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Type: Tese
Title: Aspectos fisiológicos e bioquímicos da tolerância induzida por bioestimulante em variedades de feijão-caupi sob déficit hídrico
Title in English: Physiological and biochemical aspects of tolerance induced by bioestimulant in cowpean varieties under water deficit
Authors: Silva, Johny de Souza
Advisor: Mesquita, Rosilene Oliveira
Keywords in Brazilian Portuguese : Metabolismo primário;Sustentabilidade;Tolerância à seca;Vigna unguiculata [L.] Walp;Feijão-caupi
Keywords in English : Primary metabolism;Sustainability;Drought tolerance;Vigna unguiculata [L.] Walp;Cowpea
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::FITOTECNIA
Issue Date: 2023
Citation: SILVA, Johny de Souza. Aspectos fisiológicos e bioquímicos da tolerância induzida por bioestimulante em variedades de feijão-caupi sob déficit hídrico. 2023. 78 f. Tese (Doutorado em Agronomia/Fitotecnia) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: As mudanças climáticas representam um desafio crucial no século XXI, afetando a agricultura, em particular o feijão-caupi. O aumento da temperatura, padrões de chuva imprevisíveis e eventos climáticos extremos ameaçam a segurança alimentar. Os biostimulantes, como extratos de algas marinhas e ácidos fúlvicos, surgem como alternativas promissoras para mitigar a escassez de água nas plantas, estimulando diversos processos nas plantas, como o crescimento radicular, ativação de defesas antioxidantes e osmorregulação. Além disso, em conjunto com a análise metabolômica é possível fornecer uma visão detalhada dessas respostas. Logo, devido a relevância da cultura para as regiões de clima árido e semiárido, como o Nordeste Brasileiro, torna-se essencial entender suas respostas à seca, bem como a influência potencial do uso de bioestimulantes como estratégia de manejo visando mitigar os efeitos negativos na produtividade. Deste modo, o objetivo do trabalho foi relacionar efeito da aplicação de bioestimulante nas alterações morfológicas, fisiológicas e bioquímicas com a modulação de metabólitos primários em duas variedades de feijão-caupi cultivadas sob déficit hídrico. Para isso, foram conduzidos dois experimentos. O primeiro consistiu em um experimento em arranjo fatorial 2x2 (duas condições hídricas: com e sem déficit hídrico x manejo da aplicação do bioestimulante: com e sem bioestimulante) com medidas repetidas ao longo do tempo, seguido de reidratação após 9 dias de seca progressiva. O segundo consistiu de um delineamento experimental inteiramente casualizado, em arranjo fatorial 3x2x2, sendo 3 condições hídricas do solo: controle irrigado, déficit moderado e déficit severo; 2 genótipos: Pingo de Ouro 1,2 – PO e Sempre-verde – SV; e 2 manejos do bioestimulante; com bioestimulante – CB e sem bioestimulante – SB. Foram avaliados: o comprimento da planta; a massa seca; as trocas gasosas e a fluorescência da clorofila a; conteúdo de malondialdeído (MDA) e prolina, extravasamento de eletrólito; teor relativo de água (TRA); atividade de enzimas antioxidantes; variáveis produtivas; e por fim, o perfil metabólico das folhas. Para os dois experimentos o déficit hídrico afetou significativamente as diversas características das plantas de feijão-caupi. No entanto, o bioestimulante teve influência positiva na eficiência fotossintética das plantas submetidas ao déficit hídrico moderado, aliviando os danos de membrana, à taxa de transporte de elétrons e eficiência instantânea de carboxilação. Além disso, houve associação positiva da aplicação do bioestimulante e o sistema de defesa enzimático. O perfil metabólico das folhas dos genótipos avaliados mostrou tolerância diferencial ao déficit hídrico, com maiores alterações sendo observados para o genótipo Sempre-verde. É importante destacar que a reidratação das plantas, simulando uma situação de veranico, promoveu boas respostas, sendo impulsionada principalmente nas plantas tratadas com o bioestimulante. Esse fato demonstra a capacidade das plantas que receberam bioestimulante em se reestabelecer após seca, sendo um importante ponto para ser abordado em programas de melhoramento. Portanto, conclui-se que o uso do bioestimulante a base de Ascophyllum nodosum e ácidos fúlvicos (FH Attivus®) mostra-se uma estratégia promissora para auxiliar na aclimatação do feijão-caupi sob condições desfavoráveis de escassez hídrica.
Abstract: Climate change has emerged as a critical challenge in the 21st century, significantly impacting agriculture, particularly cowpea cultivation. Rising temperatures, unpredictable rainfall patterns, and extreme weather events threaten food security. Biostimulants, such as seaweed extracts and fulvic acids, have become promising alternatives for alleviating water scarcity in plants by stimulating various processes, including root growth, antioxidant defense activation, and osmoregulation. Furthermore, metabolomic analysis provides a detailed insight into these responses. Given the significance of cowpea in arid and semi-arid regions, such as the Brazilian Northeast, it becomes essential to comprehend cowpea's responses to drought and the potential influence of biostimulant use as a management strategy to mitigate adverse effects on productivity. Consequently, this study aimed to investigate the effect of biostimulant application on morphological, physiological, and biochemical changes, as well as the modulation of primary metabolites in two cowpea varieties grown under water deficit conditions. Two experiments were conducted. The first experiment involved a 2x2 factorial arrangement (two water conditions: with and without water deficit x biostimulant application management: with and without biostimulant) with repeated measurements over time, followed by rehydration after nine days of progressive drought. The second experiment adopted a completely randomized design in a 3x2x2 factorial arrangement, considering three soil water conditions: irrigated control, moderate drought, and severe drought; two genotypes: Pingo de Ouro 1.2 – PO and Sempre-verde – SV; and two biostimulant treatments: with biostimulant – CB and without biostimulant – SB. Various parameters were assessed, including plant length, dry mass, gas exchange, chlorophyll a fluorescence, malondialdehyde (MDA) and proline content, electrolyte leakage, relative water content (RWC), antioxidant enzyme activity, productivity variables, and, finally, leaf metabolic profiling. In both experiments, water deficit significantly affected several cowpea plant characteristics. However, the biostimulant had a positive impact on photosynthetic efficiency in plants subjected to moderate water deficit, mitigating membrane damage, electron transport rate, and instantaneous carboxylation efficiency. Additionally, a positive association was observed between biostimulant application and the enzymatic defense system. The leaf metabolic profile of the evaluated genotypes exhibited differential tolerance to water deficit, with greater alterations observed in the Sempre-verde genotype. It is worth noting that rehydration of plants, simulating a dry spell situation, prompted positive responses, particularly in plants treated with the biostimulant. This demonstrates the ability of biostimulant-treated plants to recover after drought, an important aspect to consider in breeding programs. In conclusion, the use of biostimulant based on Ascophyllum nodosum and fulvic acids (FH Attivus®) appears to be a promising strategy to assist cowpea in adapting to unfavorable conditions of water scarcity
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74840
Author's ORCID: 0000-0001-5673-7114
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/8256570124922159
Advisor's ORCID: 0000-0002-6310-8196
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5159843923658602
Access Rights: Acesso Aberto
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