Humic Acids Isolated from Earthworm Compost Enhance Root Elongation, Lateral Root Emergence, and Plasma Membrane H+-ATPase Activity in Maize Roots

Abstract

Earthworms (Eisenia foetida) produce humic substances that can influence plant growth by mechanisms that are not yet clear. In this work, we investigated the effects of humic acids (HAs) isolated from cattle manure earthworm compost on the earliest stages of lateral root development and on the plasma membrane H ϩ -ATPase activity. These HAs enhance the root growth of maize (Zea mays) seedlings in conjunction with a marked proliferation of sites of lateral root emergence. They also stimulate the plasma membrane H ϩ -ATPase activity, apparently associated with an ability to promote expression of this enzyme. In addition, structural analysis reveals the presence of exchangeable auxin groups in the macrostructure of the earthworm compost HA. These results may shed light on the hormonal activity that has been postulated for these humic substances.

Earthworms influence the production of above- and belowground biomass and the expression of genes involved in cell proliferation and stress responses in Arabidopsis thaliana

“…Auxin-like compounds have indeed been identified in earthworm casts (Muscolo et al, 1998(Muscolo et al, , 1999. Furthermore, these molecules appeared to be potent mediators of plant nitrogen metabolism since they systemically stimulated nitrate transport into plants and its assimilation by plant cells (Muscolo et al, 1999;Canellas et al, 2002;Quaggiotti et al, 2004).…”

Adição de ácido cítrico potencializa a ação de ácidos húmicos e altera o perfil protéico da membrana plasmática em raízes de milho

“…O comprimento do eixo principal (CEP) das plântulas tratadas com AH e AH+AC apresentaram uma redução de aproximadamente 40% e 28%, respectivamente, em relação ao controle (Figura 1A), enquanto o número de raízes laterais emergidas aumentou 37% em relação ao controle no tratamento com AH e 55% com a solução de AH suplementada com AC (Figura 1B). O encurtamento do eixo principal e a concomitante indução da emissão de raízes laterais são características bem documentadas em plantas tratadas com concentrações elevadas de auxina exógena (e.g., CANELLAS et al, 2002;ZANDONADI et al, 2007), o que sugere a presença do hormônio ou uma ação do tipo hormonal do AH isolado de vermicomposto. As plântulas tratadas com AH aumentaram a área de seu sistema radicular em 45%, enquanto que, na suplementação da solução de AH com ácido cítrico, esse aumento foi de 58% em relação às plântulas controle (Figura 1C).…”

“…Os AH obtidos de vermicomposto foram isolados e purificados conforme descrito previamente em CANELLAS et al (2002). Plântulas de milho (Zea mays L., var UENF 506/6) homogêneas foram selecionadas e transferidas para um meio mínimo contendo CaCl 2 2mM (Controle), meio mínimo acrescido de AH (20mg de C L -1 , previamente descrita como concentração ótima para a promoção do crescimento) isolado de vermicomposto (AH) e meio mínimo acrescido de AH (20mg de C L -1 ) + ácido cítrico 0,005mM (AH + AC).…”

“…Amostras de raízes (n=10) foram digitalizadas e o comprimento radicular total e a área radicular de cada plântula foram estimadas pelo programa Delta-T Scan TM . Os sítios de mitose no sistema radicular foram realizados após digestão com KOH (0,5%, m/v, 20mim, 75°C) e revelados após coloração com hetatoxilina férrica pela adição de ácido lático, conforme descrito em CANELLAS et al (2002). A atividade das bombas de prótons de MP foi determinada na fração microssomal, obtida de acordo com De MICHELIS E SPANSWICH (1986).…”

“…A proliferação das raízes secundárias e a ativação das bombas de prótons localizadas na membrana plasmática (MP) são fenômenos relacionados à bioatividade de AH (CANELLAS et al, 2002). Além das H + -ATPases de MP, os AH podem regular as bombas do vacúolo, sugerindo a existência de um mecanismo complexo de regulação do metabolismo energético celular análogo ao descrito para auxinas (ZANDONADI et al, 2007).…”