Exogenous Brassinolide Enhances the Growth and Cold Resistance of Maize (Zea mays L.) Seedlings under Chilling Stress

Resumo

Este artigo tem como objetivo elucidar os efeitos da brassinolida exógena (BL) na germinação e no crescimento de plântulas de milho sob estresse por frio. O híbrido de milho resistente ao frio Tiannong 9 e o híbrido sensível ao frio Tianhe 1 foram embebidos na fase de germinação (6 °C) e as folhas foram pulverizadas na fase de plântula (4 °C), com BL nas concentrações de 0, 0,01, 0,1 e 1 mg/L. Foram determinadas a taxa de germinação das sementes de milho e as alterações na biomassa das plântulas, no sistema antioxidante, fotossintético e de hormônios endógenos das plantas e nas ultraestruturas dos cloroplastos. Os resultados mostraram que a concentração ótima de BL para aliviar o estresse por frio em plântulas de milho foi de 0,1 mg/L. Essa dose aumentou efetivamente a taxa de germinação e a biomassa das plantas de milho e aumentou significativamente as atividades da superóxido dismutase (SOD), peroxidase (POD) e catalase (CAT), a taxa fotossintética líquida (Pn), a condutância estomática (gs) e a taxa de transpiração (Tr), e os teores de auxina (AIA), giberelina (GA₃) e trans-zeatina ribosídeo (t-ZR) nas plântulas sob estresse por frio. Além disso, a BL reduziu significativamente o teor de malondialdeído (MDA), o teor de ácido abscísico (ABA) e a concentração intercelular de dióxido de carbono (Ci). Na comparação das células do mesofilo, a membrana do cloroplasto do grupo tratado estava firmemente aderida ao estroma, e algumas das membranas plasmáticas estavam dissolvidas, mas a estrutura geral do cloroplasto estava relativamente completa, e os grânulos osmiofílicos eram relativamente poucos. A aplicação exógena de BL pode efetivamente aliviar os danos causados pela baixa temperatura no milho, manter as características normais das plântulas em ambientes de frio e garantir o desenvolvimento e o crescimento do tecido vegetal na fase posterior.

Abstract

This paper aims to elucidate the effects of exogenous brassinolide (BL) on maize germination and seedling growth under chilling stress. The cold-resistant maize hybrid Tiannong 9 and the cold-sensitive hybrid Tianhe 1 were soaked at the germination stage (6 °C) and leaves were sprayed at seedling stage (4 °C), with BL at concentrations of 0, 0.01, 0.1, and 1 mg/L. The germination rate of the maize seeds and the changes in seedling biomass, antioxidant, photosynthetic, and plant endogenous hormone systems and chloroplast ultrastructures were determined. The results showed that the optimum concentration of BL to alleviate chilling stress in maize seedlings was 0.1 mg/L. This rate effectively increased the germination rate and plant biomass of maize and significantly increased the superoxide dismutase (SOD) peroxidase (POD) and catalase (CAT) activities, the net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (gs) and transpiration rate (Tr), and seedling auxin (IAA), gibberellin (GA3) and trans zeatin nucleoside (t-ZR) contents under chilling stress. In addition, BL significantly reduced the malondialdehyde (MDA) content, abscisic acid (ABA) content, and intercellular carbon dioxide concentration (Ci). In the comparison of mesophyll cells, the chloroplast membrane of the treatment group was tightly attached to the stroma, and some of the plasma membranes were dissolved, but the overall structure of the chloroplast was relatively complete, and the osmiophilic granules were relatively few. The exogenous application of BL can effectively alleviate the damage caused by a low temperature in maize, maintain the normal characteristics of seedlings in chilling environments, and ensure the development and growth of plant tissue in the later stage.