The Effects of Foliar Supplementation of Silicon on Physiological and Biochemical Responses of Winter Wheat to Drought Stress during Different Growth Stages

Resumo

A seca é um dos principais estresses ambientais, resultando em sérias reduções de produtividade na produção de trigo. O silício (Si) tem sido considerado benéfico para aumentar a resistência do trigo ao estresse hídrico. Contudo, poucos estudos exploraram os efeitos da suplementação foliar de Si sobre o estresse hídrico imposto em diferentes estádios de desenvolvimento do trigo. Assim, foi conduzido um experimento de campo para investigar os efeitos da suplementação de Si sobre as respostas fisiológicas e bioquímicas do trigo ao estresse hídrico imposto nos estádios de alongamento (D-alongamento), florescimento (D-florescimento) e enchimento de grãos (D-enchimento). Os resultados mostraram que o déficit hídrico moderado reduziu acentuadamente o acúmulo de matéria seca, o teor relativo de água foliar (TRAF), a taxa fotossintética (Pn), a condutância estomática (Sc), a taxa de transpiração (Tr) e a atividade antioxidante [peroxidase (POD), superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT)]. Por outro lado, aumentou consideravelmente o teor de osmólitos (prolina, açúcares solúveis, proteínas solúveis) e a peroxidação lipídica. As produtividades de grãos dos tratamentos D-alongamento, D-florescimento e D-enchimento foram 9,59%, 13,9% e 18,9% menores, respectivamente, em comparação com o tratamento controle (CK). No entanto, a suplementação foliar de Si nos estádios de florescimento e enchimento de grãos melhorou significativamente o crescimento das plantas sob estresse hídrico, devido ao aumento do teor de Si. Consequentemente, a melhoria da atividade antioxidante e dos açúcares solúveis e a redução do teor de EROs aumentaram o TRAF, o teor de clorofila, a Pn, a Sc e a Tr, elevando a produtividade do trigo em 5,71% e 8,9%, respectivamente, em comparação com as plantas não tratadas com Si submetidas ao estresse hídrico no florescimento e no enchimento de grãos. Entretanto, o efeito mitigador da aplicação de Si não foi significativo no estádio de alongamento. Concluiu-se que a suplementação foliar de Si, especialmente no estádio reprodutivo, foi eficaz para atenuar a redução de produtividade induzida pela seca.

Abstract

Drought is one of the major environmental stresses, resulting in serious yield reductions in wheat production. Silicon (Si) has been considered beneficial to enhancing wheat resistance to drought stress. However, few studies have explored the mediated effects of foliar supplementation of Si on drought stress imposed at different wheat growth stages. Therefore, a field experiment was carried out to investigate the effects of Si supplementation on the physiological and biochemical responses of wheat to drought stress imposed at the jointing (D-jointing), anthesis (D-anthesis) and filling (D-filling) stages. Our results showed that a moderate water deficit markedly decreased the dry matter accumulation, leaf relative water content (LRWC), photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (Sc), transpiration rate (Tr) and antioxidant activity [peroxidase (POD), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT)]. On the contrary, it remarkably increased the content of osmolytes (proline, soluble sugar, soluble protein) and lipid peroxidation. The grain yields of D-jointing, D-anthesis and D-filling treatments were 9.59%, 13.9% and 18.9% lower, respectively, compared to the control treatment (CK). However, foliar supplementation of Si at the anthesis and filling stages significantly improved plant growth under drought stress due to the increased Si content. Consequently, the improvement in antioxidant activity and soluble sugar, and the reduction in the content of ROS, increased the LRWC, chlorophyll content, Pn, Sc and Tr, and ultimately boosted wheat yield by 5.71% and 8.9%, respectively, in comparison with the non-Si-treated plants subjected to water stress at the anthesis and filling stages. However, the mitigating effect of Si application was not significant at the jointing stage. It was concluded that foliar supplementation of Si, especially at the reproductive stage, was effective in alleviating drought-induced yield reduction.