Регулятори росту рослин (РРР)є економічно ефективним способом посилення захисних сил рослин у стресових умовах. У цьому дослідженні досліджувалася здатність двохРГР, тіосечовина (TU) та аргінін (Arg) для полегшення сольового стресу у пшениці. Результати показали, що TU та Arg, особливо при спільному застосуванні, можуть регулювати ріст рослин за сольового стресу. Їх обробка значно підвищила активність антиоксидантних ферментів, одночасно знижуючи рівень активних форм кисню (ROS), малонового діальдегіду (MDA) та відносного витоку електролітів (REL) у проростках пшениці. Крім того, ці обробки значно знизили концентрації Na+ та Ca2+ та співвідношення Na+/K+, водночас значно збільшивши концентрацію K+, тим самим підтримуючи іонно-осмотичний баланс. Що ще важливіше, TU та Arg значно збільшили вміст хлорофілу, чисту швидкість фотосинтезу та швидкість газообміну проростків пшениці за сольового стресу. TU та Arg, що використовуються окремо або в комбінації, можуть збільшити накопичення сухої речовини на 9,03–47,45%, і збільшення було найбільшим при їх спільному використанні. На завершення, це дослідження підкреслює, що підтримка окисно-відновного гомеостазу та іонного балансу важлива для підвищення стійкості рослин до сольового стресу. Крім того, TU та Arg були рекомендовані як потенційні...регулятори росту рослин,особливо при спільному використанні, для підвищення врожайності пшениці.
Швидкі зміни клімату та сільськогосподарських практик посилюють деградацію сільськогосподарських екосистем1. Одним із найсерйозніших наслідків є засолення земель, яке загрожує глобальній продовольчій безпеці2. Засолення наразі вражає близько 20% орних земель у всьому світі, і цей показник може зрости до 50% до 2050 року3. Сольово-лужний стрес може спричинити осмотичний стрес у коренях сільськогосподарських культур, що порушує іонний баланс у рослині4. Такі несприятливі умови також можуть призвести до прискореного руйнування хлорофілу, зниження швидкості фотосинтезу та метаболічних порушень, що зрештою призводить до зниження врожайності рослин5,6. Крім того, поширеним серйозним наслідком є збільшення утворення активних форм кисню (АФК), які можуть спричиняти окислювальне пошкодження різних біомолекул, включаючи ДНК, білки та ліпіди7.
Пшениця (Triticum aestivum) є однією з найважливіших зернових культур у світі. Це не лише найпоширеніша зернова культура, але й важлива комерційна культура8. Однак пшениця чутлива до солі, яка може пригнічувати її ріст, порушувати її фізіологічні та біохімічні процеси та значно знижувати врожайність. Основні стратегії пом'якшення наслідків сольового стресу включають генетичну модифікацію та використання регуляторів росту рослин. Генетично модифіковані організми (ГМ) – це використання редагування генів та інших методів для створення солестійких сортів пшениці9,10. З іншого боку, регулятори росту рослин підвищують солестійкість пшениці, регулюючи фізіологічну активність та рівень речовин, пов'язаних із сіллю, тим самим пом'якшуючи пошкодження від стресу11. Ці регулятори загалом більш прийнятні та широко використовуються, ніж трансгенні підходи. Вони можуть підвищити стійкість рослин до різних абіотичних стресів, таких як засоленість, посуха та важкі метали, а також сприяти проростанню насіння, поглинанню поживних речовин та репродуктивному росту, тим самим підвищуючи врожайність та якість сільськогосподарських культур.12 Регулятори росту рослин мають вирішальне значення для забезпечення росту сільськогосподарських культур та підтримки врожайності та якості завдяки своїй екологічності, простоті використання, економічній ефективності та практичності. 13 Однак, оскільки ці модулятори мають подібні механізми дії, використання одного з них окремо може бути неефективним. Пошук комбінації регуляторів росту, які можуть покращити солестійкість пшениці, має вирішальне значення для селекції пшениці в несприятливих умовах, підвищення врожайності та забезпечення продовольчої безпеки.
Немає досліджень, що вивчали б комбіноване використання TU та Arg. Незрозуміло, чи може ця інноваційна комбінація синергічно сприяти росту пшениці в умовах сольового стресу. Тому метою цього дослідження було визначити, чи можуть ці два регулятори росту синергічно пом'якшувати негативний вплив сольового стресу на пшеницю. З цією метою ми провели короткостроковий гідропонний експеримент з вирощування розсади пшениці, щоб дослідити переваги комбінованого застосування TU та Arg до пшениці в умовах сольового стресу, зосереджуючись на окисно-відновному та іонному балансі рослин. Ми висунули гіпотезу, що комбінація TU та Arg може синергічно працювати для зменшення окислювального пошкодження, викликаного сольовим стресом, та управління іонним дисбалансом, тим самим підвищуючи солестійкість пшениці.
Вміст МДА у зразках визначали методом тіобарбітурової кислоти. Точно зважили 0,1 г свіжого порошку зразка, екстрагували 1 мл 10% трихлороцтової кислоти протягом 10 хвилин, центрифугували при 10 000 g протягом 20 хвилин та зібрали супернатант. Екстракт змішували з рівним об'ємом 0,75% тіобарбітурової кислоти та інкубували при 100 °C протягом 15 хвилин. Після інкубації супернатант збирали центрифугуванням та вимірювали значення оптичної густини (OD) при 450 нм, 532 нм та 600 нм. Концентрацію МДА розраховували наступним чином:
Подібно до 3-денної обробки, застосування Arg та Tu також значно підвищило активність антиоксидантних ферментів проростків пшениці при 6-денній обробці. Комбінація TU та Arg все ще була найефективнішою. Однак, через 6 днів після обробки активність чотирьох антиоксидантних ферментів за різних умов обробки демонструвала тенденцію до зниження порівняно з 3 днями після обробки (Рисунок 6).
Фотосинтез є основою накопичення сухої речовини в рослинах і відбувається в хлоропластах, які надзвичайно чутливі до солі. Сольовий стрес може призвести до окислення плазматичної мембрани, порушення осмотичного балансу клітин, пошкодження ультраструктури хлоропластів36, спричинити деградацію хлорофілу, знизити активність ферментів циклу Кальвіна (включаючи Rubisco) та зменшити перенос електронів від PS II до PS I37. Крім того, сольовий стрес може викликати закриття продихів, тим самим зменшуючи концентрацію CO2 у листках та пригнічуючи фотосинтез38. Наші результати підтвердили попередні висновки про те, що сольовий стрес знижує продихову провідність у пшениці, що призводить до зниження швидкості транспірації листків та внутрішньоклітинної концентрації CO2, що зрештою призводить до зниження фотосинтетичної здатності та зменшення біомаси пшениці (рис. 1 та 3). Примітно, що застосування TU та Arg може підвищити ефективність фотосинтезу рослин пшениці в умовах сольового стресу. Покращення ефективності фотосинтезу було особливо значним, коли TU та Arg застосовувалися одночасно (рис. 3). Це може бути пов'язано з тим, що TU та Arg регулюють відкриття та закриття продихів, тим самим підвищуючи ефективність фотосинтезу, що підтверджується попередніми дослідженнями. Наприклад, Бенкарті та ін. виявили, що за умов сольового стресу TU значно збільшив продихову провідність, швидкість асиміляції CO2 та максимальну квантову ефективність фотохімії PSII у Atriplex portulacoides L.39. Хоча немає прямих повідомлень, які б доводили, що Arg може регулювати відкриття та закриття продихів у рослин, що зазнали сольового стресу, Сільвейра та ін. вказали, що Arg може сприяти газообміну в листках в умовах посухи22.
Підсумовуючи, це дослідження підкреслює, що, незважаючи на різні механізми дії та фізико-хімічні властивості, TU та Arg можуть забезпечити порівнянну стійкість до стресу NaCl у проростків пшениці, особливо при спільному застосуванні. Застосування TU та Arg може активувати антиоксидантну ферментну систему захисту проростків пшениці, зменшити вміст активних форм кисню (ROS) та підтримувати стабільність мембранних ліпідів, тим самим підтримуючи фотосинтез та баланс Na+/K+ у проростках. Однак це дослідження також має обмеження; хоча синергетичний ефект TU та Arg був підтверджений, а його фізіологічний механізм певною мірою пояснений, більш складний молекулярний механізм залишається незрозумілим. Тому необхідне подальше вивчення синергетичного механізму TU та Arg за допомогою транскриптомних, метаболомних та інших методів.
Набори даних, використані та/або проаналізовані під час поточного дослідження, доступні у відповідного автора за обґрунтованим запитом.
Час публікації: 19 травня 2025 р.