Exogenous Application of Zinc Oxide Nanoparticles Improved Antioxidants, Photosynthetic, and Yield Traits in Salt-Stressed Maize

Resumo

A salinidade é um dos estresses abióticos mais ameaçadores à produção agrícola, expandindo-se de forma alarmante tanto por fenômenos naturais de salinização quanto por atividades antrópicas. A busca por abordagens estratégicas sustentáveis e ecologicamente adequadas para mitigar o impacto negativo da salinidade nas culturas alimentares é de importância vital para a segurança alimentar futura. Assim, este estudo teve como objetivo avaliar nanopartículas de óxido de zinco (ZnO-NPs) como potentes atenuadoras da salinidade em milho (Zea mays L.). Três tratamentos foliares com ZnO-NPs (0, 50 e 100 mg/L) foram aplicados aos 40, 55 e 70 dias após a semeadura em plantas de milho expostas continuamente a salinidades de 0 mM NaCl (S0), 60 mM NaCl (S1) e 120 mM NaCl (S3), em casa de vegetação semiautomatizada. Os resultados mostraram que a maior salinidade (120 mM NaCl) afetou significativamente os atributos de crescimento, o desempenho fisiológico, o perfil de nutrientes, a atividade antioxidante, a produtividade e os componentes de produção do milho. Assim, 120 mM NaCl resultou em −53% no número de grãos por espiga (NG), −67% na massa de grãos por espiga (GW), −36% na massa de 100 grãos (HGW) e −72% na produtividade de grãos por planta (GY) em comparação aos controles. Entretanto, o tratamento foliar com ZnO-NPs mitigou a salinidade e melhorou significativamente todos os parâmetros estudados, exceto a taxa de transpiração (TR) e a eficiência intrínseca do uso da água (iWUE). A aplicação foliar de 100 mg/L de ZnO-NPs aumentou NG, GW, HGW e GY em 31%, 51%, 13% e 53%, respectivamente. Além disso, a análise de componentes principais (PCA) e a correlação de Pearson reforçaram a relevância da aplicação de ZnO-NPs como atenuadoras da salinidade.

Abstract

Salinity is one of the most threatening abiotic stresses to agricultural production, alarmingly expanding both through natural salinization phenomena and anthropogenic activities in recent times. The exploration of sustainable and eco-friendly strategic approaches for mitigating the negative impact of salinity on food crops is of vital importance for future food security. Therefore, our study aimed to evaluate zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) as potent salinity mitigators in maize (Zea mays L.). Three ZnO-NPs foliar treatments (i.e., 0, 50, and 100 mg/L) were applied 40, 55, and 70 days after sowing on maize plants exposed to continuous salinities of 0 mM NaCl (S0), 60 mM NaCl (S1), and 120 mM NaCl (S3) in a semi-automated greenhouse facility. Results showed that the highest salinity (i.e., 120 mM NaCl) significantly affected plant growth attributes, physiological performance, nutrient profiles, antioxidant activity, plant yield, and yield-contributing characteristics of maize plants. Thus, 120 mM NaCl resulted in −53% number of grains per cob (NG), −67% grains weight per cob (GW), −36% 100-grains weight (HGW), and −72% grain yield per plant (GY) compared to controls. However, foliar treatment of maize plants with ZnO-NPs successfully mitigated salinity and significantly improved all studied parameters, except transpiration rate (TR) and intrinsic water use efficiency (iWUE). Foliar application of 100 mg/L of ZnO-NPs alleviated NG, GW, HGW, and GY by 31%, 51%, 13%, and 53%, respectively. Furthermore, principal component analysis (PCA) and Pearson’s correlation further strengthened the significance of ZnO-NP application as salinity mitigators.