Investigation of the effects of foliar amino acid, melatonin and potassium applications on spinach cultivar under water stress

Abstract

The main objective of this study is to explore the potential benefits of exogenous supplements of asparagine (Asn), phenylalanine (Phe), melatonin (Mel), and potassium nitrate (KNO3) in mitigating the effects of water deficiency (WD) on spinach. The improvement effects of four chemicals on WD-stressed seedlings were assessed by comparing growth rate traits, chlorophyll, secondary metabolites, nitrogenous compounds, mineral contents and variations in antioxidant enzyme activity. According to the results, the growth rate traits of seedlings were reduced with WD stress, but the exogenous supplements of Asn, Phe, Melatonin, and KNO3 alleviated the suppressing effect of drought on growth parameters. Supplements of four stimulants led to a marked boost in the content of chlorophyll, lutein, anthocyanin, phenolic compounds, flavonoids, proline, and glycine betaine (GB) in the WD-stressed seedlings compared to the control. Moreover, these substances suppressed the generation of malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H2O2) in seedlings under WD stress but caused a significant enhancement in polyphenol oxidase (PPO), ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT), peroxidase (POD) and superoxide dismutase SOD) activities. The WD stress reduced magnesium (Mg), calcium (Ca), manganese (Mn) and iron (Fe) levels, but boosted the accumulation of potassium (K), phosphorus (P), sulfur (S), nickel (Ni), copper (Cu) and zinc (Zn) levels. Considering all data, it can be said that an exogenous supply of Asn, Phe, Mel and KNO3 to the Acosta spinach variety exposed to WD stress made a significant contribution to increasing yield and nutritional quality by preventing oxidative stress and strengthening enzymatic and non-enzymatic defences.

Bu çalışmanın temel amacı, su eksikliği stresinin (WD) ıspanak üzerindeki etkilerini hafifletmede asparajin (Asn), fenilalanin (Phe), melatonin (Mel) ve potasyum nitrat (KNO3) ekzogen uygulamalarının potansiyel faydalarını araştırmaktır. Bu dört kimyasalın kuraklık stresindeki fideler üzerindeki iyileştirici etkileri, büyüme hızı özellikleri, klorofil, ikincil metabolitler, azotlu bileşikler, mineral içerikleri ve antioksidan enzim aktivitesindeki değişimler karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlara göre, WD uygulamasıyla ıspanak fidelerinin büyüme hızı özellikleri azalmış ancak Asn, Phe, Mel ve KNO3 ilaveleri kuraklığın büyüme parametreleri üzerindeki baskılayıcı etkisini hafifletmiştir. Dört uyarıcının uygulaması, WD stresine maruz bırakılan fidelerde kontrole kıyasla klorofil, lutein, antosiyanin, fenolik bileşikler, flavonoidler, prolin ve glisinbetain (GB) içeriğinde önemli bir artışa yol açmıştır. Ayrıca bu uyarıcılar WD stresi altındaki fidelerde malondialdehit (MDA) ve hidroejen peroksit (H2O2) üretimini baskılamış ancak polifenol oksidaz (PPO), askorbat peroksidaz (APX), katalaz (CAT), proksidaz (POD) ve süperoksit dismutaz (SOD) aktivitelerinde önemli bir artışa neden olmuştur. WD uygulamasıyla magnezyum (Mg), kalsiyum (Ca), mangan (Mn) vedemir (Fe) düzeyleri azalırken, potasyum (K), fosfor (P), sülfür (S), nikel (Ni), bakır (Cu) çinko (Zn) düzeyleri artırmıştır. Veriler değerlendirildiğinde, su eksikliği stresine maruz kalan Acosta ıspanak çeşidine dışarıdan Asn, Phe, Mel ve KNO3 verilmesinin, oksidatif stresi önleyerek, enzimatik ve enzimatik olmayan savunma mekanizmasını güçlendirerek verim ve besin kalitesinin artmasına önemli katkı sağladığı söylenebilir.