Effects of Fulvic Acid on Growth and Nitrogen Utilization Efficiency in M9T337 Seedlings

  • Bo Yu
  • Laiping Wang
  • Dongdong Cui
  • Wensheng Gao
  • Xiaomin Xue
  • Peixian Nie
2023 - Plants
Palavras-chave: Maçã, ácido fúlvico, fotossíntese, metabolismo de C e N, eficiência de utilização de nitrogênio (NUE)
Termos de indexação: Cultura hidropônica, biomassa vegetal, fertilizantes orgânicos, sorbitol, sacarose
 

Resumo

Tanto o ácido fúlvico (FA) quanto o nitrogênio (N) desempenham papéis importantes na produção agrícola na China. As plantas normalmente apresentam uma maior eficiência de utilização de nitrogênio (NUE) sob aplicação de FA. No entanto, o papel da aplicação FA no crescimento da maçã e NUE ainda não está claro. Foi realizado um experimento de cultivo hidropônico, sendo utilizadas mudas de M9T337 (porta-enxerto de maçã anã). A biomassa, a fotossíntese, o acúmulo e a distribuição dos fotossintéticos, a absorção e assimilação de N e a expressão gênica relativa nas plântulas foram examinados após tratamento com cinco diferentes concentrações de FA (0, 60, 120, 180 e 240 mg.L−1, representados por CK, FA1, FA2, FA3, FA4, respectivamente). Os resultados mostraram que o peso seco das plântulas e o 15NUE foram aumentados pelo FA, e ambos foram maiores sob o tratamento FA2 (a concentração de ácido fúlvico é de 120 mg.L−1). Uma análise mais adicional revelou que sob o tratamento FA2, a morfologia da raiz foi aperfeiçoada, e a atividade da raiz era relativamente alta. Comparado com CK (controle, a concentração de ácido fúlvico é de 0 mg.L−1), o tratamento FA2 fortaleceu a fotossíntese, elevou as principais atividades enzimáticas relacionadas ao metabolismo C, regulou a expressão gênica de proteínas de transporte de açúcar, e aumentou os teores de sorbitol e sacarose radicular, o que sugeriu que o tratamento FA2 afetou de forma ideal o crescimento radicular e a absorção de N, pois aumentou a síntese fotossintética e a translocação folha-raiz dos fotoassimilados. As plântulas do grupo tratado com FA2 também apresentaram uma taxa de influxo de NO3- significativamente maior e expressão do gene NRT (nitrato transportador nas raízes). Além disso, atividades enzimáticas relacionadas ao metabolismo do N nas folhas e raízes também foram observadas sob o tratamento FA2. Os resultados de rotulagem isotópica mostraram que o fornecimento ótimo de FA2 não só promoveu a absorção de 15N de plântulas, mas também otimizou a distribuição de C e N nas mudas. Estes resultados sugeriram que um fornecimento ótimo de FA (120 mg L−1) aumentou a NUE de plântulas, fortalecendo a síntese e o transporte de fotoassimilados das folhas para as raízes, regulando a absorção, assimilação e distribuição de N.

 

Abstract

Both fulvic acid (FA) and nitrogen (N) play important roles in agricultural production in China. Plants typically show a higher nitrogen utilization efficiency (NUE) under FA application. However, the role of FA application in apple growth and NUE remains unclear. A hydroponic culture experiment was performed, and M9T337 seedlings (a dwarf apple rootstock) were used as the experimental subjects. The biomass, photosynthesis, accumulation, and distribution of photosynthates, N absorption and assimilation, and relative gene expression in the seedlings were examined after treatment with five different concentrations of FA (0, 60, 120, 180, and 240 mg·L−1, represented by CK, FA1, FA2, FA3, FA4, respectively). The results showed that the seedling dry weight and 15NUE were enhanced by FA, and both were highest under the FA2 (the concentration of fulvic acid is 120 mg·L−1) treatment. Further analysis revealed that under the FA2 treatment, the root morphology was optimized, and the root activity was relatively high. Compared with CK (control, the concentration of fulvic acid is 0 mg·L−1), the FA2 treatment strengthened photosynthesis, elevated the key enzyme activities related to C metabolism, upregulated the gene expression of sugar transport proteins, and increased the root sorbitol and sucrose contents, which suggested that the FA2 treatment optimally affected the root growth and N absorption because it enhanced photosynthate synthesis and the leaf-to-root translocation of photoassimilates. The seedlings in the FA2 treatment group also showed a significantly higher NO3 influx rate and NRT (nitrate transporter) gene expression in the roots. Moreover, relatively high N metabolism-related enzyme activities in the leaves and roots were also observed under the FA2 treatment. The isotope labeling results showed that the optimal FA2 supply not only promoted seedling 15N absorption but also optimized the distribution of C and N in the seedlings. These results suggested that an optimal FA supply (120 mg·L−1) enhanced seedling NUE by strengthening photoassimilate synthesis and transport from leaves to roots, regulating N absorption, assimilation, and distribution.

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