Water stress is notably a critical environmental condition restricting plant growth and economic outputs in semi-arid and arid environments. In a pot experiment, we explored the potential function of α-tocopherol (α-toc) and/or ascorbic acid (AsA) on the agronomic and physio-biochemical features of oat grown in water-scarce conditions. Drought duration significantly reduced the soil electrical conductivity and pH but increased the soil temperature, influencing the nutrient availability and uptake. For example, post-drought (25 days) soil analysis indicated that electrical conductivity decreased from 597 to 306 mS/m, total dissolved solids from 298 to 153 mg/L, and pH from 7.5 to 6.3 in 25 days of drought. Further, the drought-stressed leaves also contained significantly lower metabolites, such as proline, protein, sugar, and glycine betaine, than the control leaves, indicating impaired plant defense mechanisms. Significantly increased enzymatic antioxidants in leaves (e.g., superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, and peroxidase) suggested the inability of oat plants to overcome drought-induced oxidative damage. In contrast, AsA and/or α-toc significantly amplified the seed germination rates and plant growth. Taken together, our results demonstrate that AsA and α-toc have the capability to mitigate adverse effects of drought conditions on oat plants by improving leaf relative water contents, photosynthetic pigments, and the antioxidant defense system.

Abstract Radish ( Raphanus sativus L.), a representative of the Brassicaceae family, is an extensively cultivated root vegetable across the world. Thermal time (TT), hydro time (HT), and hydrothermal time (HTT) models can be used to characterize the response of seed germination rate to temperature (T) and water potential ( ψ ). The germination behavior of radish was investigated throughout a range of constant temperatures and water potentials to evaluate the effectiveness of hydro-thermal time model and offer a data set of germination thresholds and parameters. The study was intended to simultaneously inspect the radish seed germination (SG) pattern, base water potentials ( ψ b(50) ) and cardinal temperatures across varying temperatures ( T s ) and PEG-6000 water potentials ( Ψ s ) via the hydrothermal time (HTT) model. In a laboratory experiment Raphanus sativus L. seeds were germinated at four constant T s of 15, 20, 30 and 40 °C under four different water potentials ( ψs) of 0, − 0.2, − 0.4 and − 0.6 MPa. Germination decreased significantly at ( p ≤ 0.01) from 40% at 15 °C in − 0.2 MPa to 13% in − 0.8 MPa at 40 °C. The results also revealed that radish was more sensitive to ψ than T (p ≤ 0.01). As per the significance level of the model attributes ( R 2 : 0.527), the average cardinal temperatures were 15, 20 and 40 °C for the base ( T b ), optimal ( T o ) and ceiling ( T c ) temperatures respectively. Germination energy (GE), germination rate index (GRI), germination percentage (G%), germination index (GI), mean moisture content (MMC), seed vigor index 1 and 2 (SVI-1 and SVI-2), were recorded maximum in control condition at 15 and 20 °C and minimum at − 0.8 MPa at 40 °C. The model applied here, and its attributes, may be used as a prediction tool in different SG simulation studies, each with its own set of strengths and drawbacks. The hydrothermal constant investigates the interaction influence of T and ψ on germination under diverse ecological settings using germination data, cardinal temperatures, and statistical analysis.

Cereal crops are essential for providing essential nutrients and energy in the daily human diet. Additionally, they have a crucial role as a significant constituent of cattle feed, hence enhancing meat production. Drought, being an abiotic stressor, adversely affects the growth and yield of numerous crops on a global scale. This issue poses a significant and pressing obstacle to maintaining global cereal crop production and ensuring food security. Nanoparticles have become a valuable resource for improving cereal crop yield and productivity under ongoing rapid climate change and escalating drought conditions. Among these, silica nanoparticles (SiNPs) have demonstrated their potential for agricultural applications in regions with limited water availability. Drought stress has detrimental effects on cereal crops, impacting their growth, metabolic, and physiological processes, hampering water and nutrient absorption, disrupting cellular membranes, damaging the photosynthetic apparatus, and reducing antioxidant activities by altering gene expression. SiNPs help preserve cellular membranes, regulate water balance, and improve water and nutrient absorption, resulting in a substantial enhancement in plant growth under water-deficit conditions. SiNPs also protect the photosynthetic system and enhance its efficiency, facilitate the accumulation of phenolics, hormones, osmolytes, antioxidant activities, and gene expression, thus empowering plants with increased resistance to drought stress. Moreover, SiNPs decrease leaf water loss by promoting stomatal closure, primarily by fostering the accumulation of abscisic acid (ABA) and mitigating oxidative stress damage by activating the antioxidant defence system and reducing reactive oxygen species (ROS). However, a limited number of studies examine the role of SiNPs in cereal crops under drought stress conditions. In this review, we highlighted the promising potential of SiNPs to improve cereal crop resilience by changing morpho-histological traits, antioxidant properties, and gene expression to maintain food security in drought-prone areas. This study will aid researchers in using SiNPs as an environmentally benign way to improving drought resistance in cereal crops in order to fulfill global food supply needs.

Drought has a direct impact on rice growth performance at various stages. Nevertheless, the impact of nanoparticles on the rice seedlings under drought stress remained limited. Thus, a laboratory experiment was conducted to investigate the effects of different concentrations (300, 600, and 900 mg/L) of silica nanoparticles (SiNPs) on morpho-histological and biochemical features of two rice varieties (UMT-R and MR219) under drought stress (15 % PEG). The findings indicated a substantial reduction due to drought stress in the growth, protein, and antioxidant enzymes, while increasing the proline, malondialdehyde (MDA), and hydrogen peroxide (H2O2) content, and negatively affecting the root histology. Results showed that SiNPs at 600 mg/L were managed to improve plant growth, root vigour, and enzymatic antioxidant levels. Under SiNPs treated plants, among UMT-R and MR219, the proline (1.947 and 1.748 in leaves, 2.010 and 1.890 U/mg protein in roots), peroxidase (POD) (2.850 and 3.512 in leaves, 2.521 and 2.952 U/mg protein in roots), superoxide dismutase (SOD) (3.958 and 4.558 in leaves, 4.296 and 4.606 U/mg protein in roots), and catalase (CAT) (2.171 and 2.289 in leaves, 1.897 and 2.050 U/mg protein in roots) were higher than the drought stress conditions. Meanwhile, the nonenzymatic antioxidant, MDA (0.974 and 0.812 in leaves, 0.842 and 0.778 U/mg Protein in roots), and H2O2 (1.378 and 1.229 in leaves, 1.280 and 1.054 U/mg Protein in roots) showed an opposite trend. SiNPs application noticeably enhanced the histological features of roots under drought conditions. The current findings suggested that SiNPs at 600 mg/L can mitigate the adverse impacts of drought stress and enhance the plant's resistance. Further study should be carried out on the reproductive stage and post-harvest performance of drought-stress rice treated with SiNPs.