Regulatori rasta biljaka (PGR)su isplativ način za poboljšanje odbrane biljaka u stresnim uslovima. Ova studija je istraživala sposobnost dvaPGR-ovi, tiouree (TU) i arginina (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 smanjili nivoe reaktivnih vrsta kisika (ROS), malondialdehida (MDA) i relativnog curenja elektrolita (REL) kod sadnica pšenice. Osim toga, ovi tretmani značajno su smanjili koncentracije Na+ i Ca2+ i omjer Na+/K+, dok su značajno povećali koncentraciju K+, čime su održali jonsko-osmotsku ravnotežu. Što je još važnije, TU i Arg značajno su povećali sadržaj klorofila, neto brzinu fotosinteze i brzinu izmjene plinova kod sadnica 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 korišteni 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 su preporučeni kao potencijalni...regulatori rasta biljaka,posebno kada se koriste zajedno, za povećanje prinosa pšenice.
Brze promjene klime i poljoprivrednih praksi povećavaju degradaciju poljoprivrednih ekosistema1. Jedna od najozbiljnijih posljedica je zaslanjivanje zemljišta, što ugrožava globalnu sigurnost hrane2. Zaslanjivanje trenutno pogađa oko 20% obradivog zemljišta širom svijeta, a ta brojka bi se mogla povećati na 50% do 2050. godine3. Stres uzrokovan solima i alkalijama može uzrokovati osmotski stres u korijenu usjeva, što remeti ionsku ravnotežu u biljci4. Takvi nepovoljni uslovi mogu dovesti i do ubrzane razgradnje hlorofila, smanjene stope fotosinteze i metaboličkih poremećaja, što u konačnici rezultira smanjenim prinosom biljaka5,6. Štaviše, uobičajen ozbiljan efekat je povećano stvaranje reaktivnih vrsta kiseonika (ROS), koje mogu uzrokovati oksidativno oštećenje različitih biomolekula, uključujući DNK, proteine i lipide7.
Pšenica (Triticum aestivum) je jedna od najvažnijih žitarica na svijetu. Nije samo najraširenija žitarica, već i važna komercijalna kultura8. Međutim, pšenica je osjetljiva na sol, koja može inhibirati njen rast, poremetiti njene fiziološke i biohemijske procese i značajno smanjiti prinos. Glavne strategije za ublažavanje efekata 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 regulisanjem fizioloških aktivnosti i nivoa supstanci povezanih sa soli, čime se ublažavaju oštećenja od stresa11. Ovi regulatori su generalno prihvaćeniji i šire se koriste od transgenih pristupa. Oni mogu poboljšati toleranciju biljaka na različite abiotske stresove poput saliniteta, suše i teških metala, te pospješiti klijanje sjemena, unos hranjivih tvari i reproduktivni rast, čime se povećava prinos i kvalitet usjeva. 12 Regulatori rasta biljaka su ključni za osiguranje rasta usjeva i održavanje prinosa i kvaliteta 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 kombinovanu upotrebu TU i Arg. Nije jasno da li ova inovativna kombinacija može sinergijski podstaći rast pšenice pod stresom soli. Stoga je cilj ove studije bio utvrditi da li ova dva regulatora rasta mogu sinergijski ublažiti negativne efekte stresa soli na pšenicu. U tu svrhu, proveli smo kratkoročni hidroponski eksperiment sadnica pšenice kako bismo istražili prednosti kombinovane 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 izazvanih stresom soli i upravljanje ionskom neravnotežom, čime bi se povećala tolerancija na sol kod pšenice.
Sadržaj MDA u uzorcima određen je metodom tiobarbiturne kiseline. Precizno izvagati 0,1 g svježeg praha uzorka, ekstrahirati sa 1 ml 10% trihloroctene kiseline tokom 10 minuta, centrifugirati na 10.000 g tokom 20 minuta i sakupiti supernatant. Ekstrakt je pomiješan sa jednakom zapreminom 0,75% tiobarbiturne kiseline i inkubiran na 100 °C tokom 15 minuta. Nakon inkubacije, supernatant je sakupljen centrifugiranjem, a vrijednosti optičke gustoće (OD) su izmjerene 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 je također značajno povećala aktivnost antioksidativnih enzima kod sadnica pšenice tokom šestodnevnog tretmana. Kombinacija TU i Arg je i dalje bila najefikasnija. Međutim, 6 dana nakon tretmana, aktivnosti četiri antioksidativna enzima pod različitim uslovima tretmana pokazale su trend smanjenja u poređenju sa 3 dana nakon tretmana (Slika 6).
Fotosinteza je osnova akumulacije suhe tvari u biljkama i odvija se u hloroplastima, koji su izuzetno osjetljivi na sol. Stres uzrokovan solju može dovesti do oksidacije plazma membrane, poremećaja ćelijske osmotske ravnoteže, oštećenja ultrastrukture hloroplasta36, 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 stoma, čime se smanjuje koncentracija CO2 u listu i inhibira fotosinteza38. Naši rezultati potvrdili su prethodne nalaze da stres uzrokovan solju smanjuje provodljivost stoma kod pšenice, što rezultira smanjenom brzinom transpiracije lista i intracelularnom koncentracijom CO2, što u konačnici dovodi do smanjenog fotosintetskog kapaciteta i smanjene biomase pšenice (Slike 1 i 3). Posebno je važno napomenuti da primjena TU i Arg može poboljšati fotosintetsku efikasnost biljaka pšenice pod stresom od soli. Poboljšanje fotosintetske efikasnosti 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 stoma, čime se povećava fotosintetska efikasnost, što potvrđuju i prethodne studije. Na primjer, Bencarti i saradnici su otkrili da je pod stresom soli, TU značajno povećao stomatalnu provodljivost, brzinu asimilacije CO2 i maksimalnu kvantnu efikasnost PSII fotohemije kod Atriplex portulacoides L.39. Iako ne postoje direktni izvještaji koji dokazuju da Arg može regulisati otvaranje i zatvaranje stoma kod biljaka izloženih stresu soli, Silveira i saradnici su ukazali da Arg može promovisati izmjenu gasova u listovima u uslovima suše22.
Ukratko, ova studija ističe da, uprkos različitim mehanizmima djelovanja i fizičko-hemijskim svojstvima, TU i Arg mogu pružiti uporedivu otpornost na stres izazvan NaCl kod sadnica pšenice, posebno kada se primjenjuju zajedno. Primjena TU i Arg može aktivirati antioksidativni enzimski odbrambeni sistem sadnica pšenice, smanjiti sadržaj ROS-a i održati stabilnost membranskih lipida, čime se održava fotosinteza i ravnoteža Na+/K+ kod sadnica. 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 su neophodna daljnja istraživanja sinergijskog mehanizma TU i Arg korištenjem transkriptomskih, metabolomskih i drugih metoda.
Skupovi podataka korišteni i/ili analizirani tokom trenutne studije dostupni su od odgovarajućeg autora na razuman zahtjev.
Vrijeme objave: 19. maj 2025.