Seed-Applied cobalt, molybdenum, and nickel Improve nitrogen metabolism in soybean plants across seed vigor levels

Resumo

Cobalto, molibdênio e níquel são elementos diretamente envolvidos na fixação biológica de nitrogênio em plantas leguminosas. No entanto, há falta de informações sobre os efeitos da interação entre esses elementos no vigor das sementes e no desenvolvimento das plantas. Este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos de diferentes doses desses elementos em sementes de soja com maior e menor vigor, com foco no metabolismo do nitrogênio e no desenvolvimento das plantas em condições controladas. Os dois lotes de sementes de soja (maior e menor vigor) foram tratados com doses de 0, 2, 4, 6 e 8 mL kg⁻¹ de sementes de um produto comercial líquido composto por cobalto, molibdênio e níquel. No estádio de plena floração, foram avaliadas as atividades da urease e da nitrogenase, a biomassa seca da parte aérea, raízes e nódulos, a concentração de nitrogênio na parte aérea, a altura das plantas, o número de nódulos e a eficiência da fixação biológica de nitrogênio (medida pela razão isotópica de nitrogênio-15). A atividade da urease aumentou 191% em plantas de sementes de alto vigor e 65% em plantas de sementes de baixo vigor. A atividade da nitrogenase foi maior em plantas de maior vigor. A biomassa seca dos nódulos aumentou 42% em plantas de menor vigor em comparação com o tratamento controle, enquanto em plantas de maior vigor houve diminuição com o aumento das doses. A biomassa da parte aérea foi 30% superior à do controle na dose de 2 mL kg⁻¹. Em geral, as melhores respostas à aplicação dos elementos nas variáveis avaliadas foram observadas com as doses de 2 e 4 mL kg⁻¹. Conclui-se que a aplicação adequada de cobalto, molibdênio e níquel nas sementes aumenta o crescimento e a eficiência simbiótica. No entanto, doses excessivas podem causar efeitos fitotóxicos.

Abstract

Cobalt, molybdenum, and nickel are elements directly involved in biological nitrogen fixation in legume plants. However, there is a lack of information about the effects of the interaction among these elements on seed vigor and plant development. This study aimed to evaluate the effects of different doses of these elements on soybean seeds with higher and lower vigor, focusing on nitrogen metabolism and plant development under controlled conditions. The two lots of soybean seeds (higher and lower vigor) were treated with doses of 0, 2, 4, 6, and 8 mL kg−1 of seeds of a liquid commercial product composed of cobalt, molybdenum, and nickel. At the full flowering stage, urease and nitrogenase activities, dry biomass of shoots, roots, and nodules, nitrogen concentration in shoots, plant height, number of nodules, and the efficiency of biological nitrogen fixation (measured by nitrogen-15 isotopic ratio) were assessed. Urease activity increased by 191% in high-vigor seed plants and 65% in low-vigor seed plants. Nitrogenase activity was higher in higher-vigor plants. Nodule dry biomass increased by 42% in lower-vigor plants compared to the control treatment, while in higher-vigor plants, it decreased with increasing doses. Shoot biomass was 30% higher than the control at the 2 mL kg−1 dose. In general, the best responses to the application of the elements in the evaluated variables were observed with the doses of 2 and 4 mL kg−1. It is concluded that the appropriate application of cobalt, molybdenum, and nickel on seeds enhances growth and symbiotic efficiency. However, excessive doses may cause phytotoxic effects.