Impactos negativos do arsênico na fotossíntese em folhas de arroz são mitigados pela suplementação de silício, sem aumento da capacidade antioxidante

Abstract

O silício (Si) desempenha um papel importante em mitigar vários estresses abióticos, possivelmente por minimizar o dano oxidativo induzido por estresse. Em arroz (Oryza sativa), acredita-se que o arsênio (As) possa causar estresse oxidativo compartilhando com o Si a mesma via de entrada nas raízes. Apesar dos grandes avanços na compreensão dos mecanismos de absorção de As e como estes podem ser afetados por Si, os mecanismos fisiológicos pelos quais o Si pode mitigar a toxicidade do As em plantas ainda precisam ser esclarecidos. Neste trabalho, avaliaram-se os efeitos isolados e combinados de Si e arsenito [As(III)] em plantas de arroz, usando um genótipo selvagem e o mutante lsi1 (low silicon rice 1) defectivo para a absorção de Si, no que diz respeito às trocas gasosas e parâmetros de fluorescência da clorofila a e aos danos celulares. A presença de As(III) levou a uma diminuição da fixação de carbono, fato não relacionado com limitações estomáticas e fotoquímicas, mas associada à diminuição da condutância mesofílica. Esta redução pôde ser revertida ao longo do tempo de forma considerável pela presença do Si, nos dois genótipos. Entretanto, os efeitos benéficos do Si em plantas tratadas com As(III) não apresentaram relação direta com o aumento da regulação da capacidade antioxidante. A fertilização com Si pode ser importante tanto na tentativa de diminuir as concentrações de As(III) quanto para melhorar o desempenho fotossintético de plantas de arroz contaminadas com As, o que pode resultar em uma melhor produtividade da cultura, além de promover aumento da segurança alimentar.

Silicon (Si) plays important roles in alleviating various abiotic stresses, possibly by counteracting stress-induced oxidative damage. In rice (Oryza sativa), arsenic (As) is believed to cause oxidative stress and to share the Si transport pathway for entry into roots. Despite much progress in understanding the mechanisms underlying the uptake of As and how they can be affected by Si, the physiological mechanisms through which Si might alleviate As toxicity in plants remain to be elucidated. We combined gas exchange and chlorophyll fluorescence measurements with analysis of the activity of the antioxidant system to examine the effects of Si nutrition on photosynthetic performance and oxidative stress in rice plants (a wild-type cultivar and its lsi1 mutant defective in Si uptake) challenged with arsenite. Arsenite treatment led to an impairment of carbon fixation that was unrelated to stomatal and photochemical limitations but, rather, was associated with decreased mesophyll conductance. This impairment could be reverted to a considerable extent by Si in a time- and genotypedependent manner. The ameliorative effects of Si on As-treated plants were uncoupled from any noticeable up-regulation of the antioxidant capacity. We identified Si nutrition as an important target in attempts to not only decrease As concentrations but also to improve the photosynthetic performance of rice plants challenged with As, which may ultimately result in better crop yield coupled with enhanced food safety.