Enhancement of wheat establishment and drought stress resistance through seed priming and foliar fertilisation

Data
2020-01-21
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Resumo
O trigo (Triticum spp.) é uma das culturas mais importantes do mundo. A seca é um fator crítico na segurança alimentar mundial, e um dos mais importantes fatores limitantes na produtividade dos cereais. No contexto das alterações climáticas à escala global, esperam-se aumentos da temperatura média e da severidade da seca nas principais regiões produtoras de trigo, pelo que é urgente aumentar a resistência da cultura ao stresse hídrico. A aplicação exógena de microminerais e antioxidantes às plantas, através do pré-tratamento de sementes ou via aplicação foliar, é considerada uma estratégia eficaz para aumentar a resistência ao stresse e o conteúdo nutricional das plantas. Esta tese foca-se principalmente nas consequências do pré-tratamento de sementes e aplicação foliar de zinco (Zn) e ácido ascórbico (AsA) e, secundariamente, nos efeitos da aplicação de ferro (Fe) e piridoxina (Pyr). Neste estudo demonstramos que as cultivares antigas de trigo possuem características que lhes permitam germinar e resistir ao stresse hídrico. Em todo o caso, para atingir os objetivos do trabalho, selecionamos uma cultivar moderna - ‘Jordão’ - com rendimento elevado e estável, e boas características de germinação em vários potenciais hídricos. O pré-tratamento de sementes com Zn induziu inibição do crescimento, instabilidades citogenéticas e alterações na atividade nucleolar, tendo estes efeitos sido exacerbados em condições de stresse hídrico. A combinação de Zn e Fe na solução de pré-tratamento de sementes contribuiu para a redução das anomalias citogenéticas causadas pelo Zn. Esta combinação leva a uma diminuição nas anomalias citogenéticas e a efeitos benéficos a longo prazo, como o melhoramento do afilhamento e do rendimento. O pré-tratamento de sementes com AsA e Pyr também promoveu melhorias a longo prazo, melhorando o crescimento do trigo. Considerando que as alterações climáticas devem alterar a data de sementeira e reduzir o período de crescimento do trigo, esta melhoria pode ser valiosa. Também se demonstrou que o stresse hídrico severo induz a dissipação não regulada de energia, o que produz danos duradouros nos fotossistemas. O pré-tratamento de sementes isolado e / ou acoplados à aplicação foliar de Zn ou AsA foram capazes de melhorar a fotoproteção durante a seca, aumentando a dissipação regulada do excesso de energia e promovendo uma melhor recuperação das plantas de trigo após o alívio do stresse.
Wheat (Triticum spp.) is one of the most important crops worldwide. Drought is a critical factor in world food security and one of the most critical limiting factors for cereal productivity. In the context of global climate change is expected the increase of mean temperature and drought severity in major wheat growing regions, compromising wheat production. Considering the importance of wheat, improving this crop establishment and drought stress resistance is a challenge on a global scale. Exogenously application of microminerals and antioxidants by seed priming or foliar application is considered an effective strategy to enhanced stress resistance and plants nutritional content. This thesis focuses mainly on the consequences of seed priming and foliar application of zinc (Zn) and ascorbic acid (AsA) and, secondary, on the effects of iron (Fe) and pyridoxine (Pyr). We have shown that ancient wheat cultivars, may have key features that allow them to germinate and withstand drought stress. Still, for this study we selected a modern cultivar – ‘Jordão’ – with high and stable yield, and good germination characteristics across water potentials. Zn priming induced early growth inhibition, cytogenetic instabilities and modulated nucleolar activity, being these effects exacerbated under drought stress. The combination of Zn and Fe in the priming solution proven efficient in reducing the cytogenetic anomalies caused by Zn alone. This combination leads to a decrease in cytogenetic anomalies and long-term beneficial effects such as improved tillering and yield. Priming with AsA and Pyr also promoted a long-term improvement by enhancing wheat growth, from joining until heading. Considering that climate change is expected to change sowing time and decrease wheat’s growing season, this improvement might be valuable. We also showed that severe drought stress induces a non-regulated energy dissipation which most likely produced photo-damage and long lasting damaged to the photosystems. Priming alone and/or coupled with the foliar application of either Zn or AsA were able to enhance photoprotection during drought by increasing regulated dissipation of excess energy and promoting a better recovery of wheat plants after stress relief.
Descrição
Doctoral fellowship under the Doctoral Program “Agricultural Production Chains – from fork to farm” (PD/00122/2012) provided by the FCTPortuguese Foundation for Science and Technology (PD/BD/ 52543/2014).
Palavras-chave
ácido ascórbico , fotoproteção
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