Pre-anthesis phosphorus sprays boost reproductive development and seed yield in heat-stressed Phaseolus vulgaris L.

Resumo

Mudanças climáticas intensificam ondas de calor, ameaçando a segurança alimentar global. O feijão comum ( Phaseolus vulgaris L.) é altamente sensível a ondas de calor durante a floração, o que interrompe as relações fonte-dreno, reduz a viabilidade do pólen e diminui a produção de sementes. A deficiência de fósforo (P) limita ainda mais o transporte de carboidratos para os tecidos reprodutivos durante as ondas de calor. Este estudo avaliou a eficácia da pulverização foliar de P na mitigação dos efeitos das ondas de calor em plantas de feijão comum que enfrentam deficiência de P (DP) e suficiência de P (PS) durante a floração, ou seja, fases fenológicas V4 a R6. Um experimento fatorial completo avaliou a disponibilidade de dois substratos de P durante a floração (DP e PS), dois tratamentos de pulverização foliar de P aplicados durante a pré-antese (sem pulverização de P, -P; e com pulverização de P, +P) e dois regimes de temperatura do ar durante a floração: controle (28/18 °C, dia/noite) e onda de calor (38/28 °C, dia/noite). A pulverização preventiva de P foliar melhorou a eficiência fotoquímica, reduziu o estresse oxidativo e evitou reduções no conteúdo de pigmentos fotossintéticos sob onda de calor. Plantas pulverizadas com P exibiram maior deposição de amido nos grãos de pólen e maior concentração de carboidratos solúveis, mostrando menos danos celulares causados ​​pela onda de calor. Como resultado, a pulverização foliar de P também aumentou a produtividade de sementes sob onda de calor, mantendo a viabilidade do pólen devido ao melhor fornecimento de carboidratos solúveis para estruturas reprodutivas. Essas descobertas ressaltam o papel crítico da pulverização foliar de P no alívio da onda de calor e na aquisição prejudicada de P no feijoeiro comum durante a floração, aumentando a resiliência reprodutiva e a estabilidade da produtividade. Este estudo destaca o potencial de tal estratégia de pulverização preventiva de P foliar em fases fenológicas críticas para melhorar o desempenho da cultura sob condições de onda de calor causadas por mudanças climáticas.

Abstract

Climate change intensifies heat waves, threatening global food security. Common bean (Phaseolus vulgaris L.) is highly sensitive to heat waves during flowering, which disrupts source-sink relationships, reduces pollen viability, and diminishes seed yield. Phosphorus (P) deficiency further limits carbohydrate transport to reproductive tissues during heat waves. This study evaluated the efficacy of leaf P spraying in mitigating heat wave effects in common bean plants facing P deficiency (PD) and P sufficiency (PS) during flowering, i.e., phenological phases V4 to R6. A complete factorial experiment evaluated two substrate P availability during flowering (PD and PS), two leaf P spraying treatments applied during the pre-anthesis (without P spraying, -P; and with P spraying, +P), and two air temperature regimes during flowering: control (28/18 °C, day/night) and heat wave (38/28 °C, day/night). Preventive leaf P spraying improved photochemical efficiency, reduced oxidative stress, and avoided decreases in photosynthetic pigment content under heat wave. P-sprayed plants exhibited greater starch deposition in pollen grains and higher soluble carbohydrate concentration, showing less cellular damage caused by heat wave. As a result, leaf P spraying also increased seed yield under heat wave by sustaining pollen viability owing to improved supply of soluble carbohydrates to reproductive structures. These findings underscore the critical role of leaf P spraying in alleviating heat wave and impaired P acquisition in common bean during flowering by enhancing reproductive resilience and yield stability. This study highlights the potential of such a strategy of preventive leaf P spraying at critical phenological phases to improve crop performance under heat wave conditions caused by climate change.