Թիոմուրեան և արգինինը սիներգիստորեն պահպանում են օքսիդա-վերականգնման հոմեոստազը և իոնային հավասարակշռությունը՝ մեղմելով ցորենի աղային սթրեսը։

Բույսերի աճի կարգավորիչներ (ԲԱԿ)սթրեսային պայմաններում բույսերի պաշտպանությունը բարելավելու ծախսարդյունավետ միջոց են: Այս ուսումնասիրությունը ուսումնասիրել է երկուսի կարողությունըPGR-ներ, թիոմիզանյութ (TU) և արգինին (Arg)՝ ցորենի աղային սթրեսը մեղմելու համար: Արդյունքները ցույց տվեցին, որ TU-ն և Arg-ը, հատկապես միասին օգտագործելիս, կարող են կարգավորել բույսերի աճը աղային սթրեսի պայմաններում: Դրանց մշակումը զգալիորեն մեծացրել է հակաօքսիդանտային ֆերմենտների ակտիվությունը՝ միաժամանակ նվազեցնելով ռեակտիվ թթվածնային տեսակների (ROS), մալոնդիալդեհիդի (MDA) և էլեկտրոլիտային հարաբերական արտահոսքի (REL) մակարդակը ցորենի սածիլներում: Բացի այդ, այս մշակումները զգալիորեն նվազեցրել են Na+ և Ca2+ կոնցենտրացիաները և Na+/K+ հարաբերակցությունը՝ միաժամանակ զգալիորեն մեծացնելով K+ կոնցենտրացիան, այդպիսով պահպանելով իոն-օսմոտիկ հավասարակշռությունը: Ավելի կարևոր է, որ TU-ն և Arg-ը զգալիորեն մեծացրել են քլորոֆիլի պարունակությունը, զուտ ֆոտոսինթեզի արագությունը և գազափոխանակման արագությունը ցորենի սածիլների աղային սթրեսի պայմաններում: TU-ն և Arg-ը, որոնք օգտագործվում են առանձին կամ համակցված, կարող են մեծացնել չոր նյութի կուտակումը 9.03-47.45%-ով, և աճը ամենամեծն էր, երբ դրանք օգտագործվում էին միասին: Եզրափակելով՝ այս ուսումնասիրությունը ընդգծում է, որ օքսիդա-վերականգնողական հոմեոստազի և իոնային հավասարակշռության պահպանումը կարևոր է բույսերի աղային սթրեսի նկատմամբ դիմադրողականությունը բարձրացնելու համար: Բացի այդ, TU-ն և Arg-ը խորհուրդ են տրվել որպես պոտենցիալ...բույսերի աճի կարգավորիչներ,հատկապես, երբ դրանք օգտագործվում են միասին, ցորենի բերքատվությունը բարձրացնելու համար։
Կլիմայի և գյուղատնտեսական գործելակերպի արագ փոփոխությունները մեծացնում են գյուղատնտեսական էկոհամակարգերի քայքայումը1: Ամենալուրջ հետևանքներից մեկը հողերի աղակալումն է, որը սպառնում է համաշխարհային պարենային անվտանգությանը2: Աղակալումն այժմ ազդում է աշխարհի վարելահողերի մոտ 20%-ի վրա, և այս ցուցանիշը կարող է աճել մինչև 50% մինչև 2050 թվականը3: Աղ-ալկալային սթրեսը կարող է օսմոտիկ սթրես առաջացնել բերքի արմատներում, որը խաթարում է բույսի իոնային հավասարակշռությունը4: Նման անբարենպաստ պայմանները կարող են նաև հանգեցնել քլորոֆիլի արագացված քայքայման, ֆոտոսինթեզի արագության նվազման և նյութափոխանակության խանգարումների, ինչը, ի վերջո, հանգեցնում է բույսերի բերքատվության նվազմանը5,6: Ավելին, տարածված լուրջ ազդեցություն է ռեակտիվ թթվածնային տեսակների (ROS) առաջացման աճը, որը կարող է օքսիդատիվ վնաս հասցնել տարբեր կենսամոլեկուլների, այդ թվում՝ ԴՆԹ-ի, սպիտակուցների և լիպիդների7:
Ցորենը (Triticum aestivum) աշխարհում ամենակարևոր հացահատիկային մշակաբույսերից մեկն է: Այն ոչ միայն ամենատարածված հացահատիկային մշակաբույսն է, այլև կարևոր առևտրային մշակաբույս8: Այնուամենայնիվ, ցորենը զգայուն է աղի նկատմամբ, որը կարող է կասեցնել դրա աճը, խաթարել դրա ֆիզիոլոգիական և կենսաքիմիական գործընթացները և զգալիորեն նվազեցնել բերքատվությունը: Աղային սթրեսի հետևանքները մեղմելու հիմնական ռազմավարություններն են գենետիկական մոդիֆիկացիան և բույսերի աճի կարգավորիչների օգտագործումը: Գենետիկորեն մոդիֆիկացված օրգանիզմները (ԳՄ) գեների խմբագրման և այլ տեխնիկայի օգտագործումն են՝ աղի նկատմամբ դիմացկուն ցորենի տեսակներ մշակելու համար9,10: Մյուս կողմից, բույսերի աճի կարգավորիչները բարձրացնում են ցորենի աղի նկատմամբ դիմացկունությունը՝ կարգավորելով աղի հետ կապված նյութերի ֆիզիոլոգիական ակտիվությունը և մակարդակը, դրանով իսկ մեղմելով սթրեսի վնասը11: Այս կարգավորիչները, ընդհանուր առմամբ, ավելի ընդունված և լայնորեն օգտագործվող են, քան տրանսգենային մոտեցումները: Դրանք կարող են բարձրացնել բույսերի դիմացկունությունը տարբեր աբիոտիկ սթրեսների նկատմամբ, ինչպիսիք են աղիությունը, երաշտը և ծանր մետաղները, և խթանել սերմերի ծլումը, սննդանյութերի կլանումը և վերարտադրողական աճը՝ դրանով իսկ բարձրացնելով բերքատվությունը և որակը:12 Բույսերի աճի կարգավորիչները կարևոր են բերքի աճն ապահովելու և բերքատվությունն ու որակը պահպանելու համար՝ իրենց շրջակա միջավայրի համար բարենպաստության, օգտագործման հեշտության, ծախսարդյունավետության և գործնականության շնորհիվ: 13 Սակայն, քանի որ այս մոդուլյատորներն ունեն գործողության նմանատիպ մեխանիզմներ, դրանցից մեկի օգտագործումը միայնակ կարող է արդյունավետ չլինել: Աճի կարգավորիչների համադրություն գտնելը, որը կարող է բարելավել ցորենի աղի նկատմամբ դիմադրողականությունը, կարևոր է ցորենի բուծման համար անբարենպաստ պայմաններում, բարձրացնելով բերքատվությունը և ապահովելով սննդային անվտանգությունը:
Չկան ուսումնասիրություններ, որոնք ուսումնասիրեն TU-ի և Arg-ի համակցված օգտագործումը: Հստակ չէ, թե արդյոք այս նորարարական համադրությունը կարող է սիներգիստորեն խթանել ցորենի աճը աղային սթրեսի պայմաններում: Հետևաբար, այս ուսումնասիրության նպատակն էր պարզել, թե արդյոք այս երկու աճի կարգավորիչները կարող են սիներգիստորեն մեղմել աղային սթրեսի անբարենպաստ ազդեցությունը ցորենի վրա: Այս նպատակով մենք անցկացրեցինք կարճաժամկետ հիդրոպոնիկ ցորենի սածիլների փորձ՝ ուսումնասիրելու TU-ի և Arg-ի համակցված կիրառման առավելությունները աղային սթրեսի պայմաններում ցորենի վրա՝ կենտրոնանալով բույսերի օքսիդա-վերականգնողական և իոնային հավասարակշռության վրա: Մենք ենթադրեցինք, որ TU-ի և Arg-ի համադրությունը կարող է սիներգիստորեն աշխատել՝ նվազեցնելու աղային սթրեսի հետևանքով առաջացած օքսիդատիվ վնասը և կառավարելու իոնային անհավասարակշռությունը, դրանով իսկ բարելավելով ցորենի աղի նկատմամբ դիմադրողականությունը:
Նմուշների MDA պարունակությունը որոշվել է թիոբարբիտուրաթթվի մեթոդով: Ճշգրիտ կշռել 0.1 գ թարմ նմուշի փոշի, 10 րոպե արդյունահանել 1 մլ 10% եռքլորքացախաթթվով, 20 րոպե ցենտրիֆուգացնել 10,000 գ-ի դեպքում և հավաքել վերին շերտը: Էքստրակտը խառնվել է 0.75% թիոբարբիտուրաթթվի հավասար ծավալի հետ և ինկուբացվել 100°C ջերմաստիճանում 15 րոպե: Ինկուբացիայից հետո վերին շերտը հավաքվել է ցենտրիֆուգացման միջոցով, և չափվել են OD արժեքները 450 նմ, 532 նմ և 600 նմ ալիքներում: MDA կոնցենտրացիան հաշվարկվել է հետևյալ կերպ.
Նման 3-օրյա բուժմանը, Arg-ի և Tu-ի կիրառումը նույնպես զգալիորեն մեծացրել է ցորենի սածիլների հակաօքսիդանտային ֆերմենտային ակտիվությունը 6-օրյա բուժման ընթացքում: TU-ի և Arg-ի համադրությունը դեռևս ամենաարդյունավետն էր: Այնուամենայնիվ, մշակումից 6 օր անց չորս հակաօքսիդանտային ֆերմենտների ակտիվությունը տարբեր բուժման պայմաններում ցույց է տվել նվազման միտում՝ համեմատած մշակումից 3 օր անց (Նկար 6):
Ֆոտոսինթեզը բույսերում չոր նյութի կուտակման հիմքն է և տեղի է ունենում քլորոպլաստներում, որոնք չափազանց զգայուն են աղի նկատմամբ: Աղային սթրեսը կարող է հանգեցնել պլազմային թաղանթի օքսիդացման, բջջային օսմոտիկ հավասարակշռության խախտման, քլորոպլաստի ուլտրակառուցվածքի վնասման36, քլորոֆիլի քայքայման, Կալվինի ցիկլի ֆերմենտների (ներառյալ Ռուբիսկոն) ակտիվության նվազեցման և PS II-ից PS I37 էլեկտրոնների փոխանցման նվազեցման: Բացի այդ, աղային սթրեսը կարող է առաջացնել ատամի փակում, դրանով իսկ նվազեցնելով տերևի CO2 կոնցենտրացիան և խոչընդոտելով ֆոտոսինթեզը38: Մեր արդյունքները հաստատեցին նախորդ արդյունքները, որ աղային սթրեսը նվազեցնում է ցորենի ատամի հաղորդունակությունը, ինչը հանգեցնում է տերևի տրանսպիրացիայի արագության և ներբջջային CO2 կոնցենտրացիայի նվազմանը, ինչը, ի վերջո, հանգեցնում է ֆոտոսինթետիկ կարողության նվազմանը և ցորենի կենսազանգվածի նվազմանը (Նկար 1 և 3): Նշենք, որ TU-ի և Arg-ի կիրառումը կարող է բարձրացնել ցորենի բույսերի ֆոտոսինթետիկ արդյունավետությունը աղային սթրեսի տակ: Ֆոտոսինթետիկ արդյունավետության բարելավումը հատկապես նշանակալի էր, երբ TU-ն և Arg-ը կիրառվեցին միաժամանակ (Նկար 3): Սա կարող է պայմանավորված լինել նրանով, որ TU-ն և Arg-ը կարգավորում են ատամի բացումը և փակումը, դրանով իսկ բարձրացնելով ֆոտոսինթետիկ արդյունավետությունը, ինչը հաստատվում է նախորդ ուսումնասիրություններով: Օրինակ՝ Բենկարտին և այլք պարզել են, որ աղային սթրեսի տակ TU-ն զգալիորեն մեծացրել է Atriplex portulacoides L.39-ում ատոմային հաղորդունակությունը, CO2-ի յուրացման արագությունը և PSII լուսաքիմիայի առավելագույն քվանտային արդյունավետությունը: Չնայած չկան ուղղակի հաղորդագրություններ, որոնք ապացուցում են, որ Arg-ը կարող է կարգավորել ատոմների բացումն ու փակումը աղային սթրեսի ենթարկված բույսերում, Սիլվեյրան և այլք նշել են, որ Arg-ը կարող է խթանել գազափոխանակությունը տերևներում երաշտի պայմաններում22:
Ամփոփելով՝ այս ուսումնասիրությունը ընդգծում է, որ չնայած իրենց գործողության տարբեր մեխանիզմներին և ֆիզիկաքիմիական հատկություններին, TU-ն և Arg-ը կարող են ապահովել համեմատելի դիմադրություն NaCl սթրեսի նկատմամբ ցորենի սածիլներում, հատկապես միասին կիրառման դեպքում: TU-ի և Arg-ի կիրառումը կարող է ակտիվացնել ցորենի սածիլների հակաօքսիդանտային ֆերմենտային պաշտպանության համակարգը, նվազեցնել ROS պարունակությունը և պահպանել թաղանթային լիպիդների կայունությունը, այդպիսով պահպանելով ֆոտոսինթեզը և Na+/K+ հավասարակշռությունը սածիլներում: Այնուամենայնիվ, այս ուսումնասիրությունն ունի նաև սահմանափակումներ. չնայած TU-ի և Arg-ի սիներգետիկ ազդեցությունը հաստատվել է, և դրա ֆիզիոլոգիական մեխանիզմը որոշ չափով բացատրվել է, ավելի բարդ մոլեկուլային մեխանիզմը մնում է անհասկանալի: Հետևաբար, անհրաժեշտ է TU-ի և Arg-ի սիներգետիկ մեխանիզմի հետագա ուսումնասիրություն՝ օգտագործելով տրանսկրիպտոմիկ, մետաբոլոմիկ և այլ մեթոդներ:
Ընթացիկ ուսումնասիրության ընթացքում օգտագործված և/կամ վերլուծված տվյալների հավաքածուները հասանելի են համապատասխան հեղինակից՝ ողջամիտ պահանջի դեպքում։