Photosynthesis, gas exchange and antioxidative response in Canavalia ensiformis and Stizolobium aterrimum exposed to toxic levels of arsenic

As espécies Canavalia ensiformis e Stizolobium aterrimum, cultivadas em solução nutritiva, pH 5,5, foram tratadas com arsênio (As) nas concentrações de 0,0; 1,5; 2,5 e 3,5 mg L- 1, durante cinco dias. Após este período, determinou-se o teor de As e seus efeitos sobre a produção de massa seca. Além disso, determinou-se o efeito do As sobre processos fisiológicos e parâmetros antioxidativos nas espécies submetidas às doses 0 e 1,5 mg L-1de As. A concentração de As nas raízes e parte aérea das plantas aumentou com o aumento da concentração de As na solução nutritiva, sempre em maior intensidade em C. ensiformis. Observou-se murcha foliar apenas em C. ensiformis nas doses 2,5 e 3,5 mg L-1 de As, mas o mesmo não foi observado em S. aterrimum. Nas raízes, ambas as espécies apresentaram sintomas de toxidez. S. aterrimum apresentou escurecimento e aumento do diâmetro das raízes laterais. C. ensiformis apresentou amarelecimento das raízes somente quando submetida à dose 1,5 mg L-1, com evolução dos sintomas de toxidez e desintegração das raízes com o aumento na concentração de As. A redução de pêlos radiculares ocorreu nas duas espécies, sendo mais intensa em C. ensiformis. As espécies apresentaram reduções da massa seca nas duas partes das plantas, especialmente na parte aérea. O tratamento com As resultou em aumento nos teores de clorofilas a, clorofila b, clorofila total e carotenóides para C. ensiformis, enquanto S. aterrimum não apresentou alteração nas variáveis. Nas duas espécies o As reduziu a taxa de assimilação de CO2, a transpiração (E), a condutância estomática (gs), a relação concentração de CO2 interna e externa (Ci/Ca) e a concentração interna de CO2 (Ci), especialmente em C. ensiformis. A fluorescência inicial (F0) e a relação fluorescência variável e fluorescência máxima (Fv/Fm), não sofreram alterações nas duas espécies. A exposição das plantas ao As resultou em aumento na atividade das dismutases do superóxido (SODs), tanto nas raízes quanto nas folhas nas duas espécies. A atividade das peroxidades (POXs) reduziu em S. aterrimum, mas aumentou em C. ensiformis com o tratamento com As. A atividade das redutases da glutationa (GRs) aumentou nas raízes das duas espécies, especialmente em S. aterrimum. Nas folhas, entretanto, a atividade das GRs aumentou em C. ensiformis, mas decresceu em S. aterrimum. A peroxidação de lipídios nas raízes e nas folhas sofreram acréscimos, quando submetidas ao tratamento com As, especialmente em S. aterrimum. Sob as condições experimentais da presente pesquisa, S. aterrimum foi considerada mais tolerante aos efeitos tóxicos do As do que C. ensiformis.Canavalia ensiformis and Stizolobium aterrimum species grown in nutrient solution, pH 5.5, were treated with arsenic (As) at 0.0; 1.5; 2.5 and 3.5 mg L-1 concentrations during five days. After plant treatment As content and dry mass yield were determined. Arsenic effect on physiological and antioxidative parameters were also studied in the two species exposed to 0 and 1.5 mg L-1 As concentrations. Arsenic contents in plant roots and shoots increased with the increase in As in the nutrient solution, always at higher rates in C. ensiformis. Wilting of leaves was observed in C. ensiformis at 2.5 and 3.5 mg L-1 As concentrations, but not in S. aterrimum. Both species showed As toxicity symptoms in the roots. S. aterrimum showed darkening and diameter increase of lateral roots. C. ensiformis showed root yellowing only when exposed to 1.5 mg L-1 As concentration, followed by an increase in toxicity symptoms intensity and root system disintegration as As concentration was increased. Reduction of root hair number occurred in both species, with higher intensity in C. ensiformis. The species showed dry mass reduction in both plant parts, especially in the shoots. Chlorophyll a, b and total and carotenoids contents increased in C. ensiformis, but did not change in S. aterrimum with As treatment. Arsenic reduced CO2 assimilation rate, transpiration rate (E), stomatal conductance (gs), internal to external CO2 concentration ratio (Ci/Ca) and internal CO2 concentration (Ci) in both species, especially in C. ensiformis. Initial fluorescence (F0) and variable fluorescence to maximum fluorescence ratio (Fv/Fm) did not change in both species exposed to As. Plants exposure to As resulted in superoxide dismutases (SODs) activity increase in roots and leaves in both species. Peroxidases (POXs) activity decreased in both plant parts of S. aterrimum, but increased in C. ensiformis with As treatment. Glutathione reductases (GRs) activity increased in the roots of both species, especially in S. aterrimum. In the leaves, however, GRs activity increased only in C. ensiformis, while in S. aterrimum enzyme activity reduced. Lipid peroxidation in roots and leaves increased in both species after As treatment, especially in S. aterrimum. Under the experimental condition used in this research S. aterrimum was considered more tolerant to the toxic effects of As than C. ensiformis.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio