Växttillväxtregulatorer (PGR)är ett kostnadseffektivt sätt att stärka växters försvar under stressförhållanden. Denna studie undersökte förmågan hos tvåPGR:er, tiourea (TU) och arginin (Arg), för att lindra saltstress hos vete. Resultaten visade att TU och Arg, särskilt när de användes tillsammans, kunde reglera växttillväxt under saltstress. Behandlingarna ökade signifikant aktiviteten hos antioxidantenzymer samtidigt som de minskade nivåerna av reaktiva syreradikaler (ROS), malondialdehyd (MDA) och relativ elektrolytläckage (REL) i veteplantor. Dessutom minskade dessa behandlingar signifikant Na+- och Ca2+-koncentrationerna och Na+/K+-förhållandet, samtidigt som de ökade K+-koncentrationen signifikant, vilket bibehöll den jonosmotiska balansen. Ännu viktigare är att TU och Arg signifikant ökade klorofyllhalten, nettofotosynteshastigheten och gasutbyteshastigheten hos veteplantor under saltstress. TU och Arg, som användes ensamma eller i kombination, kunde öka torrsubstansackumuleringen med 9,03–47,45 %, och ökningen var störst när de användes tillsammans. Sammanfattningsvis belyser denna studie att det är viktigt att upprätthålla redoxhomeostas och jonbalans för att förbättra växternas tolerans mot saltstress. Dessutom rekommenderades TU och Arg som potentiella...växttillväxtregulatorer,särskilt när de används tillsammans, för att öka veteavkastningen.
Snabba förändringar i klimat och jordbruksmetoder ökar försämringen av jordbruksekosystem1. En av de allvarligaste konsekvenserna är markförsaltning, vilket hotar den globala livsmedelssäkerheten2. Försaltning påverkar för närvarande cirka 20 % av åkermarken världen över, och denna siffra kan öka till 50 % år 20503. Salt-alkalistress kan orsaka osmotisk stress i grödors rötter, vilket stör jonbalansen i växten4. Sådana ogynnsamma förhållanden kan också leda till accelererad klorofyllnedbrytning, minskad fotosynteshastighet och metaboliska störningar, vilket i slutändan resulterar i minskade växtavkastningar5,6. Dessutom är en vanlig allvarlig effekt den ökade produktionen av reaktiva syreradikaler (ROS), vilket kan orsaka oxidativ skada på olika biomolekyler, inklusive DNA, proteiner och lipider7.
Vete (Triticum aestivum) är en av de viktigaste spannmålsgrödorna i världen. Det är inte bara den mest odlade grödan utan också en viktig kommersiell gröda8. Vete är dock känsligt för salt, vilket kan hämma dess tillväxt, störa dess fysiologiska och biokemiska processer och avsevärt minska dess avkastning. De viktigaste strategierna för att mildra effekterna av saltstress inkluderar genetisk modifiering och användning av tillväxtregulatorer. Genetiskt modifierade organismer (GM) är användningen av genredigering och andra tekniker för att utveckla salttoleranta vetesorter9,10. Å andra sidan förbättrar tillväxtregulatorer salttoleransen hos vete genom att reglera fysiologiska aktiviteter och nivåer av saltrelaterade ämnen, och därigenom mildra stressskador11. Dessa regulatorer är generellt mer accepterade och används i stor utsträckning än transgena metoder. De kan förbättra växttoleransen mot olika abiotiska stressfaktorer såsom salthalt, torka och tungmetaller, och främja frögroning, näringsupptag och reproduktiv tillväxt, vilket ökar grödans avkastning och kvalitet.12 Växttillväxtregulatorer är avgörande för att säkerställa grödans tillväxt och bibehålla avkastning och kvalitet på grund av deras miljövänlighet, användarvänlighet, kostnadseffektivitet och praktiska egenskaper. 13 Eftersom dessa modulatorer har liknande verkningsmekanismer är det dock inte säkert att det är effektivt att använda en av dem ensam. Att hitta en kombination av tillväxtregulatorer som kan förbättra salttoleransen hos vete är avgörande för veteförädling under ogynnsamma förhållanden, vilket ökar avkastningen och säkerställer livsmedelssäkerheten.
Det finns inga studier som undersöker den kombinerade användningen av TU och Arg. Det är oklart om denna innovativa kombination synergistiskt kan främja vetetillväxt under saltstress. Syftet med denna studie var därför att avgöra om dessa två tillväxtregulatorer synergistiskt kan lindra de negativa effekterna av saltstress på vete. I detta syfte genomförde vi ett kortsiktigt hydroponiskt experiment med veteplantor för att undersöka fördelarna med kombinerad applicering av TU och Arg på vete under saltstress, med fokus på växternas redox- och jonbalans. Vi antog att kombinationen av TU och Arg skulle kunna fungera synergistiskt för att minska saltstressinducerad oxidativ skada och hantera jonobalans, och därigenom förbättra salttoleransen hos vete.
MDA-halten i proverna bestämdes med tiobarbitursyrametoden. Väg noggrant 0,1 g färskt provpulver, extrahera med 1 ml 10 % triklorättiksyra i 10 minuter, centrifugera vid 10 000 g i 20 minuter och samla upp supernatanten. Extraktet blandades med en lika stor volym 0,75 % tiobarbitursyra och inkuberades vid 100 °C i 15 minuter. Efter inkubation samlades supernatanten upp genom centrifugering och OD-värdena vid 450 nm, 532 nm och 600 nm mättes. MDA-koncentrationen beräknades enligt följande:
I likhet med 3-dagarsbehandlingen ökade appliceringen av Arg och Tu också signifikant aktiviteten hos antioxidantenzymerna hos veteplantor under 6-dagarsbehandlingen. Kombinationen av TU och Arg var fortfarande den mest effektiva. 6 dagar efter behandlingen visade dock aktiviteten hos de fyra antioxidantenzymerna under olika behandlingsförhållanden en minskande trend jämfört med 3 dagar efter behandlingen (Figur 6).
Fotosyntes är grunden för torrsubstansackumulering i växter och sker i kloroplaster, vilka är extremt känsliga för salt. Saltstress kan leda till oxidation av plasmamembranet, störning av cellulär osmotisk balans, skada på kloroplasternas ultrastruktur36, orsaka klorofyllnedbrytning, minska aktiviteten hos Calvin-cykelenzymer (inklusive Rubisco) och minska elektronöverföring från PS II till PS I37. Dessutom kan saltstress inducera stomatal stängning, vilket minskar bladens CO2-koncentration och hämmar fotosyntesen38. Våra resultat bekräftade tidigare fynd att saltstress minskar stomatal konduktans i vete, vilket resulterar i minskad bladtranspirationshastighet och intracellulär CO2-koncentration, vilket i slutändan leder till minskad fotosyntetisk kapacitet och minskad biomassa av vete (Fig. 1 och 3). Det är värt att notera att applicering av TU och Arg kan förbättra den fotosyntetiska effektiviteten hos veteplantor under saltstress. Förbättringen av fotosyntetisk effektivitet var särskilt signifikant när TU och Arg applicerades samtidigt (Fig. 3). Detta kan bero på att TU och Arg reglerar öppning och stängning av stomata, vilket ökar fotosyntetisk effektivitet, vilket stöds av tidigare studier. Bencarti et al. fann till exempel att TU under saltstress signifikant ökade stomatal konduktans, CO2-assimileringshastigheten och maximal kvanteffektivitet för PSII-fotokemi i Atriplex portulacoides L.39. Även om det inte finns några direkta rapporter som bevisar att Arg kan reglera öppning och stängning av stomata hos växter som utsätts för saltstress, indikerade Silveira et al. att Arg kan främja gasutbyte i blad under torka förhållanden .
Sammanfattningsvis belyser denna studie att trots deras olika verkningsmekanismer och fysikalisk-kemiska egenskaper kan TU och Arg ge jämförbar resistens mot NaCl-stress i veteplantor, särskilt när de appliceras tillsammans. Appliceringen av TU och Arg kan aktivera det antioxidanta enzymförsvarssystemet hos veteplantor, minska ROS-innehållet och bibehålla stabiliteten hos membranlipider, och därigenom upprätthålla fotosyntes och Na+/K+-balans i plantorna. Denna studie har dock också begränsningar; även om den synergistiska effekten av TU och Arg bekräftades och dess fysiologiska mekanism förklarades till viss del, förblir den mer komplexa molekylära mekanismen oklar. Därför är ytterligare studier av den synergistiska mekanismen för TU och Arg med hjälp av transkriptomiska, metabolomiska och andra metoder nödvändiga.
De dataset som använts och/eller analyserats under den aktuella studien är tillgängliga från motsvarande författare på rimlig begäran.
Publiceringstid: 19 maj 2025