Nano-selenium enhances the antioxidant capacity, organic acids and cucurbitacin B in melon (Cucumis melo L.) plants

  • Lu Kang
  • Yangliu Wu
  • Jingbang Zhang
  • Quanshun An
  • Chunran Zhou
  • Dong Li
  • Canping Pan
2022 - Ecotoxicology and Environmental Safety
Palavras-chave: Nano-selênio, melão, atividade antioxidante, ácidos orgânicos, Cucurbitacina B, resistência biológica
Termos de indexação: Estresse biológico, fisiologia vegetal, segurança alimentar, fotossíntese, pesticidas
 

Resumo

Os pesticidas são amplamente utilizados na produção de melão, causando problemas de segurança em torno do consumo de melão e aumentando a tolerância de patógenos e insetos aos pesticidas. Este estudo investigou se um tratamento com spray de nano-selênio (Nano-Se) pode melhorar a resistência ao estresse biológico em plantas de melão, reduzindo a necessidade de pesticidas e como esse mecanismo é ativado. Para isso, examinamos a ultraestrutura e as respostas fisiobioquímicas de duas cultivares de melão após a pulverização foliar com Nano-Se.  O tratamento com Nano-Se reduziu as plastoglobulinas nas células do mesofilo foliar, os filmes tilacoides foram deixados intactos e os grânulos de amido composto aumentaram. O tratamento Nano-Se também aumentou as mitocôndrias radiculares e deixou os nucléolos intactos. Tratamento Nano-Se melhorou a peroxidase de ascorbato, peroxidase, fenilalanina amônia liase, β-1,3-glucanase, atividades de quitinase e seus níveis de mRNA em plantas de melão tratadas em comparação com plantas controle (sem tratamentos Nano-Se). Aplicação exógena de Nano-Se melhorou a frutose, glicose, galactitol, stachyose, ácido láctico, ácido tartárico, ácido fumárico, ácido málico e ácido succínico em plantas tratadas em comparação com plantas de controle. Além disso, o tratamento com Nano-Se aumentou a cucurbitacina B e regulou oito genes relacionados à síntese da cucurbitacina B. Concluímos que o tratamento com Nano-Se de plantas de melão desencadeou a capacidade antioxidante, fotossíntese, ácidos orgânicos e genes relacionados à síntese de cucurbitacina B regulados, que desempenha um papel abrangente na resistência ao estresse em plantas de melão.

 

Abstract

Pesticides are widely used in melon production causing safety issues around the consumption of melon and increasing pathogen and insect tolerance to pesticides. This study investigated whether a nano-selenium (Nano-Se) spray treatment can improve resistance to biological stress in melon plants, reducing the need for pesticides, and how this mechanism is activated. To achieve this, we examine the ultrastructure and physio-biochemical responses of two melon cultivars after foliar spraying with Nano-Se. Nano-Se treatment reduced plastoglobulins in leaf mesophyll cells, thylakoid films were left intact, and compound starch granules increased. Nano-Se treatment also increased root mitochondria and left nucleoli intact. Nano-Se treatment enhanced ascorbate peroxidase, peroxidase, phenylalanine ammonia lyase, β-1,3-glucanase, chitinase activities and their mRNA levels in treated melon plants compared to control plants (without Nano-Se treatments). Exogenous application of Nano-Se improved fructose, glucose, galactitol, stachyose, lactic acid, tartaric acid, fumaric acid, malic acid and succinic acid in treated plants compared to control plants. In addition, Nano-Se treatment enhanced cucurbitacin B and up-regulated eight cucurbitacin B synthesis-related genes. We conclude that Nano-Se treatment of melon plants triggered antioxidant capacity, photosynthesis, organic acids, and up-regulated cucurbitacin B synthesis-related genes, which plays a comprehensive role in stress resistance in melon plants.

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