Estudo das alterações bioquímicas, anatômicas e morfológicas causadas pela fração butanólica da palhada de Urochloa ruziziensis (R. Germ. & C.M. Evrard) Crins e da saponina protodioscina sobre as plantas daninhas Ipomoea grandifolia (Dammer) O' Donell e Digitaria insularis (L.) Mez ex Ekman

Abstract

RESUMO: O aparecimento de biótipos de plantas daninhas resistentes aos herbicidas convencionais vem aumentando nas últimas décadas, e há um crescente interesse em novas alternativas para o controle dessas plantas. A Urochloa ruziziensis é uma forrageira muito utilizada como espécie de cobertura no sistema de plantio direto, e além de trazer vários benefícios para as lavouras e ao solo, ela reduz a emergência de plantas daninhas no campo. Estudos anteriores mostraram que as substâncias extraídas das palhadas de U. ruziziensis pelo solvente butanol (fração butanólica – F. But.) inibem o desenvolvimento de algumas plantas daninhas. A saponina esteroidal protodioscina, identificada nesta fração, também exerce toxicidade às plantas daninhas. Nestes estudos, apenas plantas daninhas dicotiledôneas foram avaliadas. Sabe-se, entretanto, que um dos principais fatores que determinam a seletividade dos herbicidas convencionais no controle de plantas daninhas é se pertencem à classe das monocotiledôneas ou das dicotiledôneas, e provavelmente o mesmo fator deve influenciar a seletividade de substâncias naturais. Assim, o presente trabalho foi planejado para comparar a sensibilidade da dicotiledônea Ipomoea grandifolia com a da monocotiledônea Digitaria insularis às substâncias presentes na F. But. de U. ruziziensis e à protodioscina. Os modos de ação das substâncias ativas foram estudados nas duas espécies, avaliando-se parâmetros bioquímicos relacionados ao metabolismo energético e ao sistema de defesa antioxidante. A anatomia e a morfologia das raízes de ambas as espécies foram, também, examinadas. As partes aéreas de U. ruziziensis foram coletadas, secas e trituradas. Após extração exaustiva com metanol, as substâncias solúveis foram particionadas pelo uso de diferentes solventes orgânicos, incluindo o butanol. Após a evaporação do solvente, a partir da extração com butanol, foi obtida a F. But. de U. ruziziensis. A protodioscina foi adquirida comercialmente. Cinquenta sementes de I. grandifolia e D. insularis foram semeadas em gerboxes (11 x 11 x 5 cm) contendo 40 mL de ágar 0,8% p/v. A F. But. de U. ruziziensis foi dissolvida em meio ágar nas concentrações de 100, 250 e 500 µg mL-1 e a protodiocina nas de 50, 100 e 250 µg mL-1. Depois da semeadura, as placas foram submetidas à luz UV, envoltas com plástico filme e distribuídas em uma câmara de germinação. Para I. grandifolia foi utilizado o fotoperíodo de 12 horas (luz/escuro), na temperatura constante de 30 oC, e para D. insularis o fotoperíodo foi de 8 horas na luz, à 30 oC, e 16 horas no escuro, à 20 oC. As sementes germinadas em 24, 48, 72, 96 e 120 horas foram contadas para a determinação do tempo médio de germinação (TMG), índice de velocidade de germinação (IVG) e velocidade de germinação acumulada (VGA). Com 120 horas, o comprimento e a massa (fresco e seco) das raízes e partes aéreas das plântulas foram determinados. A atividade respiratória dos ápices das raízes foi avaliada por polarografia; o nível de peroxidação lipídica foi avaliado pela quantificação dos conteúdos de malondialdeído (MDA) e dienos conjugados; a permeabilidade das raízes aos íons foi determinada pela avaliação da condutividade elétrica. Nos extratos das raízes de ambas as espécies, foram avaliadas por métodos espectrofotométricos as atividades das seguintes enzimas: malato desidrogenase (MDH), superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), peroxidase (POD), ascorbato peroxidase (APX) e glutationa redutase (GR). Características anatômicas e morfológicas das raízes foram examinadas através de microscopia óptica e estereoscópica, respectivamente...

ABSTRACT: The emergence of weed biotypes resistant to conventional herbicides has been increasing in recent decades, and there is a growing interest in new alternatives for control of these plants. Urochloa ruziziensis is a forage widely used as a cover plant in a non-till system, and besides several benefits to crops and soil, it reduces the emergence of weeds in the field. Previous studies have shown that the compounds extracted from U. ruziziensis straw, by the butanol solvent (butanolic fraction - F. But.), inhibit the development of some weeds. A steroidal saponin protodioscin, identified in this fraction, also exerts toxicity against weeds. In these studies only dicotyledon weeds were assayed. It is known, however, that the one of the main factors that promotes the selectivity of conventional herbicides to weed control is if they belong to monocotyledon or dicotyledon classes. Probable, the same factor should influence the selectivity of natural compounds. Thus, the present work was performed to compare the sensitivity of the dicotyledon Ipomoea grandifolia with that of the monocotyledon Digitaria insularis to the F. But. of U. ruziziensis and to protodioscin. Their modes of action were also studied in the two species, by measuring biochemical parameters related to energy metabolism and to the antioxidant defense system. The anatomy and the morphology of the roots of both species were also examined The aerial parts of U. ruziziensis was collected, dried and crushed. After exhaustive extraction with methanol, the soluble compounds were partitioned by using different organic solvents, including butanol. From butanolic extract it was obtained, after solvent evaporation, the F. But. of U. ruziziensis. Protodioscin was commercially acquired. Fifty seeds of I. grandifolia and D. Insularis were seeded in gerboxes (11 x 11 x 5 cm) containing 40 mL of 0.8% agar w/v. The F. But. of U. ruziziensis was dissolved in the agar medium at concentrations of 100, 250 and 500 µg mL-1 and protodioscin at concentrations of 50, 100 and 250 µg mL-1. After sowing, the plates were submitted to UV light, closed with plastic film, and distributed in a germination chamber. For I. grandifolia, the 12 hours photoperiod (light/dark) and constant temperature of 30 oC were used, and for D. insularis the photoperiod was 8 hours light at 30 °C, and 16 hours dark at 20 °C. The seeds germinated at 24, 48, 72, 96 and 120 hours were counted for determination of the mean germination time ( ), the speed of germination (S) and the speed of accumulated germination (AS). At 120 hours, the lengths and the weights (dry and fresh) of the root and aerial parts of seedlings were determined. The respiratory activity of the root apex was measured by polarography; the level of lipid peroxidation was quantified by the measurement of the content of malondialdehyde (MDA) and conjugated dienes; the permeability of roots to ions was determined by electrical conductivity measurement. In the extracts of the roots of both species the activity of following enzymes was evaluated by spectrophotometric methods: malate dehydrogenase (MDH), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), peroxidase (POD), ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase (GR). Anatomic and morphological characteristics of the roots were examined through optical and stereoscopic microscopy, respectively...