Növénynövekedés-szabályozók (PGR-ek)költséghatékony módja a növények védekezőképességének fokozására stresszes körülmények között. Ez a tanulmány két növény azon képességét vizsgálta,PGR-ek, tiourea (TU) és arginin (Arg) a búza sóstresszének enyhítésére. Az eredmények azt mutatták, hogy a TU és az Arg, különösen együttes alkalmazás esetén, szabályozni tudta a növények növekedését sóstressz alatt. Kezeléseik jelentősen növelték az antioxidáns enzimek aktivitását, miközben csökkentették a reaktív oxigénfajták (ROS), a malondialdehid (MDA) szintjét és a relatív elektrolitszivárgást (REL) a búza palántákban. Ezenkívül ezek a kezelések jelentősen csökkentették a Na+ és Ca2+ koncentrációkat, valamint a Na+/K+ arányt, miközben jelentősen növelték a K+ koncentrációt, ezáltal fenntartva az ionozmotikus egyensúlyt. Ami még fontosabb, a TU és az Arg jelentősen növelte a búza palánták klorofilltartalmát, nettó fotoszintézis sebességét és gázcsere sebességét sóstressz alatt. A TU és az Arg önmagukban vagy kombinációban alkalmazva 9,03–47,45%-kal növelhette a szárazanyag-felhalmozódást, és a növekedés akkor volt a legnagyobb, amikor együtt alkalmazták őket. Összefoglalva, ez a tanulmány kiemeli, hogy a redox homeosztázis és az ionegyensúly fenntartása fontos a növények sóstresszel szembeni toleranciájának fokozásához. Ezenkívül a TU-t és az Arg-ot potenciálisnövényi növekedésszabályozók,különösen együttes használat esetén a búzahozam növelése érdekében.
Az éghajlat és a mezőgazdasági gyakorlatok gyors változásai fokozzák a mezőgazdasági ökoszisztémák degradációját1. Az egyik legsúlyosabb következmény a talajok szikesedése, amely veszélyezteti a globális élelmezésbiztonságot2. A szikesedés jelenleg a szántóföldek mintegy 20%-át érinti világszerte, és ez a szám 2050-re 50%-ra is emelkedhet3. A só-lúg stressz ozmotikus stresszt okozhat a növények gyökereiben, ami felborítja a növény ionegyensúlyát4. Az ilyen kedvezőtlen körülmények felgyorsult klorofill lebomláshoz, csökkent fotoszintézis sebességhez és anyagcserezavarokhoz is vezethetnek, ami végső soron a növényi hozamok csökkenéséhez vezet5,6. Ezenkívül egy gyakori súlyos hatás a reaktív oxigénfajták (ROS) fokozott termelődése, amely oxidatív károsodást okozhat különböző biomolekulákban, beleértve a DNS-t, a fehérjéket és a lipideket7.
A búza (Triticum aestivum) a világ egyik legfontosabb gabonanövénye. Nemcsak a legszélesebb körben termesztett gabonanövény, hanem fontos kereskedelmi növény is8. A búza azonban érzékeny a sóra, ami gátolhatja a növekedését, megzavarhatja fiziológiai és biokémiai folyamatait, és jelentősen csökkentheti a terméshozamát. A sóstressz hatásainak enyhítésére szolgáló fő stratégiák közé tartozik a genetikai módosítás és a növényi növekedésszabályozók használata. A géntechnológiával módosított szervezetek (GM) a génszerkesztés és más technikák alkalmazása a sótűrő búzafajták kifejlesztésére9,10. Másrészt a növényi növekedésszabályozók fokozzák a búza sótűrő képességét azáltal, hogy szabályozzák a fiziológiai aktivitásokat és a sóval kapcsolatos anyagok szintjét, ezáltal enyhítve a stressz okozta károkat11. Ezek a szabályozók általában elfogadottabbak és szélesebb körben használtak, mint a transzgénikus megközelítések. Növelhetik a növények toleranciáját a különböző abiotikus stresszekkel, például a sótartalommal, az aszállyal és a nehézfémekkel szemben, és elősegíthetik a magok csírázását, a tápanyagfelvételt és a reproduktív növekedést, ezáltal növelve a terméshozamot és a minőséget.12 A növényi növekedésszabályozók kritikus fontosságúak a növények növekedésének biztosításához, valamint a terméshozam és a minőség fenntartásához környezetbarátságuk, könnyű használatuk, költséghatékonyságuk és praktikumuk miatt. 13 Mivel azonban ezek a modulátorok hasonló hatásmechanizmussal rendelkeznek, az egyik önmagában történő alkalmazása nem biztos, hogy hatékony. A búza sótoleranciáját javító növekedésszabályozók kombinációjának megtalálása kritikus fontosságú a kedvezőtlen körülmények közötti búzanemesítéshez, a hozamok növeléséhez és az élelmiszerbiztonság garantálásához.
Nincsenek olyan tanulmányok, amelyek a TU és az Arg kombinált alkalmazását vizsgálták volna. Nem világos, hogy ez az innovatív kombináció szinergikusan elősegítheti-e a búza növekedését sóstressz alatt. Ezért a tanulmány célja annak meghatározása volt, hogy ez a két növekedésszabályozó szinergikusan enyhítheti-e a sóstressz búzára gyakorolt káros hatásait. Ennek érdekében egy rövid távú hidroponikus búza palántakísérletet végeztünk, hogy megvizsgáljuk a TU és az Arg kombinált alkalmazásának előnyeit a búzánál sóstressz alatt, a növények redox és ionegyensúlyára összpontosítva. Azt feltételeztük, hogy a TU és az Arg kombinációja szinergikusan működhet a sóstressz által kiváltott oxidatív károsodás csökkentésében és az ionegyensúly szabályozásában, ezáltal javítva a búza sótoleranciáját.
A minták MDA-tartalmát tiobarbitursavas módszerrel határoztuk meg. Pontosan mérjünk ki 0,1 g friss mintaport, extraháljuk 1 ml 10%-os triklór-ecetsavval 10 percig, centrifugáljuk 10 000 g-vel 20 percig, és gyűjtsük össze a felülúszót. Az extraktumot azonos térfogatú 0,75%-os tiobarbitursavval keverjük össze, és 100 °C-on inkubáljuk 15 percig. Az inkubálás után a felülúszót centrifugálással összegyűjtjük, és megmérjük az OD-értékeket 450 nm, 532 nm és 600 nm hullámhosszon. Az MDA-koncentrációt a következőképpen számítjuk ki:
A 3 napos kezeléshez hasonlóan az Arg és a Tu alkalmazása is jelentősen növelte a búzapalánták antioxidáns enzimaktivitását a 6 napos kezelés alatt. A TU és az Arg kombinációja volt továbbra is a leghatékonyabb. A kezelés után 6 nappal azonban a négy antioxidáns enzim aktivitása különböző kezelési körülmények között csökkenő tendenciát mutatott a kezelés utáni 3 naphoz képest (6. ábra).
A fotoszintézis a növények szárazanyag-felhalmozódásának alapja, és kloroplasztokban megy végbe, amelyek rendkívül érzékenyek a sóra. A sóstressz a plazmamembrán oxidációjához, a sejtek ozmotikus egyensúlyának felborulásához, a kloroplaszt ultrastruktúrájának károsodásához vezethet36, klorofill lebomlását okozhatja, csökkentheti a Calvin-ciklus enzimek (beleértve a Rubisco-t is) aktivitását, és csökkentheti az elektronátvitelt a PS II-ről a PS I-re37. Ezenkívül a sóstressz sztómazáródást okozhat, ezáltal csökkentve a levél CO2-koncentrációját és gátolva a fotoszintézist38. Eredményeink megerősítették a korábbi eredményeket, miszerint a sóstressz csökkenti a búza sztómavezető képességét, ami a levél párologtatási sebességének és az intracelluláris CO2-koncentráció csökkenéséhez vezet, ami végső soron a fotoszintetikus kapacitás csökkenéséhez és a búza biomasszájának csökkenéséhez vezet (1. és 3. ábra). Figyelemre méltó, hogy a TU és az Arg alkalmazása fokozhatja a búza növények fotoszintetikus hatékonyságát sóstressz alatt. A fotoszintetikus hatékonyság javulása különösen jelentős volt, amikor a TU-t és az Arg-ot egyidejűleg alkalmazták (3. ábra). Ez annak a ténynek tudható be, hogy a TU és az Arg szabályozza a sztómanyílások nyitódását és záródását, ezáltal fokozva a fotoszintetikus hatékonyságot, amit a korábbi tanulmányok is alátámasztanak. Például Bencarti és munkatársai kimutatták, hogy sóstressz alatt a TU jelentősen növelte a sztómavezető képességet, a CO2-asszimilációs sebességet és a PSII fotokémia maximális kvantumhatékonyságát az Atriplex portulacoides L.39-ben. Bár nincsenek közvetlen jelentések, amelyek bizonyítanák, hogy az Arg szabályozhatja a sztómanyílások nyílását és záródását a sóstressznek kitett növényekben, Silveira és munkatársai kimutatták, hogy az Arg elősegítheti a gázcserét a levelekben aszályos körülmények között22.
Összefoglalva, ez a tanulmány kiemeli, hogy eltérő hatásmechanizmusaik és fizikai-kémiai tulajdonságaik ellenére a TU és az Arg összehasonlítható ellenállást biztosíthat a búza palánták NaCl-stresszel szemben, különösen együttes alkalmazás esetén. A TU és az Arg alkalmazása aktiválhatja a búza palánták antioxidáns enzimvédelmi rendszerét, csökkentheti a ROS-tartalmat, és fenntarthatja a membránlipidek stabilitását, ezáltal fenntartva a fotoszintézist és a Na+/K+ egyensúlyt a palántákban. Ennek a tanulmánynak azonban vannak korlátai is; bár a TU és az Arg szinergikus hatását megerősítették, és fiziológiai mechanizmusát bizonyos mértékig tisztázták, a bonyolultabb molekuláris mechanizmus továbbra sem tisztázott. Ezért a TU és az Arg szinergikus mechanizmusának további vizsgálata szükséges transzkriptomikai, metabolomikai és egyéb módszerekkel.
A jelenlegi tanulmány során felhasznált és/vagy elemzett adatkészletek ésszerű kérésre a levelező szerzőtől elérhetők.
Közzététel ideje: 2025. május 19.