Mitigation of salt stress in cowpea cultivars by brassinosteroids: physiological and antioxidant responses

Mitigación del estrés salino en cultivares de caupí mediante brasinoesteroides: respuestas fisiológicas y antioxidantes

Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) is a crucial crop for food security in tropical regions, but its productivity is severely limited by soil salinity. Brassinosteroids (BR) have emerged as promising natural regulators that can enhance plant resilience to abiotic stresses. This study aimed to evaluate the mitigating effect of BR on salt stress in two cowpea cultivars with contrasting tolerance (BRS Tapaihum, tolerant; Manteiguinha, sensitive) by analyzing physiological and biochemical parameters. A completely randomized design was employed in a 2x3x3 factorial scheme, combining two cultivars, three NaCl concentrations (0, 75, and 150 mM), and three BR concentrations (0, 0.2, and 0.4 µM). Key analyses included electrolyte leakage, leaf Na⁺ and K⁺ content, and the activity of antioxidant enzymes, alongside lipid peroxidation (MDA) assessment. Salinity stress (150 mM NaCl) significantly increased electrolyte leakage and sodium accumulation while decreasing potassium content. The activity of antioxidant enzymes was elevated under salt stress. Foliar application of BR significantly mitigated these effects by reducing Na⁺ accumulation, enhancing K⁺ retention, improving the K⁺/Na⁺ ratio, and modulating antioxidant enzyme activity, which consequently decreased oxidative membrane damage (MDA). The tolerant cultivar, BRS Tapaihum, consistently exhibited a superior response to BR application compared to the sensitive Manteiguinha. These results demonstrate that BR application effectively enhances salt stress tolerance in cowpea by improving ionic homeostasis and reinforcing the antioxidant system. This suggests its strong potential as a biostimulant for sustainable cultivation in salinity-affected areas.

El caupí (Vigna unguiculata (L.) Walp.) es un cultivo crucial para la seguridad alimentaria en las regiones tropicales, pero su productividad está severamente limitada por la salinidad del suelo. Los brasinoesteroides (BR) han emergido como prometedores reguladores naturales que pueden mejorar la resiliencia de las plantas a los estreses abióticos. Este estudio tuvo como objetivo evaluar el efecto mitigador de BR sobre el estrés salino en dos cultivares de caupí con tolerancia contrastante (BRS Tapaihum, tolerante; Manteiguinha, sensible) mediante el análisis de parámetros fisiológicos y bioquímicos. Se empleó un diseño completamente aleatorizado en un esquema factorial 2x3x3, combinando dos cultivares, tres concentraciones de NaCl (0, 75 y 150 mM) y tres concentraciones de BR (0, 0,2 y 0,4 µM). Los análisis clave incluyeron la fuga de electrolitos, el contenido de Na⁺ y K⁺ en las hojas y la actividad de las enzimas antioxidantes, junto con la evaluación de la peroxidación lipídica (MDA). El estrés salino (150 mM de NaCl) incrementó significativamente la pérdida de electrolitos y la acumulación de sodio, a la vez que disminuyó el contenido de potasio. La actividad de las enzimas antioxidantes se elevó bajo estrés salino. La aplicación foliar de BR mitigó significativamente estos efectos al reducir la acumulación de Na⁺, mejorar la retención de K⁺, mejorar la relación K⁺/Na⁺ y modular la actividad de las enzimas antioxidantes, lo que, en consecuencia, disminuyó el daño oxidativo a la membrana (DAM). El cultivar tolerante, BRS Tapaihum, mostró consistentemente una respuesta superior a la aplicación de BR en comparación con el cultivar sensible Manteiguinha. Estos resultados demuestran que la aplicación de BR mejora eficazmente la tolerancia al estrés salino en el caupí al mejorar la homeostasis iónica y reforzar el sistema antioxidante. Esto sugiere su gran potencial como bioestimulante para el cultivo sostenible en zonas afectadas por la salinidad.