Iodine-Enriched Urea Enhances Maize Tolerance to Water Deficit via Modulation of Pigments and Sugars

Resumo

O déficit hídrico (DH) prejudica o crescimento do milho, mas a aplicação de elementos benéficos como o iodo (I) tem mostrado potencial para mitigá-lo. Ainda assim, são necessárias estratégias para incorporar o I ao solo. Nesse contexto, o presente estudo incorporou I à ureia (ureia enriquecida com I) em diferentes doses (0, 750, 1500 e 3000 g I ha−1) e avaliou seu potencial para atenuar o DH em plantas de milho. Para isso, plantas de milho foram cultivadas em amostras de Latossolo sob DH simulado e comparadas com plantas cultivadas sem limitação hídrica. Diversos parâmetros foram avaliados durante e após o período de estresse, incluindo parâmetros fisiológicos, teor de pigmentos, atividade antioxidante, níveis de osmólitos compatíveis, matéria seca da parte aérea e acúmulo de nitrogênio (N) na parte aérea. Sob DH, a aplicação de 1500 e 3000 g I ha−1 via ureia enriquecida, em comparação à ausência de I, aumentou a taxa de transporte de elétrons foliar e o teor relativo de água (TRA), reduzindo os danos de membrana. Essas respostas estiveram diretamente associadas ao aumento dos teores de clorofila a, b e total e a menores níveis de catalase e de compostos fenólicos. Esse efeito também resultou em menores níveis de superóxido dismutase (SOD) após o período de estresse. Além disso, na primeira avaliação das plantas irrigadas, a ureia enriquecida com I promoveu maior absorção de N, aumentando o acúmulo de N na parte aérea. Assim, o uso de ureia enriquecida com I nas doses de 1500 e 3000 g I ha−1 mostrou-se uma estratégia promissora para mitigar o DH. Os resultados têm implicações futuras que necessitam de validação em condições de campo; ainda assim, sugerem que a ureia enriquecida com I pode ser uma abordagem agronômica viável para aumentar a tolerância do milho ao DH, com alto potencial de integração a estratégias de manejo nutricional em ambientes sujeitos a seca ou chuvas irregulares durante o cultivo.

Abstract

Water deficit (WD) impairs maize growth, but the application of beneficial elements such as iodine (I) has shown potential to mitigate WD. Nevertheless, strategies for incorporating I into the soil are still needed. In this context, the present study incorporated I into urea (I-enriched urea) at different I rates (0, 750, 1500, and 3000 g I hectare−1) and evaluated its potential to alleviate WD in maize plants. For this purpose, maize plants were grown in Oxisol samples under simulated WD conditions and compared with plants grown without water limitation. Several parameters were evaluated during and after the stress period, including physiological parameters, pigment content, antioxidant activity, levels of compatible osmolytes, shoot dry matter, and shoot nitrogen (N) accumulation. Under WD conditions, the application of 1500 and 3000 g I hectare−1 via I-enriched urea, compared with no I application, increased the leaf electron transport rate and relative water content (RWC) while reducing membrane damage. These responses were directly associated with increased chlorophyll a, b, and total contents, and with lower levels of catalase and phenolic compounds. This effect also resulted in reduced superoxide dismutase (SOD) levels after the stress period. Moreover, in the first evaluation of irrigated plants, I-enriched urea promoted greater N uptake, increasing N accumulation in the shoot. Thus, the use of I-enriched urea at I application rates of 1500 and 3000 g I hectare−1 proved to be a promising strategy for mitigating WD. The results shown here have future implications that need validation under field conditions. Still, they suggest that I-enriched urea may be a viable agronomic approach to increase maize tolerance to WD and has high potential for integration into nutritional management strategies in environments subject to drought or irregular rainfall during maize growth.