Fertigation with Zn-Lysine Confers Better Photosynthetic Efficiency and Yield in Water Stressed Maize: Water Relations, Antioxidative Defense Mechanism and Nutrient Acquisition

Resumo

Diferentes estratégias, incluindo o uso exógeno de aminoácidos quelatados com micronutrientes, vêm sendo empregadas para obter melhor produtividade das culturas com água doce limitada para irrigação. O presente estudo avaliou os efeitos do zinco-lisina (Zn-Lys) aplicado via foliar sobre o crescimento e a produtividade do milho sob irrigação limitada, em relação a mecanismos fisiológicos e bioquímicos como as relações hídricas, a eficiência fotossintética, o mecanismo de defesa antioxidante, o acúmulo de aminoácidos e a aquisição de nutrientes. O experimento compreendeu duas cultivares de milho (MMRI e Pearl), dois níveis de irrigação e três níveis de Zn-Lys (0,25, 0,5 e 0,75%). A fertirrigação com Zn-Lys mostrou-se eficaz na redução dos impactos negativos da limitação hídrica sobre a produtividade de grãos, associada à melhoria da eficiência fotossintética, das relações hídricas e do mecanismo de defesa antioxidante e à redução da peroxidação lipídica em ambas as cultivares. A melhoria dos mecanismos antioxidantes induzida pelo Zn-Lys esteve associada ao aumento do teor de antioxidantes não enzimáticos e das atividades das enzimas antioxidantes. A fertirrigação foliar com Zn-Lys também aumentou significativamente os teores de diversos aminoácidos, incluindo a lisina, bem como a absorção de nutrientes em ambas as cultivares. Em conclusão, o nível de 0,5% de Zn-Lys foi eficaz para atenuar os impactos negativos do estresse hídrico, proporcionando melhor produtividade de grãos em ambas as cultivares, podendo também ser utilizado como importante fonte de Zn ambientalmente amigável para suprir a deficiência de Zn do milho.

Abstract

Different strategies including the exogenous use of micronutrient-chelated amino acids are being employed for better crop yield with limited fresh water for irrigation. The present study was conducted to assess the effects of foliar-applied Zn-lysine (Zn-Lys) on maize growth and yield under limited irrigation, in relation to physio-biochemical mechanisms such as the plant–water relations, photosynthetic efficiency, antioxidant defense mechanism, amino acid accumulation and nutrient acquisition. The experiment comprised two maize cultivars (MMRI and Pearl), two irrigation levels and three levels of Zn-Lys (0.25, 0.5 and 0.75%). Zn-Lys fertigation was found to be effective in reducing the negative impacts of limited water supply on grain yield, associated with improved photosynthetic efficiency, water relations, antioxidative defense mechanism and reduced lipid peroxidation in both maize cultivars. Zn-Lys-induced improvement in antioxidative mechanisms was associated with improved content of non-enzymatic antioxidants and activities of antioxidant enzymes. Foliar-fertigation with Zn-Lys also significantly improved the contents of various amino acids including Lys, as well as uptake of nutrients in both maize cultivars. In conclusion, the 0.5% level of Zn-Lys was found to be effective in ameliorating the negative impacts of water stress for better grain yield in both maize cultivars that can also be used as an important environment-friendly source of Zn to fulfill maize Zn deficiency.