Boron: Functions and approaches to enhance its availability in plants for sustainable agriculture

Resumo

O boro (B) é um elemento traço essencial necessário para o funcionamento fisiológico de plantas superiores. A deficiência de B é considerada um distúrbio nutricional que afeta adversamente o metabolismo e o crescimento das plantas. O B está envolvido na integridade estrutural e funcional da parede celular e das membranas, nos fluxos iônicos (H⁺, K⁺, PO₄³⁻, Rb⁺, Ca²⁺) através das membranas, na divisão e elongação celular, no metabolismo de nitrogênio e carboidratos, no transporte de açúcares, nas proteínas do citoesqueleto e enzimas ligadas ao plasmalema, no ácido nucleico, ácido indolacético, poliaminas, ácido ascórbico e no metabolismo e transporte de fenóis. Esta revisão examina criticamente as funções do B em plantas, os sintomas de deficiência e o mecanismo de absorção e transporte de B sob condições limitadas de B. A deficiência de B pode ser mitigada pela suplementação com fertilizantes inorgânicos, mas o impacto deletério da aplicação frequente de fertilizantes perturba a fertilidade do solo e cria poluição ambiental. Considerando isso, resumimos as informações disponíveis sobre abordagens alternativas, como modificação estrutural de raízes, enxertia, aplicação de bioestimulantes (fungos micorrízicos e rizobactérias) e nanotecnologia, que podem ser efetivamente utilizadas para a aquisição de B, levando à conservação de recursos. Além disso, discutimos vários novos aspectos, como a combinação de enxertia ou fungos micorrízicos com nanotecnologia, inoculação combinada de fungos micorrízicos arbusculares e rizobactérias, aplicação de melatonina e o uso de quelantes naturais e sintéticos, que possivelmente desempenham um papel na absorção e translocação de B sob condições de estresse de B.

Abstract

Boron (B) is an essential trace element required for the physiological functioning of higher plants. B deficiency is considered as a nutritional disorder that adversely affects the metabolism and growth of plants. B is involved in the structural and functional integrity of the cell wall and membranes, ion fluxes (H+, K+, PO43−, Rb+, Ca2+) across the membranes, cell division and elongation, nitrogen and carbohydrate metabolism, sugar transport, cytoskeletal proteins, and plasmalemma-bound enzymes, nucleic acid, indoleacetic acid, polyamines, ascorbic acid, and phenol metabolism and transport. This review critically examines the functions of B in plants, deficiency symptoms, and the mechanism of B uptake and transport under limited B conditions. B deficiency can be mitigated by inorganic fertilizer supplementation, but the deleterious impact of frequent fertilizer application disrupts soil fertility and creates environmental pollution. Considering this, we have summarized the available information regarding alternative approaches, such as root structural modification, grafting, application of biostimulators (mycorrhizal fungi (MF) and rhizobacteria), and nanotechnology, that can be effectively utilized for B acquisition, leading to resource conservation. Additionally, we have discussed several new aspects, such as the combination of grafting or MF with nanotechnology, combined inoculation of arbuscular MF and rhizobacteria, melatonin application, and the use of natural and synthetic chelators, that possibly play a role in B uptake and translocation under B stress conditions.