Effect of nanoencapsulation of salicylic and ascorbic acids in ameliorating drought stress in maize

Abstract

Drought stress has a major impact on plant growth and productivity, with its effect leading to decrease in crop yield worldwide. Seed priming technology offers potential ameliorating potential in handling this stressor. This study was conducted in the laboratory and the field to examine the effects of free and nano-encapsulated ascorbic acid (1.5 and 2 mM) and salicylic acid (2.5 and 5mM) treatment as well as combination with plant growth promoting bacteria Bacillus megaterium on germination and seedling growth under drought stress. Plants subjected to normal and water stress conditions in vitro for 7 days and in vivo for 8 weeks were collected to measure physiological parameters. In vitro and in vivo screening used simulated drought stress condition of -1.0 MPa PEG 6000. Results showed that priming significantly increased shoot and root weight as well the length respectively, thus improving the survival rate of maize plants. Beneficial impact of nanopriming on these parameters was found to be higher in case of lower concentration of AsA NPs (1.5 mM) than their higher concentrations (2 mM) as it was responsible for enhanced shoot weight, root weight and shoot length. It was also observed that SA performed better without encapsulation than nanoencapsulation. Also, there was noticeable synergistic potential when the NPs of AsA and SA was used to prime the seeds as it had maximum effect on shoot length and weight in vitro. However, the combination of the free forms had better effect on root length. Biopriming alone did not improve the weight and length parameters as it required a combination with hormones for better effect. Climatic conditions affected the experiment in vivo as the winter conditions affected germination and development of shoot but root system developed better. Further investigations are required to elucidate their performance and to verify these effects in field conditions.

O estresse hídrico tem um grande impacto no crescimento e na produtividade das plantas, com seu efeito levando à diminuição do rendimento das culturas em todo o mundo. A tecnologia de preparação de sementes oferece potencial de melhoria no tratamento desse estressor. Este estudo foi conduzido em laboratório e em campo para examinar os efeitos do tratamento com ácido ascórbico livre e nanoencapsulado (1,5 e 2 mM) e ácido salicílico (2,5 e 5mM), bem como a combinação com bactérias promotoras de crescimento de plantas Bacillus megaterium na germinação e crescimento de plântulas sob estresse hídrico. Plantas submetidas a condições normais e de estresse hídrico in vitro por 7 dias e in vivo por 8 semanas foram coletadas para mensuração dos parâmetros fisiológicos. A triagem in vitro e in vivo utilizou condição simulada de estresse hídrico de -1,0 MPa PEG 6000. Os resultados mostraram que o condicionamento aumentou significativamente o peso da parte aérea e da raiz, bem como o comprimento, respectivamente, melhorando assim a taxa de sobrevivência das plantas de milho. O impacto benéfico do nanopriming nesses parâmetros foi maior no caso de menor concentração de NPs de AsA (1,5 mM) do que suas concentrações mais altas (2 mM), pois foi responsável pelo aumento do peso da parte aérea, peso da raiz e comprimento da parte aérea. Observou-se também que o SA teve melhor desempenho sem encapsulação do que com nanoencapsulação. Além disso, houve notável potencial sinérgico quando as NPs de AsA e SA foram utilizadas para condicionar as sementes, pois tiveram efeito máximo no comprimento e peso da parte aérea in vitro. No entanto, a combinação das formas livres teve melhor efeito no comprimento da raiz. O biopriming sozinho não melhorou os parâmetros de peso e comprimento, pois exigiu uma combinação com hormônios para melhor efeito. As condições climáticas afetaram o experimento in vivo, assim como as condições de inverno afetaram a germinação e o desenvolvimento da parte aérea, mas o sistema radicular se desenvolveu melhor. Mais investigações são necessárias para elucidar seu desempenho e verificar esses efeitos em condições de campo.