Regulátory růstu rostlin (PGR)jsou cenově efektivním způsobem, jak posílit obranyschopnost rostlin ve stresových podmínkách. Tato studie zkoumala schopnost dvouPGR, thiomočoviny (TU) a argininu (Arg) ke zmírnění solného stresu u pšenice. Výsledky ukázaly, že TU a Arg, zejména při společném použití, mohou regulovat růst rostlin za solného stresu. Jejich ošetření významně zvýšilo aktivitu antioxidačních enzymů a zároveň snížilo hladiny reaktivních forem kyslíku (ROS), malondialdehydu (MDA) a relativního úniku elektrolytů (REL) u sazenic pšenice. Kromě toho tato ošetření významně snížila koncentrace Na+ a Ca2+ a poměr Na+/K+, přičemž významně zvýšila koncentraci K+, čímž udržela iontově-osmotickou rovnováhu. Ještě důležitější je, že TU a Arg významně zvýšily obsah chlorofylu, čistou rychlost fotosyntézy a rychlost výměny plynů u sazenic pšenice za solného stresu. TU a Arg použité samostatně nebo v kombinaci mohly zvýšit akumulaci sušiny o 9,03–47,45 % a nárůst byl největší při jejich společném použití. Závěrem lze říci, že tato studie zdůrazňuje, že udržování redoxní homeostázy a iontové rovnováhy je důležité pro zvýšení tolerance rostlin vůči solnému stresu. Kromě toho byly TU a Arg doporučeny jako potenciální...regulátory růstu rostlin,zejména při společném použití ke zvýšení výnosu pšenice.
Rychlé změny klimatu a zemědělských postupů zvyšují degradaci zemědělských ekosystémů1. Jedním z nejzávažnějších důsledků je zasolování půdy, které ohrožuje globální potravinovou bezpečnost2. Zasolování v současnosti postihuje přibližně 20 % orné půdy na celém světě a toto číslo by se do roku 2050 mohlo zvýšit na 50 %3. Stres způsobený solemi a alkalickými látkami může způsobit osmotický stres v kořenech plodin, což narušuje iontovou rovnováhu v rostlině4. Takové nepříznivé podmínky mohou také vést k urychlenému rozkladu chlorofylu, snížené rychlosti fotosyntézy a metabolickým poruchám, což v konečném důsledku vede ke snížení výnosů rostlin5,6. Častým závažným účinkem je navíc zvýšená tvorba reaktivních forem kyslíku (ROS), které mohou způsobit oxidační poškození různých biomolekul, včetně DNA, proteinů a lipidů7.
Pšenice (Triticum aestivum) je jednou z nejdůležitějších obilovin na světě. Není to jen nejrozšířenější obilovina, ale také důležitá komerční plodina8. Pšenice je však citlivá na sůl, která může inhibovat její růst, narušovat její fyziologické a biochemické procesy a významně snižovat její výnos. Mezi hlavní strategie pro zmírnění dopadů stresu ze soli patří genetická modifikace a použití regulátorů růstu rostlin. Geneticky modifikované organismy (GM) představují použití genové editace a dalších technik k vývoji odrůd pšenice tolerantních k soli9,10. Na druhou stranu regulátory růstu rostlin zvyšují toleranci pšenice k soli regulací fyziologických aktivit a hladin látek souvisejících se solí, čímž zmírňují poškození stresem11. Tyto regulátory jsou obecně akceptovanější a široce používané než transgenní přístupy. Mohou zvýšit toleranci rostlin k různým abiotickým stresům, jako je slanost, sucho a těžké kovy, a podpořit klíčení semen, příjem živin a reprodukční růst, čímž zvyšují výnos a kvalitu plodin. 12 Regulátory růstu rostlin jsou klíčové pro zajištění růstu plodin a udržení výnosu a kvality díky své šetrnosti k životnímu prostředí, snadnému použití, nákladové efektivitě a praktičnosti. 13 Jelikož však tyto modulátory mají podobné mechanismy účinku, nemusí být použití pouze jednoho z nich účinné. Nalezení kombinace regulátorů růstu, které mohou zlepšit toleranci pšenice vůči soli, je zásadní pro šlechtění pšenice za nepříznivých podmínek, zvýšení výnosů a zajištění potravinové bezpečnosti.
Neexistují žádné studie zkoumající kombinované použití TU a Arg. Není jasné, zda tato inovativní kombinace může synergicky podporovat růst pšenice v prostředí solného stresu. Cílem této studie proto bylo zjistit, zda tyto dva regulátory růstu mohou synergicky zmírnit nepříznivé účinky solného stresu na pšenici. Za tímto účelem jsme provedli krátkodobý hydroponický experiment se sazenicemi pšenice, abychom prozkoumali výhody kombinované aplikace TU a Arg na pšenici v prostředí solného stresu, se zaměřením na redoxní a iontovou rovnováhu rostlin. Předpokládali jsme, že kombinace TU a Arg by mohla synergicky působit na snížení oxidačního poškození vyvolaného solným stresem a na zvládání iontové nerovnováhy, a tím zvýšit toleranci pšenice vůči soli.
Obsah MDA ve vzorcích byl stanoven metodou s kyselinou thiobarbiturovou. Přesně se naváží 0,1 g čerstvého práškového vzorku, extrahuje se 1 ml 10% kyseliny trichloroctové po dobu 10 minut, centrifuguje se při 10 000 g po dobu 20 minut a supernatant se odebere. Extrakt se smíchá se stejným objemem 0,75% kyseliny thiobarbiturové a inkubuje se při 100 °C po dobu 15 minut. Po inkubaci se supernatant odebere centrifugací a změří se hodnoty optické hustoty (OD) při 450 nm, 532 nm a 600 nm. Koncentrace MDA se vypočítá následovně:
Podobně jako u třídenní aplikace, aplikace Arg a Tu také významně zvýšila aktivitu antioxidačních enzymů u sazenic pšenice i při šestidenní aplikaci. Kombinace TU a Arg byla stále nejúčinnější. Nicméně 6 dní po aplikaci vykazovala aktivita čtyř antioxidačních enzymů za různých podmínek klesající trend ve srovnání s 3 dny po aplikaci (obrázek 6).
Fotosyntéza je základem akumulace sušiny v rostlinách a probíhá v chloroplastech, které jsou extrémně citlivé na sůl. Solný stres může vést k oxidaci plazmatické membrány, narušení buněčné osmotické rovnováhy, poškození ultrastruktury chloroplastů36, způsobit degradaci chlorofylu, snížit aktivitu enzymů Calvinova cyklu (včetně Rubisco) a snížit přenos elektronů z PS II do PS I37. Solný stres může navíc vyvolat uzavření průduchů, čímž snižuje koncentraci CO2 v listech a inhibuje fotosyntézu38. Naše výsledky potvrdily předchozí zjištění, že solný stres snižuje vodivost průduchů u pšenice, což má za následek sníženou rychlost transpirace listů a intracelulární koncentraci CO2, což v konečném důsledku vede ke snížené fotosyntetické kapacitě a snížené biomase pšenice (obr. 1 a 3). Je pozoruhodné, že aplikace TU a Arg by mohla zvýšit fotosyntetickou účinnost rostlin pšenice v solném stresu. Zlepšení fotosyntetické účinnosti bylo obzvláště významné, když byly TU a Arg aplikovány současně (obr. 3). To může být způsobeno tím, že TU a Arg regulují otevírání a zavírání průduchů, čímž zvyšují fotosyntetickou účinnost, což je podpořeno předchozími studiemi. Například Bencarti a kol. zjistili, že za solného stresu TU významně zvýšil vodivost průduchů, rychlost asimilace CO2 a maximální kvantovou účinnost fotochemie PSII u Atriplex portulacoides L.39. Ačkoli neexistují žádné přímé zprávy, které by prokázaly, že Arg může regulovat otevírání a zavírání průduchů u rostlin vystavených solnému stresu, Silveira a kol. naznačili, že Arg může podporovat výměnu plynů v listech za podmínek sucha22.
Stručně řečeno, tato studie zdůrazňuje, že navzdory svým odlišným mechanismům účinku a fyzikálně-chemickým vlastnostem mohou TU a Arg poskytnout srovnatelnou odolnost vůči stresu NaCl u sazenic pšenice, zejména při společné aplikaci. Aplikace TU a Arg může aktivovat antioxidační enzymatický obranný systém sazenic pšenice, snížit obsah ROS a udržet stabilitu membránových lipidů, čímž se udržuje fotosyntéza a rovnováha Na+/K+ u sazenic. Tato studie má však i svá omezení; ačkoli byl synergický účinek TU a Arg potvrzen a jeho fyziologický mechanismus do určité míry vysvětlen, složitější molekulární mechanismus zůstává nejasný. Proto je nutné další studium synergického mechanismu TU a Arg pomocí transkriptomických, metabolomických a dalších metod.
Datové soubory použité a/nebo analyzované během aktuální studie jsou k dispozici u příslušného autora na základě přiměřené žádosti.
Čas zveřejnění: 19. května 2025