Potassium Nitrate Treatment Is Associated with Modulation of Seed Water Uptake, Antioxidative Metabolism and Phytohormone Levels of Pea Seedlings

Abstract

(1) Background: Seed treatment with potassium nitrate (KNO3) has been associated with dormancy breaking, improved germination and enhanced seedling growth and uniformity in a variety of plant species. However, the KNO3 effect seems to be dependent on plant species and treatment conditions. (2) Methods: We describe the effect of incubation of dry pea seeds with different KNO3 concentration on water uptake kinetic, early seedling growth, antioxidant metabolism and hormone profile in pea seedlings. (3) Results: Low (0.25 mM) KNO3 levels increased seedling water uptake and growth, whereas high (40 mM) levels decreased seedling growth. KNO3 treatment differentially affected the antioxidant defences. Low KNO3 levels maintained the activity of antioxidant enzymes, while high levels reduced the activity of H2O2-scavenging enzymes. KNO3 induced a progressive decline in ascorbate levels and reduced (GSH) and oxidised (GSSG) glutathione. Low KNO3 levels strongly increased GA1 and decreased ABA in both seedlings and cotyledons, resulting in a decline in the ABA/GAs ratio. (4) Conclusions: Pea seed treatment with a low KNO3 level promoted early seedling growth. In this process, an interaction among KNO3, antioxidant defences and ABA/GAs ratio is proposed.

(1) Antecedentes: El tratamiento de semillas con nitrato potásico (KNO3) se ha asociado con la ruptura de la dormancia, la mejora de la germinación y el aumento del crecimiento y la uniformidad de las plántulas en diversas especies vegetales. Sin embargo, el efecto del KNO3 parece depender de la especie vegetal y de las condiciones de tratamiento. (2) Métodos: Describimos el efecto de la incubación de semillas secas de guisante con diferentes concentraciones de KNO3 sobre la cinética de absorción de agua, el crecimiento temprano de las plántulas, el metabolismo antioxidante y el perfil hormonal de las plántulas de guisante. (3) Resultados: Los niveles bajos (0,25 mM) de KNO3 aumentaron la absorción de agua y el crecimiento de las plántulas, mientras que los niveles altos (40 mM) disminuyeron el crecimiento de las plántulas. El tratamiento con KNO3 afectó diferencialmente a las defensas antioxidantes. Los niveles bajos de KNO3 mantuvieron la actividad de las enzimas antioxidantes, mientras que los niveles altos redujeron la actividad de las enzimas secuestradoras de H2O2. El KNO3 indujo un descenso progresivo de los niveles de ascorbato y de glutatión reducido (GSH) y oxidado (GSSG). Los niveles bajos de KNO3 aumentaron fuertemente la GA1 y disminuyeron el ABA tanto en las plántulas como en los cotiledones, dando lugar a una disminución de la relación ABA/GAs. (4) Conclusiones: El tratamiento de semillas de guisante con un nivel bajo de KNO3 promovió el crecimiento temprano de las plántulas. En este proceso, se propone una interacción entre el KNO3, las defensas antioxidantes y la relación ABA/GAs.