Improving drought tolerance of Opuntia ficus-indica under field using subsurface water retention technology: changes in physiological and biochemical parameters

Abstract

Abstract The prickly pear (Opuntia ficus-indica) is an essential economic and ecological medicinal plant in arid and semi-arid areas, especially in Morocco, where water scarcity affects its survival and growth. Evidence suggests that subsurface water retention technology (SWRT) may enhance crops’ drought resistance. A field experiment was conducted to explore SWRT application effects on cactus cladodes’ growth and physiological and biochemical performance under drought conditions. Two water regimes were applied (rainfed conditions; irrigated with 4 L of water twice a week) with two treatments (without SWRT; with SWRT). The results showed that cactus cladodes’ growth and physiological and biochemical parameters cultivated for 8 months were negatively affected by drought. Drought-exposed cactus cladodes under SWRT application showed an increase in surface area and cladode stomatal densities by 65% and 29%, respectively, compared with no SWRT. This technology reduced drought-induced oxidative stress by mitigating malondialdehyde and hydrogen peroxide excess by 22% and 17%, respectively. Moreover, lower levels of enzymatic and nonenzymatic antioxidant activities were concluded, and soil organic matter and assimilable phosphorus contents were enhanced. In conclusion, our findings highlighted SWRT’s positive impacts on the tested parameters, thus presenting it as a promising technology for cactus growth and development improvement under water deficiency. Résumé La figue de barbarie (Opuntia ficus-indica) est une plante médicinale indispensable à l’économie et à l’écologie des régions arides et semi-arides, surtout au Maroc, où le manque d’eau en affecte la survie et la croissance. Apparemment, les techniques de rétention souterraine de l’eau (TRSE) pourraient rendre cette culture plus résistante à la sécheresse. Les auteurs ont procédé à une expérience sur le terrain afin de préciser les effets de telles techniques sur la croissance des cladodes du cactus, ainsi que sur leur performance physiologique et biochimique en période de sécheresse. Dans cette optique, ils ont combiné deux régimes hydriques (culture sèche, irrigation avec quatre litres d’eau deux fois par semaine) à deux traitements (TRSE ou pas). Les résultats de l’expérience indiquent que la sécheresse a une incidence négative sur la croissance ainsi que sur les paramètres physiologiques et biochimiques des cladodes après huit mois de culture. Les cladodes exposés au régime sec avec TRSE présentaient une plus grande surface (65 %) et des stomates plus denses (29 %) que ceux des cactus cultivés sans TRSE. La rétention souterraine d’eau réduit le stress oxydatif causé par la sécheresse en diminuant respectivement l’excédent de malonaldéhyde et de peroxyde d’hydrogène de 22 % et de 17 %. Les auteurs ont aussi relevé une baisse de l’activité des antioxydants, enzymatiques ou pas, parallèlement à une hausse de la quantité de matière organique et de phosphore assimilable présents dans le sol. Ils en concluent que les TRSE ont un impact positif sur les paramètres examinés et que ces techniques pourraient améliorer la croissance ainsi que le développement du cactus quand il y a pénurie d’eau. [Traduction par la Rédaction]