Foliar application of gamma radiation processed chitosan triggered distinctive biological responses in sugarcane under water deficit stress conditions

Resumo

A quitosana, sendo uma das macromoléculas biológicas mais promissoras , tem um imenso escopo na agricultura para impulsionar o crescimento das culturas e as respostas de defesa. Neste estudo, a quitosana foi exposta a raios gama para obtenção de um derivado de baixo peso molecular. A caracterização viscométrica mostrou uma diminuição acentuada no peso molecular e a análise baseada em FTIR confirmou a retenção da integridade estrutural do polímero após irradiação gama. Avaliações de vários atributos fisiológicos e bioquímicos foram realizadas em mudas de cana-de-açúcarque foram submetidos a estresse hídrico progressivo. Verificou-se que a quitosana irradiada melhorou diferencialmente a tolerância ao estresse por déficit hídrico em relação à quitosana normal por meio da modulação positiva de vários parâmetros de troca gasosa, juntamente com uma melhora significativa no conteúdo relativo de água no tecido, atividade SOD, açúcares solúveis e adenina energética . Além disso, a aplicação de quitosana irradiada reduziu significativamente os danos à membrana celular,peroxidação lipídica, H₂O₂e acumulações de prolina livre. Este é o primeiro relato sobre o uso de quitosana irradiada com gama para aliviar a tolerância ao estresse hídrico em cana-de-açúcar. Avaliações comparativas globais mostraram que as respostas diferenciadas das plantas foram desencadeadas após a aplicação foliar de quitosana normal e irradiada com gama em plantas de cana-de-açúcar cultivadas sob condições de déficit hídrico.

Abstract

Chitosan, being one of the most promising biological macromolecules, has an immense scope in agriculture to boost crop growth and defense responses. In this study, chitosan was exposed to gamma rays in order to obtain a low molecular weight derivative. Viscometric characterization showed a sharp decrease in molecular weight and FTIR based analysis confirmed retention of structural integrity of the polymer upon gamma irradiation. Assessments of various physiological and biochemical attributes were carried out on sugarcane plantlets that were subjected to progressive water deficit stress. The irradiated chitosan was found to differentially ameliorate water deficit stress tolerance against that of normal chitosan through positive modulation of various gas exchange parameters alongside significant improvement in relative tissue water content, SOD activity, soluble sugars and adenine energetics. Furthermore, application of irradiated chitosan significantly reduced cell membrane damage, lipid peroxidation, H₂O₂ and free-proline accumulations. This is the first report on the use of gamma irradiated chitosan to alleviate water deficit stress tolerance in sugarcane. Overall comparative assessments showed that differential plant responses were triggered upon foliar application of normal and gamma irradiated chitosan in sugarcane plants grown under water deficit stress conditions.