Arsenic uptake and accumulation in rice (Oryza sativa L.) irrigated with contaminated water

Long-term use of arsenic contaminated groundwater to irrigate crops, especially paddy rice (Oryza sativa L.) has resulted in elevated soil arsenic levels in Bangladesh. There is, therefore, concern regarding accumulation of arsenic in rice grown on these soils. A greenhouse pot experiment was conducted to evaluate the impact of arsenic-contaminated irrigation water on the growth and uptake of arsenic into rice grain, husk, straw and root. There were altogether 10 treatments which were a combination of five arsenate irrigation water concentrations (0-8 mg As l^-1) and two soil phosphate amendments. Use of arsenate containing irrigation water reduced plant height, decreased rice yield and affected development of root growth. Arsenic concentrations in all plant parts increased with increasing arsenate concentration in irrigation water. However, arsenic concentration in rice grain did not exceed the maximum permissible limit of 1.0 mg As kg^-1. Arsenic accumulation in rice straw at very high levels indicates that feeding cattle with such contaminated straw could be a direct threat for their health and also, indirectly, to human health via presumably contaminated bovine meat and milk. Phosphate application neither showed any significant difference in plant growth and development, nor in As concentrations in plant parts.

Relative toxicity of arsenite and arsenate on germination and early seedling growth of rice (Oryza sativa L.)

Elevated soil arsenic levels resulting from long-term use of arsenic contaminated ground for irrigation in Bangladesh may inhibit seed germination and seedling establishment of rice, the country's main food crop. A germination study on rice seeds and a short-term toxicity experiment with different concentrations of arsenite and arsenate on rice seedlings were conducted. Percent germination over control decreased significantly with increasing concentrations of arsenite and arsenate. Arsenite was found to be more toxic than arsenate for rice seed germination. There were varietal differences among the test varieties in response to arsenite and arsenate exposure. The performance of the dry season variety Purbachi was the best among the varieties. Germination of Purbachi was not inhibited at all up to 4 mg l^-1 arsenite and 8 mg l^-1 arsenate treatment. Root tolerance index (RTI) and relative shoot height (RSH) for rice seedlings decreased with increasing concentrations of arsenite and arsenate. Reduction of RTI caused by arsenate was higher than that of arsenite. In general, dry season varieties have more tolerance to arsenite or arsenate than the wet season varieties.

Efecto de la inhibición de la trealasa por RNA antisentido sobre la tolerancia a sequía en arroz (Oryza sativa L.)

Tesis (Doctor en Ciencias con Especialidad en Biotecnología) UANL, 2010.

Phytochemical investigations on ‘black glumed’ Njavara (Oryza sativa L.), the medicinal rice, as compared to staple varieties and evaluation of their antioxidant, anti-inflammatory and anticancer effects

The study was planned to investigate the bioactive compounds in Njavara compared to staple varieties and their bioactivity to substantiate the medicinal properties. Results of the study on chemical indices, antioxidant activity and antiinflammatory activity (in vivo) of Njavara black rice bran and rice in comparison with non-medicinal varieties like Sujatha and Palakkadan Matta rice bran and rice are given. The phytochemical investigation and quantification of Njavara extracts in comparison with staple varieties are detailed in this study. The last chapter is divided in three sections (A, B and C). Section A comprises the antioxidant activity by in vitro assays like DPPH, superoxide anion radical and hydrogen peroxide scavenging activity of the compounds. Also, theoretical studies using DFT were carried out based on DPPH radical scavenging activity for understanding the radical stability and mechanism of antioxidant activity. Section B comprises the anti-inflammatory activity of the identified compounds namely tricin and two flavonolignans in both in vivo and in vitro models. Section C describes the cytotoxicity of the rare flavonolignans, tricin 4’-O-(erythro-β-guaiacylglyceryl) ether and tricin 4’-O-(threo-β-guaiacylglyceryl) ether towards multiple cancer cells belonging to colon, ovarian and breast tumours.

High temperature stress and spikelet fertility in rice (Oryza sativa L.)

In future climates, greater heat tolerance at anthesis will be required in rice. The effect of high temperature at anthesis on spikelet fertility was studied on IR64 (lowland indica) and Azucena (upland Japonica) at 29.6 degrees C (control), 33.7 degrees C, and 36.2 degrees C tissue temperatures. The objectives of the study were to: (i) determine the effect of temperature on flowering pattern; (ii) examine the effect of time of day of spikelet anthesis relative to a high temperature episode on spikelet fertility; and (iii) study the interactions between duration of exposure and temperature on spikelet fertility. Plants were grown at 30/24 degrees C day/night temperature in a greenhouse and transferred to growth cabinets for the temperature treatments. Individual spikelets were marked with paint to relate fertility to the time of exposure to different temperatures and durations. In both genotypes the pattern of flowering was similar, and peak anthesis occurred between 10.30 h and 11.30 h at 29.2 degrees C, and about 45 min earlier at 36.2 degrees C. In IR64, high temperature increased the number of spikelets reaching anthesis, whereas in Azucena numbers were reduced. In both genotypes :511 h exposure to >= 33.7 degrees C at anthesis caused sterility. In IR64, there was no interaction between temperature and duration of exposure, and spikelet fertility was reduced by about 7% per degrees C > 29.6 degrees C. In Azucena there was a significant interaction and spikelet fertility was reduced by 2.4% degrees Cd-1 above a threshold of 33 degrees C. Marking individual spikelets is an effective method to phenotype genotypes and lines for heat tolerance that removes any apparent tolerance due to temporal escape.

Physiological and proteomic approaches to address heat tolerance during anthesis in rice (Oryza sativa L.)

Episodes of high temperature at anthesis, which in rice is the most sensitive stage to temperature, are expected to occur more frequently in future climates. The morphology of the reproductive organs and pollen number, and changes in anther protein expression, were studied in response to high temperature at anthesis in three rice (Oryza sativa L.) genotypes. Plants were exposed to 6 h of high (38 °C) and control (29 °C) temperature at anthesis and spikelets collected for morphological and proteomic analysis. Moroberekan was the most heat-sensitive genotype (18% spikelet fertility at 38 °C), while IR64 (48%) and N22 (71%) were moderately and highly heat tolerant, respectively. There were significant differences among the genotypes in anther length and width, apical and basal pore lengths, apical pore area, and stigma and pistil length. Temperature also affected some of these traits, increasing anther pore size and reducing stigma length. Nonetheless, variation in the number of pollen on the stigma could not be related to measured morphological traits. Variation in spikelet fertility was highly correlated (r=0.97, n=6) with the proportion of spikelets with ≥20 germinated pollen grains on the stigma. A 2D-gel electrophoresis showed 46 protein spots changing in abundance, of which 13 differentially expressed protein spots were analysed by MS/MALDI-TOF. A cold and a heat shock protein were found significantly up-regulated in N22, and this may have contributed to the greater heat tolerance of N22. The role of differentially expressed proteins and morphology during anther dehiscence and pollination in shaping heat tolerance and susceptibility is discussed.

Isolation of a gene preferentially expressed in mature anthers of rice (Oryza sativa L.)

Using monoclonal antibodies raised against pollen-specific proteins, we have isolated a cDNA clone, designatedOry-Cl from a rice anther cDNA expression library. A transcript corresponding to theOry-Cl gene showed preferential expression in anthers. This transcript was not detected in any vegetative tissues analysed. RNA gel blot analysis of different developmental stages of anthers showed that theOry-Cl gene is expressed at later stages of pollen development. In situ hybridisation showed that theOry-Cl transcript is only present in mature pollen.

Análise das questões ergonomicas, qualidade de vida no trabalho, e diagnóstico sócio econômico que importam aos trabalhadores de uma empresa rural na formação de lavouras de arroz irrigado (Oryza Sativa L.) : um estudo de caso

Resumo não disponível.

Estudo da influência de manejos pós-colheita na incidência de fungos e micotoxinas no arroz (Oryza sativa L.)

Cerca de 15% da safra de arroz é perdida anualmente, principalmente em práticas inadequadas de pós-colheita. Nesse contexto, a avaliação de técnicas de secagem e armazenamento é necessária em função das perdas quali e quantitativas de grãos, resultantes do desenvolvimento de fungos. O objetivo desse trabalho foi analisar a contaminação fúngica e por micotoxinas do arroz submetido aos sistemas de secagem intermitente e estacionário, com armazenamento em sacaria e em silo-secador, avaliando o comportamento das principais variáveis de influência no processo. O trabalho foi realizado entre os meses de maio de 2003 a maio de 2004. As amostras de arroz com casca foram coletadas a cada dois meses, em duplicatas. Foram, ainda, analisadas amostras de arroz branco polido e parboilizado de ambos sistemas. O número de colônias de bolores e leveduras foi determinado e a capacidade produtora de micotoxinas dos isolados do gênero Aspergillus foi investigada. A detecção de aflatoxinas, ocratoxina A, zearalenona e citrinina foi realizada por cromatografia em camada delgada. Os grãos secados no sistema estacionário apresentaram maior contagem de colônias fúngicas. Enquanto no sistema intermitente, a contaminação foi mais uniforme ao longo do armazenamento. Predominaram representantes do gênero Penicillium nos dois sistemas, principalmente P. commune e P. islandicum. Entre os isolados do gênero Aspergillus, destacou-se A. flavus. Foram encontrados 7 (13, 20%) isolados de A.flavus produtores de aflatoxina B1, mas não foram detectadas micotoxinas nas amostras. A umidade dos grãos afetou significativamente a contaminação fúngica no manejo intermitente e no terço superior (altura 2) do silo-secador. A temperatura no interior do silo influenciou a contaminação no terço inferior (altura 1).

Danos de Ochetina uniformis (Pascoe, 1881) (Coleoptera, Erirhinidae, Erirhininae), sob diferentes níveis populacionais, na cultura de arroz irrigado (Oryza sativa L.)

O gorgulho Ochetina un!/Órmis é o principal inseto praga surgido nos últimos anos em arroz irrigado, no sul do Brasil, devido às perdas que causa à produtividade da cultura. Com o objetivo de investigar os danos do inseto na cultura de arroz irrigado, sob diferentes níveis~. populacionais de infestação, foi conduzido ensaio em campo experimental, na safra 2002/03. Para isso utilizou-se seis tratamentos: O, 2, 6, 12, 24 e 32 adultos/O,R 01:\ em delineamento de blocos casualizados com 4 repetições. O sistema de irrigação e drenagem foi individualizado. A cultivar IRGA 417, de ciclo curto. foi semeada com densidade de 80 sementes/mo Um desbaste foi feito aos 19 dias após a semeadura, permanecendo 200 plantas de tamanho uniforme, por unidade experimentaL A infestação foi realizada aos sete dias após o estabelecimento da lâmina de água, que correspondeu a 32 dias após a semeadura. As variáveis avaliadas foram número de folhas perfuràdas, ma.,<;saseca de folhas, estatura de plantas, número de panículas/m, número de grãoslpanícula, peso de mil grãos, esterilidade de grãos e produtividade de grãos. Observou-se redução da estatura e acamamento de plantas. A cada inseto/O)~ m2 estimou-se redução de 0,441 panículaslm, de 0,456 grãos/panícula e de produtividade equivaJente a 83,567 kglha. O percentual de redução da produtividade foi de I,OR% a cada inseto/1112.

Identificação de genes envolvidos na interação entre Magnaporthe grisea e arroz (Oryza sativa L.)

A brusone, causada pelo fungo Magnaporthe grisea (Hebert) Barr, é uma das mais importantes doenças da cultura do arroz. A resistência genética é a forma mais efetiva para o controle da doença. Os objetivos do presente trabalho foram: identificar genes envolvidos na resposta de resistência à infecção de M. grisea em arroz através das técnicas de expressão diferencial; obter e caracterizar uma biblioteca de cDNAs utilizando como modelo linhas quase-isogênicas de arroz (NILs = Near Isogenic Lines), contendo os genes de resistência Pi-1 e Pi-2; e avaliar e comparar a expressão diferencial de mRNAs, através dos cDNAs isolados em uma série de cultivares com resposta distinta à infecção de M. grisea. Foram identificados dois isolados com virulência diferencial para as NILs e um isolado para os cultivares. Os cDNAs relacionados à resistência do arroz à M. grisea foram identificados a partir de mRNAs isolados das NILs. Foram obtidos 30 fragmentos de cDNAs e 232 clones de cDNAs pelas técnicas de cDNA-AFLP e SSH, respectivamente. A análise das seqüências permitiu identificar genes envolvidos nos processos de metabolismo, transporte de íon inorgânico; transdução de sinais; fatores de transcrição; metabolismo de coenzima; conversão e produção de energia; metabolismo e transporte de carboidrato e biossíntese de proteína. Noventa clones isolados através da técnica de SSH foram selecionados e a expressão diferencial foi avaliada via hibridização em macroarranjos de cDNAs. A ausência de conservação entre os mRNAs diferencialmente expressos nas interações analisadas e a diversidade dos grupos de genes reflete a complexidade das respostas. A análise funcional in vivo desses genes poderá contribuir para utilização dos mesmos na obtenção de uma resistência de espectro amplo à brusone do arroz.

Araneofauna (Arachnida; Araneae) relacionada à cultura do arroz (Oryza sativa L.) e áreas adjacentes ao agroecossistema no município de Cachoeirinha, RS, Brasil

Com a intenção de conhecer a identidade e a diversidade da araneofauna relacionada com a cultura do arroz e as áreas entorno da lavoura, foi realizado um inventário, na Estação Experimental do Arroz (EEA), do Instituto Rio Grandense do Arroz (IRGA), Cachoeirinha, RS (50o58’21’’W; 29o55’30’’S), procurando contribuir com o conhecimento deste agroecossistema. Procurou-se avaliar a riqueza de espécies, abundância e similaridade da fauna de aranhas entre as formações e períodos escolhidos para a amostragem. Foram realizadas saídas de 20/10/2004 a 6/6/2005; o local de estudo (EEA) foi dividido em três áreas; a primeira um campo, que durante muitos anos foi utilizado para o cultivo do arroz, mas atualmente está “desativado” (em pousio), a segunda área a lavoura de arroz, subdividida em duas subáreas (arroz 1 e 2), e por fim, a terceira área na borda de um fragmento de mata próximo ao campo. Em cada área foram efetuadas coletas em transectos, dois em cada área, totalizando oito a cada coleta. Nos transectos foram realizadas coletas matinais utilizando a metodologia de rede de varredura (35 cm de diâmetro), para amostrar a araneofauna da vegetação herbácea e subarbustiva, tanto na cultura do arroz, no campo e na borda da mata. Em cada transecto foram efetuados 50 golpes com a rede em movimentos de avanço pendulares. Três períodos foram avaliados: antes do arroz ser semeado, durante o desenvolvimento do arroz e após a colheita. Foram coletadas um total de 2717 aranhas, incluindo jovens e adultos. A partir do exame de todas as amostragens realizadas, houve uma maior abundância de aranhas no campo, diferindo significativamente das outras áreas. A comunidade de aranhas das áreas estudadas constitui-se de 85 morfoespécies, pertencentes a 15 famílias, predominando, no geral, Oxyopidae, Araneidae e Tetragnathidae; no campo e borda ocorreu predomínio de Oxyopidae e no arroz (1 e 2) foi Araneidae. O grupo funcional com maior abundância de aranhas, que prevaleceu em todas as áreas, foi das caçadoras emboscadoras, seguido das construtoras de teias orbiculares. Entre as morfoespécies as mais abundantes foram: Oxyopes salticus Hentz, 1845, Alpaida veniliae (Keyserling, 1865) e Misumenops pallidus (Keyserling, 1880). A família que registrou o maior número de morfoespécies foi Linyphiidae. A única morfoespécie registrada em todos os períodos amostrais foi Oxyopes salticus, sendo a mais abundante no campo e borda; no arroz foi Alpaida veniliae. A maioria das morfoespécies foram raras, ocorrendo em somente uma ou duas coletas. Dos estimadores de riqueza de espécies o que mais se aproximou da riqueza observada foi Bootstrap nas áreas de campo (estimando 30,55 espécies; 85,1% das espécies amostradas), arroz 1 (31,41; 82,8%) e borda (79,02; 78,5%); no arroz 2 foi Chao 1 (39; 82,1%). Abundância e riqueza foram significativamente diferentes entre as áreas e os períodos. Ocorreu predomínio expressivo de aranhas jovens (imaturas). Entre as aranhas adultas, não existiu diferença significativa nos tamanhos médios entre as espécies das diferentes áreas. Dos fatores abióticos, somente a temperatura teve relação com a maior abundância na borda. Houve diferença significativa para a similaridade entre as áreas e os períodos. São apresentados aspectos da fenologia das morfoespécies mais abundantes registradas nesta pesquisa e outros resultados encontrados sugerem a importância de estudos da biodiversidade nos agroecossistemas.

Assistência de ar e volumes de aplicação na deposição de calda e no controle do arroz vermelho (Oryza sativa L.)

O trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da assistência de ar junto à barra pulverizadora e de três volumes de pulverização na dessecação e deposição da calda em arroz vermelho, sob cultivo de nabo forrageiro, em áreas de recuperação de várzeas, utilizando o herbicida paraquat e o corante Azul Brilhante, respectivamente. Os volumes de pulverização foram 100; 200 e 300 L ha-1 da solução aquosa, contendo corante alimentício (1.500 mg L-1). Com ou sem a assistência de ar junto à barra, foram utilizadas pontas de pulverização de jato plano tipo AXI 110015 à pressão de 117,3 kPa, AXI 11002 e AXI 11003 a 276 kPa. A avaliação da deposição da pulverização deu-se em folhas de plantas de arroz vermelho. Os maiores volumes (200 e 300 L ha-1) pulverizados com a assistência de ar junto à barra pulverizadora proporcionaram maiores depósitos do corante em relação ao volume de 100 L ha-1. Não foram constatadas diferenças na deposição do corante para os volumes pulverizados, sem a assistência de ar junto à barra, tampouco entre os volumes de 200 e 300 L ha-1 com a assistência de ar junto à barra. As maiores percentagens de controle do arroz vermelho foram obtidas com a assistência de ar junto à barra, independentemente do volume pulverizado, equivalendo-se ao controle obtido com 300 L ha-1, sem o uso dessa tecnologia.

Ação alelopática de alguns extratos de plantas daninhas na germinação do arroz (Oryza sativa L. cv. IAC - 165)

O efeito do extrato aquoso de três plantas daninhas, Cynodon dactylon (l.)Pers., Cyperus rotundus l. e Sorghum halepense (l.) Pers. sobre a germinação e o crescimento de plântulas de arroz (Oryza salina L. cv. IAC-165) foi estudado, com a finalidade de investigar a sensibilidade do arroz aos efeitos alelopáticos dessas plantas. Foram utilizados, na preparação dos extratos, raizes de Cynodon daclylon, tubérculos de Cyperus rolundus: e riomas de Sorglun halepense, os quais foram homoneizados em solução aquosa, submetidos a filtração e centrifugação. O sobrenadante foi aplicado no substrato de germinação das sementes, verificando-se, aos sete dias após a se meadura, que apenas os extratos de Cy-nodon daetylon e Sorghum halepense afetaram a porcentagem de germinação das sementes de arroz. Entretanto, o crescimento da radícula e da parte aérea das plântulas foi prejudicado pelos três extratos testados, sendo o efeito mais drástico causado pelo extrato de Cyperus, retundus.