Sulfate-mediated Drought Tolerance in Maize Involves Regulation at Physiological and Biochemical Levels.

A tolerância à seca mediada por sulfato em milho envolve regulação nos níveis fisiológico e bioquímico.

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2020
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Abstract
Restriction in nutrient acquisition is one of the primary causes for reduced growth and yield in water deficient soils. Sulfur (S) is an important secondary macronutrient that interacts with several stress metabolites to improve performance of food crops under various environmental stresses including drought. Increased S supply influences uptake and distribution of essential nutrients to confer nutritional homeostasis in plants exposed to limited water conditions. The regulation of S metabolism in plants, resulting in synthesis of numerous S-containing compounds, is crucial to the acclimation response to drought stress. Two different experiments were laid out in semi-controlled conditions to investigate the effects of different S sources on physiological and biochemical mechanisms of maize (Zea mays L. cv. P1574). Initially, the rate of S application in maize was optimized in terms of improved biomass and nutrient uptake. The maize seedlings were grown in sandy loam soil fertigated with various doses (0, 15, 30 and 45 kg ha) of different S fertilizers viz. KSO, FeSO, CuSO and NaSO. The optimized S dose of each fertilizer was later tested in second experiment to determine its role in improving drought tolerance of maize plants. A marked effect of S fertilization was observed on biomass accumulation and nutrients uptake in maize. In addition, the optimized doses significantly increased the gas exchange characteristics and activity of antioxidant enzymes to improve yield of maize. Among various S sources, application of KSO resulted in maximum photosynthetic rate (43%), stomatal conductance (98%), transpiration rate (61%) and sub-stomatal conductance (127%) compared to no S supply. Moreover, it also increased catalase, guaiacol peroxidase and superoxide dismutase activities by 55, 87 and 65%, respectively that ultimately improved maize yield by 33% with respect to control under water deficit conditions. These results highlight the importance of S fertilizers that would likely be helpful for farmers to get better yield in water deficient soils.
A restrição na aquisição de nutrientes é uma das principais causas para a redução do crescimento e da produtividade em solos com déficit hídrico. O enxofre (S) é um macronutriente secundário importante que interage com diversos metabólitos de estresse para melhorar o desempenho de culturas agrícolas sob vários estresses ambientais, incluindo a seca. O aumento do suprimento de S influencia a absorção e a distribuição de nutrientes essenciais para conferir homeostase nutricional a plantas expostas a condições de limitação hídrica. A regulação do metabolismo do S em plantas, que resulta na síntese de numerosos compostos contendo S, é crucial para a resposta de aclimatação ao estresse por seca. Dois experimentos distintos foram conduzidos em condições semicontroladas para investigar os efeitos de diferentes fontes de S nos mecanismos fisiológicos e bioquímicos do milho (*Zea mays* L. cv. P1574). Inicialmente, a taxa de aplicação de S no milho foi otimizada em termos de melhoria da biomassa e da absorção de nutrientes. As plântulas de milho foram cultivadas em solo franco-arenoso fertirrigado com várias doses (0, 15, 30 e 45 kg ha) de diferentes fertilizantes de S, a saber: KSO, FeSO, CuSO e NaSO. A dose otimizada de S de cada fertilizante foi posteriormente testada em um segundo experimento para determinar seu papel no aumento da tolerância das plantas de milho à seca. Observou-se um efeito marcante da fertilização com S no acúmulo de biomassa e na absorção de nutrientes no milho. Além disso, as doses otimizadas aumentaram significativamente os parâmetros de trocas gasosas e a atividade de enzimas antioxidantes para melhorar a produtividade do milho. Entre as várias fontes de S, a aplicação de KSO resultou em taxa fotossintética máxima (43%), condutância estomática (98%), taxa de transpiração (61%) e condutância subestomática (127%) em comparação à ausência de suprimento de S. Ademais, também aumentou as atividades da catalase, guaiacol peroxidase e superóxido dismutase em 55, 87 e 65%, respectivamente, o que resultou em um aumento de 33% na produtividade do milho em relação ao controle sob condições de déficit hídrico. Esses resultados destacam a importância dos fertilizantes à base de S, que provavelmente serão úteis para que os produtores obtenham melhor produtividade em solos com déficit hídrico.
Reference Key
usmani2020sulfatemediatedscientific Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Muhammad Munir Usmani, Fahim Nawaz, Sadia Majeed, Muhammad Asif Shehzad, Khawaja Shafique Ahmad, Gulzar Akhtar, Muhammad Aqib, Rana Nauman Shabbir
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Journal Scientific reports
Year 2020
DOI
10.1038/s41598-020-58169-2
URL
Keywords
biofilm bacteria nanoparticles nanoplastics nanofouling

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