Regulatori de creștere a plantelor (PGR)reprezintă o modalitate rentabilă de a spori apărarea plantelor în condiții de stres. Acest studiu a investigat capacitatea a douăPGR-uri, tiouree (TU) și arginină (Arg), pentru a atenua stresul salin la grâu. Rezultatele au arătat că TU și Arg, în special atunci când sunt utilizate împreună, pot regla creșterea plantelor în condiții de stres salin. Tratamentele lor au crescut semnificativ activitățile enzimelor antioxidante, reducând în același timp nivelurile de specii reactive de oxigen (ROS), malondialdehidă (MDA) și scurgerea relativă de electroliți (REL) la răsadurile de grâu. În plus, aceste tratamente au scăzut semnificativ concentrațiile de Na+ și Ca2+ și raportul Na+/K+, crescând în același timp semnificativ concentrația de K+, menținând astfel echilibrul ion-osmotic. Mai important, TU și Arg au crescut semnificativ conținutul de clorofilă, rata netă de fotosinteză și rata de schimb de gaze la răsadurile de grâu aflate în condiții de stres salin. TU și Arg utilizate singure sau în combinație ar putea crește acumularea de substanță uscată cu 9,03–47,45%, iar creșterea a fost cea mai mare atunci când au fost utilizate împreună. În concluzie, acest studiu evidențiază faptul că menținerea homeostaziei redox și a echilibrului ionic este importantă pentru creșterea toleranței plantelor la stresul salin. În plus, TU și Arg au fost recomandate ca potențiale...regulatori de creștere a plantelor,mai ales atunci când sunt utilizate împreună, pentru a îmbunătăți randamentul grâului.
Schimbările rapide ale climei și practicilor agricole sporesc degradarea ecosistemelor agricole1. Una dintre cele mai grave consecințe este salinizarea terenurilor, care amenință securitatea alimentară globală2. Salinizarea afectează în prezent aproximativ 20% din terenurile arabile la nivel mondial, iar această cifră ar putea crește la 50% până în 20503. Stresul sărurilor și alcalinilor poate provoca stres osmotic în rădăcinile culturilor, ceea ce perturbă echilibrul ionic al plantei4. Astfel de condiții adverse pot duce, de asemenea, la o descompunere accelerată a clorofilei, la scăderea ratelor de fotosinteză și la perturbări metabolice, rezultând în cele din urmă o reducere a randamentelor plantelor5,6. Mai mult, un efect grav comun este creșterea generării de specii reactive de oxigen (ROS), care pot provoca daune oxidative diferitelor biomolecule, inclusiv ADN-ului, proteinelor și lipidelor7.
Grâul (Triticum aestivum) este una dintre cele mai importante culturi de cereale din lume. Nu este doar cea mai răspândită cultură de cereale, ci și o cultură comercială importantă8. Cu toate acestea, grâul este sensibil la sare, care îi poate inhiba creșterea, îi poate perturba procesele fiziologice și biochimice și îi poate reduce semnificativ randamentul. Principalele strategii de atenuare a efectelor stresului salin includ modificarea genetică și utilizarea regulatorilor de creștere a plantelor. Organismele modificate genetic (GM) reprezintă utilizarea editării genetice și a altor tehnici pentru a dezvolta soiuri de grâu tolerante la sare9,10. Pe de altă parte, regulatorii de creștere a plantelor sporesc toleranța la sare a grâului prin reglarea activităților fiziologice și a nivelurilor de substanțe legate de sare, atenuând astfel daunele provocate de stres11. Acești regulatori sunt în general mai acceptați și utilizați pe scară largă decât abordările transgenice. Aceștia pot spori toleranța plantelor la diverse stresuri abiotice, cum ar fi salinitatea, seceta și metalele grele, și pot promova germinarea semințelor, absorbția nutrienților și creșterea reproductivă, crescând astfel randamentul și calitatea culturilor.12 Regulatorii de creștere a plantelor sunt esențiali pentru asigurarea creșterii culturilor și menținerea randamentului și a calității datorită respectului lor pentru mediu, ușurinței în utilizare, eficienței din punct de vedere al costurilor și caracterului practic. 13 Totuși, deoarece acești modulatori au mecanisme de acțiune similare, utilizarea unuia dintre ei singur poate să nu fie eficientă. Găsirea unei combinații de regulatori de creștere care pot îmbunătăți toleranța la sare a grâului este esențială pentru ameliorarea grâului în condiții adverse, creșterea randamentelor și asigurarea securității alimentare.
Nu există studii care să investigheze utilizarea combinată a TU și Arg. Nu este clar dacă această combinație inovatoare poate promova sinergic creșterea grâului în condiții de stres salin. Prin urmare, scopul acestui studiu a fost de a determina dacă acești doi regulatori de creștere pot atenua sinergic efectele adverse ale stresului salin asupra grâului. În acest scop, am efectuat un experiment hidroponic pe termen scurt pe răsaduri de grâu pentru a investiga beneficiile aplicării combinate a TU și Arg la grâul în condiții de stres salin, concentrându-ne pe echilibrul redox și ionic al plantelor. Am emis ipoteza că combinația de TU și Arg ar putea acționa sinergic pentru a reduce daunele oxidative induse de stresul salin și a gestiona dezechilibrul ionic, sporind astfel toleranța la sare la grâu.
Conținutul de MDA al probelor a fost determinat prin metoda acidului tiobarbituric. Se cântăresc cu precizie 0,1 g de pulbere proaspătă, se extrage cu 1 ml de acid tricloracetic 10% timp de 10 minute, se centrifughează la 10.000 g timp de 20 de minute și se colectează supernatantul. Extractul a fost amestecat cu un volum egal de acid tiobarbituric 0,75% și se incubează la 100 °C timp de 15 minute. După incubare, supernatantul a fost colectat prin centrifugare, iar valorile de densitate optică (DO) la 450 nm, 532 nm și 600 nm au fost măsurate. Concentrația de MDA a fost calculată după cum urmează:
Similar tratamentului de 3 zile, aplicarea Arg și Tu a crescut semnificativ activitățile enzimelor antioxidante ale răsadurilor de grâu în timpul tratamentului de 6 zile. Combinația de TU și Arg a fost în continuare cea mai eficientă. Cu toate acestea, la 6 zile după tratament, activitățile celor patru enzime antioxidante în diferite condiții de tratament au prezentat o tendință descrescătoare în comparație cu 3 zile după tratament (Figura 6).
Fotosinteza este baza acumulării de materie uscată în plante și are loc în cloroplaste, care sunt extrem de sensibile la sare. Stresul salin poate duce la oxidarea membranei plasmatice, perturbarea echilibrului osmotic celular, deteriorarea ultrastructurii cloroplastelor36, poate provoca degradarea clorofilei, scăderea activității enzimelor ciclului Calvin (inclusiv Rubisco) și reducerea transferului de electroni de la PS II la PS I37. În plus, stresul salin poate induce închiderea stomatelor, reducând astfel concentrația de CO2 din frunze și inhibând fotosinteza38. Rezultatele noastre au confirmat descoperirile anterioare conform cărora stresul salin reduce conductanța stomatală la grâu, rezultând o scădere a ratei de transpirație a frunzelor și a concentrației intracelulare de CO2, ceea ce duce în cele din urmă la scăderea capacității fotosintetice și la scăderea biomasei de grâu (Fig. 1 și 3). În special, aplicarea de TU și Arg ar putea spori eficiența fotosintetică a plantelor de grâu aflate în stres salin. Îmbunătățirea eficienței fotosintetice a fost deosebit de semnificativă atunci când TU și Arg au fost aplicate simultan (Fig. 3). Acest lucru se poate datora faptului că TU și Arg reglează deschiderea și închiderea stomatelor, sporind astfel eficiența fotosintezei, fapt susținut de studii anterioare. De exemplu, Bencarti și colab. au descoperit că, în condiții de stres salin, TU a crescut semnificativ conductanța stomatală, rata de asimilare a CO2 și eficiența cuantică maximă a fotochimiei PSII la Atriplex portulacoides L.39. Deși nu există rapoarte directe care să dovedească faptul că Arg poate regla deschiderea și închiderea stomatelor la plantele expuse la stres salin, Silveira și colab. au indicat faptul că Arg poate promova schimbul de gaze în frunze în condiții de secetă22.
În concluzie, acest studiu evidențiază faptul că, în ciuda mecanismelor lor de acțiune și a proprietăților fizico-chimice diferite, TU și Arg pot oferi o rezistență comparabilă la stresul NaCl la răsadurile de grâu, în special atunci când sunt aplicate împreună. Aplicarea TU și Arg poate activa sistemul de apărare enzimatic antioxidant al răsadurilor de grâu, poate reduce conținutul de ROS și poate menține stabilitatea lipidelor membranare, menținând astfel fotosinteza și echilibrul Na+/K+ la răsaduri. Cu toate acestea, acest studiu are și limitări; deși efectul sinergic al TU și Arg a fost confirmat, iar mecanismul său fiziologic a fost explicat într-o oarecare măsură, mecanismul molecular mai complex rămâne neclar. Prin urmare, este necesar un studiu suplimentar al mecanismului sinergic al TU și Arg folosind metode transcriptomice, metabolomice și alte metode.
Seturile de date utilizate și/sau analizate în cadrul studiului actual sunt disponibile de la autorul corespondent la cerere rezonabilă.
Data publicării: 19 mai 2025