Vaxtarstýringarefni plantna (PGRs)eru hagkvæm leið til að efla varnir plantna við streituvaldandi aðstæður. Þessi rannsókn kannaði getu tveggjaPGR-númer, þíóúrea (TU) og arginín (Arg), til að draga úr saltálagi í hveiti. Niðurstöðurnar sýndu að TU og Arg, sérstaklega þegar þau eru notuð saman, gátu stjórnað vexti plantna við saltálag. Meðferðir þeirra juku verulega virkni andoxunarensíma en minnkuðu magn hvarfgjarnra súrefnistegunda (ROS), malondialdehýðs (MDA) og hlutfallslegan rafleysuleka (REL) í hveitiplöntum. Að auki minnkuðu þessar meðferðir verulega Na+ og Ca2+ styrk og Na+/K+ hlutfallið, en jukust verulega K+ styrkurinn og viðhéldu þannig jón-osmósu jafnvægi. Mikilvægara er að TU og Arg juku verulega blaðgrænuinnihald, nettó ljóstillífunarhraða og gasaskiptihraða hveitiplöntum við saltálag. TU og Arg, notuð eitt sér eða í samsetningu, gátu aukið þurrefnisuppsöfnun um 9,03–47,45% og aukningin var mest þegar þau voru notuð saman. Að lokum undirstrikar þessi rannsókn að það er mikilvægt að viðhalda redox jafnvægi og jónajafnvægi til að auka þol plantna fyrir saltálagi. Að auki voru TU og Arg mælt með sem mögulegum ...vaxtarstýringar fyrir plöntur,sérstaklega þegar þau eru notuð saman, til að auka hveitiuppskeru.
Örar breytingar á loftslagi og landbúnaðarháttum auka hnignun vistkerfa í landbúnaði1. Ein alvarlegasta afleiðingin er söltun lands, sem ógnar matvælaöryggi heimsins2. Söltun hefur nú áhrif á um 20% af ræktanlegu landi um allan heim og þessi tala gæti aukist í 50% fyrir árið 20503. Salt-basa streita getur valdið osmósuálagi í rótum uppskeru, sem raskar jónajafnvægi í plöntunni4. Slíkar óhagstæðar aðstæður geta einnig leitt til hraðari niðurbrots blaðgrænu, minnkaðrar ljóstillífunarhraða og efnaskiptatruflana, sem að lokum leiðir til minni uppskeru plantna5,6. Þar að auki er algeng alvarleg áhrif aukin myndun hvarfgjarnra súrefnistegunda (ROS), sem geta valdið oxunarskemmdum á ýmsum lífsameindum, þar á meðal DNA, próteinum og lípíðum7.
Hveiti (Triticum aestivum) er ein mikilvægasta kornrækt í heimi. Það er ekki aðeins mest ræktaða kornræktin heldur einnig mikilvæg nytjarækt. Hveiti er þó viðkvæmt fyrir salti, sem getur hamlað vexti þess, raskað lífeðlisfræðilegum og lífefnafræðilegum ferlum þess og dregið verulega úr uppskeru. Helstu aðferðir til að draga úr áhrifum saltálags eru erfðabreytingar og notkun vaxtarstýringa plantna. Erfðabreyttar lífverur (GM) eru notkun genabreytinga og annarra aðferða til að þróa saltþolnar hveitiafbrigði. Hins vegar auka vaxtarstýringar plantna saltþol í hveiti með því að stjórna lífeðlisfræðilegri virkni og magni salttengdra efna og draga þannig úr streituskemmdum. Þessir stýringar eru almennt viðurkenndari og notaðir víða en erfðabreyttar aðferðir. Þeir geta aukið þol plantna fyrir ýmsum lífrænum streituþáttum eins og seltu, þurrki og þungmálmum og stuðlað að spírun fræja, upptöku næringarefna og æxlunarvexti og þannig aukið uppskeru og gæði. Vaxtarstýringar plantna eru mikilvægir til að tryggja vöxt uppskeru og viðhalda uppskeru og gæðum vegna umhverfisvænni þeirra, auðveldrar notkunar, hagkvæmni og notagildis. 13 Þar sem þessir vaxtarstýringar hafa svipaða verkunarhætti er þó ekki víst að nota einn þeirra einn og sér. Að finna samsetningu vaxtarstýringa sem geta bætt saltþol í hveiti er mikilvægt fyrir hveitiræktun við erfiðar aðstæður, aukið uppskeru og tryggt fæðuöryggi.
Engar rannsóknir hafa verið gerðar á samsettri notkun TU og Arg. Það er óljóst hvort þessi nýstárlega samsetning geti með samverkandi hætti stuðlað að vexti hveiti undir saltálagi. Þess vegna var markmið þessarar rannsóknar að ákvarða hvort þessir tveir vaxtarstýringar geta með samverkandi hætti dregið úr skaðlegum áhrifum saltálags á hveiti. Í þessu skyni framkvæmdum við skammtíma tilraun með vatnsræktun á hveitiplöntum til að kanna ávinning af samsettri notkun TU og Arg á hveiti undir saltálagi, með áherslu á oxunar-afoxunar- og jónajafnvægi plantnanna. Við settum fram tilgátu um að samsetning TU og Arg gæti virkað með samverkandi hætti til að draga úr oxunarskemmdum af völdum saltálags og stjórna jónaójafnvægi, og þar með aukið saltþol í hveiti.
MDA-innihald sýnanna var ákvarðað með þíóbarbitúrsýruaðferðinni. Vigtið nákvæmlega 0,1 g af fersku sýnisdufti, dragið út með 1 ml af 10% tríklóróedíksýru í 10 mínútur, skilvindið við 10.000 g í 20 mínútur og safnið síðan ofanfljótandi vökvanum. Útdrátturinn var blandaður við jafnt magn af 0,75% þíóbarbitúrsýru og ræktaður við 100°C í 15 mínútur. Eftir ræktun var ofanfljótandi vökvanum safnað með skilvindu og OD-gildi við 450 nm, 532 nm og 600 nm voru mæld. MDA-þéttnin var reiknuð út á eftirfarandi hátt:
Líkt og við þriggja daga meðferðina jók notkun Arg og Tu einnig verulega virkni andoxunarensíma hveitiplöntunnar við sex daga meðferðina. Samsetning TU og Arg var enn áhrifaríkust. Hins vegar, sex dögum eftir meðferðina, sýndi virkni fjögurra andoxunarensímanna við mismunandi meðferðarskilyrði minnkandi þróun samanborið við þrjá daga eftir meðferðina (Mynd 6).
Ljóstillífun er undirstaða uppsöfnunar þurrefnis í plöntum og á sér stað í grænukornum, sem eru afar viðkvæm fyrir salti. Saltstreita getur leitt til oxunar á frumuhimnu, truflaðs osmósujafnvægis frumna, skaðað öfgabyggingu grænukornanna36, valdið niðurbroti blaðgrænu, minnkað virkni Calvin hringsinsensíma (þar á meðal Rubisco) og dregið úr flutningi rafeinda frá PS II til PS I37. Að auki getur saltstreita valdið lokun loftaugna, sem dregur úr styrk CO2 í laufi og hamlar ljóstillífun38. Niðurstöður okkar staðfestu fyrri niðurstöður um að saltstreita dregur úr leiðni loftaugna í hveiti, sem leiðir til minnkaðs útblásturshraða laufa og innanfrumustyrks CO2, sem að lokum leiðir til minnkaðrar ljóstillífunargetu og minnkaðs lífmassa hveitisins (Myndir 1 og 3). Athyglisvert er að notkun TU og Arg gæti aukið ljóstillífunarhagkvæmni hveitiplantna undir saltstreitu. Bætingin á ljóstillífunarhagkvæmni var sérstaklega marktæk þegar TU og Arg voru notuð samtímis (Mynd 3). Þetta gæti stafað af því að TU og Arg stjórna opnun og lokun loftaugna og auka þannig ljóstillífunarvirkni, sem fyrri rannsóknir styðja. Til dæmis komust Bencarti o.fl. að því að við saltálag jók TU marktækt leiðni loftaugna, CO2 upptökuhraða og hámarks skammtafræðilega skilvirkni PSII ljósefnafræði í Atriplex portulacoides L.39. Þó að engar beinar skýrslur séu til sem sanna að Arg geti stjórnað opnun og lokun loftaugna í plöntum sem verða fyrir saltálagi, bentu Silveira o.fl. á að Arg geti stuðlað að loftaskiptum í laufblöðum við þurrkaskilyrði22.
Í stuttu máli sýnir þessi rannsókn að þrátt fyrir mismunandi verkunarhátt og efnafræðilega eiginleika geta TU og Arg veitt sambærilega mótstöðu gegn NaCl-álagi í hveitiplöntum, sérstaklega þegar þau eru notuð saman. Notkun TU og Arg getur virkjað varnarkerfi andoxunarensíma í hveitiplöntum, dregið úr ROS-innihaldi og viðhaldið stöðugleika himnulípíða, og þannig viðhaldið ljóstillífun og Na+/K+ jafnvægi í plöntunum. Þessi rannsókn hefur þó einnig takmarkanir; þó að samverkandi áhrif TU og Arg hafi verið staðfest og lífeðlisfræðilegur verkunarháttur þess útskýrður að einhverju leyti, er flóknari sameindaverkunarháttur enn óljós. Því er nauðsynlegt að rannsaka samverkandi verkunarháttur TU og Arg frekar með því að nota umritunar-, efnaskipta- og aðrar aðferðir.
Gagnasöfnin sem notuð voru og/eða greind í þessari rannsókn eru aðgengileg frá viðkomandi höfundi ef óskað er eftir þeim á sanngjarnan hátt.
Birtingartími: 19. maí 2025