Enhancement of Morphological and Physiological Performance of Zea mays L. under Saline Stress Using ZnO Nanoparticles and 24-Epibrassinolide Seed Priming

Resumo

A salinidade é um dos fatores ambientais mais devastadores, limitando a produtividade das culturas em todo o mundo. Assim, este estudo investiga o efeito do priming de sementes com nanopartículas de óxido de zinco (ZnO NPs: 0, 50 e 100 mg L−1), 24-epibrassinolídeo (EBL: 0,0, 0,2 e 0,4 µM) e seus tratamentos combinados sobre o milho (Zea mays L.) cultivado sob diferentes níveis de estresse salino (controle, 5 e 10 dS m−1) em condições semicontroladas. O maior estresse salino (10 dS m−1) influenciou negativamente as características de crescimento, os atributos fisiológicos e a absorção de elementos (Zn e K) pelas raízes e parte aérea do milho, enquanto aumentou o acúmulo de Na+ e a relação Na+/K+ em comparação aos demais tratamentos. No entanto, o priming de sementes com ZnO NPs e EBL, bem como suas combinações, atenuou os efeitos prejudiciais do estresse salino sobre o crescimento e o desempenho fisiológico e bioquímico do milho. Em geral, o priming com os tratamentos combinados de ZnO NPs e EBL foi significativamente mais eficaz do que os tratamentos individuais. A combinação de 100 mg L−1 de ZnO NPs + 0,2 µM de EBL resultou nos maiores valores de comprimento radicular, área superficial das raízes, diâmetro do caule, teor relativo de água foliar, clorofila total, taxa líquida de fotossíntese, acúmulo de zinco e absorção de K+, e nos menores valores de Na+ e da relação Na+/K+, especialmente sob o maior nível de estresse salino. Conclui-se que o priming de sementes com ZnO NPs e EBL combinados pode atenuar eficazmente o declínio, mediado pelo estresse salino, das características morfológicas, fisiológicas e bioquímicas do milho.

Abstract

Salinity is one of the most devastating environmental factors limiting crop productivity worldwide. Therefore, our study investigates the effect of seed priming with zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs: 0, 50, and 100 mg L−1), 24-epibrassinolide (EBL: 0.0, 0.2, and 0.4 µM), and their combined treatments on maize (Zea mays L.) grown with different levels of saline stress (i.e., control, 5, 10 dS m−1) under semi-controlled conditions. Higher saline stress (10 dS m−1) negatively influenced the growth traits, physiological attributes, and elemental (i.e., Zn and K) uptake for both roots and shoots of maize, whereas it increased Na+ accumulation and Na+/K+ ratio in comparison to other treatments. However, seed priming with ZnO NPs and EBL as well as their combinations showed amelioration of the detrimental effects of saline stress on the growth and physiological and biochemical performance of maize. In general, seed priming with combined treatments of ZnO NPs and EBL were significantly more effective than either ZnO NPs or EBL as individual treatments. A combination of 100 mg L−1 ZnO NPS + 0.2 µM EBL resulted in the highest values of root length, root surface area, stem diameter, relative leaf water contents, total chlorophyll, net rate of photosynthesis, zinc accumulation, and K+ uptake, while it resulted in the lowest Na+ and Na+/K+ ratio, especially under the highest saline-stress treatment. Thus, we concluded that seed priming with combined ZnO NPs and EBL can effectively mitigate the saline-stress-mediated decline in the morphological, physiological, and biochemical traits of maize.