Augu augšanas regulatori (AGR)ir izmaksu ziņā efektīvs veids, kā uzlabot augu aizsardzību stresa apstākļos. Šajā pētījumā tika pētīta divu spējaPGR, tiourīnviela (TU) un arginīns (Arg), lai mazinātu sāls stresu kviešos. Rezultāti parādīja, ka TU un Arg, īpaši lietojot kopā, var regulēt augu augšanu sāls stresa apstākļos. To apstrāde ievērojami palielināja antioksidantu enzīmu aktivitāti, vienlaikus samazinot reaktīvo skābekļa sugu (ROS), malondialdehīda (MDA) un relatīvās elektrolītu noplūdes (REL) līmeni kviešu stādos. Turklāt šīs apstrādes ievērojami samazināja Na+ un Ca2+ koncentrāciju un Na+/K+ attiecību, vienlaikus ievērojami palielinot K+ koncentrāciju, tādējādi saglabājot jonu osmotisko līdzsvaru. Vēl svarīgāk ir tas, ka TU un Arg ievērojami palielināja hlorofila saturu, neto fotosintēzes ātrumu un gāzu apmaiņas ātrumu kviešu stādos sāls stresa apstākļos. TU un Arg, lietoti atsevišķi vai kombinācijā, varēja palielināt sausnas uzkrāšanos par 9,03–47,45%, un pieaugums bija vislielākais, ja tos lietoja kopā. Noslēgumā jāsaka, ka šis pētījums uzsver, ka redoksa homeostāzes un jonu līdzsvara uzturēšana ir svarīga, lai uzlabotu augu toleranci pret sāls stresu. Turklāt TU un Arg tika ieteikti kā potenciāliaugu augšanas regulatori,īpaši lietojot kopā, lai palielinātu kviešu ražu.
Straujās klimata un lauksaimniecības prakses izmaiņas palielina lauksaimniecības ekosistēmu degradāciju1. Viena no nopietnākajām sekām ir zemes sāļošanās, kas apdraud globālo pārtikas nodrošinājumu2. Sāļošanās pašlaik skar aptuveni 20% aramzemes visā pasaulē, un šis skaitlis līdz 2050. gadam varētu pieaugt līdz 50%3. Sāls-sārmu stress var izraisīt osmotisko stresu kultūraugu saknēs, kas izjauc jonu līdzsvaru augā4. Šādi nelabvēlīgi apstākļi var izraisīt arī paātrinātu hlorofila sadalīšanos, samazinātu fotosintēzes ātrumu un vielmaiņas traucējumus, galu galā samazinot augu ražu5,6. Turklāt bieži sastopama nopietna ietekme ir reaktīvo skābekļa sugu (ROS) pastiprināta veidošanās, kas var izraisīt oksidatīvus bojājumus dažādām biomolekulām, tostarp DNS, olbaltumvielām un lipīdiem7.
Kvieši (Triticum aestivum) ir viena no svarīgākajām graudaugu kultūrām pasaulē. Tā ir ne tikai visplašāk audzētā graudaugu kultūra, bet arī nozīmīga komerciāla kultūra8. Tomēr kvieši ir jutīgi pret sāli, kas var kavēt to augšanu, traucēt to fizioloģiskos un bioķīmiskos procesus un ievērojami samazināt ražu. Galvenās stratēģijas sāls stresa ietekmes mazināšanai ietver ģenētisko modifikāciju un augu augšanas regulatoru izmantošanu. Ģenētiski modificēti organismi (ĢM) ir gēnu rediģēšanas un citu metožu izmantošana, lai izstrādātu sāls tolerantu kviešu šķirnes9,10. No otras puses, augu augšanas regulatori uzlabo sāls toleranci kviešiem, regulējot fizioloģiskās aktivitātes un ar sāli saistīto vielu līmeni, tādējādi mazinot stresa radītos bojājumus11. Šie regulatori parasti ir pieņemtāki un plašāk izmantoti nekā transgēnās pieejas. Tie var uzlabot augu toleranci pret dažādiem abiotiskiem stresa faktoriem, piemēram, sāļumu, sausumu un smagajiem metāliem, un veicināt sēklu dīgšanu, barības vielu uzņemšanu un reproduktīvo augšanu, tādējādi palielinot kultūraugu ražu un kvalitāti.12 Augu augšanas regulatori ir ļoti svarīgi, lai nodrošinātu kultūraugu augšanu un saglabātu ražu un kvalitāti, pateicoties to videi draudzīgumam, lietošanas vienkāršībai, rentabilitātei un praktiskumam. 13 Tomēr, tā kā šiem modulatoriem ir līdzīgi darbības mehānismi, viena no tiem lietošana atsevišķi var nebūt efektīva. Augšanas regulatoru kombinācijas atrašana, kas var uzlabot sāls toleranci kviešiem, ir kritiski svarīga kviešu selekcijai nelabvēlīgos apstākļos, ražas palielināšanai un pārtikas nodrošinājuma garantēšanai.
Nav pētījumu, kuros tiktu pētīta TU un Arg kombinēta lietošana. Nav skaidrs, vai šī inovatīvā kombinācija var sinerģiski veicināt kviešu augšanu sāls stresa apstākļos. Tāpēc šī pētījuma mērķis bija noteikt, vai šie divi augšanas regulatori var sinerģiski mazināt sāls stresa nelabvēlīgo ietekmi uz kviešiem. Šajā nolūkā mēs veicām īstermiņa hidroponisku kviešu stādu eksperimentu, lai izpētītu TU un Arg kombinētas lietošanas ieguvumus kviešiem sāls stresa apstākļos, koncentrējoties uz augu redoks un jonu līdzsvaru. Mēs izvirzījām hipotēzi, ka TU un Arg kombinācija varētu sinerģiski darboties, lai samazinātu sāls stresa izraisītos oksidatīvos bojājumus un pārvaldītu jonu nelīdzsvarotību, tādējādi uzlabojot sāls toleranci kviešiem.
Paraugu MDA saturs tika noteikts ar tiobarbitūrskābes metodi. Precīzi nosver 0,1 g svaiga parauga pulvera, ekstrahē ar 1 ml 10% trihloretiķskābes 10 minūtes, centrifugē ar 10 000 g 20 minūtes un savāc supernatantu. Ekstraktu sajauc ar tādu pašu tilpumu 0,75% tiobarbitūrskābes un inkubē 100 °C temperatūrā 15 minūtes. Pēc inkubācijas supernatantu savāc ar centrifugēšanu, un izmērīja OD vērtības pie 450 nm, 532 nm un 600 nm. MDA koncentrāciju aprēķināja šādi:
Līdzīgi kā 3 dienu apstrādē, Arg un Tu lietošana arī ievērojami palielināja kviešu stādu antioksidantu enzīmu aktivitāti 6 dienu apstrādē. TU un Arg kombinācija joprojām bija visefektīvākā. Tomēr 6 dienas pēc apstrādes četru antioksidantu enzīmu aktivitāte dažādos apstrādes apstākļos uzrādīja lejupejošu tendenci, salīdzinot ar 3 dienām pēc apstrādes (6. attēls).
Fotosintēze ir sausnas uzkrāšanās pamats augos un notiek hloroplastos, kas ir ārkārtīgi jutīgi pret sāli. Sāls stress var izraisīt plazmas membrānas oksidēšanos, šūnu osmotiskā līdzsvara traucējumus, hloroplastu ultrastruktūras bojājumus36, izraisīt hlorofila degradāciju, samazināt Kalvina cikla enzīmu (tostarp Rubisko) aktivitāti un samazināt elektronu pārnesi no PS II uz PS I37. Turklāt sāls stress var izraisīt atvārsnīšu aizvēršanos, tādējādi samazinot lapu CO2 koncentrāciju un kavējot fotosintēzi38. Mūsu rezultāti apstiprināja iepriekšējos atklājumus, ka sāls stress samazina atvārsnīšu vadītspēju kviešos, kā rezultātā samazinās lapu transpirācijas ātrums un intracelulārā CO2 koncentrācija, kas galu galā noved pie fotosintēzes spējas samazināšanās un kviešu biomasas samazināšanās (1. un 3. att.). Jāatzīmē, ka TU un Arg lietošana varētu uzlabot kviešu augu fotosintēzes efektivitāti sāls stresa apstākļos. Fotosintēzes efektivitātes uzlabojums bija īpaši nozīmīgs, ja TU un Arg tika lietoti vienlaicīgi (3. att.). Tas var būt saistīts ar faktu, ka TU un Arg regulē atvārsnīšu atvēršanos un aizvēršanos, tādējādi uzlabojot fotosintēzes efektivitāti, ko apstiprina iepriekšējie pētījumi. Piemēram, Bencarti et al. atklāja, ka sāls stresa apstākļos TU ievērojami palielināja atvārsnīšu vadītspēju, CO2 asimilācijas ātrumu un PSII fotoķīmijas maksimālo kvantu efektivitāti Atriplex portulacoides L.39. Lai gan nav tiešu ziņojumu, kas pierādītu, ka Arg var regulēt atvārsnīšu atvēršanos un aizvēršanos augos, kas pakļauti sāls stresam, Silveira et al. norādīja, ka Arg var veicināt gāzu apmaiņu lapās sausuma apstākļos22.
Rezumējot, šis pētījums uzsver, ka, neskatoties uz atšķirīgajiem darbības mehānismiem un fizikāli ķīmiskajām īpašībām, TU un Arg var nodrošināt salīdzināmu izturību pret NaCl stresu kviešu stādos, īpaši, ja tos lieto kopā. TU un Arg lietošana var aktivizēt kviešu stādu antioksidantu enzīmu aizsardzības sistēmu, samazināt ROS saturu un uzturēt membrānu lipīdu stabilitāti, tādējādi saglabājot fotosintēzi un Na+/K+ līdzsvaru stādos. Tomēr šim pētījumam ir arī ierobežojumi; lai gan TU un Arg sinerģiskā iedarbība tika apstiprināta un tās fizioloģiskais mehānisms tika zināmā mērā izskaidrots, sarežģītākais molekulārais mehānisms joprojām nav skaidrs. Tāpēc ir nepieciešama turpmāka TU un Arg sinerģiskā mehānisma izpēte, izmantojot transkriptomikas, metabolomikas un citas metodes.
Pašreizējā pētījumā izmantotie un/vai analizētie datu kopumi ir pieejami no atbilstošā autora pēc saprātīga pieprasījuma.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 19. maijs