Antioxidant enzyme and osmotic adjustment changes in bean seedlings as affected by biochar under salt stress

Resumo

A salinidade danificou as membranas celulares através da superprodução de espécies reativas de oxigênio (ROS), enquanto os osmólitos e as capacidades antioxidantes desempenham um papel vital na proteção das plantas contra os danos oxidativos causados pela salinidade. O Biochar também poderia aliviar os impactos negativos do estresse salino nas plantações. O experimento em vaso foi conduzido para investigar os efeitos do biochar em algumas atividades de enzimas antioxidantes e ajustes osmólitos do feijão comum (Phaseolus vulgaris L. cv. Derakhshan) sob estresse salino. As plantas de feijão foram submetidas a três níveis de salinidade (não salina, 6 e 12 dSm^-1 de NaCl) e tratamentos com biochar (não biochar, 10% e 20% da massa total do vaso). Os pesos secos da parte aérea e da raiz do feijão diminuíram em dois tratamentos de estresse salino. A salinidade aumentou a atividade da catalase (CAT), ascorbato peroxidase (APX), peroxidase (POD), polifenol oxidase (PPO) e superóxido dismutase (SOD), e o conteúdo de malondialdeído (MDA), radicais de oxigênio (O2•−), e peróxido de hidrogênio (H2O2) em folhas e raízes em comparação ao controle. Além disso, as magnitudes aumentadas de prolina, glicina betaína, açúcar solúvel e conteúdo de proteína solúvel foram mais pronunciadas sob 12 dSm^-1 NaCl do que aquelas sob 6 dSm^-1 NaCl. Em contraste, o biochar aplicado ao solo aumentou o peso seco da parte aérea e da raiz em comparação com o tratamento sem biochar. Além disso, todas as atividades antioxidantes das mudas no solo tratado com biochar, particularmente com 20% de biochar, diminuíram. Com a adição do biochar, os teores de MDA, O₂•− e H₂O₂ apresentaram notável diminuição, e o acúmulo de substâncias osmóticas nas folhas e raízes também reduziu. Os resultados apresentados corroboram a visão de que o biochar pode contribuir para proteger as mudas de feijoeiro contra o estresse por NaCl, aliviando o estresse oxidativo.

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Abstract

Salinity damaged cellular membranes through overproduction of reactive oxygen species (ROS), while osmolytes and antioxidant capacities play a vital role in protecting plants from salinity caused oxidative damages. Biochar also could alleviate the negative impacts of salt stress in crops. The pot experiment was conducted to investigate the effects of biochar on some antioxidant enzyme activities and osmolyte adjustments of common bean (Phaseolus vulgaris L. cv. Derakhshan) under salinity stress. Bean plants were subjected to three salinity levels (non-saline, 6 and 12 dSm⁻¹ of NaCl) and biochar treatments (non-biochar, 10% and 20% total pot mass). Shoot and root dry weights of bean were decreased at two salt stress treatments. Salinity increased the activity of catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX), peroxidase (POD), polyphenol oxidase (PPO) and superoxide dismutase (SOD), and the content of malondialdehyde (MDA), oxygen radicals (O^2•−), and hydrogen peroxide (H₂O₂) in leaf and root compared to control. Additionally, increased magnitudes of proline, glycine betaine, soluble sugar and soluble protein contents were more pronounced under 12 dSm⁻¹ NaCl than those under 6 dSm⁻¹ NaCl. In contrast, biochar applied to soil enhanced the shoot and root dry weight in comparison with the non-biochar treatment. Furthermore, all of the antioxidant activities of seedlings in soil treated with biochar, particularly at 20% biochar, declined. With the addition of biochar, the contents of MDA, O^2•− and H₂O₂ displayed remarkable decrease, and the osmotic substances accumulation in leaves and roots also reduced. The presented results supported the view that biochar can contribute to protect common bean seedlings against NaCl stress by alleviating the oxidative stress.