Taimekasvuregulaatorid (PGR-id)on kulutõhus viis taimede kaitsevõime parandamiseks stressitingimustes. See uuring uuris kahe võimetPGR-id, tiouurea (TU) ja arginiin (Arg), et leevendada nisu soolastressi. Tulemused näitasid, et TU ja Arg, eriti koos kasutamisel, võivad reguleerida taimede kasvu soolastressi korral. Nende töötlused suurendasid oluliselt antioksüdantsete ensüümide aktiivsust, vähendades samal ajal reaktiivsete hapnikuühendite (ROS), malondialdehüüdi (MDA) ja suhtelise elektrolüütide lekke (REL) taset nisu seemikutes. Lisaks vähendasid need töötlused oluliselt Na+ ja Ca2+ kontsentratsioone ning Na+/K+ suhet, suurendades samal ajal oluliselt K+ kontsentratsiooni, säilitades seeläbi ioonosmootse tasakaalu. Veelgi olulisem on see, et TU ja Arg suurendasid oluliselt nisu seemikute klorofülli sisaldust, netofotosünteesi kiirust ja gaasivahetuse kiirust soolastressi korral. TU ja Arg, mida kasutati eraldi või kombinatsioonis, võisid suurendada kuivaine kogunemist 9,03–47,45% võrra ning see suurenemine oli suurim koos kasutamisel. Kokkuvõtteks rõhutab see uuring, et redokstasakaalu ja ioontasakaalu säilitamine on oluline taimede soolastressi taluvuse suurendamiseks. Lisaks soovitati TU-d ja Arg-i potentsiaalsetetaimede kasvuregulaatorid,eriti koos kasutamisel nisu saagikuse suurendamiseks.
Kliima ja põllumajandustavade kiired muutused süvendavad põllumajanduslike ökosüsteemide halvenemist1. Üks tõsisemaid tagajärgi on maa sooldumine, mis ohustab ülemaailmset toiduga kindlustatust2. Sooldumine mõjutab praegu umbes 20% haritavast maast kogu maailmas ja see näitaja võib 2050. aastaks tõusta 50%-ni3. Soola-leelise stress võib põhjustada põllukultuuride juurtes osmootset stressi, mis häirib taime ioontasakaalu4. Sellised ebasoodsad tingimused võivad põhjustada ka klorofülli kiirenenud lagunemist, fotosünteesi kiiruse vähenemist ja ainevahetushäireid, mille tulemuseks on lõppkokkuvõttes taimede saagikuse vähenemine5,6. Lisaks on levinud tõsine tagajärg reaktiivsete hapnikuühendite (ROS) suurenenud teke, mis võib põhjustada oksüdatiivset kahjustust erinevatele biomolekulidele, sealhulgas DNA-le, valkudele ja lipiididele7.
Nisu (Triticum aestivum) on üks olulisemaid teraviljakultuure maailmas. See pole mitte ainult enimkasvatatud teraviljakultuur, vaid ka oluline kaubanduslik kultuur8. Nisu on aga tundlik soola suhtes, mis võib pärssida selle kasvu, häirida selle füsioloogilisi ja biokeemilisi protsesse ning oluliselt vähendada saagikust. Peamised strateegiad soolastressi mõjude leevendamiseks hõlmavad geneetilist modifitseerimist ja taimekasvuregulaatorite kasutamist. Geneetiliselt muundatud organismid (GM) on geenide redigeerimise ja muude tehnikate kasutamine soola taluvate nisusortide aretamiseks9,10. Teisest küljest parandavad taimekasvuregulaatorid nisu soolataluvust, reguleerides füsioloogilisi aktiivsusi ja soolaga seotud ainete taset, leevendades seeläbi stressikahjustusi11. Need regulaatorid on üldiselt aktsepteeritumad ja laialdasemalt kasutatavad kui transgeensed lähenemisviisid. Need võivad suurendada taimede taluvust erinevate abiootiliste stressitegurite, näiteks soolsuse, põua ja raskmetallide suhtes ning soodustada seemnete idanemist, toitainete omastamist ja reproduktiivset kasvu, suurendades seeläbi saagikust ja kvaliteeti.12 Taimekasvuregulaatorid on oma keskkonnasõbralikkuse, kasutusmugavuse, kulutõhususe ja praktilisuse tõttu kriitilise tähtsusega põllukultuuride kasvu tagamiseks ning saagikuse ja kvaliteedi säilitamiseks. 13 Kuna neil modulaatoritel on sarnased toimemehhanismid, ei pruugi ühe neist eraldi kasutamine olla efektiivne. Nisu soolataluvust parandavate kasvuregulaatorite kombinatsiooni leidmine on kriitilise tähtsusega nisu aretamiseks ebasoodsates tingimustes, saagikuse suurendamiseks ja toiduga kindlustatuse tagamiseks.
Puuduvad uuringud, mis uuriksid TU ja Arg kombineeritud kasutamist. Pole selge, kas see uuenduslik kombinatsioon suudab sünergiliselt soodustada nisu kasvu soolastressi tingimustes. Seetõttu oli selle uuringu eesmärk kindlaks teha, kas need kaks kasvuregulaatorit suudavad sünergiliselt leevendada soolastressi kahjulikku mõju nisule. Sel eesmärgil viisime läbi lühiajalise hüdropoonilise nisu seemikute katse, et uurida TU ja Arg kombineeritud kasutamise eeliseid soolastressi tingimustes olevale nisule, keskendudes taimede redoks- ja ioontasakaalule. Meie hüpotees oli, et TU ja Arg kombinatsioon võib sünergiliselt toimida soolastressi põhjustatud oksüdatiivsete kahjustuste vähendamisel ja ioontasakaalu reguleerimisel, parandades seeläbi nisu soolataluvust.
Proovide MDA sisaldus määrati tiobarbituurhappe meetodil. Kaaluti täpselt 0,1 g värsket proovipulbrit, ekstraheeriti 1 ml 10% trikloroäädikhappega 10 minutit, tsentrifuugiti 10 000 g juures 20 minutit ja koguti supernatant. Ekstrakt segati võrdse mahuga 0,75% tiobarbituurhappega ja inkubeeriti temperatuuril 100 °C 15 minutit. Pärast inkubeerimist koguti supernatant tsentrifuugimise teel ja mõõdeti OD väärtused lainepikkustel 450 nm, 532 nm ja 600 nm. MDA kontsentratsioon arvutati järgmiselt:
Sarnaselt 3-päevasele töötlemisele suurendas Arg ja Tu kasutamine oluliselt nisu seemikute antioksüdantsete ensüümide aktiivsust 6-päevase töötlemise ajal. TU ja Arg kombinatsioon oli endiselt kõige efektiivsem. Kuid 6 päeva pärast töötlemist näitasid nelja antioksüdantse ensüümi aktiivsused erinevates töötlustingimustes langustrendi võrreldes 3 päeva pärast töötlemist (joonis 6).
Fotosüntees on taimedes kuivaine kogunemise alus ja toimub kloroplastides, mis on soola suhtes äärmiselt tundlikud. Soolastress võib põhjustada plasmamembraani oksüdeerumist, raku osmootse tasakaalu häireid, kloroplasti ultrastruktuuri kahjustumist36, klorofülli lagunemist, Calvini tsükli ensüümide (sealhulgas Rubisco) aktiivsuse vähenemist ja elektronide ülekande vähenemist PS II-lt PS I-le37. Lisaks võib soolastress esile kutsuda õhulõhede sulgumise, vähendades seeläbi lehtede CO2 kontsentratsiooni ja pärssides fotosünteesi38. Meie tulemused kinnitasid varasemaid leide, et soolastress vähendab nisu õhulõhede juhtivust, mille tulemuseks on lehtede transpiratsioonikiiruse ja rakusisese CO2 kontsentratsiooni vähenemine, mis lõppkokkuvõttes viib fotosünteesi võimekuse vähenemiseni ja nisu biomassi vähenemiseni (joonis 1 ja 3). Märkimisväärselt võib TU ja Arg kasutamine suurendada nisutaimede fotosünteesi efektiivsust soolastressi korral. Fotosünteesi efektiivsuse paranemine oli eriti oluline TU ja Arg samaaegsel kasutamisel (joonis 3). See võib olla tingitud asjaolust, et TU ja Arg reguleerivad õhulõhede avanemist ja sulgumist, suurendades seeläbi fotosünteesi efektiivsust, mida toetavad ka varasemad uuringud. Näiteks leidsid Bencarti jt, et soolastressi korral suurendas TU oluliselt õhulõhede juhtivust, CO2 assimilatsiooni kiirust ja PSII fotokeemia maksimaalset kvantefektiivsust Atriplex portulacoides L.39-s. Kuigi otseseid teateid, mis tõestaksid, et Arg suudab reguleerida õhulõhede avanemist ja sulgumist soolastressi taluvates taimedes, ei ole leitud, et Arg suudab reguleerida gaasivahetust lehtedes põua tingimustes.
Kokkuvõttes rõhutab see uuring, et vaatamata erinevatele toimemehhanismidele ja füüsikalis-keemilistele omadustele võivad TU ja Arg pakkuda nisu seemikutes võrreldavat vastupidavust NaCl stressile, eriti koos manustatuna. TU ja Arg kasutamine võib aktiveerida nisu seemikute antioksüdantse ensüümikaitsesüsteemi, vähendada ROS-i sisaldust ja säilitada membraanilipiidide stabiilsust, säilitades seeläbi fotosünteesi ja Na+/K+ tasakaalu seemikutes. Sellel uuringul on aga ka piirangud; kuigi TU ja Arg sünergistlik toime kinnitati ja selle füsioloogiline mehhanism selgitati teatud määral, jääb keerulisem molekulaarne mehhanism ebaselgeks. Seetõttu on vaja TU ja Arg sünergilise mehhanismi edasist uurimist transkriptoomiliste, metaboloomiliste ja muude meetodite abil.
Käesoleva uuringu käigus kasutatud ja/või analüüsitud andmekogumid on vastavalt autorilt mõistliku taotluse korral kättesaadavad.
Postituse aeg: 19. mai 2025