Metabolic profile and antioxidant responses during drought stress recovery in sugarcane treated with humic acids and endophytic diazotrophic bacteria

Resumo

A deficiência hídrica é o principal fator limitante de rendimento para a produção de cana-de-açúcar, que pode ser aprimorada pela inoculação de bactérias promotoras de crescimento vegetal (PGPB) combinadas com substâncias húmicas. O objetivo deste trabalho foi examinar alterações no perfil metabólico e na atividade de enzimas antioxidantes de cana-de-açúcar tratada com PGPB e ácido húmico (AH) após seca e reidratação. A seca foi imposta pela suspensão da irrigação por 21 dias, medindo assim a atividade enzimática, o perfil metabólico e a taxa fotossintética 1 semana após a reidratação. O crescimento das plantas tratadas com HA, PGPB e com ambos os tratamentos combinados (PGPB + HA) foi maior do que as plantas controle. As atividades das enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX) permaneceram maiores após a reidratação apenas nas plantas tratadas com AH. Plantas tratadas com HA e PGPB + HA exibiram maior transpiração, condutância estomática e fotossíntese líquida do que plantas tratadas com PGPB. As plantas tratadas com PGPB exibiram resistência à seca que se assemelhava ao “início do estresse retardado”, que é um novo termo para preservar a água nos tecidos das plantas. A preservação da água nas plantas tratadas com PGPB foi corroborada pelo maior teor relativo de água (RWC) do que as plantas controle no final do período de estiagem. As plantas tratadas com HA + PGPB exibiram o maior potencial hídrico após a reidratação e alta RWC. O ajuste osmótico nos outros tratamentos (controle, HA e PGPB) foi indicado por um novo padrão de resposta metabólica após a reidratação, incluindo carboidratos e proteínas geralmente aumentados e mudanças específicas induzidas por compostos aromáticos que aumentam o HA, enquanto o PGPB exibiu ácidos graxos aumentados e outros espécies alifáticas de H. Os ácidos húmicos auxiliam na recuperação do estresse hídrico ao induzir a atividade de enzimas antioxidantes, enquanto o PGPB induziu a preservação do potencial hídrico da folha e o RWC ao fechar os estômatos de forma eficiente, resultando na preservação da água da planta.

Abstract

Water deficit is the major yield-limiting factor for sugarcane crop production that can be enhanced by inoculating with plant growth promoting bacteria (PGPB) combined with humic substances. The aim of this work was to examine changes to the metabolic profile and antioxidant enzyme activity of sugarcane treated with PGPB and humic acid (HA) after drought and then rehydration. The drought was imposed by withholding irrigation for 21 days thereby measuring enzyme activity, metabolic profile and photosynthetic rate 1 week after rehydratation. Growth of plants treated with HA, PGPB and with both treatments combined (PGPB + HA) was higher than control plants. The antioxidant enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) activities remained higher after rehydration only in plants treated with HA. Plants treated with HA and PGPB + HA exhibited increased transpiration, stomatal conductance and net photosynthesis than plants treated with PGPB. The PGPB-treated plants exhibited drought resistance that resembled ‘delayed stress onset’, which is a new term for preserving water in the plants tissues. Water preservation in plants treated with PGPB was corroborated by higher relative water content (RWC) than control plants at the end of the drought period. Plants treated with HA + PGPB exhibited the highest water potential after rehydration and high RWC. Osmotic adjustment in the other treatments (control, HA and PGPB) was indicated by a new pattern of metabolic response after rehydration, including generally enhanced carbohydrates and proteins and specific changes induced by HA-enhancing aromatic compounds, whereas PGPB exhibited enhanced fatty acids and other aliphatic H species. Humic acids assist with drought stress recovery by inducing antioxidant enzyme activity whereas PGPB induced preservation of leaf water potential and RWC by closing stomata efficiently, resulting in plant water preservation.