Effect of Ecklonia maxima seaweed extract on yield, mineral composition, gas exchange, and leaf anatomy of zucchini squash grown under saline conditions

Resumo

A presença de NaCl no solo ou na água é um dos estresses ambientais mais críticos que limitam a produtividade das culturas em todo o mundo. O extrato de algas marinhas (SWE) representa uma importante categoria de bioestimulantes vegetais capazes de melhorar a tolerância das culturas a estresses abióticos, como a salinidade. A presente pesquisa teve como objetivo elucidar os efeitos fisiológicos e anatômicos, bem como as alterações na composição mineral da abobrinha de estufa (Cucurbita pepo L.) tratada com Ecklonia maxima SWE. As plantas foram pulverizadas a cada 2 semanas com uma solução contendo 3 mL L-1 de SWE. As plantas de abóbora foram fornecidas com quatro soluções nutritivas: 1 (controle sem sal), NaCl 20, 40 ou 60 mM. O aumento da salinidade na solução nutritiva desencadeou uma diminuição no rendimento comercializável, biomassa aérea, índice de desenvolvimento de análise de plantas do solo (SPAD), taxa líquida de assimilação de CO2 (A CO2), taxa de transpiração (E) e concentração de macronutrientes foliares (P, K, Ca , e Mg), enquanto aumentou as concentrações de Na e Cl no tecido foliar sem alterar a fotoquímica do PSII. Alterações anatômicas nas folhas, incluindo aumento da lâmina, paliçada, espessura do parênquima esponjoso e espaços intercelulares, foram registradas em condições salinas. A aplicação foliar de SWE aumentou o rendimento e a biomassa da parte aérea em 12,0 e 17,4%, respectivamente, bem como a matéria seca dos frutos e o teor de sólidos solúveis totais em comparação com plantas não tratadas. Isto foi associado a uma melhoria no A CO2 (+14%), no teor de clorofila (+8%) e no estado nutricional (alto acúmulo de K e baixo acúmulo de Na) nas plantas tratadas com SWE. O tamanho dos estômatos foi influenciado pela aplicação foliar de SWE, uma vez que os menores comprimento e largura da guarda celular foram registrados nas folhas das plantas tratadas com SWE. Finalmente, os compostos fenólicos tanto no parênquima paliçádico quanto no parênquima esponjoso foram maiores nas plantas não tratadas do que nas tratadas com SWE.

Abstract

The presence of NaCl in soil or water is one of the most critical environmental stresses limiting crop productivity worldwide. Seaweed extract (SWE) represents an important category of plant biostimulants able to improve crop tolerance to abiotic stresses, such as salinity. The current research aimed at elucidating the physiological and anatomical effects as well as the changes in mineral composition of greenhouse zucchini squash (Cucurbita pepo L.) treated with Ecklonia maxima SWE. Plants were sprayed every 2 weeks with a solution containing 3 mL L⁻¹ of SWE. Zucchini squash plants were supplied with four nutrient solutions: 1 (non-salt control), 20, 40, or 60 mM NaCl. Increased salinity in the nutrient solution triggered a decrease in marketable yield, shoot biomass, Soil Plant Analysis Development (SPAD) index, net CO₂ assimilation rate (A _CO2), transpiration rate (E), and leaf macronutrient concentration (P, K, Ca, and Mg), whereas it augmented Na and Cl concentrations in leaf tissue without altering PSII photochemistry. Anatomical changes in leaves, including an increase in lamina, palisade, spongy parenchyma thickness, and intercellular spaces, were recorded under saline conditions. Foliar application of SWE increased yield and shoot biomass by 12.0 and 17.4 %, respectively, as well as fruit dry matter and total soluble solid contents in comparison to untreated plants. This was associated with an improvement in A _CO2 (+14 %), chlorophyll content (+8 %), and nutritional status (high K and low Na accumulation) in SWE-treated plants. The size of stomata was influenced by foliar application of SWE, since the smallest cell guard length and width were recorded in the leaves of SWE-treated plants. Finally, the phenolic compounds in both palisade and spongy parenchyma were higher in untreated than in SWE-treated plants.