Iron toxicity in rice (Oryza sativa L.): protocol for cultivar characterization in hydroponics.

Iron toxicity is one of the major abiotic stresses that affect the irrigated rice crop, making it important the characterization of genotypes to iron excess. The objectives of this work were to select from the morphological characters, those that allow discriminating cultivars for iron stress, selecting the concentration that could separate the sensitive from tolerant cultivars by comparing morphological characters of plants grown hydroponically. Two experiments were performed, differing in the time of iron stress exposure, whereas in experiment 1, seedlings were subjected to iron concentrations for seven days, in experiment 2, the seedlings were kept in the stress condition for 14 days. The experiments were conducted in a randomized block design with three replications. The experiments were performed in the Laboratory of Hydroponics and double haploids from the Plant Genomics and Breeding Center, FAEM / UFPel in hydroponic tank. Six commercial cultivars of rice previously characterized as sensitive (BR-IRGA 409, BR-IRGA 410, IRGA 417), medium sensitive (BRS Atalanta) and tolerant (EPAGRI 107, BRS Querência) to iron were used. For the installation of each experiment the seeds were disinfested and germinated in BOD (germination chamber) with a temperature of 25 º C, with a photoperiod of 16/8 hours and 100% relative humidity for 96 hours. For both experiments the plants were grown hydroponically for 14 days in nutrient solution. On the fifteenth day the plants were transferred to control (nutrient solution), 400 concentration (nutrient solution + 400 mg L-1 FeSO4.7 H2O), 800 concentration (nutrient solution + 800 mg L-1 FeSO4.7 H2O) and the concentration 1200 (nutrient solution + 1200 mg L-1 FeSO4.7 H2O). For the Experiment 1, the pots remained in the condition of stress for 7 days, while in experiment 2, the pots remained in the stress condition for 14 days. In Experiment 1, the evaluations were conducted on the eighth day, for the experiment 2, the evaluations conducted the fifteenth day of stress. The traits were: root length (RL), shoot length (CPA), number of roots (NR), length of the first leaf (CPF), second leaf length (CSF), coleoptile length (CC) insertion of the first leaf (IPF), insertion of the second leaf (ISF), and insertion difference between the first and second sheet (DIPSF). The characters were measured with the aid of graduated scale, being evaluated five normal seedlings per pot. A regression analysis was performed to evaluate which morphological characters were more efficient in the discrimination of cultivars. The original data were separated by concentration where multivariate analyses were performed to determine the best concentration to discriminate cultivars. The traits root length and the second leaf length showed to be efficient in the characterization of rice cultivars in hydroponic culture to select characters regardless of time of exposure to iron stress. In experiment 1, using multivariate analysis, only the concentration of 1200 mg L-1 FeSO4.7 H2O, for seven days, allowed discrimination of tolerant rice plants from others with some level of sensitivity to iron. In experiment 2, through the measurement of morphological characteristics of plants subjected to the concentrations of 800 and 1200 mg L-1 FeSO4.7 H2O, for 14 days, it is possible to separate the cultivars into three classes namely: sensitive, moderately sensitive and tolerant using multivariate analyzes.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqA toxidez de ferro é um dos principais estresses abióticos que afetam a cultura do arroz irrigado, sendo importante a caracterização da resposta de genótipos ao excesso de ferro. Os objetivos deste trabalho foram selecionar entre os caracteres morfológicos estudados, aqueles que possibilitem discriminar as cultivares quanto ao estresse por ferro; selecionar a concentração que pudesse separar as cultivares sensíveis das tolerantes a partir de caracteres morfológicos de plantas cultivadas em sistema hidropônico. Foram realizados dois experimentos similares que diferiram apenas no tempo de exposição ao estresse por ferro, sendo que no experimento 1, as plântulas foram submetidas as concentrações de ferro por sete dias; no experimento 2, as plântulas foram mantidas na condição de estresse por 14 dias. Os experimentos foram conduzidos em blocos casualizados, com três repetições. Os experimentos foram realizados no Laboratório de Cultivo Hidropônico e Duplo Haplóides do Centro de Genômica e Fitomelhoramento, FAEM/UFPel, em tanque de cultivo hidropônico. Foram avaliadas seis cultivares comerciais de arroz irrigado, previamente caracterizadas quanto à toxidez por ferro em condições de campo, sendo sensíveis (BR-IRGA 409, BR-IRGA 410, IRGA 417), medianamente sensível (BRS Atalanta) e tolerantes (EPAGRI 107, BRS Querência). Para a instalação de cada experimento as sementes foram desinfestadas e colocadas para germinar em BOD (câmara de germinação) com temperatura de 25ºC, com fotoperíodo de 16 horas e umidade relativa de 100% por 96 horas. Para ambos os experimentos as plantas foram cultivadas em sistema hidropônico por condição por 14 dias, na solução nutritiva. No décimo quinto dia as plantas foram submetidas aos tratamentos, sendo a concentração controle (solução nutritiva), concentração 400 (solução nutritiva + 400 mg L-1 de FeSO4.7 H2O), concentração 800 (solução nutritiva + 800 mg L-1 de FeSO4.7 H2O) e a concentração 1200 (solução nutritiva + 1200 mg L-1 de FeSO4.7 H2O). Para o experimento1, os baldes permaneceram na condição de estresse por 7 dias, enquanto que no experimento 2 baldes permaneceram na condição de estresse por 14 dias. No experimento1, as avaliações se procederam no oitavo dia, para o experimento 2, as avaliações se procederam no décimo quinto dia de estresse. Os caracteres avaliados foram: comprimento de raiz (CR), comprimento da parte aérea (CPA), número de raízes (NR), comprimento da primeira folha (CPF), comprimento da segunda folha (CSF), comprimento de coleóptilo (CC), Inserção da primeira folha (IPF), Inserção da segunda folha (ISF) e diferença de inserção entre a primeira e segunda folha (DIPSF). Os caracteres foram medidos com auxilio de régua graduada em cinco plântulas normais por balde (escolhidas aleatoriamente) para compor uma repetição. Foram utilizados os dados relativos para fazer a análise de regressão para avaliar quais os caracteres morfológicos na discriminação das cultivares. Os dados originais foram separados por concentração onde se procedeu as análises multivariadas para a melhor concentração definir na discriminação de cultivares. Para a seleção de caracteres independentemente do tempo de exposição da planta ao estresse por ferro dentre os nove caracteres avaliados apenas o comprimento de raízes e o comprimento da segunda folha mostram-se eficientes na caracterização de cultivares de arroz em sistema hidropônico. Na seleção das houve diferença entre os experimentos. No experimento 1, utilizando análises multivariadas, apenas a concentração de 1200 mg L-1 de FeSO4.7H2O, durante sete dias, possibilita a discriminação das plantas de arroz tolerantes das demais com algum nível de sensibilidade ao ferro. No experimento 2, através da mensuração de características morfológicas de plantas submetidas as concentrações de 800 e 1200 mg L-1 de FeSO4.7H2O, por 14 dias, é possível separar as cultivares em três classes sendo elas: sensíveis, mediamente sensíveis e tolerantes, utilizando análises multivariadas