Pengawal selia pertumbuhan tumbuhan (PGR)adalah cara yang kos efektif untuk meningkatkan pertahanan tumbuhan di bawah keadaan tekanan. Kajian ini mengkaji keupayaan duaPGR, tiourea (TU) dan arginina (Arg), untuk mengurangkan tekanan garam dalam gandum. Keputusan menunjukkan bahawa TU dan Arg, terutamanya apabila digunakan bersama, boleh mengawal pertumbuhan tumbuhan di bawah tekanan garam. Rawatan mereka meningkatkan aktiviti enzim antioksidan dengan ketara sambil mengurangkan tahap spesies oksigen reaktif (ROS), malondialdehid (MDA), dan kebocoran elektrolit relatif (REL) dalam anak benih gandum. Di samping itu, rawatan ini mengurangkan kepekatan Na+ dan Ca2+ dan nisbah Na+/K+ dengan ketara, sambil meningkatkan kepekatan K+ dengan ketara, sekali gus mengekalkan keseimbangan ion-osmotik. Lebih penting lagi, TU dan Arg meningkatkan kandungan klorofil, kadar fotosintesis bersih, dan kadar pertukaran gas anak benih gandum di bawah tekanan garam dengan ketara. TU dan Arg yang digunakan secara bersendirian atau dalam kombinasi boleh meningkatkan pengumpulan bahan kering sebanyak 9.03–47.45%, dan peningkatannya adalah paling besar apabila ia digunakan bersama. Kesimpulannya, kajian ini menekankan bahawa mengekalkan homeostasis redoks dan keseimbangan ion adalah penting untuk meningkatkan toleransi tumbuhan terhadap tekanan garam. Di samping itu, TU dan Arg disyorkan sebagai berpotensipengatur pertumbuhan tumbuhan,terutamanya apabila digunakan bersama, untuk meningkatkan hasil gandum.
Perubahan pesat dalam iklim dan amalan pertanian meningkatkan degradasi ekosistem pertanian1. Salah satu akibat yang paling serius ialah pengasinan tanah, yang mengancam keselamatan makanan global2. Pengasinan kini menjejaskan kira-kira 20% tanah pertanian di seluruh dunia, dan angka ini boleh meningkat kepada 50% menjelang 20503. Tekanan garam-alkali boleh menyebabkan tekanan osmotik dalam akar tanaman, yang mengganggu keseimbangan ionik dalam tumbuhan4. Keadaan buruk sedemikian juga boleh menyebabkan pemecahan klorofil yang dipercepatkan, penurunan kadar fotosintesis, dan gangguan metabolik, yang akhirnya mengakibatkan pengurangan hasil tumbuhan5,6. Selain itu, kesan serius yang biasa ialah peningkatan penjanaan spesies oksigen reaktif (ROS), yang boleh menyebabkan kerosakan oksidatif kepada pelbagai biomolekul, termasuk DNA, protein, dan lipid7.
Gandum (Triticum aestivum) merupakan salah satu tanaman bijirin yang paling penting di dunia. Ia bukan sahaja tanaman bijirin yang paling banyak ditanam tetapi juga merupakan tanaman komersial yang penting8. Walau bagaimanapun, gandum sensitif terhadap garam, yang boleh menghalang pertumbuhannya, mengganggu proses fisiologi dan biokimianya, dan mengurangkan hasilnya dengan ketara. Strategi utama untuk mengurangkan kesan tekanan garam termasuk pengubahsuaian genetik dan penggunaan pengawal selia pertumbuhan tumbuhan. Organisma yang diubah suai secara genetik (GM) ialah penggunaan penyuntingan gen dan teknik lain untuk membangunkan varieti gandum yang toleran garam9,10. Sebaliknya, pengawal selia pertumbuhan tumbuhan meningkatkan toleransi garam dalam gandum dengan mengawal selia aktiviti fisiologi dan tahap bahan berkaitan garam, sekali gus mengurangkan kerosakan tekanan11. Pengawal selia ini secara amnya lebih diterima dan digunakan secara meluas daripada pendekatan transgenik. Ia boleh meningkatkan toleransi tumbuhan terhadap pelbagai tekanan abiotik seperti kemasinan, kemarau dan logam berat, dan menggalakkan percambahan biji benih, pengambilan nutrien dan pertumbuhan reproduktif, sekali gus meningkatkan hasil dan kualiti tanaman.12 Pengawal selia pertumbuhan tumbuhan adalah penting untuk memastikan pertumbuhan tanaman dan mengekalkan hasil dan kualiti kerana keramahan alam sekitar, kemudahan penggunaan, kos efektif dan praktikalitinya. 13 Walau bagaimanapun, memandangkan modulator ini mempunyai mekanisme tindakan yang serupa, penggunaan salah satu daripadanya sahaja mungkin tidak berkesan. Mencari kombinasi pengawal selia pertumbuhan yang boleh meningkatkan toleransi garam dalam gandum adalah penting untuk pembiakan gandum dalam keadaan buruk, meningkatkan hasil dan memastikan keselamatan makanan.
Tiada kajian yang menyiasat penggunaan gabungan TU dan Arg. Tidak jelas sama ada kombinasi inovatif ini boleh menggalakkan pertumbuhan gandum secara sinergi di bawah tekanan garam. Oleh itu, tujuan kajian ini adalah untuk menentukan sama ada kedua-dua pengawal selia pertumbuhan ini boleh mengurangkan kesan buruk tekanan garam secara sinergi terhadap gandum. Untuk tujuan ini, kami menjalankan eksperimen anak benih gandum hidroponik jangka pendek untuk mengkaji manfaat penggunaan gabungan TU dan Arg kepada gandum di bawah tekanan garam, dengan memberi tumpuan kepada keseimbangan redoks dan ionik tumbuhan. Kami membuat hipotesis bahawa gabungan TU dan Arg boleh berfungsi secara sinergi untuk mengurangkan kerosakan oksidatif yang disebabkan oleh tekanan garam dan mengurus ketidakseimbangan ionik, sekali gus meningkatkan toleransi garam dalam gandum.
Kandungan MDA sampel ditentukan dengan kaedah asid tiobarbiturik. Timbang 0.1 g serbuk sampel segar dengan tepat, ekstrak dengan 1 ml asid trikloroasetik 10% selama 10 minit, emparkan pada 10,000 g selama 20 minit, dan kumpulkan supernatan. Ekstrak dicampurkan dengan isipadu asid tiobarbiturik 0.75% yang sama dan diinkubasi pada suhu 100 °C selama 15 minit. Selepas pengeraman, supernatan dikumpulkan melalui emparan, dan nilai OD pada 450 nm, 532 nm, dan 600 nm diukur. Kepekatan MDA dikira seperti berikut:
Sama seperti rawatan 3 hari, penggunaan Arg dan Tu juga meningkatkan aktiviti enzim antioksidan anak benih gandum dengan ketara di bawah rawatan 6 hari. Gabungan TU dan Arg masih merupakan yang paling berkesan. Walau bagaimanapun, pada 6 hari selepas rawatan, aktiviti empat enzim antioksidan di bawah keadaan rawatan yang berbeza menunjukkan trend penurunan berbanding 3 hari selepas rawatan (Rajah 6).
Fotosintesis adalah asas pengumpulan bahan kering dalam tumbuhan dan berlaku dalam kloroplas, yang sangat sensitif terhadap garam. Tekanan garam boleh menyebabkan pengoksidaan membran plasma, gangguan keseimbangan osmosis selular, kerosakan pada ultrastruktur kloroplas36, menyebabkan degradasi klorofil, mengurangkan aktiviti enzim kitaran Calvin (termasuk Rubisco), dan mengurangkan pemindahan elektron dari PS II ke PS I37. Di samping itu, tekanan garam boleh menyebabkan penutupan stomatal, sekali gus mengurangkan kepekatan CO2 daun dan menghalang fotosintesis38. Keputusan kami mengesahkan penemuan terdahulu bahawa tekanan garam mengurangkan kekonduksian stomatal dalam gandum, mengakibatkan penurunan kadar transpirasi daun dan kepekatan CO2 intraselular, yang akhirnya membawa kepada penurunan kapasiti fotosintesis dan penurunan biojisim gandum (Rajah 1 dan 3). Terutamanya, aplikasi TU dan Arg dapat meningkatkan kecekapan fotosintesis tumbuhan gandum di bawah tekanan garam. Peningkatan kecekapan fotosintesis amat ketara apabila TU dan Arg digunakan secara serentak (Rajah 3). Ini mungkin disebabkan oleh fakta bahawa TU dan Arg mengawal pembukaan dan penutupan stomatal, sekali gus meningkatkan kecekapan fotosintesis, yang disokong oleh kajian terdahulu. Sebagai contoh, Bencarti et al. mendapati bahawa di bawah tekanan garam, TU meningkatkan kekonduksian stomata, kadar asimilasi CO2 dan kecekapan kuantum maksimum fotokimia PSII dalam Atriplex portulacoides L.39 dengan ketara. Walaupun tiada laporan langsung yang membuktikan bahawa Arg boleh mengawal pembukaan dan penutupan stomata dalam tumbuhan yang terdedah kepada tekanan garam, Silveira et al. menunjukkan bahawa Arg boleh menggalakkan pertukaran gas dalam daun di bawah keadaan kemarau22.
Secara ringkasnya, kajian ini menekankan bahawa meskipun mekanisme tindakan dan sifat fizikokimia yang berbeza, TU dan Arg boleh memberikan rintangan yang setanding terhadap tekanan NaCl dalam anak benih gandum, terutamanya apabila digunakan bersama. Penggunaan TU dan Arg boleh mengaktifkan sistem pertahanan enzim antioksidan anak benih gandum, mengurangkan kandungan ROS, dan mengekalkan kestabilan lipid membran, sekali gus mengekalkan fotosintesis dan keseimbangan Na+/K+ dalam anak benih. Walau bagaimanapun, kajian ini juga mempunyai batasan; walaupun kesan sinergi TU dan Arg telah disahkan dan mekanisme fisiologinya telah dijelaskan sehingga tahap tertentu, mekanisme molekul yang lebih kompleks masih tidak jelas. Oleh itu, kajian lanjut tentang mekanisme sinergi TU dan Arg menggunakan kaedah transkriptomik, metabolomik dan kaedah lain adalah perlu.
Set data yang digunakan dan/atau dianalisis semasa kajian semasa boleh didapati daripada penulis yang berkaitan atas permintaan yang munasabah.
Masa siaran: 19 Mei 2025