From seeds to plants: the use of priming to improve salt tolerance in sorghum | De sementes a plantas: o uso do priming para aumentar a tolerância do sorgo á salinidade

Various environmental conditions can restrict the germination and establishment of plants, with high salinity being one of the most critical. This condition arises from the high concentration of ions in the soil, leading to essential metabolic alterations that affect both germination and plant development. Salinity induces two types of stress: (i) osmotic stress, caused by the reduction of the osmotic potential in the soil solution, and (ii) ionic stress, resulting from ion dissociation, which damages membranes and other cellular structures. In semi-arid and arid regions, there is an urgent need to cultivate species with some level of salt tolerance. Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench), although moderately tolerant, exhibits critical stages such as germination and seedling establishment, which are highly sensitive to salinity effects. A promising approach to mitigating these effects is the priming technique, which enhances germination and plant development. This study investigated the hypothesis that priming with antioxidant molecules and growth regulators provides better conditions for sorghum germination and growth under salt stress. To understand the tolerance mechanisms, experiments were conducted both in laboratories and greenhouse conditions. In the first chapter, the response of seeds from four sorghum varieties subjected to priming with ascorbic acid, abscisic acid, and hydropriming was evaluated under different NaCl concentrations and osmotic stress induced by PEG-6000. Tests analyzed parameters such as germination percentage, germination speed index, and the mean time for 50% seed germination. In the second chapter, biochemical analyses were performed on two contrasting cultivars (BRS-332 and DKB 540), assessing carbohydrate and amino acid metabolism, hydrogen peroxide and malondialdehyde levels, and antioxidant enzyme activity. The third chapter involved greenhouse experiments in which plants grown from seeds treated with priming were monitored over 65 days under salt stress. Parameters such as chlorophyll a fluorescence, gas exchange, and markers related to salt tolerance identified in the seeds were analyzed during different phenological stages. The results showed that the cultivars exhibit distinct tolerance mechanisms to osmotic and salt stress. Priming induced positive effects, particularly through the accumulation of proline and sugars, which facilitated osmotic adjustment and mitigated oxidative stress in seeds, seedlings, and adult plants. These effects can be attributed to "priming memory," a phenomenon that allows the recovery of metabolic alterations induced by the initial treatment, resulting in better maintenance of photosynthetic metabolism and reduced impacts of salt stress across different phenological stages. In conclusion, priming is an effective tool for enhancing sorghum tolerance to salt stress, contributing to the development of sustainable strategies that enable cultivation in saline areas. This approach broadens productive potential and agricultural resilience in adverse regions, making it a valuable technique for ensuring food security and sustainable agricultural practices in the face of environmental challenges.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior- CAPES

Diversas condições ambientais podem restringir a germinação e o estabelecimento de plantas, sendo a salinidade elevada uma das mais críticas. Essa condição decorre da alta concentração de íons no solo, que provoca alterações metabólicas essenciais, afetando tanto a germinação quanto o desenvolvimento das plantas. A salinidade gera dois tipos de estresse: (i) osmótico, causado pela redução do potencial osmótico da solução do solo, e (ii) iônico, devido à dissociação de íons, que danifica membranas e outras estruturas celulares. Em regiões semiáridas e áridas, a necessidade de cultivar espécies tolerantes à salinidade é urgente, e o sorgo (Sorghum bicolor (L.) Moench), embora moderadamente tolerante, possui estágios críticos, como a germinação e o estabelecimento de plântulas, que são altamente sensíveis aos efeitos salinos. Uma alternativa promissora para mitigar esses efeitos é a técnica de priming, que melhora a germinação e o desenvolvimento das plantas. Este trabalho investigou a hipótese de que o priming com moléculas antioxidantes e fitoreguladores oferece melhores condições para a germinação e o crescimento do sorgo sob estresse salino. Para compreender os mecanismos de tolerância, foram realizados experimentos em laboratório e em casa de vegetação. No primeiro capítulo, avaliou-se a resposta de sementes de quatro variedades de sorgo submetidas ao priming com ácido ascórbico, ácido abscísico e hidropriming, expostas a diferentes concentrações de NaCl e estresse osmótico induzido por PEG-6000. Os testes analisaram parâmetros como porcentagem de germinação, índice de velocidade de germinação e tempo médio para germinação de 50% das sementes. No segundo capítulo, realizaram-se análises bioquímicas em duas cultivares contrastantes (BRS-332 e DKB 540), avaliando o metabolismo de carboidratos e aminoácidos, níveis de peróxido de hidrogênio e malondialdeído, além da atividade de enzimas antioxidantes. Já o terceiro capítulo abordou experimentos em casa de vegetação, nos quais as plantas oriundas de sementes tratadas com priming foram acompanhadas por 65 dias sob estresse salino. Parâmetros como fluorescência da clorofila a, trocas gasosas e marcadores relacionados à tolerância à salinidade identificados nas sementes foram analisados em diferentes estágios fenológicos. Os resultados evidenciaram que as cultivares possuem mecanismos distintos de tolerância ao estresse osmótico e salino. O priming promoveu efeitos positivos, especialmente pelo acúmulo de prolina e açúcares, que facilitaram o ajustamento osmótico e mitigaram o estresse oxidativo em sementes, plântulas e plantas adultas. Esses efeitos podem ser atribuídos à "memória do priming", um fenômeno que permite a recuperação de alterações metabólicas induzidas pelo tratamento inicial, resultando em melhor manutenção do metabolismo fotossintético e redução dos impactos do estresse salino ao longo dos diferentes estágios fenológicos. Dessa forma, o priming se apresenta como uma ferramenta eficaz para melhorar a tolerância do sorgo ao estresse salino, contribuindo para o desenvolvimento de estratégias sustentáveis que permitem o cultivo em áreas salinizadas, ampliando o potencial produtivo e a resiliência agrícola em regiões adversas.