Antioxidant status and their enhancements strategies for water stress tolerance in chickpea / Status antioxidante e suas estratégias de aprimoramento para tolerância ao estresse hídrico no grão-de-bico

Water stress executes severe influences on the plant growth and development through modifying physio-chemical properties. Therefore, a field experiment was designed to evaluate the antioxidant status and their enhancements strategies for water stress tolerance in chickpea on loam and clay loam soils under agro-ecological conditions of Arid Zone Research Institute, Bahawalpur (29.3871 °N, 71.653 °E) and Cholistan farm near Derawer (28.19°N, 71.80°E) of Southern Punjab, Pakistan during winter 2014-15. Experimental treatments comprised of two chickpea cultivars i.e. Bhakhar 2011 (drought tolerant) and DUSHT (drought sensitive), two water stress levels i.e. water stress at flowering stage and water stress at flowering + pod formation + grain filling stage including well watered (control) and two exogenous application of osmoprotectants i.e. glycine betaine (GB) 20 ppm and proline 10 uM including distilled water (control). Results indicated that water stress at various growth stages adversely affects the growth, yield and quality attributes of both chickpea cultivars. Exogenous application of GB and proline improved the growth, yield and quality parameters of both chickpea cultivars even under water stress conditions. However, superior results were obtained with exogenously applied GB on Bhakhar 2011 under well-watered conditions. Similarly, foliar spray of GB on chickpea cultivar Bhakhar 2011 under stress at flowering + pod formation + grain filling stage produced maximum superoxide dismutase, peroxidase and catalase contents. These results suggested that application of GB mitigates the adverse effects of water stress and enhanced tolerance in chickpea mainly due to higher antioxidant enzymes activity, demonstrating the protective measures of plant cells in stress condition. Hence, antioxidants status might be a suitable method for illustrating water stress tolerance in chickpea.

O estresse hídrico exerce fortes influências no crescimento e no desenvolvimento das plantas, modificando as propriedades físico-químicas. Portanto, a presente atividade de pesquisa foi projetada para avaliar o status antioxidante e suas estratégias de aprimoramento para tolerância ao estresse hídrico no grão-de-bico em condiçõesa groecológicas, no Instituto de Pesquisa da Zona Árida, Bahawalpur (29.3871 ° N, 71.653 ° E) e fazenda do Cholistan, perto de Derawer (28.19 ° N, 71,80 ° E), no sul de Punjab, Paquistão, durante Rabi 2014-15. Tratamentos experimentais compostos de dois genótipos de grão-de-bico, como Bhakhar 2011 (tolerante à seca) e DUSHT (sensível à seca), dois níveis de estresse hídrico, ou seja, estresse hídrico no estágio de floração, estresse hídrico na fase de floração e estresse hídrico na fase de floração + formação de vagem + estágio de enchimento de grãos, incluindo água bem controlada (controle) e duas aplicações exógenas de osmoprotetores, isto é, glicina betaína 20 ppm e prolina 10 uM, incluindo água destilada (controle). Os resultados indicaram que o estresse hídrico em vários estágios de crescimento afeta negativamente os atributos de crescimento, rendimento e qualidade de ambas as cultivares de grão-de-bico. A aplicação exógena de glicina betaína e prolina melhorou os parâmetros de crescimento, rendimento e qualidade de ambos os genótipos de grão- de-bico, mesmo sob condições de estresse hídrico. No entanto, resultados superiores foram obtidos com glicina betaína aplicada exogenamente em Bhakhar 2011, em condições bem regadas. Além disso, o spray foliar de glicina betaína na cultivar de grão-de-bico Bhakhar 2011, sob estresse na fase de floração + formação de vagem + enchimento de grãos, produziu o máximo de superóxido dismutase, peroxidase e catalase. Esses resultados sugeriram que a aplicação de glicina betaína atenua os efeitos adversos do estresse hídrico e aumenta a [...].

Exogenously applied nutrients can improve the chickpea productivity under water stress conditions by modulating the antioxidant enzyme system / Nutrientes aplicados exogenamente melhoram a produtividade do grão-de bico em condições de estresse hídrico, modulando o sistema de enzimas antioxidantes

Water stress is one of the major factor restricting the growth and development of chickpea plants by inducing various morphological and physiological changes. Therefore, the present research activity was designed to improve the chickpea productivity under water stress conditions by modulating antioxidant enzyme system. Experimental treatments comprised of two chickpea genotypes i.e. Bhakhar 2011 (drought tolerant) and DUSHT (drought sensitive), two water stress levels i.e. water stress at flowering stage and water stress at flowering + pod formation + grain filling stage including well watered (control) and three exogenous application of nutrients i.e. KCl 200 ppm, MgCl2, 50 ppm and CaCl2, 10 mM including distilled water (control). Results indicated that water stress at various growth stages adversely affects the growth, yield and quality attributes of both chickpea cultivars. Exogenous application of nutrients improved the growth, yield and antioxidant enzyme activities of both chickpea genotypes even under water stress conditions. However, superior results were obtained with foliar spray of potassium chloride on Bhakhar 2011 under well-watered conditions. Similarly, foliar spray of potassium chloride on chickpea cultivar Bhakhar 2011 cultivated under stress at flowering + pod formation + grain filling stage produced significantly higher contents of superoxide dismutase, peroxidase and catalase. These results suggests that the application of potassium chloride mitigates the adverse effects of water stress and enhanced tolerance in chickpea mainly due to higher antioxidant enzymes activity, demonstrating the protective measures of plant cells in stress conditions.

O estresse hídrico é um dos principais fatores que restringem o crescimento e o desenvolvimento das plantas de grão-de-bico, induzindo várias alterações morfológicas e fisiológicas. Portanto, a presente atividade de pesquisa foi projetada para melhorar a produtividade do grão-de-bico em condições de estresse hídrico, por meio da modulação do sistema de enzimas antioxidantes. Tratamentos experimentais compostos de dois genótipos de grão-de-bico, ou seja, Bhakhar 2011 (tolerante à seca) e DUSHT (sensível à seca), dois níveis de estresse hídrico, ou seja, estresse hídrico na fase de floração e estresse hídrico na floração + formação de vagens + estágio de enchimento de grãos incluindo bem irrigado (controle) e três aplicações exógenas de nutrientes, ou seja, KCl 200 ppm, MgCl2 50 ppm e CaCl2 10 mM, incluindo água destilada (controle). Os resultados indicaram que o estresse hídrico em vários estágios de crescimento afeta negativamente os atributos de crescimento, rendimento e qualidade de ambas as cultivares de grão-de-bico. A aplicação exógena de nutrientes melhorou o crescimento, o rendimento e as atividades das enzimas antioxidantes de ambos os genótipos de grão-de-bico, mesmo em condições de estresse hídrico. No entanto, resultados superiores foram obtidos com pulverização foliar de cloreto de potássio em Bhakhar 2011, em condições bem irrigadas. Da mesma forma, a pulverização foliar de cloreto de potássio na cultivar de grão-de-bico Bhakhar 2011 cultivada sob estresse na fase de floração + formação de vagens + enchimento de grãos produziu teores significativamente maiores de superóxido dismutase, peroxidase e catalase. Esses resultados sugerem que a aplicação de cloreto de potássio atenua os efeitos adversos do estresse hídrico e aumenta a tolerância no grão-de-bico, principalmente em razão de mais atividade de enzimas antioxidantes, demonstrando as medidas protetoras das células vegetais em condições de estresse.

Antioxidant status and their enhancements strategies for water stress tolerance in chickpea

Abstract Water stress executes severe influences on the plant growth and development through modifying physio-chemical properties. Therefore, a field experiment was designed to evaluate the antioxidant status and their enhancements strategies for water stress tolerance in chickpea on loam and clay loam soils under agro-ecological conditions of Arid Zone Research Institute, Bahawalpur (29.3871 °N, 71.653 °E) and Cholistan farm near Derawer (28.19°N, 71.80°E) of Southern Punjab, Pakistan during winter 2014-15. Experimental treatments comprised of two chickpea cultivars i.e. Bhakhar 2011 (drought tolerant) and DUSHT (drought sensitive), two water stress levels i.e. water stress at flowering stage and water stress at flowering + pod formation + grain filling stage including well watered (control) and two exogenous application of osmoprotectants i.e. glycine betaine (GB) 20 ppm and proline 10 uM including distilled water (control). Results indicated that water stress at various growth stages adversely affects the growth, yield and quality attributes of both chickpea cultivars. Exogenous application of GB and proline improved the growth, yield and quality parameters of both chickpea cultivars even under water stress conditions. However, superior results were obtained with exogenously applied GB on Bhakhar 2011 under well-watered conditions. Similarly, foliar spray of GB on chickpea cultivar Bhakhar 2011 under stress at flowering + pod formation + grain filling stage produced maximum superoxide dismutase, peroxidase and catalase contents. These results suggested that application of GB mitigates the adverse effects of water stress and enhanced tolerance in chickpea mainly due to higher antioxidant enzymes activity, demonstrating the protective measures of plant cells in stress condition. Hence, antioxidants status might be a suitable method for illustrating water stress tolerance in chickpea.

Resumo O estresse hídrico exerce fortes influências no crescimento e no desenvolvimento das plantas, modificando as propriedades físico-químicas. Portanto, a presente atividade de pesquisa foi projetada para avaliar o status antioxidante e suas estratégias de aprimoramento para tolerância ao estresse hídrico no grão-de-bico em condições agroecológicas, no Instituto de Pesquisa da Zona Árida, Bahawalpur (29.3871 ° N, 71.653 ° E) e fazenda do Cholistan, perto de Derawer (28.19 ° N, 71,80 ° E), no sul de Punjab, Paquistão, durante Rabi 2014-15. Tratamentos experimentais compostos de dois genótipos de grão-de-bico, como Bhakhar 2011 (tolerante à seca) e DUSHT (sensível à seca), dois níveis de estresse hídrico, ou seja, estresse hídrico no estágio de floração, estresse hídrico na fase de floração e estresse hídrico na fase de floração + formação de vagem + estágio de enchimento de grãos, incluindo água bem controlada (controle) e duas aplicações exógenas de osmoprotetores, isto é, glicina betaína 20 ppm e prolina 10 uM, incluindo água destilada (controle). Os resultados indicaram que o estresse hídrico em vários estágios de crescimento afeta negativamente os atributos de crescimento, rendimento e qualidade de ambas as cultivares de grão-de-bico. A aplicação exógena de glicina betaína e prolina melhorou os parâmetros de crescimento, rendimento e qualidade de ambos os genótipos de grão- de-bico, mesmo sob condições de estresse hídrico. No entanto, resultados superiores foram obtidos com glicina betaína aplicada exogenamente em Bhakhar 2011, em condições bem regadas. Além disso, o spray foliar de glicina betaína na cultivar de grão-de-bico Bhakhar 2011, sob estresse na fase de floração + formação de vagem + enchimento de grãos, produziu o máximo de superóxido dismutase, peroxidase e catalase. Esses resultados sugeriram que a aplicação de glicina betaína atenua os efeitos adversos do estresse hídrico e aumenta a tolerância no grão-de- bico, principalmente pela maior atividade de enzimas antioxidantes, demonstrando medidas protetoras das células vegetais em condições de estresse. Portanto, o status de antioxidantes pode ser um método adequado para ilustrar a tolerância ao estresse hídrico no grão-de-bico.

Exogenously applied nutrients can improve the chickpea productivity under water stress conditions by modulating the antioxidant enzyme system

Abstract Water stress is one of the major factor restricting the growth and development of chickpea plants by inducing various morphological and physiological changes. Therefore, the present research activity was designed to improve the chickpea productivity under water stress conditions by modulating antioxidant enzyme system. Experimental treatments comprised of two chickpea genotypes i.e. Bhakhar 2011 (drought tolerant) and DUSHT (drought sensitive), two water stress levels i.e. water stress at flowering stage and water stress at flowering + pod formation + grain filling stage including well watered (control) and three exogenous application of nutrients i.e. KCl 200 ppm, MgCl2, 50 ppm and CaCl2, 10 mM including distilled water (control). Results indicated that water stress at various growth stages adversely affects the growth, yield and quality attributes of both chickpea cultivars. Exogenous application of nutrients improved the growth, yield and antioxidant enzyme activities of both chickpea genotypes even under water stress conditions. However, superior results were obtained with foliar spray of potassium chloride on Bhakhar 2011 under well-watered conditions. Similarly, foliar spray of potassium chloride on chickpea cultivar Bhakhar 2011 cultivated under stress at flowering + pod formation + grain filling stage produced significantly higher contents of superoxide dismutase, peroxidase and catalase. These results suggests that the application of potassium chloride mitigates the adverse effects of water stress and enhanced tolerance in chickpea mainly due to higher antioxidant enzymes activity, demonstrating the protective measures of plant cells in stress conditions.

Resumo O estresse hídrico é um dos principais fatores que restringem o crescimento e o desenvolvimento das plantas de grão-de-bico, induzindo várias alterações morfológicas e fisiológicas. Portanto, a presente atividade de pesquisa foi projetada para melhorar a produtividade do grão-de-bico em condições de estresse hídrico, por meio da modulação do sistema de enzimas antioxidantes. Tratamentos experimentais compostos de dois genótipos de grão-de-bico, ou seja, Bhakhar 2011 (tolerante à seca) e DUSHT (sensível à seca), dois níveis de estresse hídrico, ou seja, estresse hídrico na fase de floração e estresse hídrico na floração + formação de vagens + estágio de enchimento de grãos incluindo bem irrigado (controle) e três aplicações exógenas de nutrientes, ou seja, KCl 200 ppm, MgCl2 50 ppm e CaCl2 10 mM, incluindo água destilada (controle). Os resultados indicaram que o estresse hídrico em vários estágios de crescimento afeta negativamente os atributos de crescimento, rendimento e qualidade de ambas as cultivares de grão-de-bico. A aplicação exógena de nutrientes melhorou o crescimento, o rendimento e as atividades das enzimas antioxidantes de ambos os genótipos de grão- de-bico, mesmo em condições de estresse hídrico. No entanto, resultados superiores foram obtidos com pulverização foliar de cloreto de potássio em Bhakhar 2011, em condições bem irrigadas. Da mesma forma, a pulverização foliar de cloreto de potássio na cultivar de grão-de-bico Bhakhar 2011 cultivada sob estresse na fase de floração + formação de vagens + enchimento de grãos produziu teores significativamente maiores de superóxido dismutase, peroxidase e catalase. Esses resultados sugerem que a aplicação de cloreto de potássio atenua os efeitos adversos do estresse hídrico e aumenta a tolerância no grão-de-bico, principalmente em razão de mais atividade de enzimas antioxidantes, demonstrando as medidas protetoras das células vegetais em condições de estresse.

Antioxidant status and their enhancements strategies for water stress tolerance in chickpea / Status antioxidante e suas estratégias de aprimoramento para tolerância ao estresse hídrico no grão-de-bico

Water stress executes severe influences on the plant growth and development through modifying physio-chemical properties. Therefore, a field experiment was designed to evaluate the antioxidant status and their enhancements strategies for water stress tolerance in chickpea on loam and clay loam soils under agro-ecological conditions of Arid Zone Research Institute, Bahawalpur (29.3871 °N, 71.653 °E) and Cholistan farm near Derawer (28.19°N, 71.80°E) of Southern Punjab, Pakistan during winter 2014-15. Experimental treatments comprised of two chickpea cultivars i.e. Bhakhar 2011 (drought tolerant) and DUSHT (drought sensitive), two water stress levels i.e. water stress at flowering stage and water stress at flowering + pod formation + grain filling stage including well watered (control) and two exogenous application of osmoprotectants i.e. glycine betaine (GB) 20 ppm and proline 10 uM including distilled water (control). Results indicated that water stress at various growth stages adversely affects the growth, yield and quality attributes of both chickpea cultivars. Exogenous application of GB and proline improved the growth, yield and quality parameters of both chickpea cultivars even under water stress conditions. However, superior results were obtained with exogenously applied GB on Bhakhar 2011 under well-watered conditions. Similarly, foliar spray of GB on chickpea cultivar Bhakhar 2011 under stress at flowering + pod formation + grain filling stage produced maximum superoxide dismutase, peroxidase and catalase contents. These results suggested that application of GB mitigates the adverse effects of water stress and enhanced tolerance in chickpea mainly due to higher antioxidant enzymes activity, demonstrating the protective measures of plant cells in stress condition. Hence, antioxidants status might be a suitable method for illustrating water stress tolerance in chickpea.

O estresse hídrico exerce fortes influências no crescimento e no desenvolvimento das plantas, modificando as propriedades físico-químicas. Portanto, a presente atividade de pesquisa foi projetada para avaliar o status antioxidante e suas estratégias de aprimoramento para tolerância ao estresse hídrico no grão-de-bico em condições agroecológicas, no Instituto de Pesquisa da Zona Árida, Bahawalpur (29.3871 ° N, 71.653 ° E) e fazenda do Cholistan, perto de Derawer (28.19 ° N, 71,80 ° E), no sul de Punjab, Paquistão, durante Rabi 2014-15. Tratamentos experimentais compostos de dois genótipos de grão-de-bico, como Bhakhar 2011 (tolerante à seca) e DUSHT (sensível à seca), dois níveis de estresse hídrico, ou seja, estresse hídrico no estágio de floração, estresse hídrico na fase de floração e estresse hídrico na fase de floração + formação de vagem + estágio de enchimento de grãos, incluindo água bem controlada (controle) e duas aplicações exógenas de osmoprotetores, isto é, glicina betaína 20 ppm e prolina 10 uM, incluindo água destilada (controle). Os resultados indicaram que o estresse hídrico em vários estágios de crescimento afeta negativamente os atributos de crescimento, rendimento e qualidade de ambas as cultivares de grão-de-bico. A aplicação exógena de glicina betaína e prolina melhorou os parâmetros de crescimento, rendimento e qualidade de ambos os genótipos de grão- de-bico, mesmo sob condições de estresse hídrico. No entanto, resultados superiores foram obtidos com glicina betaína aplicada exogenamente em Bhakhar 2011, em condições bem regadas. Além disso, o spray foliar de glicina betaína na cultivar de grão-de-bico Bhakhar 2011, sob estresse na fase de floração + formação de vagem + enchimento de grãos, produziu o máximo de superóxido dismutase, peroxidase e catalase. Esses resultados sugeriram que a aplicação de glicina betaína atenua os efeitos adversos do estresse hídrico e aumenta a tolerância no grão-de- bico, principalmente pela maior atividade de enzimas antioxidantes, demonstrando medidas protetoras das células vegetais em condições de estresse. Portanto, o status de antioxidantes pode ser um método adequado para ilustrar a tolerância ao estresse hídrico no grão-de-bico.

Exogenously applied nutrients can improve the chickpea productivity under water stress conditions by modulating the antioxidant enzyme system / Nutrientes aplicados exogenamente melhoram a produtividade do grão-de-bico em condições de estresse hídrico, modulando o sistema de enzimas antioxidantes

Water stress is one of the major factor restricting the growth and development of chickpea plants by inducing various morphological and physiological changes. Therefore, the present research activity was designed to improve the chickpea productivity under water stress conditions by modulating antioxidant enzyme system. Experimental treatments comprised of two chickpea genotypes i.e. Bhakhar 2011 (drought tolerant) and DUSHT (drought sensitive), two water stress levels i.e. water stress at flowering stage and water stress at flowering + pod formation + grain filling stage including well watered (control) and three exogenous application of nutrients i.e. KCl 200 ppm, MgCl2, 50 ppm and CaCl2, 10 mM including distilled water (control). Results indicated that water stress at various growth stages adversely affects the growth, yield and quality attributes of both chickpea cultivars. Exogenous application of nutrients improved the growth, yield and antioxidant enzyme activities of both chickpea genotypes even under water stress conditions. However, superior results were obtained with foliar spray of potassium chloride on Bhakhar 2011 under well-watered conditions. Similarly, foliar spray of potassium chloride on chickpea cultivar Bhakhar 2011 cultivated under stress at flowering + pod formation + grain filling stage produced significantly higher contents of superoxide dismutase, peroxidase and catalase. These results suggests that the application of potassium chloride mitigates the adverse effects of water stress and enhanced tolerance in chickpea mainly due to higher antioxidant enzymes activity, demonstrating the protective measures of plant cells in stress conditions.

O estresse hídrico é um dos principais fatores que restringem o crescimento e o desenvolvimento das plantas de grão-de-bico, induzindo várias alterações morfológicas e fisiológicas. Portanto, a presente atividade de pesquisa foi projetada para melhorar a produtividade do grão-de-bico em condições de estresse hídrico, por meio da modulação do sistema de enzimas antioxidantes. Tratamentos experimentais compostos de dois genótipos de grão-de-bico, ou seja, Bhakhar 2011 (tolerante à seca) e DUSHT (sensível à seca), dois níveis de estresse hídrico, ou seja, estresse hídrico na fase de floração e estresse hídrico na floração + formação de vagens + estágio de enchimento de grãos incluindo bem irrigado (controle) e três aplicações exógenas de nutrientes, ou seja, KCl 200 ppm, MgCl2 50 ppm e CaCl2 10 mM, incluindo água destilada (controle). Os resultados indicaram que o estresse hídrico em vários estágios de crescimento afeta negativamente os atributos de crescimento, rendimento e qualidade de ambas as cultivares de grão-de-bico. A aplicação exógena de nutrientes melhorou o crescimento, o rendimento e as atividades das enzimas antioxidantes de ambos os genótipos de grão- de-bico, mesmo em condições de estresse hídrico. No entanto, resultados superiores foram obtidos com pulverização foliar de cloreto de potássio em Bhakhar 2011, em condições bem irrigadas. Da mesma forma, a pulverização foliar de cloreto de potássio na cultivar de grão-de-bico Bhakhar 2011 cultivada sob estresse na fase de floração + formação de vagens + enchimento de grãos produziu teores significativamente maiores de superóxido dismutase, peroxidase e catalase. Esses resultados sugerem que a aplicação de cloreto de potássio atenua os efeitos adversos do estresse hídrico e aumenta a tolerância no grão-de-bico, principalmente em razão de mais atividade de enzimas antioxidantes, demonstrando as medidas protetoras das células vegetais em condições de estresse.