Pengawal selia pertumbuhan tumbuhan (PGR)adalah cara kos efektif untuk meningkatkan pertahanan tumbuhan di bawah keadaan tekanan. Kajian ini menyiasat keupayaan duaPGR, thiourea (TU) dan arginin (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 menurunkan kepekatan Na+ dan Ca2+ dan nisbah Na+/K+ dengan ketara, sambil meningkatkan kepekatan K+ dengan ketara, dengan itu mengekalkan keseimbangan ion-osmotik. Lebih penting lagi, TU dan Arg meningkatkan kandungan klorofil, kadar fotosintesis bersih dan kadar pertukaran gas anak benih gandum dengan ketara di bawah tekanan garam. TU dan Arg digunakan secara bersendirian atau dalam kombinasi boleh meningkatkan pengumpulan bahan kering sebanyak 9.03–47.45%, dan peningkatan 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 berpotensipengawal selia pertumbuhan tumbuhan,terutamanya apabila digunakan bersama, untuk meningkatkan hasil gandum.
Perubahan pesat dalam iklim dan amalan pertanian meningkatkan kemerosotan ekosistem pertanian1. Salah satu akibat yang paling serius ialah salinisasi tanah, yang mengancam keselamatan makanan global2. Pemasinan pada masa ini 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 pecahan klorofil dipercepatkan, kadar fotosintesis menurun, dan gangguan metabolik, akhirnya mengakibatkan hasil tumbuhan berkurangan5,6. 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 terpenting di dunia. Ia bukan sahaja tanaman bijirin yang paling banyak ditanam tetapi juga tanaman komersial yang penting8. Walau bagaimanapun, gandum sensitif kepada 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 ubah suai genetik (GM) ialah penggunaan penyuntingan gen dan teknik lain untuk membangunkan varieti gandum yang tahan garam9,10. Sebaliknya, pengawal selia pertumbuhan tumbuhan meningkatkan toleransi garam dalam gandum dengan mengawal selia aktiviti fisiologi dan tahap bahan berkaitan garam, dengan itu mengurangkan kerosakan tekanan11. Pengawal selia ini secara amnya lebih diterima dan digunakan secara meluas daripada pendekatan transgenik. Mereka boleh meningkatkan toleransi tumbuhan terhadap pelbagai tekanan abiotik seperti kemasinan, kemarau dan logam berat, dan menggalakkan percambahan benih, pengambilan nutrien dan pertumbuhan pembiakan, dengan itu meningkatkan hasil dan kualiti tanaman. 12 Pengawal selia pertumbuhan tumbuhan adalah penting untuk memastikan pertumbuhan tanaman dan mengekalkan hasil dan kualiti kerana kemesraan alam sekitar, kemudahan penggunaan, keberkesanan kos dan praktikalnya. 13 Walau bagaimanapun, oleh kerana modulator ini mempunyai mekanisme tindakan yang serupa, menggunakan salah satu daripadanya sahaja mungkin tidak berkesan. Mencari gabungan 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 secara sinergistik dapat mengurangkan kesan buruk tekanan garam ke atas gandum. Untuk tujuan ini, kami menjalankan eksperimen anak benih gandum hidroponik jangka pendek untuk menyiasat faedah penggunaan gabungan TU dan Arg pada gandum di bawah tekanan garam, memfokuskan pada keseimbangan redoks dan ionik tumbuhan. Kami membuat hipotesis bahawa gabungan TU dan Arg boleh berfungsi secara sinergistik untuk mengurangkan kerosakan oksidatif yang disebabkan oleh tekanan garam dan menguruskan ketidakseimbangan ionik, dengan itu meningkatkan toleransi garam dalam gandum.
Kandungan MDA sampel ditentukan oleh kaedah asid thiobarbituric. Timbang tepat 0.1 g serbuk sampel segar, ekstrak dengan 1 ml 10% asid trichloroacetic selama 10 minit, sentrifuge pada 10,000 g selama 20 minit, dan kumpulkan supernatan. Ekstrak telah dicampur dengan isipadu yang sama 0.75% asid thiobarbituric dan diinkubasi pada 100 ° C selama 15 minit. Selepas pengeraman, supernatan dikumpul dengan sentrifugasi, 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 yang paling berkesan. Walau bagaimanapun, pada 6 hari selepas rawatan, aktiviti empat enzim antioksidan di bawah keadaan rawatan yang berbeza menunjukkan trend menurun berbanding dengan 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 osmotik selular, kerosakan pada ultrastruktur kloroplas36, menyebabkan degradasi klorofil, mengurangkan aktiviti enzim kitaran Calvin (termasuk Rubisco), dan mengurangkan pemindahan elektron dari PS II kepada PS I37. Di samping itu, tekanan garam boleh menyebabkan penutupan stomata, dengan itu mengurangkan kepekatan CO2 daun dan menghalang fotosintesis38. Keputusan kami mengesahkan penemuan terdahulu bahawa tekanan garam mengurangkan konduktans stomata 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). Terutama, aplikasi TU dan Arg boleh meningkatkan kecekapan fotosintesis tumbuhan gandum di bawah tekanan garam. Peningkatan dalam 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 stomata, dengan itu meningkatkan kecekapan fotosintesis, yang disokong oleh kajian terdahulu. Contohnya, Bencarti et al. mendapati bahawa di bawah tekanan garam, TU meningkat dengan ketara kekonduksian stomata, kadar asimilasi CO2, dan kecekapan kuantum maksimum fotokimia PSII dalam Atriplex portulacoides L.39. Walaupun tidak ada 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 dalam keadaan kemarau22.
Ringkasnya, kajian ini menyerlahkan bahawa walaupun mekanisme tindakan dan sifat fizikokimia mereka berbeza, TU dan Arg boleh memberikan rintangan yang setanding dengan tegasan 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, seterusnya mengekalkan fotosintesis dan keseimbangan Na+/K+ dalam anak benih. Walau bagaimanapun, kajian ini juga mempunyai batasan; walaupun kesan sinergistik TU dan Arg telah disahkan dan mekanisme fisiologinya dijelaskan sedikit sebanyak, mekanisme molekul yang lebih kompleks masih tidak jelas. Oleh itu, kajian lanjut mengenai mekanisme sinergistik TU dan Arg menggunakan kaedah transkriptom, metabolomik dan lain-lain adalah perlu.
Set data yang digunakan dan/atau dianalisis semasa kajian semasa tersedia daripada pengarang yang berkaitan atas permintaan yang munasabah.
Masa siaran: 19-Mei-2025