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ASSIMILAÇÃO DE NITROGENIO EM PLANTAS NODULADAS
DE PHASEOLUS VULGARIS L. E VIGNA UNGUICULATA (L.) VVALP 1
MARIA C.P. NEVES 2 , MANLIO S. FERNANDES 3 e MARCIA F.M. SÃ 4
RESUMO - Foram comparados e contrastados em condições de campo os processos de assimilação de nitrogênio via nitrogenase e nitrato-redutase, o transporte e a acumulação de nitrogênio em plantas no- duladas dePhareolus ssdgar(s cv. Rio Tibagi e Vigna ungniculata cv. Vita 34. V. ungucu1afa^ apresentou valores mais altos de atividade da nitrogenase. A pequena nodulação de P. i'ulgaris^ resultou em maior dependência do nitrogênio mineral do solo, o que foi indicado pelos valores elevados de atividade da nitrato-redutase em relação a V. unguiculata, principalmente na fase reprodutiva das plantas. A supe- rioridade de V. unguiculala em assimilar e depois remobilizar o nitrogênio originalmente alocado nos órgãos vegetativos foi acompanhado de produção dc grãos 28% maior que a dof. vulgaris.^ Não foi ob- servada correlação entre as variações estacionais do teor de ureídos da seiva e atividade da nitrogenase para as duas espécies estudadas; entretanto, P. vulgaris exibiu uma correlação negativa entre as varia- ções na atividade da nitrato-redutase e o teor de urefdos na seiva, indicando que as vias metabólicas que resultam na produção de ureídos funcionam alternativamente à assimilação de nitratos. Termos para indexação: nitrogenase, nitrato-redutase, ureídos.
NITIROGEN ASSIMILATION BY NODULATE PLANTS OF PHASEOLUS VULGARIS L. AND VIGNA UNGUICULATA (L.) WALP
ABSTRACT - Under field conditions, the processes of nitrogen assimilation via nitrogenase and nitra- te-reductase, the transport and the accumulation ot nitrogen in nodulated plants of Phaseolus vulgaris cv. Rio Tibagi and Vigna ungukulata cv. Vita 34 were conipared and corstrasted. V. unguiculata showed better nodulation than P. (^) vulgaris and consequently had higher rates of rsitrogenase activity. The small nodulation of P. i'ulgaris resulted in greater depandence on soil mineral nitro9en as indicated by the higher rates of nitrate-reductase activity compared with V. ursguiculata, especially during reproductive stage of growth. The superiority of V. unguiculata i n terma of assimilation and remobili- zatiors of stored nitrogen resulted in a seed yield 28% greater than that of P. vulgaris. There was no correlation between the seasonal changes in the ureides content of the xylern sap and the nitrogenase activity for both plant species. However. P. vulgaris showed a negative correlation between the nitrate- -reductase activity and the ureide content of the sap indicating that the metabolic pathways leading to ureide production operates alternatively to nitrate assimilatiors. Index terma: nitrogenase, nitrate-reductase, ureides.
INTRODUÇÃO
O custo cada vez mais alto dos^ fertilizantes ni-
trogenados tende a dirigir a pesquisa agrícola, prin-
cipalmente nos países em desenvolvimento, no sen- tido de utilizar esses adubos de forma racional e eficiente e, sempre que possível, substitui-los total ou parcialmente pela fixação biológica de nitrogê- nio, principalmente em se tratando de legumino- sas. Dentre os muitos fatores que contribuem para aumentar a produtividade é de fundamental impor-
(^1) Aceito para publicação em 22 de junho de 1981. Contribuição do Departamento de Solos, Universida- de Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), CEP 23460- Seropédica, RJ. (^2) Bióloga, Ph.D., Prof. Adjunta, Departamento de So- los, UFRRJ, CEP 23.460 - Seropédica, RJ, Eng? Agr?, Ph.D., Prof. Adjunto. Departamento dc Solos, UFRRJ, ' Eng? Agr9. aluna do Curso de Pós-Graduação, UFRRJ, bolsista da CAPES.
tância uma maior disponibilidade de nitrogênio em estágios críticos do crescimento. Leguminosas no- duladas dispõem de duas fontes de nitrogênio, o atmosférico e o nitrogénio mineral (solo ou ferti- lizante), na forma, principalmente, de nitratos,
tendo, portanto, dois processos distintos de assimi-
lação de nitrogênio que operam via nitrogenase e nitrato-reclutase, respectivamente. Conseqüente-
mente, é indispensável o conhecimento do funcio-
namento destes processos fisiológicos de assimila-
ção de nitrogênio de modo a permitir o desenvol- virnento de uma tecnologia capaz de aumentar os níveis atuais de produtividade, mantendo o uso mínimo de fertilizantes nitrogenados. Grande variabilidade é observada entre as dife- rentes espécies de leguminosas quanto às variações estacionais da atividade da nitrogenase. Atividades máximas são observadas ora no período vegetativo, ora na floração ou no período de enchimento de grãos, ocorrendo, em algumas espécies, até mesmo
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690 M.C. P. Neves et ai.
dois períodos distintos de atividades máximas
(Minchin et ai. 1981), dependendo tanto da espé-
cie como da cultivar, estirpe de Rhizobium e das
condições ambientais em que os experimentos fo-
ram conduzidos. A assimilação de nitratos do solo
nos períodos de baixa atividade da nitrogenase (^) p0-
de, em grande parte, contribuir para a economia de
nitrogênio das plantas. Entretanto, a atividade da
nitrato-reductase também está sujeita a variações
estacionais, que já foram relatadas para Glycine
max (Strecter 1972, Tribodeau & Jaworski 1975,
Franco et ai. 1978), Vigna unguiculata (Minchín
et ai. 1980, Pulver 1977) e Phaseolus vulgaris
(Franco et ai. 1979). O processo preponderante de assimilação de ni-
trogênio determina, em grande parte, o tipo do
composto nitrogenado que é transportado e fica disponível para os órgãos em crescimento. Já que a síntese de ureídos ocorre principalmente nos nódulos (Tajima & Yamamoto 1975) e está reta- cio nada com a assimilação do nitrogênio molecu- lar recém fixado (Matsumoto et al. 1977b, Fujiha- ra & Yamaguchi 1978, Herridge et ai. 1978), a uti- lização de nitratos parece restringir a produção de
ureldos (alantoína e alantoato) em G. max (Matsu-
moto et ai. 1977a; Fujihara et ai. 1977) e V. un-
guicuiata (Minchin et ai. 1980, Neves et ai. 1981).
O presente trabalho teve por objetivo estudar sob condições de campo os processos de assimila-
ção de nitrogênio em plantas noduladas de P. vul-
garis e V. unguiculata (determinados ,através das
atividades da nitrogenase e nitrato-redutase) e o transporte e acumulação de nitrogênio nas plantas durante o ciclo de desenvolvimento.
MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi realizado em condições de campo, em solo Podzólico Vermelho-Amarelo, série Silvicultura, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (Ramos et ai. 1973). A análise do solo antes da instalação do ex- perimento revelou a seguinte composição: 51,8 ppm de K; 3,2 ppm de P; 0,05 mE/ 100 g de Al;5,2 mEflO0 gde Ca + Mg; 0,13% de N total e p11 5,9. Antes do plantio foi feita uma adubação básica com superfosfato simples (80 kg/ha" de P 2 05 ), KC1 (30 kg/ha de K20) e (NH4 )2SO4 (20 kg/ha' de N). A área experimental de 500 m2 foi dividida em parcelas de 15 m 2 , distribuídas em blocos ao acaso, com quatro repetições, com espaça- mento de 0,6 mx 0,05 m entre plantas. As sementes foram
inoculadas com as estirpes de Rhizc.bium correspondentes
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(uma mistura de C-05 e E 413 paraP. vulgarir cv. Rio Ti-
bagi e 1 1 a para V. ungticulata cv. Vita 34), imediatamente
antes do plantio, que foi feito em março de 1980. Duran- te o experimento, o solo foi mantido úmido através de. freqü entes irrigações. As colheitas foram feitas semanal- mente a partir da emergência (sete dias ap6s o plantio), com início às 9 h, para evitar variações diurnas na ativida- de das enzimas. Atividade da nitrogenase. Duas plantas por parcela fo- ram cuidadosamente removidas do solo, cortadas na altu- ra da cicatriz cotiledonar e as raízes noduladas foram co- locadas em frascos de 300 ml, dos quais 12% do ar foi substituído por acetileno. Após 30 minutos de incubação à temperatura ambiente (no campo), foram tiradas amos- tras de 0,5 ml da mistura gasosa do interior dos frascos para determinação por cromatografia do etileno produzi- do (Dart et ai. 1972). Atividade da nitrato-redutase. Os foiíolos do internó- dio médio de cinco plantas escolhidas ao acaso, em cada parcela, foram coletados, acondicionados em gelo e ime- diatamente trazidos para o laborátorio, para determinação da atividade da nitrato-redutase pelo método de Jaworski (1971). Determinação do peso seco e nitrogênio total. Raiz, caule e folhas de cinco plantas por parcela foram secos a 601C até peso constante, para determinação do peso seco, e o nitrogênio total de cada componente foi determinado pelo método de Kjeldahl. Coleta de exsudato do xilema e análise de ureídos. Quatro plantas escolhidas ao acaso em cada parcela foram decapitadas a 3 cm da superfície do solo, e o exsudado foi coletado durante uma hora (Minchin et ai, 1980). As amostras foram guardadas a -20 0C até o momento da aná- lise. O teor de alantoína e alantoato na seiva foi determi- nado colorimetricamente pelo método de Young & Con- way (1942).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Não houve diferenças significativas na ativida-
de da nitrato-redutase de V. unguiculata^ durante
o ciclo da planta (Fig. 1), enquanto que P. vulga-
ris mostrou dois picos de atividade da nitrato-redu- tase, um aos 21 dias após o plantio e outro aos 56 dias após o plantio (duas semanas após o início
da floração). Nestas duas épocas, a atividade da ni-
trato-redutase de P. vulga ris foi cerca de quatro ve-
zes mais elevada que a observada para V. unguicu-
lata e mesmo no período em que a atividade foi
mínima (entre 42 e 49 dias após o plantio) os valo- res ainda eram cerca de 2,5 vezes superiores aos re-
gistrados para V. unguiculata. As variações estacio-
nais da nitrato-redutase de P. vulgaris observadas
neste experimento mostraram tendências seme- lhantes às observadas por Franco et ai. (1979),
692 M.C. P. Neves et ai.
variação observada no peso dos nódulos (Fig. 2 e
3). As diferenças extremamente acentuadas de no-
dulaçio entre P. vulgczris e E', unguiculata também
existem em relação à fixação de nitrogênio. Seme-
ibante ao que acontece com o peso dos nó-
dulos, a atividade da nitrogenase cai drasticamente
logo após o início da floração (Fig. 3). Como foi
observada uma correlação altamente significativa
(r w 0,85") entre o peso dos nódulos e a atividade
de nitrogenase, pode-se estimar que a fixação de
nitrogênio, a partir da sétima semana após o plan-
tio, foi, praticamente, zero. Neste aspecto, os re-
sultados obtidos diferem dos de Franco et ai.
(1979), que registraram valores bem mais altos pa-
ra a atividade da nitrogenase de um outro sistema
simbiótico (P. vulgaris cv. Rico 23/Rhizobium
F 300 F 310). Valores bem mais altos de ativida-
60
1
a
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8
40
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14 28 4 DIAS APÓS (^) PLANTIO
FIG. 3. Atividade da nitrogenase (redução de C 2 H 2 ) du-
rente o ciclo de P. vulgaris (^) (0 - - 0) e V. ur?guicu- lata (0— 0);. indica início de floração.
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de da nitrogenase já foram também relatados para
1/, unguiculata (Neves et ai. 1981, Summerfieid
et al. 1977), porém estes valores provavelmente re-
fletem as condições próximas do ótimo em que as
plantas foram crescidas. Nos trópicos e em condi-
ções de campo, valores bern próximos aos deste
experimento têm sido freqüentemente observados
(F.F.. Duque, comunicação pessoal).
A Fig. 4 mostra a variação estacional do teor de
urefdos na seiva obtida como exsudado de plantas
decapitadas. Na primeira semana após a germina-
ção (quatorze dias após o plantio), o teor de ureí-
dos de V. unguiculata foi 12,5 vezes maior que os
de P. vulgaris, e se manteve mais alto até a quinta
semana, embora as diferenças não fossem tão acen-
tuadas (1,5 vez maior). Na sexta semana, entretan-
to, os teores de urcfdos em P. vulgaris mostraram
um aumento acentuado, ultrapassando o de V. un-
guicuata em 1,5 vez, voltando a cair para níveis
inferiores aos de V. unguiculata apenas na oitava
semana após o plantio. A variação estacional nos
teores de urefdos não coincide com a observada no
peso de nódulos e atividade da nitrogenase (Fig. 2,
3 e 4). Por outro lado, os níveis máximos de ureí-
do em P. vulgaris, entre a sexta e sétima semana
após o plantio, coincidem com níveis mínimos de
atividade da nitrato-redutase (Fig. 1 e 4). Ao rápi-
do aumento na atividade da nitrato-redutase entre
CIAS APÕS PLANTIA
FIG, 4. Teor de urefdo no exsudado do xiema durante o ciclo do P. vulgaris (^) (0 - - 0) e V. unguicu/ata (0— 0); indica início de floração.
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ASS1MILAÇÃO DE NITROGÊNIO EM PLANTAS NODULADAS 693
a sétima e oitava semanas, correspondeu uma acen-
tuada queda no teor de ureído; e considerando-se
todo o período experimental, observa-se uma cor-
relação negativa (r 0,79*) entre os dois parâme-
tros. Para V. unguiculata tal correlação não foi
observada (r -0,18).
Em ambientes controlados, correlações estreitas
são observadas entre o teor de urefdos transporta-
do na seiva e a fixação de nitrogênio de plantas to-
talmente dependentes da fixação biológica de ni-
trogênio e recebendo solução nutriente sem nitro-
gênio .(Minchin et ai. 1980, Cookson et al. 1980).
A variação observada neste experimento provavel-
mente reflete o que acontece com plantas sujeitas
a nutrição mista, como geralmente ocorre em con-
dições de campo, apesar de que as influências de
diferentes taxas transpiracionais possam ter con-
corrido para tais respostas muito embora a umida-
de do solo tenha sido controlada e o plantio na
época de estiagem permitiu coletas sempre em dias
de sol.
A Tabela 1 mostra a variação estacional do ni-
trogênio acumulado nas raízes, caules e folhas das
duas espécies estudadas. Em P. vulgaris, o nitrogê-
nio total das raízes aumenta até os 28 dias após o
plantio e em seguida mantém-se relativamente es-
tável. No caule e folhas, o nitrogênio total aumen-
ta até a sétima semana após o plantio, caindo logo
em seguida. Em V. unguiculata o acúmulo de ni-
trogênio nas raízes, caule e folhas é mais intenso e
atinge valores máximos por volta do início da fio-
ração (35 dias após o plantio). O valor máximo de
nitrogênio total acumulado na parte aérea de P.
vulgaris e^ V. unguiculata ocorre na floração (35 e
42 dias após o plantio), respectivamente; e a partir
desta época começa a ser translocado para os fru-
tos. Aparentemente, cerca de 47% do nitrogênio
acumulado nas folhas de P. vulgaris é remobilizado
para os frutos, enquanto que V. unguiculata che-
ga a remobilizar cerca de 67% do nitrogênio aloca-
do originalmente nas folhas.
Estes resultados mostram diferenças acentuadas
no metabolismo de nitrogênio de P. tulgaris e V.
unguiculata. A superioridade de V. unguiculata em
obter o nitrogênio necessário para crescimento e
produção de sementes deve-se não só à ativa fixa-
ção de N 2 e assimilação durante o período vegeta-
tivo (Fig. 5), mas também à remobilização eficien-
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Phaseolus vulgaris L in acid soils of Brazil. Turrial- ba,30:99-105, 1978.
FRANCO, A.A.; PEREIRA, J.C. & NEYRA, C.A. Sea- sonal patterns of nitrate-reductase and nitrogenase activities in Phaseolus vulgaris L. Plant Physioh, 63: 421-4, 1979. FUJIIHIARA, S. & YAMAGUCHI, M. Probable site of ai- lantoin formation in nodulating soybean plants. Phytochemistry, 17:1239-43, 1978. FUJIHARA, S.; YAMAMOTO, K. & YAMAGUCHI, M. A possible role of aliantoin and the influence of nodulation on its production in soybean plants. Plant Sou, 48:233-42, 1977. HERRIDGE, D.F.; ATK1NS, C.A.; PATE, I.S. & RAIN- BIRD, R.M. Aliantoin and allantoic acid in the nitrogen economy of thc cowpea ( Vigna ungu icu lata (L.)WaIp). Plant Physiol., 62:495-8, 1978. JAWORSKI, E.G. Nitrate-reductase assay in intact plant tissues. Biochem. Biophys. Res. Commun., 43: 1274-9, 1971. MATSUMOTO, T.; YATAZAWA, M. & YAMAMOTO, Y. Effect of exogenous nitrogen compounds on the concentration of allantoin and various constituents in several organs of soybean plants. Plant Ceil Fhysiol., 18:613-24, 1977a..
MATSUMOTO, T.; YATAZAWA, M. & VAMAMOTO, Y. Ineorporation o! 1 5 N into aliantoin in nodulated soybean plants supplied with 15 N2. Plant Ccli Physiol., 18:459-62, 1977b.
MINCHIN, F.R.; SUMMERFIELD, R.; I1ADLEY, P.; ROBERTS, E.H. & RAWSTHORNE, S. Carbon and nitrogen nutrition of nodulated roots of grain legumes. Plant Ccli Environ.,4:5-26, 1981, MINCHIN, F.R.; SUMMERFIELD, Ri. & NEVES, M.C.P. Carbon metabolism, nitrogen assirnilation and seed yield o! cowpea (^) (Vigna unguiculafa L. Waip) grown in an adverse temperature regime. J. Exp. (^) Bot., 31:1327-45, 1980.
NEVES, M.C.P. Carbon and nitrogen nutrition o! cowpea
(Vigna ungu iculata). Inglaterra, University o! Reading. 1978. Tese Doutorado. NEVES, M.C.P.; MINCHIN, F.R. & SUMMERFIELD, R.J. Carbon metabolism, nitrogen assimilation and seed yield of cowpea (Vigna unguiculara) (^) plants dependent on nitrate-nitrogen or on one of two strains of ihizobium. (^) Trop. Agrie., 58:115-32,
PIJLVER, E.L. Grain legume improvement programme. In: INTERNATIONAL INSTITUTE OF TROPICAL AGRICULTURE, Ibadan, Nigéria. Bouse report. Nigéria, 1977. p.49-60. RAMOS, D.P.; CASTRO, A.F. de & CAMARGO, M.N. Levantamento detalhado de solos da área da Uni- versidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Pesq. agropec. bras., 8(6): 1-27, 1973. RYLE, G.LA.; POWELL, C.E. & GORDON, A.I. Effect of source of nitrogen on the growth o! Fiskeby soyabean: the carbon economy of whole plants. Ann. Bot.,42:637-48, 1978, RYLE, G.J.A.; POWELL, C.E. & GORDON, AI. The respiratory costs of nitrogen in soyaben, cowpea and white dover. II. Comparison of the cost of nitrogen fixation and the utiization of combined nitrogen.
- Exp. Bot., 30: 145-53, 1979. - STREETER, J.G. Nitrogen nutrition of field grown soyaben plants. Ii. Seasonal variations in nitrate- redutase, glutamate dehydrogenase and nitrogen constituents of plant parts. Agron. 1., 64:315-9,
SUMMERFIELD, RJ.; DART, PJ.; HUXLEY, PÁ.; EAGLESHAM, A.R.J.; MINCI-lIN, F.R. & DAY, J.M. Nitrogen nutrition of cowpea ( Vigna unguicu- lata). 1. Effects of applied nitrogen and symbiotic nitrogen fixation on growth and seed yield. Expi. Agric., 13:129-42, 1977. THIBODEAU, P.S. & JAWORSKI, E.G. Patterns of nitrogen utilization in the soybean. Planta, 127: 133-47,1975. YOUNG, E.G. & CONWAY, C.F. On the estimation of aliantoin by the Rimini-Sehryver reaction. J. Biol. Chem., 142:839-53, 1942.
Pesq.agropec. bras, Brasflia, 17(5):689-695, maio 1982.
