Dynamics of Humic Acid, Silicon, and Biochar under Heavy Metal, Drought, and Salinity with Special Reference to Phytohormones, Antioxidants, and Melatonin Synthesis in Rice
- A. Adhikari
- A. G. Aneefi
- H. Sisuvanh
- S. Singkham
- M. V. Pius
- F. Akter
- E.-H. Kwon
- S.-M. Kang
- Y.-J. Woo
- B.-W. Yun
- I.-J. Lee
Resumo
Este estudo teve como objetivo desenvolver uma formulação biostimulante usando ácido húmico (AH), silício (Si) e biochar, isoladamente ou em combinação, para aliviar a letalidade induzida pela combinação de metais pesados (C-MP; As, Cd e Pb), estresse hídrico (DS; 30–40% de umidade do solo) e estresse salino (SS; 150 mM NaCl) no arroz. Os resultados mostraram que a aplicação de AH, Si e biochar, sozinhos ou em combinação, melhorou significativamente o crescimento das plantas em condições normais, de DS e de SS. No entanto, o AH aumentou a letalidade do arroz ao elevar significativamente a absorção de As, Cd e Pb, aumentando consequentemente a peroxidação lipídica. A coaplicação dos três componentes reduziu o ácido abscísico, elevou o ácido salicílico e otimizou a absorção de Ca2+ e Si. Isso subsequentemente elevou o influxo e efluxo de K+/Na+ através da regulação dos reguladores de íons metálicos (Si: Lsi1 e Lsi2; K+/Na+: OsNHX1) e aumentou a expressão dos genes de resposta ao estresse OsMTP1 e OsNramp nos brotos de arroz. A síntese de melatonina foi significativamente elevada pelo C-MP (130%), sendo reduzida em 50% com o tratamento AH + Si + biochar. No entanto, nas culturas induzidas por SS e DS, o teor de melatonina apresentou apenas diferenças menores. Esses achados sugerem que a formulação biostimulante poderia ser usada para mitigar SS e DS, e precauções devem ser tomadas ao usar AH para desintoxicação de metais pesados.
Abstract
This study aimed to develop a biostimulant formulation using humic acid (HA), silicon, and biochar alone or in combination to alleviate the lethality induced by combined heavy metals (HM-C; As, Cd, and Pb), drought stress (DS; 30–40% soil moisture), and salt stress (SS; 150 mM NaCl) in rice. The results showed that HA, Si, and biochar application alone or in combination improved plant growth under normal, DS, and SS conditions significantly. However, HA increased the lethality of rice by increasing the As, Cd, and Pb uptake significantly, thereby elevating lipid peroxidation. Co-application reduced abscisic acid, elevated salicylic acid, and optimized the Ca2+ and Si uptake. This subsequently elevated the K+/Na+ influx and efflux by regulating the metal ion regulators (Si: Lsi1 and Lsi2; K+/Na+: OsNHX1) and increased the expressions of the stress-response genes OsMTP1 and OsNramp in the rice shoots. Melatonin synthesis was significantly elevated by HM-C (130%), which was reduced by 50% with the HA + Si + biochar treatment. However, in the SS- and DS-induced crops, the melatonin content showed only minor differences. These findings suggest that the biostimulant formulation could be used to mitigate SS and DS, and precautions should be taken when using HA for heavy metal detoxification.
