Análise comparativa dos parâmetros redox em diferentes cultivares de Phaseolus vulgaris L. que apresentam susceptibilidade diferenciada à exposição ao ozônio

Abstract

O ozônio (O3) troposférico pode ser considerado um dos poluentes atmosféricos mais tóxicos da atualidade. Nas espécies vegetais o O3 penetra através dos estômatos, interferindo nos processos fisiológicos, metabólicos e celulares das plantas. Os efeitos negativos do O3 são desencadeados devido ao fato deste ser um potente agente oxidante capaz de gerar espécies ativas de oxigênio (EAO) no meio intracelular. No entanto, as investigações sobre os impactos da exposição ao O3 na fisiologia e produtividade das principais culturas agrícolas da América do Sul ainda são escassos. Para a maioria das espécies vegetais cultivadas no Brasil, uma análise integrada dos aspectos fisiológicos e bioquímicos relacionados à toxicidade deste ainda é limitada. O objetivo deste trabalho de doutorado foi avaliar as modificações nos parâmetros bioquímicos de estresse oxidativo e do balanço redox celular em resposta à exposição controlada a elevadas concentrações de O3 no tecido foliar de diferentes cultivares subtropicais de feijão (Phaseolus vulgaris L.). As alterações desencadeadas pelo O3 no sistema antioxidante enzimático e não-enzimático foram determinadas através de diferentes abordagens, como a avaliação da extensão do dano oxidativo a lipídios; a quantificação da atividade e dos níveis proteicos da enzima antioxidante catalase; a avaliação dos níveis teciduais dos antioxidantes ácido ascórbico e grupamentos tióis totais; e a produção de espécies ativas de oxigênio. Os resultados indicam que níveis constitutivos mais elevados de espécies ativas de oxigênio (EAO) e de antioxidantes não-enzimáticos (ascorbato), acompanhados da modulação do sistema antioxidante enzimático (aumento na quantidade e atividade da catalase), conferem proteção ao tecido foliar contra insultos oxidativos, como a oxidação de lipídios de membrana e a diminuição dos níveis de pigmentos fotossintetizantes, desencadeados pelo O3. Ao contrário, quando a exposição ao O3 aumenta a geração de EAO, e este aumento está aliado à falta da modulação eficaz tanto do sistema antioxidante enzimático como do não enzimático, a indução de alterações oxidativas severas (aumento de lipoperoxidação e diminuição nos níveis de clorofila a e b) ocasiona perda no conteúdo proteico das folhas, o que compromete a estrutura celular e o processo fotossintético. Sendo assim, pode-se concluir que, nas cultivares estudadas, a capacidade de resistir aos efeitos negativos do O3 está relacionada com as diferenças bioquímicas constitutivas capazes de manter homeostase do estado redox celular no tecido foliar.

Tropospheric ozone (O3) can be considered one of the most toxic air pollutants today. In plant species O3 penetrates through leaf stomata, interfering with physiological, metabolic and cellular processes in plants. The negative effects of O3 are triggered due to the fact that this is a potent oxidizing agent capable of generating reactive oxygen species (ROS) in the intracellular environment. However, research on the impacts of exposure to O3 in physiology and productivity of major crops in South America are still scarce. For most plant species grown in Brazil an integrated analysis of the physiological and biochemical aspects related to toxicity of this contaminant is still limited. The aim of this study was to evaluate the changes in oxidative stress parameters and cellular redox balance in response to controlled exposure to high O3 concentrations in the leaf tissue of different subtropical cultivars of common bean (Phaseolus vulgaris L.). Changes triggered by O3 in enzymatic and non-enzymatic antioxidant system were determined by different approaches, such as the extent of oxidative damage to lipids, the quantification of protein levels and activity of the antioxidant enzyme catalase; evaluation of tissue levels of the antioxidants ascorbic acid and total thiol groups, and the production of reactive oxygen species. The results indicate that constitutive higher levels of ROS and non-enzymatic antioxidants (ascorbate) accompanied by modulation of enzymatic antioxidant system (enhanced catalase activity and content) confer protection against oxidative insults triggered by O3 in leaf tissue, such as the oxidation of membrane lipids and decreased levels of photosynthetic pigments. In contrast, when the O3 exposure increases ROS generation, and this increase is coupled with the lack of an effective modulation of the antioxidant (both enzymatic and non-enzymatic), the induction of severe oxidative changes (increase in lipoperoxidation levels and decrease in the levels of chlorophyll a and b) leads to protein content loss on leaves, which compromises the cellular structure and the photosynthetic process. Thus, it can be concluded that in the studied cultivars the ability to resist the negative effects of O3 relies on the constitutive biochemical differences that are capable of maintaining the cellular redox homeostasis of leaf tissue.