Molybdenum-induced effects on photosynthetic efficacy of winter wheat (Triticum aestivum L.) under different nitrogen sources are associated with nitrogen assimilation

Resumo

Diferentes fontes de nitrogênio (N) têm sido relatadas como capazes de afetar significativamente a fotossíntese (Pn) e seus atributos. No entanto, os efeitos induzidos pelo molibdênio (Mo) sobre a eficácia fotossintética do trigo de inverno sob diferentes fontes de N não foram investigados. Um estudo hidropônico foi realizado com duas cultivares de trigo de inverno, ‘97003’ e ‘97014’, como Mo-eficiente e Mo-ineficiente, respectivamente, para fundamentar os efeitos do fornecimento de Mo (0 e 1 μM) sobre a eficácia fotossintética do trigo de inverno sob diferentes fontes de N (NO₃⁻, NH₄NO₃ ou NH₄⁺). Os resultados revelaram que os aumentos induzidos por Mo no peso seco, parâmetros de troca gasosa, teores de clorofila, atividades da NR, assimilação de NO₃⁻, teores totais de N e transcritos dos genes TaNR e TaNRT1.1 sob diferentes fontes de N seguiram a tendência NH₄NO₃ > NO₃⁻ > NH₄⁺, sugerindo que o Mo tem efeitos mais complementares à nutrição nítrica do que ao amônio isolado. Curiosamente, em ambientes com deficiência de Mo, a cultivar ‘97003’ registrou alterações mais pronunciadas nos parâmetros dependentes de Mo do que a cultivar ‘97014’. Além disso, a aplicação de Mo melhorou significativamente os teores de clorofila e a configuração dos cloroplastos em todas as fontes de N, mostrando que o Mo tem um papel fundamental na biossíntese de clorofila e na integridade dos cloroplastos. Os resultados também destacaram que os aumentos induzidos por Mo nos teores totais de N e nas características fotossintéticas seguiram a mesma ordem NH₄NO₃ > NO₃⁻ > NH₄⁺, sugerindo que o Mo pode afetar a Pn por meio do metabolismo do N. Em suma, os resultados do nosso estudo implicam que o fornecimento de Mo aumentou a Pn não apenas por meio da síntese de clorofila e da configuração dos cloroplastos, mas também pela absorção e assimilação de N, o que pode representar uma estratégia do fertilizante Mo para fortalecer o maquinário fotossintético.

Abstract

Different nitrogen (N) sources have been reported to significantly affect the photosynthesis (Pn) and its attributes. However, molybdenum (Mo) induced effects on photosynthetic efficacy of winter wheat under different N sources have not been investigated. A hydroponic study was carried out comprising of two winter wheat cultivars ‘97003’ and ‘97014’ as Mo-efficient and Mo-inefficient, respectively to underpin the effects of Mo supply (0 and 1 μM) on photosynthetic efficacy of winter wheat under different N sources (NO3̶, NH4NO3 or NH4+). The results revealed that Mo-induced increases in dry weight, gas exchange parameters, chlorophyll contents, NR activities, NO3̶ assimilation, total N contents and transcripts of TaNR and TaNRT1.1 genes under different N sources followed the trend of NH4NO3 > NO3̶ > NH4+, suggesting that Mo has more complementary effects to nitrate nutrition than sole ammonium. Interestingly, under Mo-deprivation environments, cultivar ‘97003’ recorded more pronounced alterations in Mo-dependent parameters than ‘97014’ cultivar. Moreover, Mo application significantly improved the chlorophyll contents and chloroplast configuration in all N sources showing that Mo has a key role in chlorophyll biosynthesis and chloroplast integrity. The results also highlighted that Mo-induced enhancements in total N contents and photosynthetic characteristics followed the same order as NH4NO3 > NO3− > NH4+, suggesting that Mo might affect Pn through N metabolism. In crux, our study findings imply that Mo supply increased Pn not only through chlorophyll synthesis and chloroplast configuration but also by N uptake and assimilation which may represent a strategy of Mo fertilizer to strengthen the photosynthetic machinery.