Níquel disponível no solo e o seu efeito em plantas de soja sob déficit hídrico

Abstract

A aplicação de níquel (Ni) em plantas de soja sob estresse tem estimulado a produção de compostos antioxidantes. No entanto, há uma carência de estudos sobre o uso de Ni para aliviar outros tipos de estresse, como o déficit hídrico (DH). As mudanças climáticas têm aumentado a frequência e intensidade de fenômenos climáticos extremos, reduzindo a precipitação e a disponibilidade de água. Portanto, o objetivo deste estudo é avaliar o efeito da aplicação de Ni em plantas de soja cultivadas sob DH, analisando as respostas metabólicas e fisiológicas, além do fracionamento químico do Ni no solo ao final do experimento. O experimento foi conduzido em câmara de crescimento, em delineamento em blocos casualizados, utilizando o Latossolo Vermelho Amarelo, pobre em Ni. Foram realizadas aplicações das doses de 0, 0,25, 0,5, 1, 2 e 4 mg kg-1 de Ni no solo antes do plantio da soja, e as plantas foram submetidas às condições hídricas de presença ou ausência de DH, a partir do estádio R2. Foram realizadas três avaliações ao longo dos 15 dias de DH, sendo: antes do DH (AV1) ao oitavo (AV2) e decimo quinto dia (AV3). Preliminarmente ao DH (AV1), a aplicação de Ni aumentou a eficiência de carboxilação (EC) e uso da água (EUA), bem como os teores de aminoácidos totais (AAS), fenóis totais (FT), malato, glicose e sacarose na soja. Contudo, reduziu os teores de ascorbato (AsA) e proteínas totais (PT). Na soja em DH na AV2, a aplicação de Ni aumentou a EUA, EC, os teores de glicose, frutose, AAS, PT e o potencial hídrico na folha (ΨWF), bem como colaborou positivamente para a eficiência do uso da energia fotoquímica e a dissipação do seu excesso. Com o avanço do DH na AV3, a aplicação de Ni propiciou aumento na EC e estimulou os teores de prolina, malato, fumarato, AsA, ΨWF e FT, mas reduziu ETR e os teors de clorofila (a e b), carotenoides e o extravasamento de eletrólitos. Ao término do estudo, o principal efeito observado foi a proteção do fotossistema II, aumento de osmoprotetores e a limitação do dano oxidativo, observado pela menor presença de H2O2 e O2-. A massa seca da soja, excluindo as raízes, foi incrementada nas folhas, caules e vagens até 2 mg kg -1 de Ni em plantas controles. Por outro lado, a massa seca dos nódulos foi incrementada até 2 mg kg-1 de Ni sob DH na AV3. O Ni influenciou positivamente nos teores de Fe, K, S e Zn na parte aérea de plantas quando em DH, mas contribuiu para a redução destes nutrientes na soja no controle. A maior parte do Ni associou-se à fração residual, óxidos de ferro (FeOx) e matéria orgânica ao final do estudo obtidas pela extração sequencial. A fração associada aos FeOx bem cristalizado se correlacionou com Ni-trocável e teor de Ni na parte aérea da soja, indicando efeito dessa fração mineral sob a disponibilidade do Ni ao solo. Concluímos que a aplicação de Ni diminui os efeitos negativos do DH na soja, induzindo a proteção do sistema de membranas, comprovado pelo reduzido extravasamento de eletrólitos, através da produção de antioxidantes não enzimáticos e também aumentou o status hídrico dos folíolos por influenciar na síntese de açúcares e aminoácidos. Além disso, a fração de Ni associado aos FeOx predominou após os 45 dias de adubação. Palavras-chaves: Biogeoquímica; metabolismo primário; micronutrientes; seca; status hídrico.The application of nickel (Ni) in soybean plants under stress has stimulated the production of antioxidant compounds. However, there is a lack of studies on the use of Ni to alleviate other types of stress, such as water deficit (WD). Climate change has increased the frequency and intensity of extreme weather events, reducing precipitation and water availability. Therefore, the objective of this study is to evaluate the effect of Ni application on soybean plants grown under WD, analyzing metabolic and physiological responses, as well as the chemical fractionation of Ni in the soil at the end of the experiment. The experiment was conducted in a growth chamber, using a randomized block design, with the Latossolo Vermelho Amarelo, a Ni-poor soil. The doses of 0, 0.25, 0.5, 1, 2, and 4 mg kg-1 of Ni were applied to the soil before soybean planting, and the plants were subjected to WD conditions, either with or without WD, starting from the R2 stage. Three evaluations were performed over the 15-day WD period: before WD (AV1), at the eighth day (AV2), and at the fifteenth day (AV3). Preliminary to WD (AV1), Ni application increased the efficiency of carboxylation (EC) and water use (EUA), as well as the total amino acid (AAS), total phenol (FT), malate, glucose, and sucrose in soybean. However, it reduced the ascorbate (AsA) and total protein (PT) levels. In soybean under WD at AV2, Ni application increased EUA, EC, glucose, fructose, AAS, PT, and the water potential in the leaf (ΨWF), as well as positively contributing to the efficiency of photochemical energy use and excess dissipation. As WD progressed in AV3, Ni application promoted an increase in EC and stimulated the levels of proline, malate, fumarate, AsA, ΨWF, and FT, but reduced the electron transport rate (ETR) and the contents of chlorophyll (a and b), carotenoids, and electrolyte leakage. At the end of the study, the main observed effect was the protection of photosystem II, the increase in osmoprotectors, and the limitation of oxidative damage, observed by the lower presence of H2O2 and O2-. The dry mass of soybean, excluding roots, was increased in leaves, stems, and pods up to 2 mg kg -1 of Ni in control plants. On the other hand, the dry mass of nodules was increased up to 2 mg kg -1 of Ni under WD in AV3. Ni positively influenced the levels of Fe, K, S, and Zn in the aerial part of plants under WD, but contributed to the reduction of these nutrients in soybean in the control. Most of the Ni associated with the residual fraction, iron oxides (FeOx), and organic matter at the end of the study, obtained by sequential extraction. The fraction associated with well-crystallized FeOx correlated with Ni-available and Ni content in the aerial part of soybean, indicating the effect of this mineral fraction on Ni availability in the soil. We conclude that Ni application reduces the negative effects of WD in soybean, inducing membrane protection, proven by reduced electrolyte leakage, through the production of non-enzymatic antioxidants and increased leaf water status by influencing sugar and amino acid synthesis. Additionally, the Ni fraction associated with FeOx predominated after 45 days of fertilization. Keywords: Biogeochemistry; drought stress; micronutrients; primary metabolism; water status.