Morpho-physiological responses and growth indices of triticale to drought and salt stresses

Resumo

A salinidade e a seca são dois dos principais estresses abióticos que desafiam a produção global de culturas e a segurança alimentar. Neste estudo, os efeitos individuais e combinados da seca (em diferentes estádios fenológicos) e do estresse salino no crescimento, morfologia e fisiologia do triticale foram avaliados. Para isso, foi conduzido um experimento em delineamento fatorial 3 x 4 em três blocos. Os tratamentos de estresse incluíram três níveis de salinidade (0, 50 e 100 mM de NaCl) e quatro níveis de seca (irrigação regular e interrupção da irrigação nos estádios de emborrachamento, floração e enchimento de grãos). Os estresses, isolados ou combinados, causaram uma diminuição significativa nos teores de clorofila, na matéria seca total, no índice de área foliar, no conteúdo relativo de água e na produtividade de grãos do triticale. Nesse sentido, a maior redução foi registrada sob estresses combinados de 100 mM de NaCl e estresse hídrico na floração. No entanto, um aumento nos açúcares solúveis, na prolina livre foliar, nos teores de carotenoides e na extravasão de eletrólitos foi observado sob condições de estresse em comparação com o controle. Nesse aspecto, os maiores aumentos nos teores de prolina livre foliar, açúcares solúveis e carotenoides foram observados sob a combinação de salinidade severa e estresse hídrico imposto no estádio de floração. A investigação dos índices de crescimento sob salinidade severa e estresse hídrico em diferentes estádios fenológicos mostra a predominância do estresse iônico sobre o estresse osmótico sob salinidade severa. A maior produtividade de grãos foi observada em condições não salinas e com irrigação adequada, enquanto a menor produtividade de grãos foi registrada sob salinidade severa e estresse hídrico imposto no estádio de floração. Em conclusão, o estádio de floração foi mais sensível do que os estádios de emborrachamento e enchimento de grãos em termos de déficit hídrico. O impacto da salinidade e do déficit hídrico foi mais pronunciado sobre os açúcares solúveis e a prolina livre foliar; portanto, esses critérios podem ser usados como indicadores fisiológicos para a tolerância à seca e salinidade em triticale.

Abstract

Salinity and drought are two major abiotic stresses challenging global crop production and food security. In this study, the effects of individual and combined effects of drought (at different phenological stages) and salt stresses on growth, morphology, and physiology of triticale were evaluated. For this purpose, a 3 x 4 factorial design in three blocks experiment was conducted. The stress treatments included three levels of salinity (0, 50, and 100 mM NaCl) and four levels of drought (regular irrigation as well as irrigation disruption at heading, flowering, and kernel extension stages). The stresses, individual as well as combined, caused a significant decrease in chlorophyll contents, total dry matter, leaf area index, relative water content, and grain yield of triticale. In this regard, the highest reduction was recorded under combined stresses of 100 mM NaCl and drought stress at flowering. However, an increase in soluble sugars, leaf free proline, carotenoid contents, and electrolyte leakage was noted under stress conditions compared to the control. In this regard, the highest increase in leaf free proline, soluble sugars, and carotenoid contents were noted under the combination of severe salinity and drought stress imposed at the flowering stage. Investigating the growth indices in severe salinity and water deficit stress in different phenological stages shows the predominance of ionic stress over osmotic stress under severe salinity. The highest grain yield was observed under non-saline well-watered conditions whereas the lowest grain yield was recorded under severe salinity and drought stress imposed at the flowering stage. In conclusion, the flowering stage was more sensitive than the heading and kernel extension stages in terms of water deficit. The impact of salinity and water deficit was more pronounced on soluble sugars and leaf free proline; so, these criteria can be used as physiological indicators for drought and salinity tolerance in triticale.