Discriminating the Short-Term Action of Root and Foliar Application of Humic Acids on Plant Growth: Emerging Role of Jasmonic Acid

Resumo

As substancias húmicas (SH, ácidos fúlvicos e húmicos), embora o mecanismo de ação ainda permaneça parcialmente desconhecido, são amplamente utilizados como fertilizantes ou estimulantes do crescimento das plantas. As substâncias húmicas podem ser aplicadas diretamente no solo ou como pulverizações foliares. Apesar de ambos os tipos de aplicação serem comuns nas práticas agrícolas, a maioria dos estudos sobre a resposta induzida em plantas pelo SH é baseada na aplicação radicular dessas substâncias. O presente trabalho teve como objetivo discriminar entre os mecanismos de ação da aplicação foliar versus a aplicação radicular de um ácido húmico sedimentar (AHS) no desenvolvimento das plantas. Para isso, seis marcadores relacionados ao fenótipo das plantas, morfologia das plantas, equilíbrio hormonal e H±ATPase da membrana plasmática das raízes foram selecionados. Ambas as estratégias de aplicação melhoraram o crescimento da parte aérea e das raízes. O AHS aplicado foliarmente e o aplicado radicularmente compartilharam a capacidade de aumentar a concentração de ácido indol-3-acético nas raízes e citocininas nos brotos. No entanto, a aplicação foliar não resultou em aumentos a curto prazo na concentração de ácido abscísico nas raízes ou na atividade da H±ATPase da membrana plasmática das raízes, que são, no entanto, dois efeitos cruciais desencadeados pela aplicação radicular do AHS. Ambos os modos de aplicação aumentaram as concentrações de ácido jasmônico e jasmonoil-isoleucina nas raízes. Essas mudanças hormonais causadas pela aplicação foliar podem ser um sintoma relacionado ao estresse e conectado à perda de tricomas das folhas e à diminuição do tamanho dos cloroplastos observada por microscopia eletrônica de varredura. Esses resultados sustentam a hipótese de que os efeitos benéficos do AHS aplicado às raízes ou folhas podem resultar da adaptação das plantas a um estresse leve transitório causado pela aplicação do AHS.

Abstract

Humic substances (HS, fulvic and humic acids) are widely used as fertilizers or plant growth stimulants, although their mechanism of action still remains partially unknown. Humic substances may be applied either directly to the soil or as foliar sprays. Despite both kind of application are commonly used in agricultural practices, most of the studies regarding the elicited response in plants induced by HS are based on the root-application of these substances. The present work aimed at discriminating between the mechanisms of action of foliar application versus root application of a sedimentary humic acid (SHA) on plant development. For this purpose, six markers related to plant phenotype, plant morphology, hormonal balance and root-plasma membrane H⁺-ATPase were selected. Both application strategies improved the shoot and root growth. Foliar applied- and root applied-SHA shared the capacity to increase the concentration of indole-3-acetic acid in roots and cytokinins in shoots. However, foliar application did not lead to short-term increases in either abscisic acid root-concentration or root-plasma membrane H⁺-ATPase activity which are, however, two crucial effects triggered by SHA root-application. Both application modes increased the root concentrations of jasmonic acid and jasmonoyl-isoleucine. These hormonal changes caused by foliar application could be a stress-related symptom and connected to the loss of leaves trichomes and the diminution of chloroplasts size seen by scanning electron microscopy. These results support the hypothesis that the beneficial effects of SHA applied to roots or leaves may result from plant adaptation to a mild transient stress caused by SHA application.