Soil and foliar applications of silicon and selenium effects on cadmium accumulation and plant growth by modulation of antioxidant system and Cd translocation: Comparison of soft vs. durum wheat varieties
- Jun Zhou
- Chen Zhang
- Buyun Du
- Hongbiao Cui
- Xingjun Fan
- Dongmei Zhou
- Jing Zhou
Resumo
Uma estratégia eficaz para prevenir riscos de Cd para os seres humanos é a minimização do acúmulo de Cd no trigo. Este estudo comparou e destacou os efeitos das aplicações de Se (selênio) e Si (silício) no solo e na folhagem sobre o acúmulo e a toxicidade de Cd no trigo macio e no trigo duro. As aplicações de Se (0,5–1,0 mg kg–1) e Si (3–6 mg kg–1) no solo proporcionaram uma estratégia eficaz para reduzir as concentrações de Cd nos grãos de ambas as variedades de trigo em 59–61 % e 16–30 %, entretanto a aplicação de Se (0,125−0,25 mM) e Si (2,5–5 mM) na folhagem reduziu o Cd nos grãos de trigo macio em 20–36 %. Tanto as aplicações de Se quanto de Si no solo e na folhagem aliviaram significativamente a toxicidade do Cd, regulando os genes de transporte de Cd, refletidos pelo aumento do rendimento dos grãos e das atividades das enzimas antioxidantes, e pela redução do MDA nos tecidos do trigo. As aplicações de selênio foram mais eficazes do que as de silício na redução da toxicidade induzida pelo Cd e nas concentrações no trigo macio, porém não no trigo duro, que é mais tolerante ao Cd. A regulação negativa do transportador de influxo (TaNramp5) e a regulação positiva dos transportadores de efluxo (TaTM20 e TaHMA3) no trigo macio podem contribuir para a mitigação do Cd dependente de Si/Se e aumentar a tolerância a toxicidade do Cd. No geral, as aplicações de Se/Si, especialmente no solo, podem ser usadas de forma eficiente para reduzir a absorção de Cd pelos grãos em solos contaminados com Cd.
Abstract
Minimization of Cd accumulation in wheat is an effective strategy to prevent Cd hazard to human. This study compared and highlighted the roles of soil and foliar applications of Se and Si effects on Cd accumulation and toxicity in soft and durum wheat. Soil Se (0.5–1.0 mg kg–1) and Si (3–6 mg kg–1) applications provided an effective strategy to reduce wheat grain Cd concentrations of both wheat varieties by 59–61 % and 16–30 %, but foliar Se (0.125−0.25 mM) and Si (2.5–5 mM) application reduced grain Cd of soft wheat by 20–36 %. Both soil and foliar Se and Si applications significantly alleviated Cd toxicity by regulation of Cd transport genes, as reflected by increased the grain yield and antioxidant enzymes activities, and reduced MDA in wheat tissues. Selenium applications were more effective than Si on the reduction of Cd-induced toxicity and concentrations in soft wheat, but not in durum wheat due to more tolerant to Cd. Downregulation of influx transporter (TaNramp5) and upregulation of efflux transporter (TaTM20 and TaHMA3) in soft wheat may contribute to the Si/Se-dependent Cd mitigation and enhance the tolerance to toxic Cd. Overall, Se/Si applications, especially soil Se, can be efficiently used for reducing grain Cd uptake from Cd-contaminated soils.
