Papel fisiológico do magnésio no metabolismo de ureídeos em soja cultivado em cerrado de alta altitude

Abstract

O magnésio (Mg) é frequentemente esquecido nas práticas de fertilização e pesquisas agrícolas. No entanto, seu papel vital está sendo cada vez mais reconhecido, considerando sua essencialidade em diversos processos fisiológicos nas plantas, como fotossíntese, produção e transporte de fotoassimilados, metabolismo antioxidante enzimático, metabolismo de nitrogênio (N) e fixação biológica de nitrogênio (FBN). O objetivo deste estudo foi fornecer uma visão geral de como esses processos são regulados pelo Mg. Para isso, o capítulo 1 deste estudo compõe uma revisão sistemática da literatura, reunindo informações de 50 artigos publicados nas últimas duas décadas sobre o Mg. Nos capítulos 2, 3 e 4, objetivou-se avaliar o efeito de doses (0 a 90 kg ha-1 ) e fontes de óxido de magnésio (MgO) e sulfato de magnésio (MgSO4) sobre o processo fotossintético, produção de fotoassimilados, metabolismo de N e FBN em variedades de soja, uma vez que o papel do Mg na FBN e síntese de ureídeos ainda é pouco conhecido. No capítulo 1, os resultados da literatura demonstram que a aplicação de Mg aumentou os pigmentos fotossintéticos, a fotossíntese líquida e a produção de fotoassimilados. As maiores concentrações de sacarose nas raízes das plantas em comparação com a parte aérea, juntamente com o aumento da atividade das enzimas ATP-ases, indicam maior transporte de fotoassimilados pelo floema quando o Mg é aplicado. O Mg aumentou a resistência das plantas a estresses abióticos, reduzindo a necessidade de expressão das enzimas antioxidantes SOD, GPX, APX, CAT e POD, quando comparado a situações de deficiência de Mg. O Mg melhorou o metabolismo do N e do FBN, aumentando a atividade das enzimas nitrato redutase, nitrito redutase, glutamina sintase, GOGAT e nitrogenase. No capítulo 2, os resultados mostraram que o MgO aumentou o teor foliar de Mg da soja e não alterou os teores de cálcio (Ca) e potássio (K) no tecido foliar, proporcionando aumento dos pigmentos fotossintéticos e produção de fotoassimilados. Houve aumento nas concentrações de compostos nitrogenados e maior conversão de N2 atmosférico em ureídeos nas plantas de soja. Em relação aos resultados do capítulo 3, o uso de MgSO4 aumentou o teor de Mg nas folhas de soja, não alterou o teor de K e reduziu o teor de Ca. Houve aumento de pigmentos fotossintéticos e fotoassimilados. Maiores taxas de fotoassimilados proporcionaram maior conversão de N2 atmosférico em ureídeos para NA 5909 RG RR (alantoína e ácido alantóico) e P98Y30 (ácido alantóico), indicando maior FBN. No capítulo 4, as fontes de MgO e MgSO4 aumentaram o teor de Mg foliar e não alteraram o teor de Ca foliar na maioria das variedades. Com a aplicação do Mg, os pigmentos fotossintéticos e fotoassimilados foram aumentados. Com maior produção de fotoassimilados, houve maior atividade do metabolismo de N, devido à maior produção de aminoácidos e maior conversão de N2 atmosférico e síntese de ureídeos na maioria das variedades, resultando em maior rendimento de grãos. A fonte de MgO promoveu os maiores aumentos nas concentrações de pigmentos fotossintéticos, fotoassimilados, ureídeos e rendimento de grãos para a maioria das variedades. Esta tese contém informações atualizadas e valiosas sobre a influência do Mg em importantes processos fisiológicos em plantas. A incorporação desses achados em trabalhos futuros pode contribuir para a otimização dos programas de adubação e estratégias de manejo por meio da adubação com magnésio nas plantas.

Magnesium (Mg) is often overlooked in fertilization practices and agricultural research. However, its vital role is being increasingly recognized, considering its essentiality in several physiological processes in plants, such as photosynthesis, production and transport of photoassimilates, enzymatic antioxidant metabolism, nitrogen (N) metabolism and biological nitrogen fixation (BNF). The aim of this study was to provide an overview of how these processes are regulated by Mg. For this, chapter 1 of this study composes a systematic literature review, gathering information from 50 articles published in the last two decades about Mg. In chapters 2, 3 and 4, the objective was to evaluate the effect of doses (0 to 90 kg ha-1 ) and sources of magnesium oxide (MgO) and magnesium sulfate (MgSO4) on the photosynthetic process, production of photoassimilates, N and BNF metabolism in soybean varieties, since the role of Mg in BNF and ureide synthesis is still poorly understood. In chapter 1, the results of the literature demonstrate that the application of Mg increased photosynthetic pigments, liquid photosynthesis and production of photoassimilates. Higher sucrose concentrations in plant roots compared to shoots, together with increased activity of ATP-ases enzymes, indicate greater transport of photoassimilates by the phloem when Mg is applied. Mg increased the resistance of plants to abiotic stresses, reducing the need for expression of the antioxidant enzymes SOD, GPX, APX, CAT and POD, when compared to Mg deficient situations. Mg improved N and FBN metabolism, increasing the activity of nitrate reductase, nitrite reductase, glutamine synthase, GOGAT and nitrogenase enzymes. In chapter 2, the results showed that MgO increased the leaf Mg content of soybeans and did not change the levels of calcium (Ca) and potassium (K) in the leaf tissue, providing an increase in photosynthetic pigments and production of photoassimilates. There was an increase in the concentrations of nitrogen compounds and greater conversion of atmospheric N2 into ureides in soybean plants. Regarding the results of chapter 3, the use of MgSO4 increased the Mg content in soybean leaves, did not change the K content and reduced the Ca content. There was an increase in photosynthetic and photoassimilated pigments. Higher rates of photoassimilates provided greater conversion of atmospheric N2 into ureides for NA 5909 RG RR (allantoin and allantoic acid) and P98Y30 (allantoic acid), indicating higher FBN. In chapter 4, MgO and MgSO4 sources increased leaf Mg content and did not change leaf Ca content in most varieties. With the application of Mg, the photosynthetic and photoassimilated pigments were increased. With greater production of photoassimilates, there was greater activity of N metabolism, due to greater production of amino acids and greater conversion of atmospheric N2 and synthesis of ureides in most varieties, resulting in greater grain yield. The MgO source promoted the greatest increases in the concentrations of photosynthetic pigments, photoassimilates, ureides and grain yield for most varieties. This thesis contains up-to date and valuable information on the influence of Mg on important physiological processes in plants. Incorporating these findings in future work can contribute to the optimization of fertilization programs and management strategies through magnesium fertilization in plants.