol to evaluate the effects of biostimulants on plant physiology is still lacking. The proton pumps present in the vacuolar and plasma membranes are the primary agents responsible for the regulation of the electrochemical gradient that energizes the nutrient uptake system and acid growth mechanism of plant cells. In this study, two of these enzymes were characterized as biochemical markers of biostimulant activity. A simple and fast protocol based on the degree of root acidification using a pH sensitive dye and the Micro-Tom tomato as a plant model is proposed as an efficient methodology to prove the efficacy of biostimulants that are claimed to improve nutrient acquisition and root growth. The results agree with the data from more conventional, expensive and time-consuming proton pump assays. A direct correlation was found between plasmalemma proton-adenosine triphosphatase (H+-ATPase) activation and the amount of rhizosphere acidification observed in the bromocresol gel. Moreover, roots of the diageotropica (dgt) Micro-Tom plants, defective in auxin responses, barely acidify bromocresol purple gel even in the presence of indole-3-acetic acid (IAA, 1 μM). The biostimulant TEA (vermicompost water extract, 25 %) enhances proton extrusion by 40 % in wild type (WT) plants, but no effect was induced in dgt plants. These results reinforce the notion that the class of biostimulant known as humic substances stimulates plant proton pumps and promotes root growth by exerting an auxin-like bioactivity and establish the usefulness of an economically and technically feasible assay to certify this kind of biostimulant.