Soybean Plants Exposed to Low Concentrations of Potassium Iodide Have Better Tolerance to Water Deficit through the Antioxidant Enzymatic System and Photosynthesis Modulation

Resumo

O déficit hídrico inibe o crescimento das plantas ao afetar diversos processos fisiológicos, o que leva à superprodução de espécies reativas de oxigênio (EROs) que podem causar estresse oxidativo. Nesse sentido, sabe-se que o iodo (I) pode reforçar o sistema de defesa antioxidante das plantas e promover melhorias fotossintéticas em condições adversas. Contudo, seu efeito direto sobre as respostas ao déficit hídrico ainda não havia sido demonstrado. Para verificar a eficiência do I quanto à tolerância das plantas ao déficit hídrico, plantas de soja foram expostas a diferentes concentrações de iodeto de potássio (KI) fornecidas aos vasos com solução nutritiva e, em seguida, submetidas a déficit hídrico. Observou-se redução no acúmulo de biomassa nas plantas sob déficit hídrico, enquanto a exposição ao KI (10 e 20 µmol L−1) aumentou a biomassa em média 40%. Além disso, concentrações de KI de até 20 µM melhoraram as trocas gasosas (~71%) e reduziram a peroxidação lipídica, o que está relacionado às maiores atividades enzimáticas antioxidantes verificadas nas concentrações de 10 e 20 µM de KI. Entretanto, quando as plantas de soja foram adequadamente irrigadas, concentrações de KI superiores a 10 µM promoveram alterações negativas na eficiência fotossintética, bem como no acúmulo e na partição de biomassa. Em síntese, a exposição de plantas de soja a 10 µM de KI melhorou a tolerância ao déficit hídrico e, até essa concentração, não há evidência de fitotoxicidade em plantas cultivadas sob irrigação adequada.

Abstract

Water deficit inhibits plant growth by affecting several physiological processes, which leads to the overproduction of reactive oxygen species (ROS) that may cause oxidative stress. In this regard, iodine (I) is already known to possibly enhance the antioxidant defense system of plants and promote photosynthetic improvements under adverse conditions. However, its direct effect on water deficit responses has not yet been demonstrated. To verify the efficiency of I concerning plant tolerance to water deficit, we exposed soybean plants to different concentrations of potassium iodide (KI) fed to pots with a nutrient solution and subsequently submitted them to water deficit. A decline in biomass accumulation was observed in plants under water deficit, while exposure to KI (10 and 20 µmol L−1) increased plant biomass by an average of 40%. Furthermore, exposure to KI concentrations of up to 20 µM improved gas exchange (~71%) and reduced lipid peroxidation. This is related to the higher enzymatic antioxidant activities found at 10 and 20 µM KI concentrations. However, when soybean plants were properly irrigated, KI concentrations greater than 10 µM promoted negative changes in photosynthetic efficiency, as well as in biomass accumulation and partition. In sum, exposure of soybean plants to 10 µM KI improved tolerance to water deficit, and up to this concentration, there is no evidence of phytotoxicity in plants grown under adequate irrigation.