Interactions of silicon with essential and beneficial elements in plants

Resumo

O silício (Si) não é classificado como um elemento essencial para as plantas, mas numerosos estudos demonstraram seus efeitos benéficos em uma variedade de espécies e condições ambientais, incluindo baixa disponibilidade de nutrientes. A aplicação de Si mostra potencial para aumentar a disponibilidade de nutrientes na rizosfera e a absorção radicular por meio de mecanismos complexos, que ainda não estão totalmente esclarecidos. A regulação transcricional mediada por Si de transportadores de elementos, tanto para a aquisição radicular quanto para a homeostase tecidual, tem sido recentemente sugerida como uma estratégia importante, variando em detalhes dependendo da espécie vegetal e do status nutricional. Aqui, resumimos as evidências da aquisição, absorção e translocação de nutrientes mediadas por Si: nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg), enxofre (S), ferro (Fe), zinco (Zn), manganês (Mn), cobre (Cu), boro (B), cloro (Cl) e níquel (Ni) em condições de deficiência e excesso. Além disso, discutimos as interações do Si com elementos benéficos: alumínio (Al), sódio (Na) e selênio (Se). Esta revisão também destaca a necessidade de mais pesquisas para melhorar a compreensão da aquisição e utilização de nutrientes mediada por Si e, vice-versa, da aquisição e transporte de Si mediada pelo status nutricional, ambos os processos são de grande importância para a prática agronômica (por exemplo, redução do uso de fertilizantes e pesticidas).

Abstract

Silicon (Si) is not classified as an essential element for plants, but numerous studies have demonstrated its beneficial effects in a variety of species and environmental conditions, including low nutrient availability. Application of Si shows the potential to increase nutrient availability in the rhizosphere and root uptake through complex mechanisms, which still remain unclear. Silicon-mediated transcriptional regulation of element transporters for both root acquisition and tissue homeostasis has recently been suggested as an important strategy, varying in detail depending on plant species and nutritional status. Here, we summarize evidence of Si-mediated acquisition, uptake and translocation of nutrients: nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), sulfur (S), iron (Fe), zinc (Zn), manganese (Mn), copper (Cu), boron (B), chlorine (Cl), and nickel (Ni) under both deficiency and excess conditions. In addition, we discuss interactions of Si-with beneficial elements: aluminum (Al), sodium (Na), and selenium (Se). This review also highlights further research needed to improve understanding of Si-mediated acquisition and utilization of nutrients and vice versa nutrient status-mediated Si acquisition and transport, both processes which are of high importance for agronomic practice (e.g., reduced use of fertilizers and pesticides).