Foliar application of nutrients and silicon for increasing soybean resistance against Phakopsora pachyrhizi infection

Abstract

Rust, caused by the fungus Phakopsora pachyrhizi, is one of the most destructive diseases affecting soybean production. Foliar fertilization as a strategy to maintain higher amounts of nutrients besides promoting better plant growth may potentiate some biochemical pathways for defense reactions against pathogens. In this study, soybean plants were sprayed with water (control) or with Sikon Fert® [referred to as induced resistance (IR) stimulus] and non- inoculated or inoculated with P. pachyrhizi. The urediniospores germination was significantly reduced from 57 to 100% after being exposed to IR stimulus rates ranging from 0.5 to 10 mL/L compared to the control treatment. For inoculated plants, foliar concentrations of sulfur, copper, and zinc were significantly higher by 40, 490, and 13%, respectively, for IR stimulus treatment compared to the control treatment. The area under disease progress curve significantly decreased by 58% for IR stimulus-sprayed plants compared to plants from the control treatment. Infected and IR stimulus-sprayed plants had their photosynthetic apparatus preserved (significant increases for photochemical yield and electron transport rate values at 7 and 11 dai and significantly lower values for yield for non-regulated dissipation and yield for dissipation by down-regulation at 7 and 11 dai, respectively) along with great concentrations of chlorophyll a+b and carotenoids than infected plants from the control treatment. Lower concentrations of malondialdehyde and reactive oxygen species (hydrogen peroxide and anion superoxide) indicating less cellular damage imposed by fungal infection along with great activities of defense-related enzymes (chitinase, β-1,3-glucanase, phenylalanine ammonia-lyase, peroxidase, polyphenoloxidase, and lipoxygenase) and more lignin production allowed the IR- stimulus sprayed plants to hamp the infection by P. pachyrhizi more efficiently. These findings open the way to explore the possibility of using this IR stimulus in field conditions to reduce the yield losses caused by soybean rust outbreaks. Keywords: Glycine max; host defense reactions; induced resistance; mineral nutrition; photosynthesis.A ferrugem, causada pelo fungo Phakopsora pachyrhizi, é uma das doenças mais destrutivas que afeta a produção da soja. A fertilização foliar, como estratégia para manter quantidades mais altas de nutrientes e promover melhor crescimento das plantas, pode potencializar algumas vias bioquímicas envolvidas nas reações de defesa. Neste estudo, as plantas foram pulverizadas com água (controle) ou com Sikon Fert® [referido como estimulador da resistência induzida (ERI)] e inoculadas ou não com P. pachyrhizi. A germinação dos urediniósporos foi significativamente reduzida de 57 a 100% em função das doses crescentes (0,5 a 10 mL/L) do ERI em comparação ao tratamento controle. Para as plantas inoculadas, as concentrações foliares de enxofre, cobre e zinco foram significativamente maiores em 40, 490 e 13%, respectivamente, para o tratamento ERI em comparação ao tratamento controle. A área abaixo da curva do progresso da doença diminuiu significativamente em 58% para as plantas pulverizadas com o ERI em comparação com as plantas do tratamento controle. As plantas infectadas e pulverizadas com o ERI apresentaram o aparato fotossintético preservado (aumentos significativos nos valores do rendimento fotoquímico e taxa de transporte de elétrons aos 7 e 11 dai e valores significativamente menores para o rendimento da dissipação não regulada e rendimento da dissipação por regulação negativa aos 7 e 11 dai, respectivamente), juntamente maiores concentrações de clorofila a+b e carotenoides do que as plantas infectadas do tratamento controle. Menores concentrações de aldeido malônico e espécies reativas de oxigênio (peróxido de hidrogênio e ânion superóxido) indicaram menor dano celular imposto pela infecção fúngica juntamente com maiores atividades de enzimas de defesa (quitinase, β- 1,3-glucanase, fenilalanina amônia-liase, peroxidase, polifenoloxidase e lipoxigenase) e maior produção de lignina ajudaram as plantas pulverizadas com o ERI afetar o processo infeccioso de P. pachyrhizi de forma mais eficiente. Esses resultados mostram uma oportunidade de explorar esse ERI em condições de campo visando reduzir as perdas na produção em decorrência das epidemias severas da ferrugem. Palavras-chave: Glycine max; resistência induzida; nutrição mineral; reações de defesa da planta; fotossíntese.