Improved Salinity Resilience in Black Bean by Seed Elicitation Using Organic Compounds

Resumo

As respostas adaptativas das plantas ao estresse abiótico incluem a estimulação de metabólitos secundários e enzimas antioxidantes endógenas por meio da regulação positiva da via das pentoses fosfato (PPP). Portanto, melhorar a resiliência ao estresse abiótico em culturas alimentares através da regulação positiva de PPP anabólico ligado a redox e aumento das respostas enzimáticas antioxidantes ligadas a fenólicos tem mérito. Este estudo avaliou os efeitos dos tratamentos de sementes (oligossacarídeo de quitosana [COS] Kong Poong Bio, Jeju, Coréia e hidrolisado marinho [GroPro], Icelandic Bioenhancer, Harrison, NY) para melhorar a resiliência ao estresse de salinidade por meio da regulação positiva de PPP em preto feijão ( Phaseolus vulgarisL.) cultivares. As cultivares Eclipse e Zenith foram submetidas a tratamentos com elicitores (1%) e, 1 semana após a germinação, foram transplantadas para três tratamentos de salinidade do solo (sem sal, 2–3 e 5–6 dS m −1 ) ^em casa de vegetação. A elicitação resultou em maior sobrevivência em estresse salino médio (2–3 dS m ⁻¹ ), no entanto, nenhum sobreviveu mais de 55 a 60 dias após a germinação sob alto estresse salino (5–6 dS m ⁻¹). A estimulação da biossíntese fenólica através da regulação positiva de PPP foi confirmada em Eclipse, enquanto Zenith exibiu maior dependência pela estimulação de respostas enzimáticas antioxidantes endógenas para combater o estresse de salinidade. A elicitação induzida por GroPro melhorou o conteúdo de fenólicos solúveis totais (60 d) e maior atividade da glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PDH) (45 d) em Eclipse. No Zenith, o GroPro estimulou as respostas das enzimas antioxidantes (superóxido dismutase [SOD] e guaiacol peroxidase [GPX]) durante os estágios posteriores de crescimento, enquanto a elicitação de COS melhorou a resposta antioxidante nos estágios iniciais. Portanto, a elicitação de sementes pode ser uma estratégia seletiva para melhorar a resiliência ao estresse de salinidade em feijoeiro preto.

Abstract

The adaptive responses of plants to abiotic stress include stimulation of secondary metabolites and endogenous antioxidant enzymes through up-regulation of the pentose phosphate pathway (PPP). Therefore improving abiotic stress resilience in food crops through upregulation of critical redox-linked anabolic PPP and enhancement of phenolic-linked antioxidant enzyme responses has merit. This study evaluated the effects of seed elicitor treatments (chitosan oligosaccharide [COS] Kong Poong Bio, Jeju, Korea, and marine hydrolysate [GroPro], Icelandic Bioenhancer, Harrison, NY) to improve salinity stress resilience through up-regulation of PPP in black bean (Phaseolus vulgaris L.) cultivars. Eclipse and Zenith cultivars were subjected to elicitor treatments (1%) and then 1 wk after germination were transplanted into three soil salinity treatments (no salt, 2–3, and 5–6 dS m⁻¹) in greenhouse. Elicitation resulted in enhanced survival at medium salt stress (2–3 dS m⁻¹), however none survived more than 55 to 60 d post germination under high salt stress (5–6 dS m⁻¹). Stimulation of phenolic biosynthesis through up-regulation of PPP was confirmed in Eclipse, while Zenith exhibited higher reliance by stimulation of endogenous antioxidant enzyme responses to counter salinity stress. GroPro induced elicitation improved total soluble phenolic content (60 d) and higher glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) activity (45 d) in Eclipse. In Zenith, GroPro stimulated antioxidant enzyme responses (superoxide dismutase [SOD] and guaiacol peroxidase [GPX]) during later growth stages, while COS elicitation improved antioxidant response in early stages. Therefore seed elicitation can be a selective strategy to improve salinity stress resilience in black bean.