The Glycosylphosphatidylinositol-Anchored Phosphatase from Spirodela oligorrhiza Is a Purple Acid Phosphatase1

We recently presented clear evidence that the major low-phosphate-inducible phosphatase of the duckweed Spirodela oligorrhiza is a glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchored protein, and, to our knowledge, is the first described from higher plants (N. Morita, H. Nakazato, H. Okuyama, Y. Kim, G.A. Thompson, Jr. [1996] Biochim Biophys Acta 1290: 53–62). In this report the purified 57-kD phosphatase is shown to be a purple metalloenzyme containing Fe and Mn atoms and having an absorption maximum at 556 nm. The phosphatase activity was only slightly inhibited by tartrate, as expected for a purple acid phosphatase (PAP). Furthermore, the protein cross-reacted with an anti-Arabidopsis PAP antibody on immunoblots. The N-terminal amino acid sequence of the phosphatase was very similar to those of Arabidopsis, red kidney bean (Phaseolus vulgaris), and soybean (Glycine max) PAP. Extracts of S. oligorrhiza plants incubated with the GPI-specific precursor [3H]ethanolamine were treated with antibodies raised against the purified S. oligorrhiza phosphatase. Radioactivity from the resulting immunoprecipitates was specifically associated with a 57-kD band on sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gels. These results, together with previous findings, strongly indicate that the GPI-anchored phosphatase of S. oligorrhiza is a PAP.

Evidence that the Plant Host Synthesizes the Heme Moiety of Leghemoglobin in Root Nodules1

Although it is well established that the plant host encodes and synthesizes the apoprotein for leghemoglobin in root nodules, the source of the heme moiety has been uncertain. We recently found that the transcript for coproporphyrinogen III oxidase, one of the later enzymes of heme synthesis, is highly elevated in soybean (Glycine max L.) nodules compared with roots. In this study we measured enzyme activity and carried out western-blot analysis and in situ hybridization of mRNA to investigate the levels during nodulation of the plant-specific coproporphyrinogen oxidase and four other enzymes of the pathway in both soybean and pea (Pisum sativum L.). We compared them with the activity found in leaves and uninfected roots. Our results demonstrate that all of these enzymes are elevated in the infected cells of nodules. Because these are the same cells that express apoleghemoglobin, the data strongly support a role for the plant in the synthesis of the heme moiety of leghemoglobin.

Oxidative Burst and Hypoosmotic Stress in Tobacco Cell Suspensions

Oxidative burst constitutes an early response in plant defense reactions toward pathogens, but active oxygen production may also be induced by other stimuli. The oxidative response of suspension-cultured tobacco (Nicotiana tabacum cv Xanthi) cells to hypoosmotic and mechanical stresses was characterized. The oxidase involved in the hypoosmotic stress response showed similarities by its NADPH dependence and its inhibition by iodonium diphenyl with the neutrophil NADPH oxidase. Activation of the oxidative response by hypoosmotic stress needed protein phosphorylation and anion effluxes, as well as opening of Ca2+ channels. Inhibition of the oxidative response impaired Cl− efflux, K+ efflux, and extracellular alkalinization, suggesting that the oxidative burst may play a role in ionic flux regulation. Active oxygen species also induced the cross-linking of a cell wall protein, homologous to a soybean (Glycine max L.) extensin, that may act as part of cell volume and turgor regulation through modification of the physical properties of the cell wall.

Identification of a Novel Isoform of the Chloroplast-Coupling Factor α-Subunit 1

Studies were conducted to identify a 64-kD thylakoid membrane protein of unknown function. The protein was extracted from chloroplast thylakoids under low ionic strength conditions and purified to homogeneity by preparative sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis. Four peptides generated from the proteolytic cleavage of the wheat 64-kD protein were sequenced and found to be identical to internal sequences of the chloroplast-coupling factor (CF1) α-subunit. Antibodies for the 64-kD protein also recognized the α-subunit of CF1. Both the 64-kD protein and the 61-kD CF1 α-subunit were present in the monocots barley (Hordeum vulgare), maize (Zea mays), oat (Avena sativa), and wheat (Triticum aestivum); but the dicots pea (Pisum sativum), soybean (Glycine max Merr.), and spinach (Spinacia oleracea) contained only a single polypeptide corresponding to the CF1 α-subunit. The 64-kD protein accumulated in response to high irradiance (1000 μmol photons m−2 s−1) and declined in response to low irradiance (80 μmol photons m−2 s−1) treatments. Thus, the 64-kD protein was identified as an irradiance-dependent isoform of the CF1 α-subunit found only in monocots. Analysis of purified CF1 complexes showed that the 64-kD protein represented up to 15% of the total CF1 α-subunit.

Antioxidant Defenses in the Peripheral Cell Layers of Legume Root Nodules1

Ascorbate peroxidase (AP) is a key enzyme that scavenges potentially harmful H2O2 and thus prevents oxidative damage in plants, especially in N2-fixing legume root nodules. The present study demonstrates that the nodule endodermis of alfalfa (Medicago sativa) root nodules contains elevated levels of AP protein, as well as the corresponding mRNA transcript and substrate (ascorbate). Enhanced AP protein levels were also found in cells immediately peripheral to the infected region of soybean (Glycine max), pea (Pisum sativum), clover (Trifolium pratense), and common bean (Phaseolus vulgaris) nodules. Regeneration of ascorbate was achieved by (homo)glutathione and associated enzymes of the ascorbate-glutathione pathway, which were present at high levels. The presence of high levels of antioxidants suggests that respiratory consumption of O2 in the endodermis or nodule parenchyma may be an essential component of the O2-diffusion barrier that regulates the entry of O2 into the central region of nodules and ensures optimal functioning of nitrogenase.

O conceito de equilíbrio hidráulico e termodinâmico da água no solo aplicado ao estudo da curva de retenção e murchamento de plantas

Estimativas sobre alterações climáticas globais têm aumentando a demanda por estudos sobre propriedades dos solos relativamente secos e limitações impostas à absorção de água pelas plantas em condições de escassez hídrica. Neste estudo, fatores que influenciam a retenção da água no solo e o murchamento de plantas foram avaliados com base no conceito de equilíbrio da água no solo. Objetivou-se com este estudo: (i) avaliar a confiabilidade de medições do conteúdo de água no solo sob altas sucções matriciais em câmaras de pressão, usando como referência a técnica de ponto de orvalho (ii) avaliar as interações entre espécies de plantas e solos com diferentes classes texturais no ponto de murcha permanente (iii) investigar as relações entre equilíbrio hidráulico da água no solo e murchamento de plantas a partir do conceito de corte hidráulico. Para tanto, um experimento para avaliar a influência dos tipos de solos e espécies de plantas, no ponto de murcha permanente foi conduzido em casa de vegetação da Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\" da Universidade de São Paulo, Piracicaba, São Paulo. Avaliou-se o murchamento de plantas de girassol (Helianthus annuus L.), milho (Zea mays L.) e soja (Glycine max L.). Os solos utilizados no estudo foram coletados na camada superficial (0-10 cm) em quatro áreas, selecionadas com o objetivo de obter classes texturais contrastantes, localizadas no município de Piracicaba, São Paulo, Brasil. Sub-amostras foram utilizadas para determinação da distribuição do tamanho de partículas e atributos químicos. Amostras indeformadas foram coletadas para a determinação da curva de retenção da água no solo pela técnica de câmaras de pressão. Adicionalmente, amostras deformadas foram utilizadas para determinação das características de retenção da água no solo pela técnica do ponto de orvalho em altos valores de sucções matriciais. Os dados de retenção de água no solo foram ajustados a modelos empíricos para estimativas da sucção matricial e conteúdo de água relacionada à água em equilíbrio hidráulico (água residual). Foram observadas similaridades nas determinações das características de retenção da água no solo entre as técnicas de câmaras de pressão e ponto de orvalho, sugerindo a boa drenagem das amostras de solo em câmaras de pressão. Interações significativas foram observadas entre os tipos de solos e espécies de plantas no ponto de murcha permanente, indicando que o movimento de água no contínuo solo-planta-atmosfera foi dependente de resistências relacionadas tanto ao solo quanto às plantas. Ou seja, tanto à capacidade do solo em transportar água até raízes, quanto à habilidade das plantas em absorver a água transportada, assim como, aos processos de regulação de água que ocorrem nas plantas. A abordagem baseada no conteúdo de água residual para o intervalo de sucções matriciais de 0 a 15.000 hPa não foi adequada para ilustrar a condição de equilíbrio hidráulico da água no solo, definidos pelo corte hidráulico, e relações com as sucções matriciais em ocorre o murchamento de plantas.

Zinco para arroz e soja: doses, aproveitamento pelas culturas, fitodisponibilidade e formas desse elemento no solo

A deficiência de Zn no solo causa efeitos indesejáveis na produção agrícola, pois a baixa disponibilidade deste micronutriente para as plantas promove a diminuição da atividade enzimática, além da deficiência deste elemento na alimentação, que pode levar ao estado de subnutrição. Tendo em vista a problemática do Zn no sistema solo-planta e suas variações nos compartimentos do solo, é importante a avaliação de sua fitodisponibilidade e as frações do solo que este elemento está associado. O objetivo deste trabalho foi avaliar a fitodisponibilidade e a compartimentalização de Zn no solo, para as culturas de arroz (Oryza sativa L.) e soja (Glycine max L. Merrill) e avaliar o efeito das doses de Zn sobre a nutrição e exportação deste nutriente pela cultura. Utilizou-se como plantas teste as culturas de arroz e soja para avaliar o efeito das doses de Zn sobre a nutrição e translocação deste nutriente até os grãos. Para tanto, uma amostra de um Latossolo Vermelho, textura argilosa da região de Piracicaba (SP) foi utilizada e ZnCl2 (marcado com 65Zn) como fonte. O experimento foi conduzido em casa de vegetação em DIC, com cinco doses de Zn (0, 1, 2, 4 e 8 mg kg-1 de solo), com quatro repetições. O experimento foi conduzido até a formação de grãos e foi realizada determinação de Zn por Espectrômetria de Absorção Atômica após digestão nitroperclórica e contagem do 65Zn nas partes da planta: parte aérea (PA) e panícula (P), para arroz e PA, vagem (V) e grão (G), para soja. Calculou-se a quantidade de Zn proveniente da fonte (Znpf) nas partes das plantas e o aproveitamento do Zn da fonte pelas culturas (Ap). Nas amostras de solo foram realizadas extrações por DTPA (ZnDTPA) e Mehlich-1 (ZnM1) em duas subamostragens (t1 e t2), antes da semeadura e florescimento, respectivamente. O fracionamento de Zn foi realizado em amostras de t2 nas frações: trocável (ZnTroc); ligado a carbonatos (ZnCarb); a matéria orgânica (ZnMO); a óxidos (ZnOxi) e residual (Znres). Adicionalmente, foi realizada análise do teor pseudo-total de Zn (ZnPST). Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância pelo teste-F a 95 % de probabilidade, ajuste das variáveis em função das doses por regressões e teste de média e análises de correlações entre as principais variáveis respostas. O Zn acumulado total na planta se ajustou à regressão linear em função do aumento das doses, entretanto ao analisar as partes separadamente, só houve diferença entre as doses para a variável PA em ambas as culturas. O Znpf total nas plantas apresentou incremento com a adição das doses crescentes de Zn ao solo, entretanto, eu aproveitamento foi baixo, 12 e 8,75 % para arroz e soja, respectivamente. As doses de ZnCl2 adicionadas ao solo, aumentaram a concentração de Zn presente nas frações ZnTroc > ZnMO > ZnCarb, em ordem decrescente. O Zn total acumulado nas plantas de arroz e soja apresentam correlações crescentes para os extratores DTPA e M1 nas duas subamostragens (t1 e t2), em função das doses avaliadas. O Zn extraído pelo DTPA ou M1, apresentaram correlação significativa com o Zn extraído nas frações, na ordem decrescente, ZnTroc > ZnCarb > ZnMO

Disponibilidade de níquel no sistema solo-planta: efeito de doses e saturações por bases

Por se tratar de um elemento essencial às plantas e um metal pesado ao mesmo tempo, o níquel requer atenção quanto aos aspectos da fisiologia de plantas e ambiental. Além disso, existe um intervalo estreito entre as exigências nutricionais e os teores tóxicos às plantas. Neste contexto, objetivou-se avaliar o efeito do Ni no sistema solo-planta, com foco no ciclo do N e a disponibilidade do elemento no solo, por meio de experimento em condições controladas, utilizando vasos distribuídos inteiramente ao acaso, utilizando-se esquema fatorial 2 x 5, com sete repetições cada tratamento. O primeiro fator foi constituído de duas saturações por base (50 e 70%) e o segundo de cinco doses de Ni (0; 0,1; 0,5; 1,0 e 10,0 mg dm-3 de solo). Os vasos foram preenchidos com 8 dm3 de terra e cultivados com soja [Glycine max (L.) Merrill] sucedida por girassol (Helianthus annuus L.). Os parâmetros qualitativos e quantitativos: altura de plantas (AP), diâmetro do caule (DC), número de nós (NN), estádio fenológico (EF), índice SPAD e, diâmetro do capítulo (DCap) (para girassol) foram avaliadas aos 30 e 60 dias após a emergência (d.a.e.) de cada cultivo. Plantas inteiras de soja, amostradas em quatro vasos de cada tratamento, foram coletadas no estádio R1. Na mesma ocasião foram coletadas amostras de solo da rizosfera. Em seguida, as plantas coletadas foram divididas em: folhas; raízes (nódulos na soja) e parte aérea. Foram determinados nas folhas utilizadas para diagnose em soja e girassol: os teores de macro e micronutrientes, as atividades da redutase do nitrato e da urease e as concentrações dos ácidos orgânicos: oxálico, malônico, succínico, málico, tartárico, fumárico, oxaloacético, cítrico e lático. Os mesmos ácidos orgânicos foram determinados em raízes secundárias de girassol e nódulos de soja. Foram realizadas avaliações ultraestruturais por meio de microscopia eletrônica de transmissão (MET) em raízes de girassol, e estruturais e de tonalidade em nódulos de soja, por meio de microscopia de luz. No solo, foram determinadas: atividade urease, desidrogenase, Ni total e fitodisponível pelos métodos: Mehlich-1, Mehlich-3 e DTPA. No período de maturidade fisiológica de cada cultura foi realizada a colheita das plantas dos vasos restantes para determinação de produção de grãos, teores de Ni na planta inteira e Ni e N nos grãos. Ao final dos dois experimentos foi realizada nova coleta de solo para extração sequencial de Ni. O índice SPAD em soja aos 60 d.a.e., a produção de massa seca da parte aérea da soja e da raiz de girassol foram influenciados pela saturação por bases, doses de níquel e pela a interação destes. Foram influenciados pelas saturações por base e doses de níquel (fatores isolados): para soja: AP aos 60 d.a.e., NN aos 30 e 60 d.a.e., SPAD aos 30 d.a.e.; para girassol: AP e NN aos 30 e 60 d.a.e., DC e SPAD aos 30 d.a.e. As demais variáveis avaliadas aos 30 e 60 d.a.e. foram influenciadas apenas pela saturação por bases, ou doses de Ni separadamente. As plantas de soja e girassol apresentaram maiores teores de Ni nos diferentes tecidos avaliados (exceto grãos) quando cultivadas sob V50%. A produção de grãos de soja e girassol não foi influenciada pelos tratamentos, porém o teor de N dos grãos de soja influenciado pelas doses de Ni na V70%. A atividade da enzima urease nas folhas de soja e girassol foi responsiva positivamente ao aumento das doses de Ni. Quatro dos ácidos orgânicos avaliados e o teor de N nas folhas e nos grãos foram maiores nas plantas cultivadas sob V70% com a dose de 0,5 mg dm-3 de Ni. As doses de Ni bem com as saturações por bases influenciaram diretamente o balanço de nutrientes das plantas. Os extratores Mehlich-1, Mehlich-3 e DTPA apresentaram elevado coefienciente de correlação entre a fração de Ni disponível no solo e a concentração do elemento nas plantas de soja e girassol, sendo o extrator DTPA o que apresentou maior coeficiente de correlação. O Ni apresentou distribuição variável entre as diferentes frações do solo em função dos tratamentos. Os solos dos tratamentos com saturação por bases de 70% apresentaram maior concentração de Ni ligado a carbonato, comparado aos tratamentos sob saturação por bases de 50%. A distribuição do Ni entre as frações do solo seguiu a seguinte orgem: ligado a carbonato < trocável < ligado a óxidos < matéria orgânica < residual. A saturação por bases exerceu efeito diferenciado para a atividade da urease no solo em função da cultura avaliada. Por sua vez, o Ni exerceu efeito diferenciado sobre a atividade de desidrogenase em função da cultura estudada

Does the cutting of lucerne (Medicago sativa) encourage the movement of arthropod pests and predators into the adjacent crop?

Lucerne (Medicago sativa) has been suggested as an ideal refuge habitat as part of an integrated pest management (IPM) program because it harbours high numbers of beneficial arthropods. Whether or not cutting of lucerne encourages the movement of these beneficials into adjacent target crops is unknown. Vacuum samples were used to determine the effects of cutting lucerne on arthropod abundance (pests and predators) within lucerne and adjacent soybean (Glycine max) crops. Vacuum-sample collections of arthropods were conducted before and after lucerne cutting on seven occasions in four fields over two seasons. In the lucerne, 10 m by 1 m strips parallel to the crop interface were sampled at 5, 10, 15, 20 and 30 m from the interface. In the soybean, 10 m of row were sampled at the same distances from the crop interface. The abundance of predators in lucerne was reduced immediately after cutting at all distances from the interface. Predator abundance in soybean did not show any change. The cutting of lucerne significantly reduced pest numbers within the lucerne but had little effect on pest abundance in the adjacent soybean. The temporal pattern in pest and predator abundance was very different for each field sampled. Generally, arthropods decreased in abundance after cutting and gradually increased as the lucerne grew back. In soybeans, arthropod numbers fluctuated regardless of the cutting of the lucerne. Cutting of lucerne alone does not guarantee movement of predators into the adjacent target crop. The presence of lucerne fields within a cropping area may have some impact on regional predator populations, and so still be useful for IPM programs, but this has yet to be tested critically.

Microwave-assisted solvent extraction and analysis of shikimic acid from plant tissues.

A better method for determination of shikimate in plant tissues is needed to monitor exposure of plants to the herbicide glyphosate [N-(phosphonomethyl)glycine] and to screen the plant kingdom for high levels of this valuable phytochemical precursor to the pharmaceutical oseltamivir. A simple, rapid, and efficient method using microwave-assisted extraction (MWAE) with water as the extraction solvent was developed for the determination of shikimic acid in plant tissues. High performance liquid chromatography was used for the separation of shikimic acid, and chromatographic data were acquired using photodiode array detection. This MWAE technique was successful in recovering shikimic acid from a series of fortified plant tissues at more than 90% efficiency with an interference-free chromatogram. This allowed the use of lower amounts of reagents and organic solvents, reducing the use of toxic and/or hazardous chemicals, as compared to currently used methodologies. The method was used to determine the level of endogenous shikimic acid in several species of Brachiaria and sugarcane (Saccharum officinarum) and on B. decumbens and soybean (Glycine max) after treatment with glyphosate. The method was sensitive, rapid and reliable in all cases.

First report of the powdery mildew Erysiphe diffusa on soybean in Australia

A powdery mildew with a Pseudoidium anamorph was found on Glycine max in south-east Queensland, Australia. Morphological examination and molecular identification determined this species as Erysiphe diffusa, which is reported for the first time from Australia. © 2012 Australasian Plant Pathology Society Inc.

Three phases of dark-recovery course from photoinhibition resolved by the chlorophyll fluorescence analysis in soybean leaves under field conditions

The chlorophyll fluorescence in soybean leaves was observed by a portable fluorometer CF-1000 under field conditions. On clear days, F-0 increased while F, and F-v/F-m decreased gradually in the morning. At midday F-O reached its maximum while F-v and F-v/F-m reached their minimum. The reverse changes occurred in the afternoon. At dusk these parameters could return to levels near those at dawn. Following exposure to a strong sunlight for more than 3 h, the dark-recovery process displayed three phases: (1) slow increases in F-0, F-v and F-v/F-m within the first hour; (2) a faster decrease in F-0 and faster increases in F-v and F-v/F-m within subsequent two hours; (3) a slow decrease in F-0 and slow increases in F-v and F-v/F-m within the fourth hour. In comparison with darkness, weak irradiance had no stimulating effect on the recovery from photoinhibition. Hence the photoinhibition in soybean leaves is mainly the reflection of reversible inactivation of some photosystem 2 reaction centres, but not the result of D1 protein loss.

Evolution of soybean diseases in Argentina : past and present : contributions of FAUBA to the integrated management of plant diseases

p.37-52

Soybean - Corn rotation : efect of the stubble mineralization on the nitrates production and corn yield

p.53-58