Title: Potassium application regulates nitrogen metabolism and osmotic adjustment in cotton (Gossypium hirsutum L.) functional leaf under drought stress
- R. Zahoor
- W. Zhao
- M. Abid
- H. Dong
- Z. Zhou
Resumo
Para avaliar o papel do potássio (K) na manutenção do metabolismo do nitrogênio e no desenvolvimento do ajuste osmótico das folhas funcionais do algodão para sustentar o crescimento sob condições de déficit hídrico e reidratação do solo, as plantas de duas cultivares de algodão, Siza 3 (sensível ao baixo teor de K) e Simian 3 (tolerante ao baixo teor de K), foram cultivadas sob três taxas diferentes de K (K0, K1 e K2; 0, 150 e 300 kg K2O ha-1, respectivamente) e expostas ao estresse por déficit hídrico com 40 ± 5% do conteúdo relativo de água do solo (CRAS). O estresse por déficit hídrico foi aplicado no estágio de floração por meio da retenção de água por oito dias, seguido de uma nova rega até um nível bem irrigado (75 ± 5% CRAS). Os resultados mostraram que as plantas estressadas pelo déficit hídrico de ambas as cultivares apresentaram uma diminuição no conteúdo relativo de água da folha (RWC, do inglês: relative water content) e no potencial osmótico nas folhas funcionais e desenvolveram um ajuste osmótico com um aumento no conteúdo de aminoácidos livres, açúcares solúveis, K inorgânico e nitrato em comparação com as plantas bem regadas. Nas plantas estressadas pelo déficit hídrico, as atividades das enzimas metabolizadoras de nitrogênio da nitrogênio redutase (NR), glutamina sintetase (GS) e glutamato sintase (GOGAT) diminuíram significativamente (P ≤ 0,05), juntamente com a diminuição do conteúdo de clorofila e das proteínas solúveis. No entanto, as plantas estressadas pelo déficit hídrico sob aplicação de K não só apresentaram maior ajuste osmótico com maior acúmulo de osmólitos, mas também regularam o metabolismo do nitrogênio mantendo atividades enzimáticas, proteínas solúveis e conteúdo de clorofila mais altos em folhas funcionais em comparação com as plantas sem aplicação de K. O Siza 3 apresentou melhor estabilidade nas atividades enzimáticas e resultou em um rendimento 89% maior de algodão em caroço sob K2 em comparação com K0 em plantas estressadas pelo déficit hídrico, enquanto esse aumento foi de 53% no caso do Simian 3. Os resultados do estudo sugerem que a aplicação de K aumenta o potencial das plantas de algodão para manter altas atividades de enzimas metabolizadoras de nitrogênio e componentes relacionados para complementar o ajuste osmótico em condições de déficit hídrico do solo.
Abstract
To evaluate the role of potassium (K) in maintaining nitrogen metabolism and osmotic adjustment development of cotton functional leaves to sustain growth under soil drought and rewatering conditions, the plants of two cotton cultivars Siza 3 (low-K sensitive) and Simian 3 (low-K tolerant), were grown under three different K rates (K0, K1, and K2; 0, 150, and 300 kg K2O ha−1, respectively) and exposed to drought stress with 40 ± 5% soil relative water content (SRWC). The drought stress was applied at flowering stage by withholding water for eight days followed by rewatering to a well-watered level (75 ± 5% SRWC). The results showed that drought-stressed plants of both cultivars showed a decrease in leaf relative water content (RWC) and osmotic potential in the functional leaves and developed osmotic adjustment with an increase in the contents of free amino acids, soluble sugars, inorganic K, and nitrate as compared to well-watered plants. In drought-stressed plants, nitrogen-metabolizing enzyme activities of nitrogen reductase (NR), glutamine synthetase (GS), and glutamate synthase (GOGAT) were diminished significantly (P ≤ 0.05) along with decreased chlorophyll content and soluble proteins. However, drought-stressed plants under K application not only exhibited higher osmotic adjustment with greater accumulation of osmolytes but also regulated nitrogen metabolism by maintaining higher enzyme activities, soluble proteins, and chlorophyll content in functional leaves as compared to the plants without K application. Siza 3 showed better stability in enzyme activities and resulted in 89% higher seed cotton yield under K2 as compared to K0 in drought-stressed plants, whereas this increase was 53% in the case of Simian 3. The results of the study suggested that K application enhances cotton plants’ potential for sustaining high nitrogen-metabolizing enzyme activities and related components to supplement osmotic adjustment under soil drought conditions.
