RESUMO
The plant growth stimulation by humic acids (HA) has been attributed to a hormone-like effect as promoting the root development and proliferation, resulting in a more efficient water and nutrient absorption. This research aims to investigate how the humic acids isolated from vermicompost (20mg L-1) can modify the root architecture and the plasma membrane (PM) protein patterns in maize roots. It was also analyzed the effect of the citric acid (CA), an organic acid present in root exudates. The changes induced in the corn root system were estimated by measuring the taproot length, the amount of root mitotic sites and lateral roots, and the total root area. Plasma membrane vesicles were purified by cell fractionation and the protein patterns were analyzed by uni (1D) and bidimensional (2D) electrophoresis. The results show that the HA in solution with CA (0.005mM) increases the lateral root growth promotion (126%), the root area (58%), and the number of lateral roots (55%). The activity of the plasma membrane H+ pump, analyzed as a marker of the induction of the acid growth mechanism, was also enhanced (374%) by the humic solution supplemented with CA. Expression of several plasma membrane proteins was inhibited when plants were treated with HA and this effect was more pronounced upon CA supplementation. The obtained results corroborate the proposed mechanism for the HA bioactivity, by which under the action of root-exuded organic acids, such as CA, a disruption of the HA macrostructure is promoted releasing bioactive molecules presented in the humic aggregates, which becomes more accessible to the root cell receptors.
A promoção do crescimento vegetal pelos ácidos húmicos tem sido atribuída a ações similares a hormônios, devido à promoção do desenvolvimento e proliferação das raízes, resultando numa absorção mais eficiente de água e nutrientes. O objetivo deste trabalho foi analisar as mudanças na arquitetura radicular em plântulas de milho e no perfil de proteínas da membrana plasmática (MP) promovidas pelo tratamento com ácidos húmicos (AH) isolados de vermicomposto (20mg C L-1). O efeito da adição de ácido cítrico (AC), importante ácido orgânico presente nos exudados radiculares, sobre a bioatividade destes AH também foi investigada. Foram analisados o comprimento da raiz principal, o número de sítios de mitose, o número e comprimento de raízes laterais e a área radicular total. Para a análise do perfil protéico, vesículas da MP de células de raízes foram obtidas por fracionamento celular e as proteínas analisadas por eletroforese uni (1D) e bidimensional (2D). Observou-se que a adição de AC (0,005mM) aos AH estimularam a promoção do crescimento das raízes laterais (126%), da área radicular (58%) e do número de raízes laterais (55%) em relação às plantas controle. A atividade da bomba de H+ da membrana plasmática, analisada como marcador bioquímico de indução do mecanismo do crescimento ácido, também foi significativamente estimulada (374%) pela solução húmica suplementada com AC. O perfil protéico da MP revelou uma supressão da expressão das proteínas nesta membrana, induzida pelo tratamento com AH e, na presença de AC, esse efeito foi ainda mais evidente. Os resultados obtidos corroboram o mecanismo proposto para a bioatividade de AH no qual a ação de ácidos orgânicos exudados pelas plantas, tais como o AC, promove o rompimento da associação supramolecular dessas substâncias, tornando as moléculas bioativas presentes nos agregados húmicos mais acessíveis aos receptores celulares das raízes.
RESUMO
The plant growth stimulation by humic acids (HA) has been attributed to a hormone-like effect as promoting the root development and proliferation, resulting in a more efficient water and nutrient absorption. This research aims to investigate how the humic acids isolated from vermicompost (20mg L-1) can modify the root architecture and the plasma membrane (PM) protein patterns in maize roots. It was also analyzed the effect of the citric acid (CA), an organic acid present in root exudates. The changes induced in the corn root system were estimated by measuring the taproot length, the amount of root mitotic sites and lateral roots, and the total root area. Plasma membrane vesicles were purified by cell fractionation and the protein patterns were analyzed by uni (1D) and bidimensional (2D) electrophoresis. The results show that the HA in solution with CA (0.005mM) increases the lateral root growth promotion (126%), the root area (58%), and the number of lateral roots (55%). The activity of the plasma membrane H+ pump, analyzed as a marker of the induction of the acid growth mechanism, was also enhanced (374%) by the humic solution supplemented with CA. Expression of several plasma membrane proteins was inhibited when plants were treated with HA and this effect was more pronounced upon CA supplementation. The obtained results corroborate the proposed mechanism for the HA bioactivity, by which under the action of root-exuded organic acids, such as CA, a disruption of the HA macrostructure is promoted releasing bioactive molecules presented in the humic aggregates, which becomes more accessible to the root cell receptors.
A promoção do crescimento vegetal pelos ácidos húmicos tem sido atribuída a ações similares a hormônios, devido à promoção do desenvolvimento e proliferação das raízes, resultando numa absorção mais eficiente de água e nutrientes. O objetivo deste trabalho foi analisar as mudanças na arquitetura radicular em plântulas de milho e no perfil de proteínas da membrana plasmática (MP) promovidas pelo tratamento com ácidos húmicos (AH) isolados de vermicomposto (20mg C L-1). O efeito da adição de ácido cítrico (AC), importante ácido orgânico presente nos exudados radiculares, sobre a bioatividade destes AH também foi investigada. Foram analisados o comprimento da raiz principal, o número de sítios de mitose, o número e comprimento de raízes laterais e a área radicular total. Para a análise do perfil protéico, vesículas da MP de células de raízes foram obtidas por fracionamento celular e as proteínas analisadas por eletroforese uni (1D) e bidimensional (2D). Observou-se que a adição de AC (0,005mM) aos AH estimularam a promoção do crescimento das raízes laterais (126%), da área radicular (58%) e do número de raízes laterais (55%) em relação às plantas controle. A atividade da bomba de H+ da membrana plasmática, analisada como marcador bioquímico de indução do mecanismo do crescimento ácido, também foi significativamente estimulada (374%) pela solução húmica suplementada com AC. O perfil protéico da MP revelou uma supressão da expressão das proteínas nesta membrana, induzida pelo tratamento com AH e, na presença de AC, esse efeito foi ainda mais evidente. Os resultados obtidos corroboram o mecanismo proposto para a bioatividade de AH no qual a ação de ácidos orgânicos exudados pelas plantas, tais como o AC, promove o rompimento da associação supramolecular dessas substâncias, tornando as moléculas bioativas presentes nos agregados húmicos mais acessíveis aos receptores celulares das raízes.
RESUMO
Plant growth promoting substances are widely used in modern agriculture. Several products in the market are humic substances isolated from different sources. The filter cake, a residue of sugar production, is a rich and renewable source of organic matter and these characteristics place the filter cake as a possible source of plant growth promoting substances. Humic acids (HA) from filter cake were characterized, and their effects as root growth promoters were evaluated. Chemical features of the HA were evaluated through elemental composition, acidic functional groups, E4/E6 ratio and infrared spectroscopy analyzes. The biological activity of the HA was assessed using root architecture parameters and the P-type H+-ATPase activity. The lateral root development was directly related to the stimulation of plasma membrane ATPase activity. The ability of HA to promote root development indicate that HA from filter cake can be used as environmental plant growth stimulators.
Substâncias promotoras do crescimento vegetal são amplamente utilizadas na agricultura moderna. Existem vários produtos no mercado, muitos dos quais são substâncias húmicas isoladas de diferentes fontes. A torta de filtro, um resíduo da produção do açúcar, é uma fonte rica e renovável de matéria orgânica e essas características a tornam uma possível fonte de substâncias promotoras do crescimento vegetal. Ácidos húmicos (AH) da torta de filtro foram caracterizados, e foi avaliado seu efeito como promotor de crescimento radicular. As características químicas dos AH foram avaliadas por meio da composição elementar, grupos funcionais ácidos, relação E4/E6 e espectroscopia de infravermelho. A atividade biológica dos AH foi acessada avaliando-se a arquitetura radicular e a atividade da H+-ATPase de membrana plasmática. O desenvolvimento de raízes laterais foi diretamente relacionado ao estímulo da atividade da H+-ATPase. A habilidade dos AH em promover o desenvolvimento radicular indica que AH extraídos da torta de filtro podem ser utilizados como estimuladores do crescimento de plantas.
RESUMO
Plant growth promoting substances are widely used in modern agriculture. Several products in the market are humic substances isolated from different sources. The filter cake, a residue of sugar production, is a rich and renewable source of organic matter and these characteristics place the filter cake as a possible source of plant growth promoting substances. Humic acids (HA) from filter cake were characterized, and their effects as root growth promoters were evaluated. Chemical features of the HA were evaluated through elemental composition, acidic functional groups, E4/E6 ratio and infrared spectroscopy analyzes. The biological activity of the HA was assessed using root architecture parameters and the P-type H+-ATPase activity. The lateral root development was directly related to the stimulation of plasma membrane ATPase activity. The ability of HA to promote root development indicate that HA from filter cake can be used as environmental plant growth stimulators.
Substâncias promotoras do crescimento vegetal são amplamente utilizadas na agricultura moderna. Existem vários produtos no mercado, muitos dos quais são substâncias húmicas isoladas de diferentes fontes. A torta de filtro, um resíduo da produção do açúcar, é uma fonte rica e renovável de matéria orgânica e essas características a tornam uma possível fonte de substâncias promotoras do crescimento vegetal. Ácidos húmicos (AH) da torta de filtro foram caracterizados, e foi avaliado seu efeito como promotor de crescimento radicular. As características químicas dos AH foram avaliadas por meio da composição elementar, grupos funcionais ácidos, relação E4/E6 e espectroscopia de infravermelho. A atividade biológica dos AH foi acessada avaliando-se a arquitetura radicular e a atividade da H+-ATPase de membrana plasmática. O desenvolvimento de raízes laterais foi diretamente relacionado ao estímulo da atividade da H+-ATPase. A habilidade dos AH em promover o desenvolvimento radicular indica que AH extraídos da torta de filtro podem ser utilizados como estimuladores do crescimento de plantas.