Negative effects of long-term moderate salinity and short-term drought stress on the photosynthetic performance of Hybrid Pennisetum

Resumo

As plantas sofrem constantemente períodos de déficit hídrico e de salinidade persistente do solo ao longo de seu ciclo de vida. Desvendar os mecanismos subjacentes às respostas das plantas, especialmente da fotossíntese, à seca, à salinidade e à ocorrência simultânea desses estresses é fundamental tanto para a proteção da vegetação natural quanto para a estabilização da produção agrícola. Para compreender melhor a redução da capacidade fotossintética induzida pela salinidade do solo e pela seca, foram analisados os parâmetros de trocas gasosas, os teores de pigmentos foliares e os transientes de fluorescência da clorofila (Chl) a em folhas de Pennisetum híbrido. Nossos resultados mostraram que a salinidade moderada de longo prazo, a seca de curto prazo e a combinação desses estressores reduziram o teor de pigmentos foliares em 11,4–31,5% e a taxa fotossintética líquida (Pn) em 14,6–67,6% em comparação com as plantas não tratadas. A redução da Pn no Pennisetum híbrido sob estresse salino de longo prazo ocorreu principalmente por limitação estomática, enquanto a limitação não estomática teve papel predominante sob estresse hídrico de curto prazo. As alterações na cinética de fluorescência da Chl a (especialmente o surgimento das bandas L e K) em ambos os tratamentos de estresse mostraram que a salinidade e a seca danificaram a estabilidade estrutural do fotossistema II (PSII) e perturbaram o equilíbrio entre os elétrons nos lados aceptor e doador do PSII. Além disso, embora o efeito negativo da seca sobre a fotossíntese foliar tenha sido muito maior que o da salinidade, o estresse salino moderado atenuou o efeito negativo da seca sobre o desempenho fotossintético do Pennisetum híbrido após longos períodos de aclimatação.

Abstract

Plants are always suffering periods of soil water deficit and sustained soil salinity during their life cycle. Unraveling the mechanisms underpinning the responses of plants, especially the photosynthesis, to drought, salinity, and co-occurring stresses is critical for both the protection of natural vegetation and the stabilization of crop production. To better understand the downregulation of photosynthetic capability induced by soil salinity and drought, gas exchange parameters, leaf pigment contents, and chlorophyll (Chl) a fluorescence transients were analyzed in leaves of Hybrid Pennisetum. Our results showed that long-term moderate salinity, short-term drought, and the combination of these stressors decreased leaf pigment content by 11.4–31.5% and net photosynthetic rate (Pn) by 14.6–67.6% compared to those in untreated plants. The reduction of Pn in Hybrid Pennisetum under long-term salinity stress mainly occurred by stomatal limitation, whereas non-stomatal limitation played a dominant role under short-term drought stress. The changes in Chl a fluorescence kinetics (especially the appearance of the L-band and K-band) in both stress treatments showed that salinity and drought stress damaged the structural stability of photosystem II (PSII) and disturbed the equilibrium between the electrons at the acceptor and donor sides of PSII. Furthermore, although the negative effect of drought stress on leaf photosynthesis was much greater than that of salinity stress, moderate salt stress alleviated the negative effect of drought stress on the photosynthetic performance of Hybrid Pennisetum after long acclimation times.