Effect of cadmium in seedlings and callus of sugar cane: responses of antioxidant sistem

Nas últimas décadas tem havido uma grande preocupação com os níveis de poluição ambiental, uma vez que esta tem causado problemas relativos à saúde humana e perdas significativas (de 5 a 30%) na produção agrícola. Poluentes atmosféricos como CO e SO2 são gerados pelas atividades humanas e industriais. A poluição por metais pesados, particularmente pelo cádmio (Cd), considerado um dos mais tóxicos é gerada principalmente pelas atividades de mineração e industriais, (manufatura de baterias, produção de fertilizantes, estabilização de plásticos), além de utilização de lodo de esgoto e fertilizantes fosfatados. Esses últimos contém o Cd em sua composição e sua utilização na agricultura tem aumentado a concentração desse metal no solo, plantas e reservas hídricas, o que pode aumentar a bioacumulação e biomagnificação via cadeia alimentar. Os estudos relativos aos poluentes atmosféricos estão mais evoluídos quando comparados aqueles com metais pesados, embora estes tenham sido bastante estudados nos últimos anos. Por exemplo, um estudo realizado pelo CENA determinou que o nível de Cd no Rio Piracicaba é cerca de 10 vezes mais alto que o nível máximo aceitável. Existe, porém, a necessidade de intensificar pesquisas e determinar respostas gerais e específicas em diferentes culturas, bem como concentrações toleráveis no solo e alimentos. Foi identificado um grupo de peptídeos denominados fitoquelatinas (PCs), capazes de se ligar aos íons de metais pesados, incluindo o Cd e assim desintoxicando as células pela diminuição dos íons livres no citoplasma. Entretanto, danos oxidativos freqüentemente ocorrem quando há exposição aos metais pesados, devido a intensificação na produção de espécies ativas de oxigênio (EAOs). Também uma classe de enzimas antioxidantes tem sido relatada no combate às EAOs e radicais livres decorrentes do estresse oxidativo. Plantas expostas aos metais pesados apresentam alterações nas atividades dessas enzimas. Portanto o estudo dessas alterações pode fornecer dados importantes relativos aos níveis de tolerância, especificidade da resposta em diferentes espécies e níveis de poluição no ambiente. Esses dados podem ser úteis em programas de melhoramento para obtenção de plantas mais tolerantes, além de estudos relacionados a bioacumulação e fitorremediação, uma vez que plantas tolerantes podem ajudar a diminuir a quantidade de metais nos solos contaminados. Neste trabalho, foram observadas alterações na atividade da CAT em plântulas e calos e na atividade da GR em plântulas, onde ocorreu um aumento expressivo. A atividade da SOD não apresentou alterações significativas em nenhum dos tecidos analisados. Estes resultados sugerem que o mecanismo principal para a defesa no estresse por Cd foi o aumento na síntese de GSH para uma conseqüente indução de fitoquelatinas, ou ação antioxidante direta da própria GSH. E ainda que a geração de radicais superóxido não foi significativamente aumentada ou que o nível basal de SOD tenha sido suficiente para combater os radicais eventualmente gerados. Em calos é provável que o principal mecanismo antioxidante mobilizado foi a indução do aumento na atividade da CAT.ln the last for decades there has been a great deal of concern with environmental pollution levels, due to the suported problems to human healt and decrease ( 5 a 30%) in agricultural yield. .Atmospheric pollutants such as CO AND S02, are produced by human and industrial activities. Heavy metal pollution mainly by cadmium (Cd), which is considered one of the more toxic, is generated by mining and industrial activities, and sewage sludge and phosphated fertilizers used in agriculture. The latter contains Cd in its composition and with continuous agricultural utilization an increase in the heavy metals levels in soils, plants and water sources, has been observed which may contribute for the bioaccumulation and biomagnification in the food chain. The studies with atmospheric pollutants are more advanced when compared to the studies with heavy metals, although there has been a marked increase in the studies with heavy metals in the last few years. For example, a study carried out by CENA showed that the Cd level in the Piracicaba river is about ten-fold higher than the accepted level. However, research must be intensified in order to establish specific e general responses to the metals by different crops plants as well as a maximum acceptable concentration in the soil and food. A group of peptides termed phytochelatins (PCs) has been identified and are capable of binding heavy metal ions, includind Cd, detoxifying the cells by the reduction of free ions in the cytosol. However, oxidative damage often occurs due to the generation of oxygen reative species induced by heavy metals. A class of antioxidant enzymes has been reported for the scavenging of the oxigen reative species. Plants exposed to heavy metals may exhibit alteration the enzyme activity. The study of such a response may allow to evaluate levels of tolerance, specificity of response by distinct plant species and levels of pollution in the environment. These data may be useful in breeding o\programs to select tolerant plants. Moreover, tolerant plants may be used in phytorremediation, by reducing the amount of heavy metals in the contaminated soils. In this study, it was observed alterations in CAT activity in seedlings and callus and an expressive increase in GR activity in sugar cane seedlings. SOD activity was unaltered in all tissues analysed. The results suggest that in sugar cane the main defence system to the Cd stress is possibly the synthesis of GSH to be used in the synthesis of phytochelatins