Augalų augimo reguliatoriai (AGR)yra ekonomiškai efektyvus būdas sustiprinti augalų apsaugą stresinėmis sąlygomis. Šiame tyrime buvo tiriamas dviejų gebėjimasPGR, tiourea (TU) ir argininas (Arg), siekiant sumažinti druskos stresą kviečiuose. Rezultatai parodė, kad TU ir Arg, ypač naudojami kartu, gali reguliuoti augalų augimą esant druskos stresui. Jų apdorojimas žymiai padidino antioksidacinių fermentų aktyvumą, tuo pačiu sumažindamas reaktyviųjų deguonies formų (ROS), malondialdehido (MDA) ir santykinio elektrolitų nutekėjimo (REL) kiekį kviečių daiguose. Be to, šie apdorojimai žymiai sumažino Na+ ir Ca2+ koncentracijas bei Na+/K+ santykį, tuo pačiu metu žymiai padidindami K+ koncentraciją, taip palaikydami jonų-osmosinę pusiausvyrą. Dar svarbiau, kad TU ir Arg reikšmingai padidino chlorofilo kiekį, grynąjį fotosintezės greitį ir dujų mainų greitį kviečių daiguose, patiriančiuose druskos stresą. TU ir Arg, naudojami atskirai arba kartu, galėjo padidinti sausųjų medžiagų kaupimąsi 9,03–47,45 %, o padidėjimas buvo didžiausias, kai jie buvo naudojami kartu. Apibendrinant, šis tyrimas pabrėžia, kad redokso homeostazės ir jonų pusiausvyros palaikymas yra svarbus augalų atsparumui druskos stresui didinti. Be to, TU ir Arg buvo rekomenduoti kaip potencialūsaugalų augimo reguliatoriai,ypač naudojant kartu, siekiant padidinti kviečių derlių.
Sparčiai keičiantis klimatui ir žemės ūkio praktikai didėja žemės ūkio ekosistemų degradacija1. Viena iš rimčiausių pasekmių yra žemės įdruskėjimas, kuris kelia grėsmę pasauliniam aprūpinimui maistu2. Šiuo metu įdruskėjimas paveikia apie 20 % dirbamos žemės visame pasaulyje, o iki 2050 m. šis skaičius gali išaugti iki 50 %3. Druskos ir šarmų stresas gali sukelti osmosinį stresą augalų šaknyse, kuris sutrikdo jonų pusiausvyrą augale4. Tokios nepalankios sąlygos taip pat gali lemti pagreitėjusį chlorofilo skaidymąsi, sumažėjusį fotosintezės greitį ir medžiagų apykaitos sutrikimus, o tai galiausiai lemia sumažėjusį augalų derlių5,6. Be to, dažnas rimtas poveikis yra padidėjusi reaktyviųjų deguonies formų (ROS) susidarymas, kuris gali sukelti oksidacinę žalą įvairioms biomolekulėms, įskaitant DNR, baltymus ir lipidus7.
Kviečiai (Triticum aestivum) yra vieni svarbiausių grūdinių kultūrų pasaulyje. Tai ne tik plačiausiai auginami grūdiniai augalai, bet ir svarbus komercinis augalas8. Tačiau kviečiai yra jautrūs druskai, kuri gali slopinti jų augimą, sutrikdyti fiziologinius ir biocheminius procesus ir gerokai sumažinti derlių. Pagrindinės druskos streso poveikio mažinimo strategijos apima genetinę modifikaciją ir augalų augimo reguliatorių naudojimą. Genetiškai modifikuoti organizmai (GM) – tai genų redagavimo ir kitų metodų naudojimas druskai atsparioms kviečių veislėms kurti9,10. Kita vertus, augalų augimo reguliatoriai pagerina kviečių druskos toleranciją reguliuodami fiziologinį aktyvumą ir su druska susijusių medžiagų kiekį, taip sumažindami streso daromą žalą11. Šie reguliatoriai paprastai yra labiau priimtini ir plačiau naudojami nei transgeniniai metodai. Jie gali padidinti augalų atsparumą įvairiems abiotiniams stresams, tokiems kaip druskingumas, sausra ir sunkieji metalai, ir skatinti sėklų dygimą, maistinių medžiagų įsisavinimą ir reprodukcinį augimą, taip padidindami pasėlių derlių ir kokybę.12 Augalų augimo reguliatoriai yra labai svarbūs užtikrinant pasėlių augimą ir palaikant derlių bei kokybę dėl jų ekologiškumo, naudojimo paprastumo, ekonomiškumo ir praktiškumo. 13 Tačiau, kadangi šie moduliatoriai veikia panašiai, vieno iš jų vartojimas atskirai gali būti neveiksmingas. Kviečių selekcijai nepalankiomis sąlygomis, derliaus didinimui ir maisto saugumo užtikrinimui labai svarbu rasti augimo reguliatorių derinį, kuris pagerintų kviečių druskos toleranciją.
Nėra tyrimų, kuriuose būtų nagrinėjamas TU ir Arg derinys. Neaišku, ar šis novatoriškas derinys gali sinergiškai skatinti kviečių augimą druskos streso sąlygomis. Todėl šio tyrimo tikslas buvo nustatyti, ar šie du augimo reguliatoriai gali sinergiškai sumažinti neigiamą druskos streso poveikį kviečiams. Šiuo tikslu atlikome trumpalaikį hidroponinį kviečių daigų eksperimentą, siekdami ištirti TU ir Arg kombinuoto naudojimo naudą kviečiams, patiriantiems druskos stresą, daugiausia dėmesio skirdami augalų redokso ir jonų pusiausvyrai. Iškėlėme hipotezę, kad TU ir Arg derinys gali sinergiškai veikti mažinant druskos streso sukeltą oksidacinę žalą ir valdant jonų disbalansą, taip padidinant kviečių toleranciją druskai.
Mėginių MDA kiekis buvo nustatytas tiobarbitūro rūgšties metodu. Tiksliai pasverkite 0,1 g šviežių mėginio miltelių, 10 min. ekstrahuokite 1 ml 10 % trichloracto rūgšties, centrifuguokite 10 000 g greičiu 20 min. ir surinkite supernatantą. Ekstraktas buvo sumaišytas su tokiu pat tūriu 0,75 % tiobarbitūro rūgšties ir inkubuojamas 100 °C temperatūroje 15 min. Po inkubacijos supernatantas buvo surinktas centrifuguojant ir išmatuotos OD vertės esant 450 nm, 532 nm ir 600 nm bangos ilgiui. MDA koncentracija buvo apskaičiuota taip:
Panašiai kaip ir po 3 dienų apdorojimo, Arg ir Tu panaudojimas taip pat reikšmingai padidino kviečių daigų antioksidacinių fermentų aktyvumą po 6 dienų apdorojimo. TU ir Arg derinys vis dar buvo veiksmingiausias. Tačiau praėjus 6 dienoms po apdorojimo, keturių antioksidacinių fermentų aktyvumas skirtingomis apdorojimo sąlygomis mažėjo, palyginti su 3 dienomis po apdorojimo (6 pav.).
Fotosintezė yra sausųjų medžiagų kaupimosi augaluose pagrindas ir vyksta chloroplastuose, kurie yra itin jautrūs druskai. Druskos stresas gali sukelti plazminės membranos oksidaciją, sutrikdyti ląstelių osmosinę pusiausvyrą, pažeisti chloroplastų ultrastruktūrą36, sukelti chlorofilo degradaciją, sumažinti Kalvino ciklo fermentų (įskaitant Rubisco) aktyvumą ir sumažinti elektronų perdavimą iš PS II į PS I37. Be to, druskos stresas gali sukelti žiotelių užsidarymą, taip sumažinant lapų CO2 koncentraciją ir slopinant fotosintezę38. Mūsų rezultatai patvirtino ankstesnius tyrimus, kad druskos stresas sumažina kviečių žiotelių laidumą, dėl to sumažėja lapų transpiracijos greitis ir ląstelės viduje esanti CO2 koncentracija, o tai galiausiai lemia sumažėjusį fotosintezės pajėgumą ir kviečių biomasę (1 ir 3 pav.). Pažymėtina, kad TU ir Arg naudojimas gali padidinti kviečių augalų fotosintezės efektyvumą, esant druskos stresui. Fotosintezės efektyvumo pagerėjimas buvo ypač reikšmingas, kai TU ir Arg buvo naudojami vienu metu (3 pav.). Tai gali būti dėl to, kad TU ir Arg reguliuoja žiotelių atsidarymą ir užsidarymą, taip padidindami fotosintezės efektyvumą, ką patvirtina ankstesni tyrimai. Pavyzdžiui, Bencarti ir kt. nustatė, kad esant druskos stresui, TU reikšmingai padidino žiotelių laidumą, CO2 asimiliacijos greitį ir maksimalų PSII fotochemijos kvantinį efektyvumą Atriplex portulacoides L.39. Nors nėra tiesioginių pranešimų, įrodančių, kad Arg gali reguliuoti žiotelių atsidarymą ir užsidarymą augaluose, patiriančiuose druskos stresą, Silveira ir kt. nurodė, kad Arg gali skatinti dujų apykaitą lapuose sausros sąlygomis22.
Apibendrinant, šis tyrimas pabrėžia, kad nepaisant skirtingų veikimo mechanizmų ir fizikinių bei cheminių savybių, TU ir Arg gali užtikrinti panašų atsparumą NaCl stresui kviečių daiguose, ypač kai naudojami kartu. TU ir Arg naudojimas gali aktyvuoti kviečių daigų antioksidacinę fermentų gynybos sistemą, sumažinti ROS kiekį ir palaikyti membraninių lipidų stabilumą, taip palaikant fotosintezę ir Na+/K+ pusiausvyrą daiguose. Tačiau šis tyrimas taip pat turi apribojimų; nors TU ir Arg sinerginis poveikis buvo patvirtintas ir jo fiziologinis mechanizmas tam tikru mastu paaiškintas, sudėtingesnis molekulinis mechanizmas lieka neaiškus. Todėl būtina toliau tirti TU ir Arg sinergetinį mechanizmą, naudojant transkriptominius, metabolominius ir kitus metodus.
Duomenų rinkiniai, naudoti ir (arba) analizuoti šio tyrimo metu, gali būti gauti iš atitinkamo autoriaus pateikus pagrįstą prašymą.
Įrašo laikas: 2025 m. gegužės 19 d.