Plantgroeireguleerders (PGR's)is 'n koste-effektiewe manier om plantverdediging onder strestoestande te verbeter. Hierdie studie het die vermoë van twee ondersoekPGR's, tioureum (TU) en arginien (Arg), om soutstres in koring te verlig. Die resultate het getoon dat TU en Arg, veral wanneer dit saam gebruik word, plantgroei onder soutstres kan reguleer. Hul behandelings het die aktiwiteite van antioksidantensieme aansienlik verhoog terwyl die vlakke van reaktiewe suurstofspesies (ROS), malondialdehied (MDA) en relatiewe elektrolietlekkasie (REL) in koringsaailinge verminder is. Daarbenewens het hierdie behandelings die Na+ en Ca2+ konsentrasies en die Na+/K+ verhouding aansienlik verminder, terwyl die K+ konsentrasie aansienlik verhoog is, waardeur die ioon-osmotiese balans gehandhaaf is. Meer belangrik, TU en Arg het die chlorofilinhoud, netto fotosintetiese tempo en gaswisselingstempo van koringsaailinge onder soutstres aansienlik verhoog. TU en Arg, wat alleen of in kombinasie gebruik word, kan die droëmateriaalakkumulasie met 9.03–47.45% verhoog, en die toename was die grootste toe hulle saam gebruik is. Ten slotte beklemtoon hierdie studie dat die handhawing van redokshomeostase en ioonbalans belangrik is om planttoleransie teenoor soutstres te verbeter. Daarbenewens is TU en Arg aanbeveel as potensiële ...plantgroeireguleerders,veral wanneer dit saam gebruik word, om koringopbrengs te verbeter.
Vinnige veranderinge in klimaat en landboupraktyke verhoog die agteruitgang van landbou-ekosisteme1. Een van die ernstigste gevolge is grondversouting, wat globale voedselsekerheid2 bedreig. Versouting beïnvloed tans ongeveer 20% van bewerkbare grond wêreldwyd, en hierdie syfer kan teen 2050 tot 50% styg3. Sout-alkalistres kan osmotiese stres in gewaswortels veroorsaak, wat die ioniese balans in die plant4 ontwrig. Sulke ongunstige toestande kan ook lei tot versnelde chlorofil-afbraak, verlaagde fotosintese-tempo's en metaboliese steurnisse, wat uiteindelik lei tot verminderde plantopbrengste5,6. Boonop is 'n algemene ernstige effek die verhoogde generering van reaktiewe suurstofspesies (ROS), wat oksidatiewe skade aan verskeie biomolekules, insluitend DNS, proteïene en lipiede7, kan veroorsaak.
Koring (Triticum aestivum) is een van die belangrikste graangewasse ter wêreld. Dit is nie net die mees wyd verboude graangewas nie, maar ook 'n belangrike kommersiële gewas8. Koring is egter sensitief vir sout, wat die groei daarvan kan inhibeer, die fisiologiese en biochemiese prosesse kan ontwrig en die opbrengs aansienlik kan verminder. Die belangrikste strategieë om die gevolge van soutstres te versag, sluit in genetiese modifikasie en die gebruik van plantgroeireguleerders. Geneties gemodifiseerde organismes (GM) is die gebruik van geenredigering en ander tegnieke om soutverdraagsame koringvariëteite9,10 te ontwikkel. Aan die ander kant verbeter plantgroeireguleerders soutverdraagsaamheid in koring deur fisiologiese aktiwiteite en vlakke van soutverwante stowwe te reguleer, waardeur stresskade11 verminder word. Hierdie reguleerders word oor die algemeen meer aanvaar en word wyd gebruik as transgeniese benaderings. Hulle kan plantverdraagsaamheid teenoor verskeie abiotiese stresfaktore soos soutgehalte, droogte en swaar metale verbeter, en saadontkieming, voedingstofopname en reproduktiewe groei bevorder, waardeur die oesopbrengs en -kwaliteit verhoog word.12 Plantgroeireguleerders is van kritieke belang om gewasgroei te verseker en opbrengs en kwaliteit te handhaaf as gevolg van hul omgewingsvriendelikheid, gebruiksgemak, koste-effektiwiteit en praktiese bruikbaarheid. 13 Aangesien hierdie modulators egter soortgelyke werkingsmeganismes het, is die gebruik van een van hulle alleen dalk nie effektief nie. Die vind van 'n kombinasie van groeireguleerders wat souttoleransie in koring kan verbeter, is van kritieke belang vir koringteling onder ongunstige toestande, wat opbrengste verhoog en voedselsekerheid verseker.
Daar is geen studies wat die gekombineerde gebruik van TU en Arg ondersoek nie. Dit is onduidelik of hierdie innoverende kombinasie koringgroei onder soutstres sinergisties kan bevorder. Daarom was die doel van hierdie studie om te bepaal of hierdie twee groeireguleerders die nadelige effekte van soutstres op koring sinergisties kan verlig. Vir hierdie doel het ons 'n korttermyn hidroponiese koringsaailing-eksperiment uitgevoer om die voordele van die gekombineerde toediening van TU en Arg op koring onder soutstres te ondersoek, met die fokus op die redoks- en ioniese balans van die plante. Ons het gehipotetiseer dat die kombinasie van TU en Arg sinergisties kan werk om soutstres-geïnduseerde oksidatiewe skade te verminder en ioniese wanbalans te bestuur, en sodoende souttoleransie in koring te verbeter.
Die MDA-inhoud van die monsters is bepaal deur die tiobarbituriensuurmetode. Weeg akkuraat 0.1 g vars monsterpoeier, ekstraheer met 1 ml 10% trichloorasynsuur vir 10 min, sentrifugeer by 10 000 g vir 20 min, en versamel die supernatant. Die ekstrak is gemeng met 'n gelyke volume 0.75% tiobarbituriensuur en geïnkubeer by 100 °C vir 15 min. Na inkubasie is die supernatant deur sentrifugering versamel, en die OD-waardes by 450 nm, 532 nm en 600 nm is gemeet. Die MDA-konsentrasie is soos volg bereken:
Soortgelyk aan die 3-dae behandeling, het die toediening van Arg en Tu ook die antioksidant ensiemaktiwiteite van koringsaailinge aansienlik verhoog onder die 6-dae behandeling. Die kombinasie van TU en Arg was steeds die mees effektiewe. Ses dae na die behandeling het die aktiwiteite van die vier antioksidant ensieme onder verskillende behandelingstoestande egter 'n afnemende neiging getoon in vergelyking met 3 dae na die behandeling (Figuur 6).
Fotosintese is die basis van droëmateriaal-akkumulasie in plante en vind plaas in chloroplaste, wat uiters sensitief is vir sout. Soutstres kan lei tot oksidasie van die plasmamembraan, ontwrigting van sellulêre osmotiese balans, skade aan die chloroplast-ultrastruktuur36, chlorofil-afbraak veroorsaak, die aktiwiteit van Calvin-siklusensieme (insluitend Rubisco) verminder, en elektronoordrag van PS II na PS I37 verminder. Daarbenewens kan soutstres stomatale sluiting veroorsaak, waardeur die blaar-CO2-konsentrasie verminder en fotosintese38 inhibeer. Ons resultate het vorige bevindinge bevestig dat soutstres stomatale geleiding in koring verminder, wat lei tot 'n afname in blaartranspirasietempo en intrasellulêre CO2-konsentrasie, wat uiteindelik lei tot 'n afname in fotosintetiese kapasiteit en afname in biomassa van koring (Fig. 1 en 3). Dit is opmerklik dat TU- en Arg-toediening die fotosintetiese doeltreffendheid van koringplante onder soutstres kan verbeter. Die verbetering in fotosintetiese doeltreffendheid was veral beduidend toe TU en Arg gelyktydig toegedien is (Fig. 3). Dit kan wees as gevolg van die feit dat TU en Arg die opening en sluiting van huidmondjies reguleer, en sodoende fotosintetiese doeltreffendheid verbeter, wat deur vorige studies ondersteun word. Bencarti et al. het byvoorbeeld bevind dat TU onder soutstres die huidmondjiegeleiding, CO2-assimilasietempo en maksimum kwantumdoeltreffendheid van PSII-fotochemie in Atriplex portulacoides L.39 aansienlik verhoog het. Alhoewel daar geen direkte verslae is wat bewys dat Arg die opening en sluiting van huidmondjies in plante wat aan soutstres blootgestel word, kan reguleer nie, het Silveira et al. aangedui dat Arg gaswisseling in blare onder droogtetoestande kan bevorder22.
Samevattend beklemtoon hierdie studie dat TU en Arg, ten spyte van hul verskillende werkingsmeganismes en fisies-chemiese eienskappe, vergelykbare weerstand teen NaCl-stres in koringsaailinge kan bied, veral wanneer dit saam toegedien word. Die toediening van TU en Arg kan die antioksidant-ensiem-verdedigingstelsel van koringsaailinge aktiveer, ROS-inhoud verminder en die stabiliteit van membraanlipiede handhaaf, waardeur fotosintese en Na+/K+-balans in saailinge gehandhaaf word. Hierdie studie het egter ook beperkings; hoewel die sinergistiese effek van TU en Arg bevestig is en die fisiologiese meganisme daarvan tot 'n mate verduidelik is, bly die meer komplekse molekulêre meganisme onduidelik. Daarom is verdere studie van die sinergistiese meganisme van TU en Arg met behulp van transkriptomiese, metabolomiese en ander metodes nodig.
Die datastelle wat tydens die huidige studie gebruik en/of geanaliseer is, is op redelike versoek by die ooreenstemmende outeur beskikbaar.
Plasingstyd: 19 Mei 2025