Nitrate reductase and glutamine synthetase activity in coffee leaves during fruit development

Abstract

Nitrate reductase is the first enzyme in the pathway of nitrate reduction by plants, followed by glutamine synthetase, which incorporates ammonia to glutamine. The purpose of this study was to evaluate the nitrate reductase and glutamine synthetase activity, total soluble protein content, N and Ni content in coffee leaves during fruit development under field conditions to establish new informations to help assess the N nutritional status and fertilizer management. The experimental design was in randomized complete blocks, arranged in a 3 x 6 factorial design, with five replications. The treatments consisted of 3 N rates (0 - control, 150 and 300 kg ha -1 ) and six evaluation periods (January, February, March, April, May, and June) in six-year-old coffee (Coffea arabica L.) plants of Catuaí Vermelho IAC 44 cv. The nitrate reductase and glutamine synthetase activities, leaf soluble protein, and N concentrations increased linearly with the N rates. During fruit development, the enzyme activity, leaf soluble protein and N content decreased, due to the leaf senescence process caused by nutrient mobilization to other organs, e.g, to the berries. Leaf Ni increased during fruit development. Beans and raisin-fruits of plants well-supplied with N had higher Ni contents. Enzyme activities, total leaf N and leaf soluble protein, evaluated during the green fruit stage in March, were significantly correlated with coffee yield. These variables can therefore be useful for an early assessment of the coffee N nutritional status as well as coffee yield and N fertilization management.

A redutase do nitrato (RN) é a primeira enzima na via de redução de nitrato pelas plantas, seguida da glutamina sintetase (GS), a qual incorpora amônia à glutamina. O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade dessas enzimas, o teor de proteína solúvel total e a concentração de N e de Ni em folhas e grãos de cafeeiro durante o desenvolvimento dos frutos, em condições de campo, a fim de estabelecer novas informações para auxiliar a avaliação do estado nutricional do N e manejo da adubação. O experimento foi instalado em blocos ao acaso, em esquema fatorial 3 x 6, com três doses de N (0, 150 e 300 kg ha -1 ) e seis épocas de avaliação (janeiro, fevereiro, março, abril, maio e junho), com cinco repetições. Foi utilizada a cultivar Catuaí Vermelho IAC 44 com seis anos de idade, no espaçamento de 1,75 m entre linhas e 0,75 m entre plantas. A atividade da RN e da GS e os teores de proteína solúvel e de N total aumentaram com as doses de N. Durante o crescimento dos frutos do cafeeiro, a atividade das enzimas e os teores foliares de proteína e de N diminuíram devido ao processo de senescência das folhas e à mobilização do N para a maturação dos grãos. A concentração de Ni nas folhas e nos grãos aumentou durante a fase de crescimento dos frutos. Plantas com estado nutricional adequado em N apresentaram maiores teores de Ni nos grãos e nos frutos em estádio tipo passa. As atividades das enzimas e os teores foliares de N e de proteína solúvel total, durante o estádio de fruto verde, têm relação direta com a produção, constituindo-se em medidas auxiliares na avaliação do estado nutricional em N, na predição da produção do cafeeiro e no manejo da adubação nitrogenada.