K+ Efflux and Retention in Response to NaCl Stress Do Not Predict Salt Tolerance in Contrasting Genotypes of Rice (Oryza sativa L.)

PubMedID: 23460903Sudden elevations in external sodium chloride (NaCl) accelerate potassium (K+) efflux across the plasma membrane of plant root cells. It has been proposed that the extent of this acceleration can predict salt tolerance among contrasting cultivars. However, this proposal has not been considered in the context of plant nutritional history, nor has it been explored in rice (Oryza sativa L.), which stands among the world's most important and salt-sensitive crop species. Using efflux analysis with 42K, coupled with growth and tissue K+ analyses, we examined the short- and long-term effects of NaCl exposure to plant performance within a nutritional matrix that significantly altered tissue-K+ set points in three rice cultivars that differ in salt tolerance: IR29 (sensitive), IR72 (moderate), and Pokkali (tolerant). We show that total short-term K+ release from roots in response to NaCl stress is small (no more than 26% over 45 min) in rice. Despite strong varietal differences, the extent of efflux is shown to be a poor predictor of plant performance on long-term NaCl stress. In fact, no measure of K+ status was found to correlate with plant performance among cultivars either in the presence or absence of NaCl stress. By contrast, shoot Na+ accumulation showed the strongest correlation (a negative one) with biomass, under long-term salinity. Pharmacological evidence suggests that NaCl-induced K+ efflux is a result of membrane disintegrity, possibly as result of osmotic shock, and not due to ion-channel mediation. Taken together, we conclude that, in rice, K+ status (including efflux) is a poor predictor of salt tolerance and overall plant performance and, instead, shoot Na+ accumulation is the key factor in performance decline on NaCl stress. © 2013 Coskun et al

Absorção de nutrientes e crescimento do arroz com suprimento combinado de amônio e nitrato¹

O arroz é classificado como uma planta tolerante ao amônio (NH4+) devido à predominância desse íon nos solos alagados. Entretanto, nas regiões oxidadas do solo e da rizosfera do arroz pode haver a formação de nitrato (NO3-) e esta se tornar importante fonte de N para cultura. Este trabalho foi conduzido com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes proporções entre os íons NH4+ e NO3- no desenvolvimento do arroz em solução nutritiva. O experimento foi realizado em casa de vegetação no período de janeiro a fevereiro de 2008, em solução nutritiva com as seguintes proporções entre NH4+ e NO3-: 100:0, 75:25, 50:50, 25:75 e 0:100 na concentração de 5,0 mmol L-1 de N. Foi cultivado o genótipo IRGA 417 e avaliado o rendimento de biomassa, os teores de N, K, Ca e Mg na biomassa e na seiva do xilema. Houve toxidez por NH4+ nas proporções de 100:0 e 75:25 e por NO3- nas proporções de 25:75 e 0:100. Na proporção de 50:50 as plantas se desenvolveram normalmente. O suprimento combinado de NH4+ e NO3- aumentou a produção de biomassa em relação ao NH4+ e ao NO3- supridos isoladamente. O NH 4+ na solução reduziu os teores de Ca e Mg na biomassa, porém não influenciou o teor de N e o de K. Já na seiva do xilema houve redução nos teores de K, Ca e Mg, indicando que o NH4+ influenciou na absorção desses cátions. A quantidade total absorvida de N, K, Mg e Ca foi maior com o suprimento combinado de NH4+ e NO3-, indicando que, além de promover melhor desenvolvimento das plantas de arroz, aumenta a eficiência de absorção de nutrientes em relação ao suprimento isolado das duas formas de N

Resposta do arroz irrigado ao suprimento de amônio e nitrato Rice growth as affected by combined ammonium and nitrate supply

No arroz cultivado sob alagamento, ocorre a elevação dos teores de NH4+ no solo, sendo assim considerada a principal fonte de N para a cultura. Entretanto, o O2 transportado pelo aerênquima e liberado pelas raízes cria um ambiente favorável à nitrificação na rizosfera, determinando a formação de proporções entre amônio e NO3- disponíveis. Nesse caso, acredita-se que o NO3- pode favorecer o desenvolvimento da cultura e ao mesmo tempo evitar a toxidez por NH4+ no solo alagado. Este trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes proporções dos íons NH4+ e NO3- no crescimento do arroz em solução nutritiva. O experimento foi realizado em casa de vegetação, no período de setembro a novembro de 2007, em solução nutritiva e substrato inerte, visando criar um meio poroso, para o crescimento radicular com as seguintes proporções de NH4+ e NO3-:100:0, 75:25 e 25:75 % na concentração de 10,0 mmol L-1 de N. Os baldes foram preenchidos com um substrato inerte, visando criar um meio poroso para o desenvolvimento das raízes. Foram comparados os genótipos IRGA 417 (indica) e Sasanishiki (japônica), e avaliadas a produção de biomassa, a distribuição e o comprimento de raízes e a absorção de N, Ca, Mg e K. O NH4+ das proporções 100:0, 75:25 % causou toxidez às plantas, porém, na maior proporção de NO3- , houve redução da toxidez. O suprimento combinado de NH4+ e NO3- aumentou a produção de biomassa em relação ao NH4+ suprido isoladamente. O sistema radicular do arroz cresceu basicamente na camada de 0-10 cm dos cultivares testados, e o maior comprimento ocorreu no tratamento NH4+ 75:25 NO3- para a IRGA 417. O NH4+ afetou negativamente a absorção do Ca, porém não teve efeito sobre a absorção de N, Mg e K. O N, K e Ca total absorvidos indicam maior eficiência de absorção com o suprimento combinado das duas fontes de N no cultivar IRGA 417, porém sem diferença para Sasanishiki. Assim, conclui-se que o NH4+ é tóxico para o arroz em concentrações elevadas. A presença de NO3- é imprescindível para aumentar a absorção de N, melhorando o crescimento e desenvolvimento da planta e a absorção de cátions.<br>In rice cultivated under flooded conditions, the anaerobic condition favors the formation of NH4+ in the soil, and is therefore considered the main available N source for this crop. However, the process of O2 transport through the aerenchyma and its release by roots, create a favorable environment for nitrification in the plant rizosphere. Nitrification intensity determines the proportions between available NH4+ and NO3- . In this case, it is believed that the presence of NO3- can favor rice growth and simultaneously avoid NH4+ toxicity. This experiment was carried out to evaluate the effect of different proportions between NH4+ and NO3- in nutrient solution on rice growth. The experiment was performed in a greenhouse, from September to November 2007, in a nutrient solution with the following NH4+ and NO3- proportions: 100:0, 75:25 and 25:75, in a 10.0 mmol L-1 N concentration. The plots were fulfilled with a inert substrate to create conditions to root growth. The genotypes IRGA 417 and Sasanishiki were compared and the biomass production, root length, root distribution and the N, Ca, Mg and K uptake were evaluated. The presence of NH4+ in the 100:0, 75:25 proportions resulted in plant toxicity, however, as the NO3- proportion increased, toxicity was reduced. The combined supply of NH4+ and NO3- increased biomass production compared to solely NH4+ supply. The rice root system of the two cultivars developed mainly in the 0-10 cm layer and the - greatest root length was observed in the treatment NH4+ 75:25 NO3- for IRGA 417. The presence of NH4+ in soil solution affected negatively calcium absorption, whereas no affect was observed on N, Mg or K absorption. The total absorbed N, K, and Ca indicated a higher absorption efficiency with the combined supply for IRGA 417, but for cultivar Sasanishiki no differences were verified. It was concluded that NH4+ is toxic to rice plants, and is not the main available source of nitrogen. Nitrate is indispensable to increase the N uptake, normal plant growth and total cation absorption