Influence of Manganese Deficiency and Toxicity on Isoprenoid Syntheses

Resumo

Foi medida a resposta do trigo de 28 dias (Triticum aestivum L. cv Stacy) a diferentes concentrações de Mn (10,1-10.000 micromolar) em solução nutritiva. As concentrações de manganês nas folhas mais recentemente maduras (lâmina 1) foram de 0,21 a 19,03 mmol Mn por quilograma de peso seco, respectivamente. Os pesos fresco e seco aumentaram até um máximo no nível nutricional de 5 micromolar Mn (0,37 milimol Mn por quilograma de peso seco) e diminuíram em concentrações de Mn acima e abaixo dessa concentração. As concentrações de pigmentos de cloroplasto na lâmina 1 aumentaram até o nível nutricional de 20 micromolar Mn (1,98 milimol Mn por quilograma de peso seco) e diminuíram em concentrações mais altas de Mn. O conteúdo de Mn nos tilacoides foi superior a 1 mol Mn/100 mol de cloroplasto em níveis de nutrição de Mn que resultaram em um crescimento muito reduzido das plantas. A biossíntese total de fitoteno foi reduzida pela deficiência e toxicidade de Mn. A síntese de ent-caureno in vitro foi fortemente influenciada pela concentração de Mn, com uma biossíntese máxima em 1 micromolar Mn e diminuições em níveis de Mn acima e abaixo dessa concentração. As concentrações equivalentes de ácido giberélico in vivo na lâmina 1 foram máximas em níveis de solução nutritiva de 20 partes por milhão de Mn (1,98 milimol Mn por quilograma de peso seco) e diminuíram em concentrações de Mn nos tecidos acima e abaixo desse valor; além disso, as concentrações de ácido giberélico foram recíprocas às concentrações de álcool C20 extraído. A influência do Mn na biossíntese de giberelina e pigmentos de cloroplasto correspondeu exatamente às mudanças medidas no crescimento.

Abstract

Twenty-eight day old wheat (Triticum aestivum L. cv Stacy) response to varying Mn concentration (10.1-10,000 micromolar) in nutrient solution was measured. Manganese concentrations in the most recently matured leaves (blade 1) were 0.21 to 19.03 mmol Mn per kilogram dry weight, respectively. Fresh and dry weights increased to a maximum at the 5 micromolar Mn nutritional level (0.37 millimole Mn per kilogram dry weight) and were decreased at Mn above and below this concentration. Blade 1 chloroplast pigment concentrations increased up to the 20 micromolar Mn nutritional level (1.98 millimole Mn per kilogram dry weight) and decreased at higher Mn concentrations. Thylakoid Mn content was above 1 mole Mn/100 mole chloroplast at Mn nutrition levels which resulted in greatly decreased plant growth. Total phytoene biosynthesis was decreased by Mn deficiency and toxicity. In vitro ent-kaurene synthesis was greatly influenced by Mn concentration with a maximal biosynthesis at 1 micromolar Mn and decreases at Mn levels above and below this concentration. In vivo blade 1 gibberellic acid equivalent concentrations were maximal at 20 parts per million Mn nutrition solution levels (1.98 millimole Mn per kilogram dry weight) and decreased at Mn tissue concentrations above and below this value; additionally, gibberellic acid concentrations were reciprocal to extracted C₂₀ alcohol concentrations. Mn influence on gibberellin and chloroplast pigment biosyntheses exactly matched the measured changes in growth.