Phenological application of selenium differentially improves growth, oxidative defense and ion homeostasis in maize under salinity stress

Resumo

O mecanismo subjacente do selênio (Se) que medeia a tolerância ao sal das plantas não é bem compreendido e as informações sobre como o crescimento e desenvolvimento das plantas são regulados pela aplicação fenológica de Se (20 e 40mg/L) sob estresse salino são escassas. No presente estudo, avaliamos o impacto da aplicação fenológica de Se no crescimento, sistema de defesa antioxidante e desequilíbrio iônico em milho sob salinidade. A salinidade (12dSm⁻¹) reduziu o crescimento, a concentração de clorofila e K⁺ na raiz e na folha. Contrariamente, a salinidade aumentou a concentração tóxica de Na⁺, malondialdeído (MDA) e H₂O₂, o que resultou em dano oxidativo. Menor nível de aplicação de Se (20mg/L) aumentou o crescimento e a clorofila, reduzindo o dano oxidativo devido às altas concentrações celulares de MDA e H₂O₂. Se reduziu os níveis endógenos de H₂O₂ e MDA sob salinidade. Além disso, o Se regulou o sistema de defesa antioxidante aumentando as atividades das enzimas antioxidantes (SOD, POD e CAT) e influenciou as concentrações de antioxidantes não enzimáticos (fenólicos e flavonóides). O melhor sistema antioxidante induzido por Se protegeu as plantas do dano oxidativo. Também registramos aumento substancial na concentração de K⁺ e diminuição na concentração de Na⁺ em plantas tratadas com 20mg/L de Se sob estresse salino. O impacto do Se no crescimento e desenvolvimento das plantas está ligado ao estágio de crescimento da aplicação exógena. O Se foliar nos estágios reprodutivo e vegetativo e reprodutivo melhorou a tolerância à salinidade no milho em comparação com o estágio vegetativo.

Abstract

The underlying mechanism of selenium (Se) mediating plant salt tolerance is not well understood and information on how plant growth and development is regulated by phenological Se application (20 and 40 mg/L) under salinity stress is scarce. In present study, we have appraised the impact of phenological Se application on growth, antioxidant defense system and ionic imbalance in maize under salinity. Salinity (12 dS m⁻¹) reduced growth, concentration of chlorophyll and K⁺ in root and leaf. Contrarily, salinity increased toxic Na⁺, malondialdehyde (MDA) and H₂O₂ concentration that resulted in oxidative damage. Lower level of Se application (20 mg/L) increased growth and chlorophyll by reducing oxidative damage due to high cell concentrations of MDA and H₂O₂. Se reduced endogenous levels of H₂O₂ and MDA under salinity. Moreover, Se regulated antioxidant defense system by increasing the activities of antioxidant enzymes (SOD, POD and CAT) and influenced the concentrations of non-enzymatic antioxidants (phenolics and flavonoids). Se-induced better antioxidant system protected plants from oxidative damage. We have also recorded substantial increase in K⁺ and decrease in Na⁺ concentration in plants treated with 20 mg/L Se under salinity stress. The impact of Se on plant growth and development is linked with the growth stage of exogenous application. Foliar Se at reproductive and both vegetative and reproductive stages improved salinity tolerance in maize compared with vegetative stage.