Регулатори на растежа на растенията (РРР)са рентабилен начин за подобряване на защитните сили на растенията при стресови условия. Това проучване изследва способността на двеPGRs, тиоурея (TU) и аргинин (Arg), за облекчаване на солевия стрес при пшеницата. Резултатите показват, че TU и Arg, особено когато се използват заедно, могат да регулират растежа на растенията при солен стрес. Третиранията им значително повишават активността на антиоксидантните ензими, като същевременно намаляват нивата на реактивни кислородни видове (ROS), малонодиалдехид (MDA) и относително изтичане на електролити (REL) в пшеничните разсади. Освен това, тези третирания значително намаляват концентрациите на Na+ и Ca2+ и съотношението Na+/K+, като същевременно значително увеличават концентрацията на K+, като по този начин поддържат йонно-осмотичния баланс. По-важното е, че TU и Arg значително увеличават съдържанието на хлорофил, нетната скорост на фотосинтеза и скоростта на газообмен в пшеничните разсади при солен стрес. TU и Arg, използвани самостоятелно или в комбинация, могат да увеличат натрупването на сухо вещество с 9,03–47,45%, като увеличението е най-голямо, когато се използват заедно. В заключение, това проучване подчертава, че поддържането на редокс хомеостазата и йонния баланс е важно за повишаване на толерантността на растенията към солен стрес. Освен това, TU и Arg бяха препоръчани като потенциални...регулатори на растежа на растенията,особено когато се използват заедно, за повишаване на добива на пшеница.
Бързите промени в климата и селскостопанските практики увеличават деградацията на селскостопанските екосистеми1. Едно от най-сериозните последици е засоляването на земята, което заплашва глобалната продоволствена сигурност2. Засоляването в момента засяга около 20% от обработваемата земя в световен мащаб и тази цифра може да се увеличи до 50% до 2050 г.3 Солно-алкалният стрес може да причини осмотичен стрес в корените на културите, което нарушава йонния баланс в растението4. Такива неблагоприятни условия могат също да доведат до ускорено разграждане на хлорофила, намалени скорости на фотосинтеза и метаболитни нарушения, което в крайна сметка води до намалени добиви на растенията5,6. Освен това, често срещан сериозен ефект е повишеното генериране на реактивни кислородни видове (ROS), които могат да причинят оксидативно увреждане на различни биомолекули, включително ДНК, протеини и липиди7.
Пшеницата (Triticum aestivum) е една от най-важните зърнени култури в света. Тя е не само най-широко отглежданата зърнена култура, но и важна търговска култура8. Пшеницата обаче е чувствителна към сол, която може да потисне растежа ѝ, да наруши физиологичните и биохимичните ѝ процеси и значително да намали добива ѝ. Основните стратегии за смекчаване на ефектите от солевия стрес включват генетична модификация и използването на регулатори на растежа на растенията. Генетично модифицираните организми (ГМ) представляват използването на генно редактиране и други техники за разработване на солеустойчиви сортове пшеница9,10. От друга страна, регулаторите на растежа на растенията повишават солеустойчивостта на пшеницата чрез регулиране на физиологичните активности и нивата на свързаните със солта вещества, като по този начин смекчават щетите от стреса11. Тези регулатори обикновено са по-приети и широко използвани от трансгенните подходи. Те могат да подобрят толерантността на растенията към различни абиотични стресове като соленост, суша и тежки метали и да насърчат покълването на семената, усвояването на хранителни вещества и репродуктивния растеж, като по този начин увеличават добива и качеството на реколтата.12 Регулаторите на растежа на растенията са от решаващо значение за осигуряване на растежа на културите и поддържане на добива и качеството поради тяхната екологичност, лекота на използване, рентабилност и практичност. 13 Въпреки това, тъй като тези модулатори имат сходни механизми на действие, използването само на един от тях може да не е ефективно. Намирането на комбинация от регулатори на растежа, които могат да подобрят солеустойчивостта на пшеницата, е от решаващо значение за селекцията на пшеница при неблагоприятни условия, увеличаване на добивите и гарантиране на продоволствената сигурност.
Няма проучвания, изследващи комбинираната употреба на TU и Arg. Не е ясно дали тази иновативна комбинация може синергично да стимулира растежа на пшеницата при солен стрес. Следователно, целта на това проучване беше да се определи дали тези два регулатора на растежа могат синергично да облекчат неблагоприятните ефекти от солевия стрес върху пшеницата. За тази цел проведохме краткосрочен хидропонен експеримент с разсад на пшеница, за да изследваме ползите от комбинираното приложение на TU и Arg върху пшеница при солен стрес, като се фокусирахме върху редокс и йонния баланс на растенията. Предположихме, че комбинацията от TU и Arg може да действа синергично за намаляване на оксидативните увреждания, предизвикани от солен стрес, и за управление на йонния дисбаланс, като по този начин повишава толерантността към сол при пшеницата.
Съдържанието на MDA в пробите беше определено чрез метода с тиобарбитурова киселина. Претеглете точно 0,1 g пресен прах на пробата, екстрахирайте с 1 ml 10% трихлороцетна киселина за 10 минути, центрофугирайте при 10 000 g за 20 минути и съберете супернатантата. Екстрактът беше смесен с равен обем 0,75% тиобарбитурова киселина и инкубиран при 100 °C за 15 минути. След инкубацията, супернатантата беше събрана чрез центрофугиране и бяха измерени стойностите на оптичната плътност (OD) при 450 nm, 532 nm и 600 nm. Концентрацията на MDA беше изчислена, както следва:
Подобно на 3-дневното третиране, прилагането на Arg и Tu също значително увеличи антиоксидантната ензимна активност на пшеничните кълнове при 6-дневното третиране. Комбинацията от TU и Arg все още беше най-ефективна. Въпреки това, 6 дни след третирането, активността на четирите антиоксидантни ензима при различни условия на третиране показа тенденция на намаляване в сравнение с 3 дни след третирането (Фигура 6).
Фотосинтезата е в основата на натрупването на сухо вещество в растенията и се случва в хлоропластите, които са изключително чувствителни към сол. Солевият стрес може да доведе до окисляване на плазмената мембрана, нарушаване на клетъчния осмотичен баланс, увреждане на ултраструктурата на хлоропласта36, да причини разграждане на хлорофила, да намали активността на ензимите от цикъла на Калвин (включително Rubisco) и да намали преноса на електрони от PS II към PS I37. Освен това, солевият стрес може да предизвика затваряне на устицата, като по този начин намали концентрацията на CO2 в листата и инхибира фотосинтезата38. Нашите резултати потвърдиха предишни открития, че солевият стрес намалява проводимостта на устицата при пшеницата, което води до намалена скорост на транспирация на листата и вътреклетъчната концентрация на CO2, което в крайна сметка води до намален фотосинтетичен капацитет и намалена биомаса на пшеницата (фиг. 1 и 3). Забележително е, че прилагането на TU и Arg може да подобри фотосинтетичната ефективност на пшеничните растения при солен стрес. Подобрението във фотосинтетичната ефективност е особено значително, когато TU и Arg се прилагат едновременно (фиг. 3). Това може да се дължи на факта, че TU и Arg регулират отварянето и затварянето на устицата, като по този начин повишават фотосинтетичната ефективност, което се подкрепя от предишни изследвания. Например, Bencarti et al. установяват, че при солен стрес, TU значително увеличава устичната проводимост, скоростта на асимилация на CO2 и максималната квантова ефективност на PSII фотохимията в Atriplex portulacoides L.39. Въпреки че няма директни доклади, доказващи, че Arg може да регулира отварянето и затварянето на устицата в растения, изложени на солен стрес, Silveira et al. посочват, че Arg може да стимулира газообмена в листата при условия на суша22.
В обобщение, това проучване подчертава, че въпреки различните си механизми на действие и физикохимични свойства, TU и Arg могат да осигурят сравнима устойчивост на стрес от NaCl в пшенични разсад, особено когато се прилагат заедно. Прилагането на TU и Arg може да активира антиоксидантната ензимна защитна система на пшеничните разсади, да намали съдържанието на ROS и да поддържа стабилността на мембранните липиди, като по този начин поддържа фотосинтезата и Na+/K+ баланса в разсада. Това проучване обаче има и ограничения; въпреки че синергичният ефект на TU и Arg беше потвърден и неговият физиологичен механизъм беше обяснен до известна степен, по-сложният молекулярен механизъм остава неясен. Следователно е необходимо по-нататъшно проучване на синергичния механизъм на TU и Arg, използвайки транскриптомни, метаболомни и други методи.
Използваните и/или анализирани по време на настоящото проучване набори от данни са достъпни от съответния автор при разумно искане.
Време на публикуване: 19 май 2025 г.