Physiological responses of sweet potato (Ipomoea batatas L.) plants due to different copper concentrations

Abstract

At low concentrations, Cu is considered as an essential micronutrient for plants and as a constituent and activator of several enzymes. However, when in excess, Cu can negatively affect plant growth and metabolism. Therefore, the aim of this study was to evaluate physiological responses of sweet potato plants at different Cu concentrations by measuring morphological parameters, antioxidant metabolism, stomatal characteristics, and mineral profile. For this purpose, sweet potato plants were grown hydroponically in complete nutrient solution for six days. Then, the plants were transferred to solutions containing different Cu concentrations, 0.041 (control), 0.082, and 0.164 mM, and maintained for nine days. The main effect of increased Cu concentration was observed in the roots. The sweet potato plants grown in 0.082 mM Cu solution showed increased activity of antioxidant enzymes and no changes in growth parameters. However, at a concentration of 0.164 mM, Cu was transported from the roots to the shoots. This concentration altered morpho-anatomical characteristics and activated the antioxidant system because of the stress generated by excess Cu. On the basis of the results, it can be concluded that the sweet potato plants were able to tolerate Cu toxicity until 0.082 mM. Key words: Micronutrient, antioxidant metabolism, mineral content, copper sulfate, stress ResumoO cobre, em baixas concentrações, é considerado micronutriente essencial para as plantas por ser constituinte e ativador de diversas enzimas. Porém, quando em excesso, pode afetar negativamente o crescimento, o desenvolvimento e o metabolismo vegetal. Com base no exposto, o objetivo do trabalho foi avaliar as respostas fisiológicas de plantas de batata-doce quando submetidas a diferentes concentrações de cobre através dos parâmetros morfológicos, índice de clorofila, metabolismo antioxidante, perfil mineral e características estomáticas. Para tanto, as mesmas foram cultivadas em sistema hidropônico com solução nutritiva completa por seis dias. Após este período foram transferidas para soluções contendo diferentes concentrações de cobre: 0,041 (controle); 0,082 e 0,164 mM, onde permaneceram por nove dias. Nas raízes, o principal efeito do aumento da concentração de cobre foi o acúmulo do mesmo nesse órgão. As plantas de batata-doce cultivadas com 0,082 mM de cobre na solução, apresentaram aumento da atividade das enzimas antioxidantes sem nenhuma alteração na taxa de crescimento. No entanto, na concentração de 0,164 mM, o cobre foi transportado das raízes para a parte aérea. Essa concentração reduziu o crescimento, alterou características morfo-anatômicas e ativou o sistema antioxidante como forma de proteção ao estresse gerado pelo excesso de cobre. Com base nos resultados, pode-se concluir que as plantas de batata-doce foram capazes de tolerar a toxidez por Cu até a concentração de 0,082 mM. Palavras-chave: Micronutriente, perfil mineral, sulfato de cobre, estresse

Copper (Cu) stress affects carbon and antioxidant metabolism in Coffea arabica seedlings

“…2A and 2B However, it was observed that CAT and APX activity was maintained in coffee leaves under copper excess, and an increase in CAT and APX activity in roots under the same conditions. In studies with Ipomoea batatas L. plants, it was verified that roots was the main organ that mostly affected by the increase in copper concentration, due to a higher activity of antioxidant enzymes accompanied by the increase of H 2 O 2 production (Cuchiara et al, 2015).…”