54Mn e 52Mn em estudos de NMP UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Centro de Energia Nuclear na Agricultura Laboratório de Nutrição Mineral de Plantas Laboratório de Fertilidade do Solo 54Mn e 52Mn em estudos de NMP Pós-doutorando: José Lavres Jr. Supervisor: Prof. Dr. Takashi Muraoka Prof. Dr. Eurípedes Malavolta (In memoriam) PIRACICABA Estado de São Paulo – Brasil 27 de novembro 2009

54Mn e 52Mn em estudos de NMP 1 INTRODUÇÃO  Características Físicas e Químicas do Mn  Histórico do uso de isótopos em NMP  Hipóteses de pesquisas 2 ABORDAGEM METODOLÓGICA e CRITÉRIOS 3 ESTUDOS COM Mn INERTE x 54Mn ou 52Mn 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Características Físicas e Químicas do Mn 1 INTRODUÇÃO Características Físicas e Químicas do Mn  Peso atômico 54,938 u.m.a.  Possui 1 isótopo estável 55Mn e 18 nuclídeos instáveis (radioativos).  53Mn meia vida de 3,7 milhões de anos → decai para 53Cr.  54Mn meia vida de 312 anos → decai para 54Fe / 54Cr. 52Mn meia vida de 5,6 dias (núcleo instável por excesso de prótons – β+) → decai para 52Cr.  Demais nuclídeos Mn meia vida de 3 horas ou menos.  Radiomanganês 54Mn – largamente utilizado em estudos de NMP e Fert. Solo.

Histórico do uso de isótopos em NMP 1º Experimento fisiológico de NMP – movimento do 42K+ no xilema (e floema). Stout & Hoagland (1939). Retirado de Epstein & Bloom (2005)

Histórico do uso de isótopos em NMP (contin...) Experimento de Cinética de Absorção em raízes destacadas – potássio radioativo (42K+ e 86Rb) → Epstein & Hagen (1952). - experimento que 1º descreveu a absorção como resultado de um processo enzimático – enzima-substrato. Retirado de Epstein & Bloom (2005)

Histórico do uso de isótopos em NMP (contin...) (1957) 5 mg/L Mn 30 mg/L Si 5 mg/L Mn ausência de Si

Histórico do uso de isótopos em NMP (contin...) 1º Experimento no Brasil - absorção de 65Zn por orquídeas.

Aspectos relacionados com a nutrição em Mn 54Mn e 52Mn em estudos de NMP Aspectos relacionados com a nutrição em Mn Diferenças genotípicas na aquisição; Distribuição (partição) do Mn no tecido; Localização celular; Taxa de “caminhamento” no xilema (52Mn).

Hipóteses das pesquisas - Deficiência de Mn: à menor eficiência de absorção; ao menor transporte à longa distância, ou ambos os fatores. - Tolerância a toxidez de Mn: maior compartimentalização nas raízes; › transporte; localização na parede celular/vacúolo

2. ABORDAGEM METODOLÓGICA e CRITÉRIOS * Critérios para uso de isótopos:  Tipo de experimento e objetivos do estudo.  Características do nuclídeo: i) Se é estável ou radioativo ii) Se radioativo: tipo de desintegração; meia-vida física e energia.

2. ABORDAGEM METODOLÓGICA e CRITÉRIOS  Adequação da área de trabalho (licenciamento) Atendimento das Normas atuais do CNEN (Diretrizes Básicas de Proteção Radiológica CNEN – NN 3.01)  Aspectos éticos - Agência Financiadora: – registro - Parecer – comitê de ética ambiental rejeitos

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x 54Mn ou 52Mn Fig. – Absorção de Mn por raízes destacadas transferidas para solução nutritiva. Munns et al. (1963)

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x Mn - 54 Fig. – Absorção de Mn seguida à adição de Mn-54 na solução nutritiva. Círculos vazios correspondem ao Mn determinado quimicamente. Círculos fechados correspondem à contagem do Mn-54. Munns et al. (1963)

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x Mn - 54 Fig. – Plantas transferidas para solução “não-radioativa” após crescimento em solução contendo 54Mn. Parte (a), plantas transferidas para solução sem Mn e (b) com suprimento de Mn estável. Munns et al. (1963)

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x Mn - 54 Fig. – Plantas transferidas para solução “não-radioativa” após crescimento em solução contendo 54Mn. Parte (a), plantas transferidas para solução sem Mn e (b) com suprimento de Mn estável. Munns et al. (1963)

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x Mn - 54 Fig. – Autoradiografia. Conteúdo e distribuição de 54Mn em folhas primárias de “cowpea”. Tvu 91 = Mn sensível; Tvu 1987 = Mn tolerante Horst (1983)

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x Mn - 54

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x Mn - 52  Primeiro trabalho utilizando a técnica - imagem do pósitron (β+) emitido. Demonstraram que: (1) plantas deficientes > transporte de Mn-52, da R para a PA, em relação àquelas bem supridas. Por outro lado, a redistribuição do 52Mn da PA para as R foi interrompido → excesso. Nas plantas mantidas no escuro houve redistribuição para as folhas novas e que o movimento independe da taxa transpiratória. 52Mn aplicado na folha moveu-se para região do “colo” em 27 min, do “colo” para as raízes e, por fim, das R para FN.

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x Mn - 52 Tsukamoto et al. (2006)

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x Mn - 54 Lavres Jr. (2007) Figura - Curvas de depleção de Mn pelos cultivares Santa Rosa, IAC-15 e IAC-Foscarin 31, em função dos tempos de exposição das plantas a uma solução de cultivo contendo Mn na concentração de 2,0 μmol L-1; e taxa de crescimento absoluto de raízes (mm/dia), em função do tempo de cultivo.

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x Mn - 54 Tabela – parâmetros cinéticos. Cult. Cmim μmolL-1 Km Vmax μmol g-1 h-1 Sta Rosa 0,98 1,02 0,42 IAC-15 0,55 0,87 0,50 IAC-31 0,25 0,45 0,67 Figura - Influxos estimados de Mn nos cultivares Santa Rosa, IAC-15 e IAC-Foscarin 31, em função das doses de Mn na solução nutritiva. Lavres Jr. (2007)

3. ESTUDOS COM Mn INERTE x Mn - 54

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS  Qual a prioridade do estudo?  Levar em consideração o tempo de execução – exeqüível;  Há possibilidade do estudo, porém, com a utilização de um nuclídeo estável?  Integridade física X proteção radiológica X ambiente.

“A radiação não deve ser temida, mas sim, respeitada!” (E. Malavolta)

Obrigado ! E-mail: jlavres@cena.usp.br