Regulatori rasta biljaka (PGR)su isplativ način za poboljšanje obrane biljaka u stresnim uvjetima. Ova studija istraživala je sposobnost dvajuPGR-ovi, tiourea (TU) i arginin (Arg), za ublažavanje stresa od soli kod pšenice. Rezultati su pokazali da TU i Arg, posebno kada se koriste zajedno, mogu regulirati rast biljaka pod stresom od soli. Njihovi tretmani značajno su povećali aktivnost antioksidativnih enzima, a istovremeno su smanjili razinu reaktivnih vrsta kisika (ROS), malondialdehida (MDA) i relativnog curenja elektrolita (REL) u sadnicama pšenice. Osim toga, ovi tretmani značajno su smanjili koncentracije Na+ i Ca2+ te omjer Na+/K+, a značajno povećali koncentraciju K+, čime su održali ionsko-osmotsku ravnotežu. Što je još važnije, TU i Arg značajno su povećali sadržaj klorofila, neto brzinu fotosinteze i brzinu izmjene plinova u sadnicama pšenice pod stresom od soli. TU i Arg korišteni sami ili u kombinaciji mogli bi povećati akumulaciju suhe tvari za 9,03–47,45%, a povećanje je bilo najveće kada su se koristili zajedno. Zaključno, ova studija ističe da je održavanje redoks homeostaze i ionske ravnoteže važno za poboljšanje tolerancije biljaka na stres od soli. Osim toga, TU i Arg preporučeni su kao potencijalni...regulatori rasta biljaka,posebno kada se koriste zajedno, za povećanje prinosa pšenice.
Brze promjene klime i poljoprivrednih praksi povećavaju degradaciju poljoprivrednih ekosustava1. Jedna od najozbiljnijih posljedica je zaslanjivanje zemljišta, što ugrožava globalnu sigurnost hrane2. Zaslanjivanje trenutno pogađa oko 20% obradivog zemljišta diljem svijeta, a ta bi se brojka mogla povećati na 50% do 2050.3. Stres uzrokovan solima i lužinama može uzrokovati osmotski stres u korijenju usjeva, što narušava ionsku ravnotežu u biljci4. Takvi nepovoljni uvjeti također mogu dovesti do ubrzane razgradnje klorofila, smanjene stope fotosinteze i metaboličkih poremećaja, što u konačnici rezultira smanjenim prinosima biljaka5,6. Štoviše, čest ozbiljan učinak je povećano stvaranje reaktivnih vrsta kisika (ROS), koje mogu uzrokovati oksidativno oštećenje različitih biomolekula, uključujući DNK, proteine i lipide7.
Pšenica (Triticum aestivum) jedna je od najvažnijih žitarica na svijetu. Nije samo najčešće uzgajana žitarica, već i važna komercijalna kultura8. Međutim, pšenica je osjetljiva na sol, koja može inhibirati njezin rast, poremetiti njezine fiziološke i biokemijske procese te značajno smanjiti prinos. Glavne strategije za ublažavanje učinaka stresa uzrokovanog solju uključuju genetsku modifikaciju i upotrebu regulatora rasta biljaka. Genetski modificirani organizmi (GM) su upotreba uređivanja gena i drugih tehnika za razvoj sorti pšenice otpornih na sol9,10. S druge strane, regulatori rasta biljaka poboljšavaju toleranciju na sol kod pšenice reguliranjem fizioloških aktivnosti i razina tvari povezanih sa soli, čime se ublažavaju oštećenja uzrokovana stresom11. Ovi regulatori su općenito prihvaćeniji i šire korišteni od transgenih pristupa. Mogu poboljšati toleranciju biljaka na različite abiotske stresove poput slanosti, suše i teških metala te potaknuti klijanje sjemena, unos hranjivih tvari i reproduktivni rast, čime se povećava prinos i kvaliteta usjeva. 12 Regulatori rasta biljaka ključni su za osiguravanje rasta usjeva i održavanje prinosa i kvalitete zbog svoje ekološke prihvatljivosti, jednostavnosti upotrebe, isplativosti i praktičnosti. 13 Međutim, budući da ovi modulatori imaju slične mehanizme djelovanja, korištenje samo jednog od njih možda neće biti učinkovito. Pronalaženje kombinacije regulatora rasta koji mogu poboljšati toleranciju na sol kod pšenice ključno je za oplemenjivanje pšenice u nepovoljnim uvjetima, povećanje prinosa i osiguranje sigurnosti hrane.
Ne postoje studije koje istražuju kombiniranu upotrebu TU i Arg. Nije jasno može li ova inovativna kombinacija sinergijski potaknuti rast pšenice pod stresom soli. Stoga je cilj ove studije bio utvrditi mogu li ova dva regulatora rasta sinergijski ublažiti štetne učinke stresa soli na pšenicu. U tu svrhu proveli smo kratkoročni hidroponski eksperiment sadnica pšenice kako bismo istražili prednosti kombinirane primjene TU i Arg na pšenicu pod stresom soli, fokusirajući se na redoks i ionsku ravnotežu biljaka. Pretpostavili smo da bi kombinacija TU i Arg mogla sinergijski djelovati na smanjenje oksidativnih oštećenja uzrokovanih stresom soli i upravljanje ionskom neravnotežom, čime bi se povećala tolerancija na sol kod pšenice.
Sadržaj MDA u uzorcima određen je metodom s tiobarbiturnom kiselinom. Točno izvagati 0,1 g svježeg praha uzorka, ekstrahirati s 1 ml 10%-tne trikloroctene kiseline tijekom 10 minuta, centrifugirati na 10 000 g tijekom 20 minuta i sakupiti supernatant. Ekstrakt je pomiješan s jednakim volumenom 0,75%-tne tiobarbiturne kiseline i inkubiran na 100 °C tijekom 15 minuta. Nakon inkubacije, supernatant je sakupljen centrifugiranjem, a izmjerene su vrijednosti optičke gustoće (OD) na 450 nm, 532 nm i 600 nm. Koncentracija MDA izračunata je na sljedeći način:
Slično kao i kod trodnevnog tretmana, primjena Arg i Tu također je značajno povećala aktivnost antioksidativnih enzima sadnica pšenice tijekom šestodnevnog tretmana. Kombinacija TU i Arg i dalje je bila najučinkovitija. Međutim, 6 dana nakon tretmana, aktivnosti četiri antioksidativna enzima pod različitim uvjetima tretmana pokazale su trend smanjenja u usporedbi s 3 dana nakon tretmana (Slika 6).
Fotosinteza je osnova akumulacije suhe tvari u biljkama i odvija se u kloroplastima, koji su izuzetno osjetljivi na sol. Stres uzrokovan solju može dovesti do oksidacije plazma membrane, poremećaja stanične osmotske ravnoteže, oštećenja ultrastrukture kloroplasta36, uzrokovati degradaciju klorofila, smanjiti aktivnost enzima Calvinovog ciklusa (uključujući Rubisco) i smanjiti prijenos elektrona iz PS II u PS I37. Osim toga, stres uzrokovan solju može izazvati zatvaranje puči, čime se smanjuje koncentracija CO2 u listu i inhibira fotosinteza38. Naši rezultati potvrdili su prethodne nalaze da stres uzrokovan solju smanjuje vodljivost puči u pšenici, što rezultira smanjenom brzinom transpiracije lista i unutarstaničnom koncentracijom CO2, što u konačnici dovodi do smanjenog fotosintetskog kapaciteta i smanjene biomase pšenice (slike 1 i 3). Značajno je da primjena TU i Arg može poboljšati fotosintetsku učinkovitost biljaka pšenice pod stresom od soli. Poboljšanje fotosintetske učinkovitosti bilo je posebno značajno kada su TU i Arg primijenjeni istovremeno (slika 3). To može biti posljedica činjenice da TU i Arg reguliraju otvaranje i zatvaranje puči, čime se povećava fotosintetska učinkovitost, što potvrđuju i prethodne studije. Na primjer, Bencarti i sur. otkrili su da je pod stresom soli, TU značajno povećao stomatalnu vodljivost, brzinu asimilacije CO2 i maksimalnu kvantnu učinkovitost fotokemije PSII u Atriplex portulacoides L.39. Iako ne postoje izravna izvješća koja dokazuju da Arg može regulirati otvaranje i zatvaranje stoma u biljkama izloženim stresu soli, Silveira i sur. naznačili su da Arg može potaknuti izmjenu plinova u listovima u uvjetima suše22.
Ukratko, ova studija ističe da unatoč različitim mehanizmima djelovanja i fizikalno-kemijskim svojstvima, TU i Arg mogu pružiti usporedivu otpornost na stres uzrokovan NaCl-om kod sadnica pšenice, posebno kada se primjenjuju zajedno. Primjena TU i Arg može aktivirati antioksidativni enzimski obrambeni sustav sadnica pšenice, smanjiti sadržaj ROS-a i održati stabilnost membranskih lipida, čime se održava fotosinteza i ravnoteža Na+/K+ u sadnicama. Međutim, ova studija ima i ograničenja; iako je sinergijski učinak TU i Arg potvrđen i njegov fiziološki mehanizam donekle objašnjen, složeniji molekularni mehanizam ostaje nejasan. Stoga je potrebno daljnje proučavanje sinergističkog mehanizma TU i Arg korištenjem transkriptomskih, metabolomskih i drugih metoda.
Skupovi podataka korišteni i/ili analizirani tijekom ove studije dostupni su od odgovarajućeg autora na razuman zahtjev.
Vrijeme objave: 19. svibnja 2025.