Enhanced Superoxide Radical Production in Roots of Zinc-Deficient Plants

Resumo

A produção de radical superóxido (O2–) foi estudada em raízes de algodão (Gossypium hirsutum L. cv. Deltapine 15/21), feijão (Phaseolus vulgaris L. var. Prélude) e tomate (Lycopersicon esculentum L. cv. Super marmande) cultivadas em solução nutritiva com diferentes concentrações de Zn. Usando Tiron como sonda de spin, a ressonância de spin eletrônico (RSE) foi empregada para medir os níveis de O2–. Nos sobrenadantes de 48.000 g e 140.000 g dos extratos de raízes de algodão, a amplitude dos sinais RSE de Tiron refletindo a produção de O2– aumentou acentuadamente com o aparecimento de sintomas visuais de deficiência de Zn nas partes aéreas. As mudanças na amplitude dos sinais RSE de Tiron foram estreitamente correlacionadas com uma atividade oxidase geradora de O2– dependente de NADPH com um ótimo pH alto. Aumentos na geração de O2– dependente de NADPH também foram encontrados em extratos de raízes de plantas de feijão e tomate deficientes em Zn. Em todos os experimentos, o reabastecimento de Zn para plantas deficientes por 12 h ou 24 h diminuiu marcadamente a geração de O2–. Além disso, com o avanço da deficiência de Zn, as taxas de oxidação de NADPH aumentaram e as atividades de superóxido dismutase (SOD) e catalase diminuíram.

Os resultados sugerem que as raízes de algodão, feijão e tomate possuem uma atividade geradora de O2– dependente de NADPH que é afetada pelo estado nutricional de Zn nas plantas. Sob deficiência de Zn, a geração aumentada de O2– e a desintoxicação prejudicada de O2– e H2O2 poderiam levar a níveis elevados de O2– e espécies oxidantes derivadas de O2– e, assim, ao aumento da peroxidação de lipídios de membrana.

Abstract

The production of superoxide radical (⁠O2–⁠) was studied in roots of cotton (Gossypium hirsutum L. cv. Deltapine 15/21), bean (Phaseolus vulgaris L. var. Prélude) and tomato (Lycopersicon esculentum L. cv. Super marmande) plants grown in nutrient solution with different Zn concentrations. Using Tiron as a spin-probe, electron spin resonance (ESR) was employed for the measurements of O2– levels. In the 48 000 g and 140 000 g supernatants of cotton root extracts the amplitude of the Tiron ESR signals reflecting O2– production steeply increased with the appearance of visual Zn deficiency symptoms in the shoots. The changes in the amplitude of the Tiron ESR signals were closely correlated with an NADPH-dependent O2– generating oxidase activity with a high pH optimum. Increases in NADPH-dependent O2– generation were also found in root extracts of Zn-deficient bean and tomato plants. In all experiments re-supply of Zn to deficient plants for 12 h or 24 h markedly decreased O2– generation. Further, with advancing Zn deficiency rates of NADPH oxidation increased and the activities of superoxide dismutase (SOD) and catalase decreased.

The results suggest that cotton, bean and tomato roots possess an NADPH-dependent O2– generating activity which is affected by the Zn nutritional status of the plants. Under Zn deficiency, enhanced O2– generation and impaired detoxification of Of and H₂O₂ could lead to elevated levels of O2– and O2– -derived oxidizing O₂ species and thus to increased peroxidation of membrane lipids.