Impactos da fertilização com selênio e da elevada concentração de dióxido de carbono no desenvolvimento vegetativo e reprodutivo em arroz

Abstract

A elevação da concentração de dióxido de carbono (eCO2) pode aumentar o rendimento do arroz (Oryza sativa L.), além de alterar o padrão de crescimento e a qualidade nutricional dos grãos. Diante da crescente demanda global por arroz e de seu papel na segurança alimentar, a suplementação com selênio (Se) surge como uma estratégia promissora para enriquecer os grãos e mitigar possíveis impactos negativos do eCO2. Entretanto, a interação entre eCO2 e Se ainda não está completamente elucidada. Neste contexto, o presente estudo avaliou os efeitos da fertilização com Se no rendimento e na qualidade nutricional dos grãos de arroz sob eCO2 (Capítulo 1) e investigou as respostas da interação entre Se e eCO2 no sistema radicular e do desenvolvimento de plântulas de arroz (Capítulo 2). Os resultados mostraram que o eCO2 aumentou o crescimento das plantas e o rendimento de grãos em relação ao CO2 ambiente, independentemente da aplicação de Se. A fertilização com Se incrementou as concentrações de Se, N, P, K, Fe, Zn e S nos grãos sob eCO2, em parte devido à maior expressão de genes transportadores de minerais, revertendo parcialmente as reduções induzidas pelo eCO2. Além disso, o Se promoveu o acúmulo de proteínas de reserva (albumina, globulina, prolamina e glutelina) nos grãos expostos ao eCO2. No sistema radicular de plântulas de arroz, o Se estimulou o alongamento das raízes primárias, embora tenha reduzido o número e o comprimento das raízes laterais. Por outro lado, o eCO2 aumentou o volume radicular, os níveis de auxina, açúcares solúveis e proteínas nas raízes, independentemente do Se. A interação entre Se e eCO2 potencializou o crescimento de raízes primárias e laterais, ampliou a altura da parte aérea, superando os efeitos isolados de cada fator. Essas mudanças foram associadas à maior disponibilidade de açúcares solúveis, à atividade de expansinas e ao aumento nos níveis de auxina, promovendo uma arquitetura radicular otimizada. Esses achados demonstram que a suplementação com Se é capaz de mitigar os efeitos negativos do eCO2 na qualidade nutricional dos grãos, promovendo o acúmulo de minerais e proteínas, além de melhorar o desenvolvimento e a arquitetura do sistema radicular de plântulas de arroz. Palavras-chave: Oryza sativa L.; Qualidade do grão; Arquitetura radicular.The elevation of carbon dioxide concentration (eCO2) can enhance the yield of rice (Oryza sativa L.), while also altering growth patterns and grain nutritional quality. Given the increasing global demand for rice and its critical role in food security, selenium (Se) supplementation emerges as a promising strategy to enrich rice grains and mitigate potential negative effects of eCO2. However, the interaction between eCO2 and Se remains poorly understood. In this context, the present study evaluated the effects of Se fertilization on grain yield and nutritional quality under eCO2 (Chapter 1) and investigated the responses of Se and eCO2 interaction on root system architecture and seedling development in rice (Chapter 2). The results showed that eCO2 increased plant growth and grain yield compared to ambient CO2, regardless of Se application. Se fertilization enhanced the concentrations of Se, N, P, K, Fe, Zn, and S in the grains under eCO2, partially due to increased expression of mineral transporter genes, reversing some reductions induced by eCO2. Additionally, Se promoted the accumulation of storage proteins (albumin, globulin, prolamin, and glutelin) in grains exposed to eCO2. In the root system of rice seedlings, Se stimulated the elongation of primary roots, although it reduced the number and length of lateral roots. Conversely, eCO2 increased root volume, auxin levels, soluble sugars, and proteins in the roots, regardless of Se. The interaction between Se and eCO2 synergistically enhanced primary and lateral root growth, as well as shoot height, surpassing the isolated effects of each factor. These changes were associated with greater soluble sugar availability, expansin activity, and increased auxin levels, leading to an optimized root system architecture. These findings demonstrate that Se supplementation can mitigate the negative effects of eCO2 on grain nutritional quality by promoting the accumulation of minerals and proteins, while also improving root system development and architecture in rice seedlings. Keywords: Oryza sativa L.; Rice grain quality; Root architecture.