Effects of drought stress and rehydration on physiological characteristics such as stomatal structure and endogenous hormones in wild and cultivated Indigofera bungeana lines

doi:10.11686/cyxb2025383

Abstract

Abstract:

The aim of this study was to quantify and compare the physiological and biochemical responses between wild and cultivated Indigofera bungeana lines under drought stress and rehydration. Wild and cultivated varieties of I. bungeana were subjected to a progressive drought stress treatment for 3， 6， 10 and 13 days， imposed by controlling the water level in pots， followed by rehydration for 2 and 7 days. We conducted a comparative analysis based on multiple physiological and biochemical indicators， including biomass accumulation， stomatal morphology， leaf relative water content （RWC）， cell membrane stability， antioxidant indexes ［catalase （CAT） activity and hydrogen peroxide （H₂O₂） content］， and the contents of endogenous hormones ［auxin （IAA）， ethylene （ETH）， abscisic acid （ABA）］. The main results were as follows： 1） Under drought stress， compared with CK， the total biomass， stomatal density and aperture， leaf RWC， and ETH content decreased， whereas leaf relative electrical conductivity （REC）， CAT activity， and IAA and ABA contents increased. Under drought stress， total chlorophyll and leaf H₂O₂ contents decreased in the wild variety， while root H₂O₂ contents increased. In contrast， both total chlorophyll and H₂O₂ contents increased under drought stress in the cultivated variety. 2） After rehydration， all indexes gradually returned to the control level， indicating that the plants were capable of compensatory growth after drought. 3） Correlation analyses revealed extremely significant positive correlations （P<0.01） between stomatal density and leaf RWC， chlorophyll content， H₂O₂ content， hormone contents， REC， and CAT activity in the two varieties of I. bungeana. In a principal component analysis， the first principal component （PC1） accounted for 57.6% of the variance， and was predominantly characterized by high loadings of ABA， IAA， H₂O₂ contents， and stomatal aperture； the second principal component （PC2） explained 20.9% of the variance， and was mainly associated with leaf RWC and CAT activity. These results show that both varieties of I. bungeana reduced the rate of water loss under drought stress by regulating stomatal structure， activating their antioxidant defense system and endogenous hormone signaling pathways and maintaining membrane stability， as resistance responses to drought stress. Of the tested varieties， the cultivated variety showed more significant responses of the various indexes to drought stress， demonstrating stronger drought adaptability.

Key words: Indigofera bungeana, drought and rehydration, stomatal morphology, cell membrane stability, endogenous hormones

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Figures/Tables 7

Fig.1 Effects of drought stress and rehydration on the total biomass of two species of I. bungeana

Fig.2 Effects of drought stress and rehydration on stomatal density and aperture of two species of I. bungeana

Fig.3 Effects of drought stress and rehydration on chlorophyll contents of two species of I. bungeana

Fig.4 Effects of drought stress and rehydration on the leaf relative electrical conductivity and relative water content of two species of I. bungeana

Fig.5 Effects of drought stress and rehydration on H2O2 contents and catalase activity of two species of I. bungeana

Fig.6 Effects of drought stress and rehydration on endogenous hormones contents of two species of I. bungeana

Fig.7 Correlation and principal component analysis of each index among two I. bungeana speciesunder drought stress and rehydration conditions

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