Regulátory rastu rastlín (PGR)sú nákladovo efektívnym spôsobom, ako posilniť obranyschopnosť rastlín v stresových podmienkach. Táto štúdia skúmala schopnosť dvochPGR, tiomočoviny (TU) a arginínu (Arg) na zmiernenie stresu zo soli u pšenice. Výsledky ukázali, že TU a Arg, najmä ak sa používajú spoločne, môžu regulovať rast rastlín v podmienkach stresu zo soli. Ich ošetrenia významne zvýšili aktivitu antioxidačných enzýmov a zároveň znížili hladiny reaktívnych foriem kyslíka (ROS), malondialdehydu (MDA) a relatívneho úniku elektrolytov (REL) v sadenícach pšenice. Okrem toho tieto ošetrenia významne znížili koncentrácie Na+ a Ca2+ a pomer Na+/K+, pričom významne zvýšili koncentráciu K+, čím sa udržala iónovo-osmotická rovnováha. A čo je dôležitejšie, TU a Arg významne zvýšili obsah chlorofylu, čistú rýchlosť fotosyntézy a rýchlosť výmeny plynov v sadenícach pšenice v podmienkach stresu zo soli. TU a Arg použité samostatne alebo v kombinácii mohli zvýšiť akumuláciu sušiny o 9,03 – 47,45 % a nárast bol najväčší pri ich spoločnom použití. Záverom možno povedať, že táto štúdia zdôrazňuje, že udržiavanie redoxnej homeostázy a iónovej rovnováhy je dôležité pre zvýšenie tolerancie rastlín voči stresu zo soli. Okrem toho boli TU a Arg odporúčané ako potenciálne...regulátory rastu rastlín,najmä pri spoločnom použití na zvýšenie úrody pšenice.
Rýchle zmeny klímy a poľnohospodárskych postupov zvyšujú degradáciu poľnohospodárskych ekosystémov1. Jedným z najzávažnejších dôsledkov je zasoľovanie pôdy, ktoré ohrozuje globálnu potravinovú bezpečnosť2. Zasoľovanie v súčasnosti postihuje približne 20 % ornej pôdy na celom svete a toto číslo by sa do roku 2050 mohlo zvýšiť na 50 %3. Stres spôsobený soľami a zásadami môže spôsobiť osmotický stres v koreňoch plodín, čo narúša iónovú rovnováhu v rastline4. Takéto nepriaznivé podmienky môžu tiež viesť k zrýchlenému rozpadu chlorofylu, zníženiu rýchlosti fotosyntézy a metabolickým poruchám, čo v konečnom dôsledku vedie k zníženiu výnosov rastlín5,6. Okrem toho je bežným závažným účinkom zvýšená tvorba reaktívnych foriem kyslíka (ROS), ktoré môžu spôsobiť oxidačné poškodenie rôznych biomolekúl vrátane DNA, bielkovín a lipidov7.
Pšenica (Triticum aestivum) je jednou z najdôležitejších obilnín na svete. Nie je to len najrozšírenejšia obilnina, ale aj dôležitá komerčná plodina8. Pšenica je však citlivá na soľ, ktorá môže inhibovať jej rast, narušiť jej fyziologické a biochemické procesy a výrazne znížiť jej úrodu. Medzi hlavné stratégie na zmiernenie účinkov stresu zo soli patrí genetická modifikácia a používanie regulátorov rastu rastlín. Geneticky modifikované organizmy (GM) predstavujú použitie génovej úpravy a iných techník na vývoj odrôd pšenice tolerantných voči soli9,10. Na druhej strane, regulátory rastu rastlín zvyšujú toleranciu voči soli u pšenice reguláciou fyziologických aktivít a hladín látok súvisiacich so soľou, čím zmierňujú poškodenie stresom11. Tieto regulátory sú vo všeobecnosti akceptovanejšie a používanejšie ako transgénne prístupy. Môžu zvýšiť toleranciu rastlín voči rôznym abiotickým stresom, ako je slanosť, sucho a ťažké kovy, a podporiť klíčenie semien, príjem živín a reprodukčný rast, čím sa zvyšuje úroda a kvalita plodín. 12 Regulátory rastu rastlín sú kľúčové pre zabezpečenie rastu plodín a udržanie úrody a kvality vďaka svojej šetrnosti k životnému prostrediu, jednoduchému použitiu, nákladovej efektívnosti a praktickosti. 13 Keďže však tieto modulátory majú podobné mechanizmy účinku, použitie jedného z nich samostatne nemusí byť účinné. Nájdenie kombinácie rastových regulátorov, ktoré dokážu zlepšiť toleranciu pšenice voči soli, je rozhodujúce pre šľachtenie pšenice v nepriaznivých podmienkach, zvýšenie výnosov a zabezpečenie potravinovej bezpečnosti.
Neexistujú žiadne štúdie skúmajúce kombinované použitie TU a Arg. Nie je jasné, či táto inovatívna kombinácia môže synergicky podporovať rast pšenice v podmienkach soľného stresu. Cieľom tejto štúdie bolo preto zistiť, či tieto dva regulátory rastu môžu synergicky zmierniť nepriaznivé účinky soľného stresu na pšenicu. Za týmto účelom sme uskutočnili krátkodobý hydroponický experiment so sadenicami pšenice, aby sme preskúmali výhody kombinovanej aplikácie TU a Arg na pšenicu v podmienkach soľného stresu, so zameraním na redoxnú a iónovú rovnováhu rastlín. Predpokladali sme, že kombinácia TU a Arg by mohla synergicky pôsobiť na zníženie oxidačného poškodenia vyvolaného soľným stresom a na zvládnutie iónovej nerovnováhy, čím by sa zvýšila tolerancia pšenice voči soli.
Obsah MDA vo vzorkách sa stanovil metódou s kyselinou tiobarbiturovou. Presne sa odváži 0,1 g čerstvého prášku vzorky, extrahuje sa 1 ml 10 % kyseliny trichlóroctovej počas 10 minút, centrifuguje sa pri 10 000 g počas 20 minút a supernatant sa zozbiera. Extrakt sa zmieša s rovnakým objemom 0,75 % kyseliny tiobarbiturovej a inkubuje sa pri 100 °C počas 15 minút. Po inkubácii sa supernatant zozbiera centrifugáciou a zmerajú sa hodnoty optickej hustoty (OD) pri 450 nm, 532 nm a 600 nm. Koncentrácia MDA sa vypočíta takto:
Podobne ako pri 3-dňovom ošetrení, aj aplikácia Arg a Tu významne zvýšila aktivitu antioxidačných enzýmov u sadeníc pšenice pri 6-dňovom ošetrení. Kombinácia TU a Arg bola stále najúčinnejšia. Avšak 6 dní po ošetrení vykazovala aktivita štyroch antioxidačných enzýmov za rôznych podmienok ošetrenia klesajúci trend v porovnaní s 3 dňami po ošetrení (obrázok 6).
Fotosyntéza je základom akumulácie sušiny v rastlinách a prebieha v chloroplastoch, ktoré sú mimoriadne citlivé na soľ. Stres zo soli môže viesť k oxidácii plazmatickej membrány, narušeniu bunkovej osmotickej rovnováhy, poškodeniu ultraštruktúry chloroplastov36, spôsobiť degradáciu chlorofylu, znížiť aktivitu enzýmov Calvinovho cyklu (vrátane Rubisco) a znížiť prenos elektrónov z PS II do PS I37. Okrem toho môže stres zo soli vyvolať uzatváranie prieduchov, čím sa znižuje koncentrácia CO2 v listoch a inhibuje fotosyntéza38. Naše výsledky potvrdili predchádzajúce zistenia, že stres zo soli znižuje vodivosť prieduchov u pšenice, čo vedie k zníženiu rýchlosti transpirácie listov a intracelulárnej koncentrácie CO2, čo v konečnom dôsledku vedie k zníženiu fotosyntetickej kapacity a zníženiu biomasy pšenice (obr. 1 a 3). Je pozoruhodné, že aplikácia TU a Arg by mohla zvýšiť fotosyntetickú účinnosť rastlín pšenice v strese zo soli. Zlepšenie fotosyntetickej účinnosti bolo obzvlášť významné, keď sa TU a Arg aplikovali súčasne (obr. 3). To môže byť spôsobené tým, že TU a Arg regulujú otváranie a zatváranie prieduchov, čím zvyšujú fotosyntetickú účinnosť, čo podporujú aj predchádzajúce štúdie. Napríklad Bencarti a kol. zistili, že v podmienkach soľného stresu TU významne zvýšil vodivosť prieduchov, rýchlosť asimilácie CO2 a maximálnu kvantovú účinnosť fotochémie PSII u Atriplex portulacoides L.39. Hoci neexistujú žiadne priame správy, ktoré by dokazovali, že Arg môže regulovať otváranie a zatváranie prieduchov u rastlín vystavených soľnému stresu, Silveira a kol. naznačili, že Arg môže podporovať výmenu plynov v listoch v podmienkach sucha22.
Stručne povedané, táto štúdia zdôrazňuje, že napriek ich odlišným mechanizmom účinku a fyzikálno-chemickým vlastnostiam môžu TU a Arg poskytnúť porovnateľnú odolnosť voči stresu NaCl u sadeníc pšenice, najmä pri spoločnej aplikácii. Aplikácia TU a Arg môže aktivovať antioxidačný enzýmový obranný systém sadeníc pšenice, znížiť obsah ROS a udržať stabilitu membránových lipidov, čím sa udrží fotosyntéza a rovnováha Na+/K+ v sadeníc. Táto štúdia má však aj obmedzenia; hoci synergický účinok TU a Arg bol potvrdený a jeho fyziologický mechanizmus bol do istej miery vysvetlený, zložitejší molekulárny mechanizmus zostáva nejasný. Preto je potrebné ďalšie štúdium synergického mechanizmu TU a Arg pomocou transkriptomických, metabolomických a iných metód.
Súbory údajov použité a/alebo analyzované počas aktuálnej štúdie sú k dispozícii od príslušného autora na základe odôvodnenej žiadosti.
Čas uverejnenia: 19. mája 2025