Salicylic Acid Alleviates the Effects of Cadmium and Drought Stress by Regulating Water Status, Ions, and Antioxidant Defense in Pterocarya fraxinifolia

Resumo

Pterocarya fraxinifolia (Poiret) Spach (noz-asa caucasiana, Juglandaceae) é uma espécie de árvore relíquia e pouco se sabe sobre sua tolerância a fatores de estresse abióticos, incluindo estresse hídrico e toxicidade por metais pesados. Além disso, foi demonstrado que o ácido salicílico (AS) tem um papel fundamental nas respostas das plantas ao estresse biótico e abiótico. Portanto, o presente estudo está focado em avaliar o impacto da aplicação foliar de SA na mediação das respostas fisiológicas e bioquímicas da nogueira caucasiana, incluindo crescimento, conteúdo relativo de água (RWC), potencial osmótico (Ψs), rendimento quântico (Fv/Fm), eletrólito vazamento, peroxidação lipídica, peróxido de hidrogênio e enzimas antioxidantes, ao cádmio (Cd; 100 µM) e ao estresse hídrico, bem como sua interação. Além disso, a atividade antioxidante (por exemplo, atividades de ascorbato peroxidase, catalase, glutationa redutase, peroxidase e superóxido dismutase) das árvores estressadas foi investigada. O estudo foi conduzido em mudas com seis meses de idade, sob condições ambientais controladas, em casa de vegetação, durante três semanas. O comprimento das folhas, o RWC, o Ψs e o Fv/Fm diminuíram em todos os tratamentos, embora o efeito do estresse hídrico tenha sido o mais pronunciado. Um eficiente mecanismo de defesa antioxidante foi detectado na noz-asa caucasiana. Além disso, as plantas de nogueira caucasiana tratadas com SA apresentaram menor peroxidação lipídica, como um dos indicadores de estresse oxidativo, quando comparadas aos grupos não tratados com SA, sugerindo a tolerância desta planta ao estresse por Cd, ao estresse hídrico e à combinação deles. . O cádmio e o estresse hídrico também alteraram as concentrações de íons na nogueira caucasiana, causando acúmulo excessivo de Cd nas folhas. Estes resultados destacam a função benéfica do SA na redução dos efeitos negativos do Cd e do estresse hídrico nas plantas de nogueira caucasiana.
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Abstract

Pterocarya fraxinifolia (Poiret) Spach (Caucasian wingnut, Juglandaceae) is a relict tree species and little is known about its tolerance to abiotic stress factors, including drought stress and heavy metal toxicity. In addition, salicylic acid (SA) has been shown to have a pivotal role in plant responses to biotic and abiotic stress. Hence, the current study is focused on evaluating the impact of foliar application of SA in mediating Caucasian wingnut physiological and biochemical responses, including growth, relative water content (RWC), osmotic potential (Ψs), quantum yield (Fv/Fm), electrolyte leakage, lipid peroxidation, hydrogen peroxide, and antioxidant enzymes, to cadmium (Cd; 100 µM) and drought stress, as well as their interaction. Moreover, the antioxidant activity (e.g., ascorbate peroxidase, catalase, glutathione reductase, peroxidase, and superoxide dismutase activities) of the stressed trees was investigated. The study was conducted on six-month-old seedlings under controlled environmental conditions in a greenhouse, during three weeks. Leaf length, RWC, Ψs and Fv/Fm were decreased under all treatments, although the effect of drought stress was the most pronounced. An efficient antioxidant defense mechanism was detected in Caucasian wingnut. Moreover, SA-treated Caucasian wingnut plants had lower lipid peroxidation, as one of the indicators of oxidative stress, when compared to non-SA-treated groups, suggesting the tolerance of this plant to Cd stress, drought stress, and the combination of them. Cadmium and drought stress also changed the ion concentrations in Caucasian wingnut, causing excessive accumulation of Cd in leaves. These results highlight the beneficial function of SA in reducing negative effects of Cd and drought stress on Caucasian wingnut plants.