Regulatorji rasti rastlin (PGR)so stroškovno učinkovit način za izboljšanje obrambe rastlin v stresnih razmerah. Ta študija je preučevala sposobnost dvehPGR-ji, tiouree (TU) in arginina (Arg) za lajšanje stresa zaradi soli pri pšenici. Rezultati so pokazali, da lahko TU in Arg, zlasti če se uporabljata skupaj, uravnavata rast rastlin v stresnih razmerah zaradi soli. Njihova obdelava je znatno povečala aktivnost antioksidativnih encimov, hkrati pa zmanjšala raven reaktivnih kisikovih spojin (ROS), malondialdehida (MDA) in relativnega uhajanja elektrolitov (REL) v pšeničnih sadikih. Poleg tega sta ta obdelava znatno zmanjšala koncentraciji Na+ in Ca2+ ter razmerje Na+/K+, hkrati pa znatno povečala koncentracijo K+, s čimer se je ohranilo ionsko-osmotsko ravnovesje. Še pomembneje je, da sta TU in Arg znatno povečala vsebnost klorofila, neto hitrost fotosinteze in hitrost izmenjave plinov v pšeničnih sadikih v stresnih razmerah zaradi soli. TU in Arg, uporabljena samostojno ali v kombinaciji, sta lahko povečala kopičenje suhe snovi za 9,03–47,45 %, povečanje pa je bilo največje, če sta bila uporabljena skupaj. Skratka, ta študija poudarja, da je ohranjanje redoks homeostaze in ionskega ravnovesja pomembno za povečanje tolerance rastlin na stres zaradi soli. Poleg tega sta bila TU in Arg priporočena kot potencialnaregulatorji rasti rastlin,še posebej, če se uporabljata skupaj, za povečanje pridelka pšenice.
Hitre spremembe podnebja in kmetijskih praks povečujejo degradacijo kmetijskih ekosistemov1. Ena najresnejših posledic je zasoljevanje zemljišč, ki ogroža svetovno prehransko varnost2. Zasoljevanje trenutno prizadene približno 20 % obdelovalnih zemljišč po vsem svetu, ta številka pa bi se lahko do leta 2050 povečala na 50 %3. Stres zaradi soli in alkalij lahko povzroči osmotski stres v koreninah poljščin, kar poruši ionsko ravnovesje v rastlini4. Takšne neugodne razmere lahko vodijo tudi do pospešene razgradnje klorofila, zmanjšane stopnje fotosinteze in presnovnih motenj, kar na koncu povzroči zmanjšan pridelek rastlin5,6. Poleg tega je pogost resen učinek povečana tvorba reaktivnih kisikovih spojin (ROS), ki lahko povzročijo oksidativno škodo na različnih biomolekulah, vključno z DNK, beljakovinami in lipidi7.
Pšenica (Triticum aestivum) je ena najpomembnejših žitnih poljščin na svetu. Ni le najbolj razširjena žitna poljščina, temveč tudi pomembna komercialna poljščina8. Vendar je pšenica občutljiva na sol, ki lahko zavre njeno rast, moti njene fiziološke in biokemične procese ter znatno zmanjša njen pridelek. Glavne strategije za ublažitev učinkov stresa zaradi soli vključujejo gensko modifikacijo in uporabo regulatorjev rasti rastlin. Gensko spremenjeni organizmi (GS) so uporaba urejanja genov in drugih tehnik za razvoj sort pšenice, odpornih na sol9,10. Po drugi strani pa regulatorji rasti rastlin povečajo toleranco pšenice na sol z uravnavanjem fizioloških aktivnosti in ravni snovi, povezanih s soljo, s čimer ublažijo škodo zaradi stresa11. Ti regulatorji so na splošno bolj sprejeti in se pogosto uporabljajo kot transgeni pristopi. Lahko povečajo toleranco rastlin na različne abiotske strese, kot so slanost, suša in težke kovine, ter spodbujajo kalitev semen, absorpcijo hranil in reproduktivno rast, s čimer povečajo pridelek in kakovost pridelka.12 Regulatorji rasti rastlin so ključnega pomena za zagotavljanje rasti in ohranjanje pridelka ter kakovosti zaradi svoje okolju prijaznosti, enostavne uporabe, stroškovne učinkovitosti in praktičnosti. 13 Ker pa imajo ti modulatorji podobne mehanizme delovanja, uporaba enega samega morda ne bo učinkovita. Iskanje kombinacije regulatorjev rasti, ki lahko izboljša toleranco pšenice na sol, je ključnega pomena za žlahtnjenje pšenice v neugodnih pogojih, povečanje pridelka in zagotavljanje prehranske varnosti.
Ni študij, ki bi preučevale kombinirano uporabo TU in Arg. Ni jasno, ali lahko ta inovativna kombinacija sinergijsko spodbuja rast pšenice v stresnih razmerah zaradi soli. Zato je bil cilj te študije ugotoviti, ali lahko ta dva regulatorja rasti sinergijsko ublažita škodljive učinke stresa zaradi soli na pšenico. V ta namen smo izvedli kratkotrajni hidroponični poskus gojenja sadik pšenice, da bi raziskali koristi kombinirane uporabe TU in Arg na pšenici v stresnih razmerah zaradi soli, s poudarkom na redoks in ionskem ravnovesju rastlin. Postavili smo hipotezo, da bi kombinacija TU in Arg lahko sinergistično delovala pri zmanjševanju oksidativne škode, ki jo povzroča stres zaradi soli, in pri obvladovanju ionskega neravnovesja, s čimer bi se povečala toleranca na sol pri pšenici.
Vsebnost MDA v vzorcih je bila določena z metodo s tiobarbiturno kislino. Natančno stehtajte 0,1 g svežega vzorčnega praška, ga ekstrahirajte z 1 ml 10 % trikloroocetne kisline 10 minut, centrifugirajte pri 10.000 g 20 minut in zberite supernatant. Ekstrakt zmešajte z enakim volumnom 0,75 % tiobarbiturne kisline in inkubirajte pri 100 °C 15 minut. Po inkubaciji supernatant zberite s centrifugiranjem in izmerite vrednosti optične gostote (OD) pri 450 nm, 532 nm in 600 nm. Koncentracija MDA je bila izračunana na naslednji način:
Podobno kot pri 3-dnevnem tretiranju je tudi uporaba Arg in Tu znatno povečala aktivnost antioksidativnih encimov pšeničnih sadik pri 6-dnevnem tretiranju. Kombinacija TU in Arg je bila še vedno najučinkovitejša. Vendar pa je 6 dni po tretiranju aktivnost štirih antioksidativnih encimov pri različnih pogojih tretiranja pokazala padajoči trend v primerjavi s 3 dnevi po tretiranju (slika 6).
Fotosinteza je osnova kopičenja suhe snovi v rastlinah in se pojavlja v kloroplastih, ki so izjemno občutljivi na sol. Stres zaradi soli lahko povzroči oksidacijo plazemske membrane, motnje celičnega osmotskega ravnovesja, poškodbe ultrastrukture kloroplastov36, povzroči razgradnjo klorofila, zmanjša aktivnost encimov Calvinovega cikla (vključno z Rubisco) in zmanjša prenos elektronov iz PS II v PS I37. Poleg tega lahko stres zaradi soli povzroči zapiranje listnih rež, s čimer zmanjša koncentracijo CO2 v listih in zavira fotosintezo38. Naši rezultati so potrdili prejšnje ugotovitve, da stres zaradi soli zmanjša prevodnost listnih rež pri pšenici, kar povzroči zmanjšano hitrost transpiracije v listih in znotrajcelično koncentracijo CO2, kar na koncu vodi do zmanjšane fotosintetske sposobnosti in zmanjšane biomase pšenice (sliki 1 in 3). Omeniti velja, da lahko uporaba TU in Arg poveča fotosintetsko učinkovitost pšeničnih rastlin pod stresom zaradi soli. Izboljšanje fotosintetske učinkovitosti je bilo še posebej pomembno, ko sta bila TU in Arg uporabljena hkrati (slika 3). To je lahko posledica dejstva, da TU in Arg uravnavata odpiranje in zapiranje listnih rež, s čimer povečata fotosintetsko učinkovitost, kar potrjujejo tudi prejšnje študije. Na primer, Bencarti in sodelavci so ugotovili, da je TU pod stresom zaradi soli znatno povečal prevodnost listnih rež, hitrost asimilacije CO2 in največjo kvantno učinkovitost fotokemije PSII pri Atriplex portulacoides L.39. Čeprav ni neposrednih poročil, ki bi dokazovala, da lahko Arg uravnava odpiranje in zapiranje listnih rež pri rastlinah, izpostavljenih stresu zaradi soli, so Silveira in sodelavci navedli, da lahko Arg spodbuja izmenjavo plinov v listih v sušnih razmerah22.
Če povzamemo, ta študija poudarja, da lahko TU in Arg kljub različnim mehanizmom delovanja in fizikalno-kemijskim lastnostim zagotovita primerljivo odpornost na stres zaradi NaCl pri pšeničnih kalicah, zlasti če se uporabljata skupaj. Uporaba TU in Arg lahko aktivira antioksidativni encimski obrambni sistem pšeničnih kalic, zmanjša vsebnost ROS in ohrani stabilnost membranskih lipidov, s čimer se ohrani fotosinteza in ravnovesje Na+/K+ v kalicah. Vendar pa ima ta študija tudi omejitve; čeprav je bil sinergistični učinek TU in Arg potrjen in njegov fiziološki mehanizem do neke mere pojasnjen, ostaja bolj kompleksen molekularni mehanizem nejasen. Zato je potrebna nadaljnja študija sinergističnega mehanizma TU in Arg z uporabo transkriptomskih, metabolomskih in drugih metod.
Nabori podatkov, uporabljeni in/ali analizirani med trenutno študijo, so na voljo pri ustreznem avtorju na razumno zahtevo.
Čas objave: 19. maj 2025