Plantevækstregulatorer (PGR'er)er en omkostningseffektiv måde at forbedre planters forsvar under stressforhold. Denne undersøgelse undersøgte evnen af toPGR'er, thiourea (TU) og arginin (Arg), for at lindre saltstress i hvede. Resultaterne viste, at TU og Arg, især når de blev brugt sammen, kunne regulere plantevækst under saltstress. Behandlingerne øgede aktiviteten af antioxidantenzymer signifikant, samtidig med at niveauet af reaktive iltarter (ROS), malondialdehyd (MDA) og relativ elektrolytlækage (REL) i hvedeplanter blev reduceret. Derudover reducerede disse behandlinger Na+ og Ca2+ koncentrationerne og Na+/K+ forholdet signifikant, samtidig med at K+ koncentrationen blev signifikant øget, hvorved den ion-osmotiske balance blev opretholdt. Endnu vigtigere er det, at TU og Arg øgede klorofylindholdet, nettofotosyntesehastigheden og gasudvekslingshastigheden for hvedeplanter under saltstress signifikant. TU og Arg anvendt alene eller i kombination kunne øge tørstofakkumuleringen med 9,03-47,45%, og stigningen var størst, når de blev brugt sammen. Afslutningsvis fremhæver denne undersøgelse, at opretholdelse af redoxhomeostase og ionbalance er vigtig for at forbedre planternes tolerance over for saltstress. Derudover blev TU og Arg anbefalet som potentielle ...plantevækstregulatorer,især når de bruges sammen for at forbedre hvedeudbyttet.
Hurtige ændringer i klima og landbrugspraksis øger forringelsen af landbrugsøkosystemer1. En af de mest alvorlige konsekvenser er jordforsaltning, som truer den globale fødevaresikkerhed2. Forsaltning påvirker i øjeblikket omkring 20 % af agerjorden på verdensplan, og dette tal kan stige til 50 % inden 20503. Salt-alkalistress kan forårsage osmotisk stress i afgrødernes rødder, hvilket forstyrrer plantens ionbalance4. Sådanne ugunstige forhold kan også føre til accelereret klorofylnedbrydning, nedsat fotosyntese og metaboliske forstyrrelser, hvilket i sidste ende resulterer i reduceret planteudbytte5,6. Desuden er en almindelig alvorlig effekt den øgede generation af reaktive iltarter (ROS), som kan forårsage oxidativ skade på forskellige biomolekyler, herunder DNA, proteiner og lipider7.
Hvede (Triticum aestivum) er en af de vigtigste kornafgrøder i verden. Det er ikke kun den mest udbredte kornafgrøde, men også en vigtig kommerciel afgrøde8. Hvede er dog følsom over for salt, hvilket kan hæmme dens vækst, forstyrre dens fysiologiske og biokemiske processer og reducere dens udbytte betydeligt. De vigtigste strategier til at afbøde virkningerne af saltstress omfatter genetisk modifikation og brugen af plantevækstregulatorer. Genetisk modificerede organismer (GM) er brugen af genredigering og andre teknikker til at udvikle salttolerante hvedesorter9,10. På den anden side forbedrer plantevækstregulatorer salttolerancen i hvede ved at regulere fysiologiske aktiviteter og niveauer af saltrelaterede stoffer og derved afbøde stressskader11. Disse regulatorer er generelt mere accepterede og udbredte end transgene tilgange. De kan forbedre planters tolerance over for forskellige abiotiske stressfaktorer såsom saltindhold, tørke og tungmetaller og fremme frøspiring, næringsoptagelse og reproduktiv vækst, hvorved afgrødeudbytte og -kvalitet øges.12 Plantevækstregulatorer er afgørende for at sikre afgrødevækst og opretholde udbytte og kvalitet på grund af deres miljøvenlighed, brugervenlighed, omkostningseffektivitet og praktiske anvendelighed. 13 Da disse modulatorer har lignende virkningsmekanismer, er det dog muligvis ikke effektivt at bruge en af dem alene. Det er afgørende for hvedeavl under ugunstige forhold at finde en kombination af vækstregulatorer, der kan forbedre salttolerancen i hvede, øge udbyttet og sikre fødevaresikkerheden.
Der er ingen studier, der undersøger den kombinerede brug af TU og Arg. Det er uklart, om denne innovative kombination synergistisk kan fremme hvedevækst under saltstress. Formålet med denne undersøgelse var derfor at bestemme, om disse to vækstregulatorer synergistisk kan afhjælpe de negative virkninger af saltstress på hvede. Med dette formål udførte vi et kortvarigt hydroponisk hvedekimplanteeksperiment for at undersøge fordelene ved den kombinerede anvendelse af TU og Arg på hvede under saltstress med fokus på planternes redox- og ionbalance. Vi fremsatte den hypotese, at kombinationen af TU og Arg kunne virke synergistisk for at reducere saltstress-induceret oxidativ skade og håndtere ionubalance og derved forbedre salttolerancen i hvede.
MDA-indholdet i prøverne blev bestemt ved hjælp af thiobarbitursyremetoden. Afvej nøjagtigt 0,1 g frisk prøvepulver, ekstraher med 1 ml 10% trichloreddikesyre i 10 minutter, centrifuger ved 10.000 g i 20 minutter, og opsaml supernatanten. Ekstraktet blev blandet med et tilsvarende volumen 0,75% thiobarbitursyre og inkuberet ved 100 °C i 15 minutter. Efter inkubation blev supernatanten opsamlet ved centrifugering, og OD-værdierne ved 450 nm, 532 nm og 600 nm blev målt. MDA-koncentrationen blev beregnet som følger:
I lighed med 3-dages behandlingen øgede anvendelsen af Arg og Tu også signifikant antioxidantenzymaktiviteten hos hvedekimplanterne under 6-dages behandlingen. Kombinationen af TU og Arg var stadig den mest effektive. Imidlertid viste aktiviteten af de fire antioxidantenzymer under forskellige behandlingsbetingelser en faldende tendens 6 dage efter behandlingen sammenlignet med 3 dage efter behandlingen (Figur 6).
Fotosyntese er grundlaget for ophobning af tørstof i planter og forekommer i kloroplaster, som er ekstremt følsomme over for salt. Saltstress kan føre til oxidation af plasmamembranen, forstyrrelse af den cellulære osmotiske balance, skade på kloroplasternes ultrastruktur36, forårsage klorofylnedbrydning, mindske aktiviteten af Calvin-cyklusenzymer (inklusive Rubisco) og reducere elektronoverførsel fra PS II til PS I37. Derudover kan saltstress inducere lukning af stomata, hvorved bladets CO2-koncentration reduceres og fotosyntesen hæmmes38. Vores resultater bekræftede tidligere fund om, at saltstress reducerer stomatal konduktans i hvede, hvilket resulterer i nedsat bladtranspirationshastighed og intracellulær CO2-koncentration, hvilket i sidste ende fører til nedsat fotosyntetisk kapacitet og nedsat biomasse af hvede (fig. 1 og 3). Det er værd at bemærke, at anvendelse af TU og Arg kan forbedre fotosyntetisk effektivitet hos hvedeplanter under saltstress. Forbedringen i fotosyntetisk effektivitet var særligt signifikant, når TU og Arg blev anvendt samtidigt (fig. 3). Dette kan skyldes, at TU og Arg regulerer åbning og lukning af spalteåbninger og derved forbedrer fotosyntetisk effektivitet, hvilket understøttes af tidligere undersøgelser. For eksempel fandt Bencarti et al., at TU under saltstress signifikant øgede spalteåbningsledningsevnen, CO2-assimileringshastigheden og den maksimale kvanteeffektivitet af PSII-fotokemi i Atriplex portulacoides L.39. Selvom der ikke er direkte rapporter, der beviser, at Arg kan regulere åbning og lukning af spalteåbninger i planter udsat for saltstress, indikerede Silveira et al., at Arg kan fremme gasudveksling i blade under tørkeforhold22.
Sammenfattende fremhæver denne undersøgelse, at TU og Arg på trods af deres forskellige virkningsmekanismer og fysisk-kemiske egenskaber kan give sammenlignelig resistens over for NaCl-stress i hvedekimplanter, især når de anvendes sammen. Anvendelsen af TU og Arg kan aktivere det antioxidante enzymforsvarssystem i hvedekimplanter, reducere ROS-indholdet og opretholde stabiliteten af membranlipider og derved opretholde fotosyntese og Na+/K+-balance i kimplanter. Denne undersøgelse har dog også begrænsninger; selvom den synergistiske effekt af TU og Arg blev bekræftet, og dens fysiologiske mekanisme blev forklaret i et vist omfang, forbliver den mere komplekse molekylære mekanisme uklar. Derfor er yderligere undersøgelse af den synergistiske mekanisme for TU og Arg ved hjælp af transkriptomiske, metabolomiske og andre metoder nødvendig.
De datasæt, der er anvendt og/eller analyseret i den aktuelle undersøgelse, er tilgængelige fra den korresponderende forfatter efter rimelig anmodning.
Udsendelsestidspunkt: 19. maj 2025