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Tipo do documento: Tese
Título: Uso de nanopartículas de prata como mitigador de estresse em plantas de arroz infectadas por Bipolaris oryzae
Título(s) alternativo(s): Use of silver nanoparticles as stress mitigator in rice plants infected by Bipolaris oryzae
Autor: ALMEIDA, Larissa Cavalcante 
Primeiro orientador: RIOS, Jonas Alberto
Primeiro coorientador: SANTIAGO, Thaís Ribeiro
Primeiro membro da banca: SOUZA, Elineide Barbosa de
Segundo membro da banca: PEDROSA, Elvira Maria Régis
Terceiro membro da banca: SILVEIRA, Patrícia Ricardino da
Quarto membro da banca: ANDRADE, Camila Cristina Lage de
Resumo: O arroz (Oryza sativa L.) ocupa terceira posição entre os cereais mais cultivados no mundo, assumindo um importante papel na segurança alimentar, sobretudo em países subdesenvolvidos. No entanto, diversos fatores bióticos e abióticos ocorrem simultaneamente em campo causando perdas substanciais de produção, a exemplo do estresse hídrico e da mancha parda, causada por Bipolaris oryzae (Breda de Haan) Shoemaker. É imperativo compreender o efeito dessas interações nas plantas de arroz, bem como explorar novas abordagens ou estratégias mitigadoras. Este estudo teve como objetivos: i) avaliar o efeito de Nanopartículas de Prata (NPsAg) in vitro e in vivo sobre B.oryzae e a mancha parda do arroz (MP), ii) compreender as alterações decorrentes do estresse hídrico na infecção por B. oryzae em plantas de arroz, bem como o potencial de NPsAg no controle desta doença em plantas sob ambos os estresses combinados. Para avaliar o efeito de NPsAg sobre o desenvolvimento de B. oryzae foram realizados testes in vitro com diferentes concentrações diluídos em meio BDA (0, 5, 10, 25, 50, 100 e 200 μL L-1). A concentração com elevado potencial inibitório foi utilizada no ensaio in vivo, em condições de casa de vegetação para avaliar os efeitos epidemiológicos (número e tamanho de lesões, severidade e área abaixo da curva de progresso da doença (AACPD)), fisiológicos (fluorescência da clorofila (Chl) a e concentração de pigmentos fotossintéticos) e bioquímicos (atividades de enzimas do sistema antioxidativo (ascorbato peroxidase (APX), catalase (CAT), peroxidase (POX), superóxido dismutase (SOD)) e de defesa (fenilalanina amônia liase (FAL)) de plantas de arroz infectadas com B. oryzae. O delineamento usado foi inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 2 x 2 (Época de avaliação, Inoculação e Tratamento com NpsAg) com quatro repetições. Os tratamentos utilizados foram: água destilada (tratamento controle) e NPsAg (5 μL L-1). A inoculação com B.oryzae foi realizada 24 horas após a aplicação de NpsAg, utilizando a concentração de 1 x 105 conídios mL-1. Nos testes in vitro, os ajustes de regressão para o índice de velocidade de crescimento micelial, diâmetro micelial e germinação de conídios de B. oryzae demonstraram uma redução destes parâmetros à medida que as doses de NPsAg aumentaram, evidenciando efeito direto de NPsAg sobre B. oryzae. No ensaio in vivo, a pulverização de NPsAg nas plantas reduziu significativamente a intensidade da MP do arroz em comparação com o tratamento controle. Folhas de plantas tratadas com NPsAg, por apresentar menor severidade da MP, demonstraram maiores concentrações de Chl a e Chl b, além de maior eficiência quântica do fotossistema II. Adicionalmente, o menor dano celular devido ao baixo nível de sintomas em folhas de plantas tratadas com NPsAg resultou em menores atividades de SOD, CAT, POX e APX. Para as plantas tratadas com NPsAg, a atividade da FAL foi significativamente maior em comparação ao controle. Em conclusão, a capacidade fotossintética foi preservada em plantas tratadas com NPsAg. Houve uma menor atividade das enzimas sequestrantes de espécies reativas de oxigênio nas plantas com NPsAg em razão do menor nível de infecção celular. O aumento na atividade da FAL evidencia maior capacidade de ativação de rotas de defesa em plantas de arroz previamente tratadas com NPsAg. Para compreender as alterações decorrentes do estresse hídrico na infecção por B. oryzae em plantas de arroz, bem como o potencial NPsAg no controle desta doença em plantas sob ambos os estresses combinados, um experimento in vivo foi instalado em condições de casa de vegetação, avaliando os parâmetros epidemiológicos, fisiológicos e bioquímicos. O delineamento usado foi inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 2 x 2 (Época de avaliação, Inoculação e Estresse Hídrico) com quatro repetições. Plantas de arroz foram submetidas ao estresse hídrico leve induzido por PEG6000. Após o estresse, as plantas voltaram a condição inicial para recuperação durante 24 horas e foram pulverizadas com NpsAg (5 μL L-1), quando foram inoculadas com B.oryzae, utilizando a concentração de 1 x 105 conídios mL-1. Nosso estudo demonstrou que plantas submetidas a estresse hídrico apresentaram reduções nos sintomas da mancha parda do arroz. Por apresentar menor severidade, a funcionalidade do aparato fotossintético foi menos afetado nestas plantas, que mostraram maiores concentrações de Chl a, Chl b e carotenoides, além de maior eficiência quântica do fotossistema II nas plantas sob a combinação de estresses. O efeito do estresse hídrico reduziu significativamente o potencial hídrico das plantas não inoculadas e inoculadas pelo patógeno. As atividades de SOD e POX, além do teor de prolina aumentaram nas plantas sob infecção por B. oryzae com aumento superior nas plantas que foram submetidas previamente ao estresse hídrico. A atividade da FAL foi significativamente maior em plantas que foram submetidas ao estresse hídrico e inoculadas com B. oryzae. A pulverização foliar com NPsAg nas plantas submetidas as tensões combinadas reduziu significativamente o NL, TL, severidade e AACPD. Tomados em conjunto, o estresse hídrico combinado com MP levou ao aumento nos teores de antioxidantes enzimáticos e não enzimáticos, além de maior atividade da FAL. Apesar de se ter o efeito de redução nos níveis de doença, o estresse hídrico isolado gera malefícios fisiológicos nas plantas, aqui denotado pelo menor potencial hídrico. O tratamento foliar com NPsAg reduziu os parâmetros epidemiológicos da MP do arroz em combinação com estresse hídrico, indicando potencial uso como mitigador de estresse.
Abstract: Rice (Oryza sativa L.) ranks third among the most cultivated cereals worldwide, playing a crucial role in food security, particularly in underdeveloped countries. However, various biotic and abiotic factors occur simultaneously in the field, causing substantial production losses, such as water stress and brown spot, caused by Bipolaris oryzae (Breda de Haan) Shoemaker. It is imperative to understand the effect of these interactions on rice plants and explore new approaches or mitigating strategies. This study aimed to: i) evaluate the effect of Silver Nanoparticles (AgNPs) in vitro and in vivo on B. oryzae and rice brown spot (BS), ii) understand the changes resulting from water stress in B. oryzae infection in rice plants, as well as the potential of AgNPs in controlling this disease in plants under both combined stresses. To evaluate the effect of AgNPs on the development of B. oryzae, in vitro tests were performed with different concentrations diluted in PDA medium (0, 5, 10, 25, 50, 100, and 200 μL L-1). The concentration with high inhibitory potential was used in the in vivo assay, under greenhouse conditions, to evaluate epidemiological (number and size of lesions, severity, and area under the disease progress curve (AUDPC)), physiological (chlorophyll (Chl) a fluorescence and concentration of photosynthetic pigments), and biochemical effects (activities of antioxidant enzymes (ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT), peroxidase (POX), superoxide dismutase (SOD)) and defense (phenylalanine ammonia-lyase (PAL)) in rice plants infected with B. oryzae. The experimental design used was completely randomized in a 2 x 2 x 2 factorial scheme (Evaluation time, Inoculation, and AgNPs Treatment) with four replications. The treatments used were: distilled water (control treatment) and AgNPs (5 μL L-1). Inoculation with B. oryzae was performed 24 hours after AgNPs application, using a concentration of 1 x 105 conidia mL-1. In the in vitro tests, regression adjustments for the mycelial growth rate index, mycelial diameter, and conidial germination of B. oryzae showed a reduction in these parameters as the doses of AgNPs increased, demonstrating a direct effect of AgNPs on B. oryzae. In the in vivo assay, AgNPs spraying on the plants significantly reduced the intensity of rice BS compared to the control treatment. Leaves of AgNPs-treated plants, due to lower BS severity, showed higher concentrations of Chl a and Chl b, as well as greater photosystem II quantum efficiency. Additionally, the lower cell damage due to the low level of symptoms in AgNPs-treated plants resulted in lower activities of SOD, CAT, POX, and APX. For AgNPs-treated plants, PAL activity was significantly higher compared to the control. In conclusion, the photosynthetic capacity was preserved in AgNPs-treated plants. There was a lower activity of reactive oxygen species scavenging enzymes in plants with AgNPs due to the lower level of cell infection. The increased PAL activity indicates a higher capacity for defense pathway activation in rice plants previously treated with AgNPs. To understand the changes resulting from drought stress in B. oryzae infection in rice plants, as well as the potential of AgNPs in controlling this disease in plants under both combined stresses, an in vivo experiment was conducted under greenhouse conditions, evaluating epidemiological, physiological, and biochemical parameters. The experimental design used was completely randomized in a 2 x 2 x 2 factorial scheme (Evaluation time, Inoculation, and Water Stress) with four replications. Rice plants were subjected to mild drought stress induced by PEG6000. After the stress period, the plants returned to their initial condition for 24 hours of recovery and were sprayed with AgNPs (5 μL L-1), followed by inoculation with B. oryzae using a concentration of 1 x 105 conidia mL-1. Our study demonstrated that plants subjected to drought stress showed reductions in symptoms of rice brown spot. Due to lower severity, the functionality of the photosynthetic apparatus was less affected in these plants, which exhibited higher concentrations of Chl a, Chl b, and carotenoids, as well as greater quantum efficiency of photosystem II in plants under the combination of stresses. The effect of drought stress significantly reduced the water potential of both non-inoculated and pathogen-inoculated plants. The activities of SOD and POX, as well as the proline content, increased in plants under B. oryzae infection, with a higher increase in plants previously subjected to drought stress. The activity of PAL was significantly higher in plants subjected to drought stress and inoculated with B. oryzae. Foliar spraying with AgNPs in plants under combined stresses significantly reduced the number of lesions, lesion size, severity, and AUDPC. Taken together, water stress combined with rice brown spot led to increased levels of enzymatic and non-enzymatic antioxidants, as well as higher PAL activity. Although there was a reduction in disease levels, isolated drought stress resulted in physiological harm to the plants, as indicated by the lower water potential. Foliar treatment with AgNPs reduced the epidemiological parameters of rice brown spot in combination with drought stress, indicating potential use as a stress mitigator.
Palavras-chave: Arroz
Oryza sativa
Mancha parda
Bipolaris oryzae
Estresse hídrico
Nanopartículas
Atividade antifúngica
Área(s) do CNPq: FITOSSANIDADE::FITOPATOLOGIA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal Rural de Pernambuco
Sigla da instituição: UFRPE
Departamento: Departamento de Agronomia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Fitopatologia
Citação: ALMEIDA, Larissa Cavalcante. Uso de nanopartículas de prata como mitigador de estresse em plantas de arroz infectadas por Bipolaris oryzae. 2023. 91 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Fitopatologia) - Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/9415
Data de defesa: 28-Jan-2023
Aparece nas coleções:Doutorado em Fitopatologia

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