Free amino acids and glycine betaine in leaf osmoregulation of spinach responding to increasing salt stress

Resumo

O objetivo do trabalho foi determinar os compostos nitrogenados que contribuem para a osmorregulação das células foliares de espinafre (Spinacia oleracea) submetido a estresse salino crescente.

Os teores de sódio, aminoácidos livres e glicina betaína foram determinados na última folha totalmente expandida de plantas estressadas por irrigação diária com água salina (0,17 M NaCl).

Após 20 d de tratamento, quando o teor de Na+ era  55 umol g−1 f. peso acima do controle, e a redução da condutância estomática reduziu a fotossíntese para  60% do controle, os aminoácidos livres das folhas, especialmente glicina e serina, aumentaram fortemente. Prolina e glicina betaína também aumentaram significativamente. Após 27 d de tratamento, quando o teor de Na+ era  100 umol g−1  acima do controle e a fotossíntese foi de 33% do controle, o teor de aminoácidos livres, especialmente glicina e serina, diminuiu. Gycina betaína aumentou ainda mais.

Glicina betaína compreendeu 15% do total de osmólitos de nitrogênio em estresse salino moderado, mas representou 55% do total, quando o estresse se tornou mais severo. O aumento da glicina betaína compensou a queda dos aminoácidos livres, substituindo principalmente a glicina e a serina (precursoras da glicina betaína) no ajuste osmótico das células. A fotorrespiração, que aumentou durante o estresse salino, também foi sugerida como tendo um papel no fornecimento de metabólitos para produzir osmólitos compatíveis.

Abstract

The aim of the paper was to determine nitrogen compounds contributing to leaf cell osmoregulation of spinach (Spinacia oleracea) submitted to increasing salt stress.

Sodium, free amino acids and glycine betaine contents were determined in the last fully expanded leaf of plants stressed by daily irrigation with saline water (0.17 M NaCl).

After 20 d of treatment, when Na⁺ content was c. 55 umol g⁻¹ f. wt above the control, and the reduction of stomatal conductance lowered photosynthesis to c. 60% of the control, the free amino acids of the leaves, especially glycine and serine, strongly increased. Proline and glycine betaine also increased significantly. After 27 d of treatment, when the Na⁺ content was c. 100 umol g⁻¹ f. wt above the control and photosynthesis was 33% of the control, the free amino acid content, especially glycine and serine, declined. Gycine betaine, but not proline, increased further.

Glycine betaine comprised c. 15% of the overall nitrogen osmolytes at mild salt-stress, but represented 55% of the total, when the stress became more severe. The increase of glycine betaine balanced the decline in free amino acids, mainly replacing glycine and serine (the precursors of glycine betaine) in the osmotic adjustment of the cells. Photorespiration, which increased during salt stress, was also suggested to have a role in supplying metabolites to produce compatible osmolytes.