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Carbon nanoparticles improve the effect of compost and arbuscular mycorrhizal fungi in drought-stressed corn cultivation

  • E. A Alsherif
  • O. Almaghrabi
  • A. M. Elazzazy
  • M. Abdel-Mawgoud
  • G. T. S. Beemster
  • H. AbdElgawad
2023 - Plant Physiology and Biochemistry
Palavras-chave: Metabolismo de antocianinas, fungos micorrízicos arbusculares, nanopartículas de carbono, composto, milho, danos oxidativos, estado redox, estresse hídrico
Termos de indexação: Efeito interativo, defesa antioxidante, fertilidade do solo, biossíntese, produtividade
 

Resumo

A seca é uma ameaça importante em todo o mundo, portanto, é vital criar soluções viáveis para mitigar os efeitos negativos do estresse hídrico. Com este objetivo, investigamos o efeito interativo do composto (Comp), fungos micorrízicos arbusculares (FMA) e nanopartículas de carbono (NPCs) em cultivos de milho sob estresse hídrico. Os tratamentos combinados foram mais eficazes em aumentar a fertilidade do solo e promover o crescimento das plantas de milho sob condições controle e de estresse hídrico em 20,1% e 39,4%, respectivamente. As interações entre os tratamentos, especialmente os efeitos da mistura Comp-FMA-NPCs, reduziram a atividade de produção de H₂O₂ induzida pela fotorrespiração, que consequentemente reduz os danos oxidativos relacionados à seca (peroxidação lipídica e oxidação de proteínas). As plantas tratadas com Comp-FMA ou Comp-FMA-NPCs mostraram um aumento em seu sistema de defesa antioxidante. Comp-FMA-NPCs aumentaram as atividades enzimáticas em 50,3%, 30,1% e 71% para ascorbato peroxidase (APX), desidroascorbato redutase (DHAR) e monodesidroascorbato redutase (MDHAR), respectivamente. Comp-FMA-NPCs também induziram o maior aumento em antocianinas (69,5%) em comparação com o tratamento controle. Este aumento foi explicado pelo aumento do precursor de antocianinas, em 37% e 13% sob controle e seca, respectivamente. Enquanto os aumentos nas enzimas-chave biossintéticas, fenilalanina amônia-liase (PAL) e chalcona sintase (CHS) foram de 77% e 5% sob controle e 69% e 89% sob seca, respectivamente. Este trabalho avançou nossa compreensão sobre como Comp-FMA-NPCs melhoram o crescimento, fisiologia e bioquímica de plantas de milho sob condições de estresse hídrico. Em geral, este estudo sugere a eficácia de Comp-FMA-NPCs como uma abordagem promissora para aumentar o crescimento de plantas de milho em áreas secas.

 

Abstract

Drought is an important threat worldwide, therefore, it is vital to create workable solutions to mitigate the negative effects of drought stress. To this end, we investigated the interactive effect of compost (Comp), arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and carbon nanoparticles (CNPs) on maize plant crops under drought stress. The combined treatments were more effective at increasing soil fertility and promoting the growth of maize plants under both control and drought stress conditions by 20.1% and 39.4%, respectively. The interactions between treatments, especially the effects of Comp-AMF-CNPs mixture, reduce the activity of photorespiration induced H2O2 production that consequently reduces drought-related oxidative damages (lipid peroxidation and protein oxidation). Plants treated with Comp-AMF or Comp-AMF-CNPs showed an increase in their antioxidant defense system. Comp-AMF-CNPs increased enzyme activities by 50.3%, 30.1%, and 71% for ascorbate peroxidase (APX), dehydro-ASC reductase (DHAR), and monodehydro-ASC reductase (MDHAR), respectively. Comp-AMF-CNPs also induced the highest increase in anthocyanins (69.5%) compared to the control treatment. This increase was explained by increased anthocyanin percussor, by 37% and 13% under control and drought, respectively. While the increases in biosynthetic key enzymes, phenylalanine aminolayse (PAL) and chalcone synthase (CHS) were 77% and 5% under control and 69% and 89% under drought, respectively. This work advanced our understanding on how Comp-AMF-CNPs improve growth, physiology, and biochemistry of maize plants under drought stress conditions. Overall, this study suggests the effectiveness of Comp-AMF-CNPs as a promising approach to enhance the growth of maize plants in dry areas.

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