Các chất điều hòa sinh trưởng thực vật (PGR)là một phương pháp tiết kiệm chi phí để tăng cường khả năng phòng vệ của cây trồng trong điều kiện căng thẳng. Nghiên cứu này đã điều tra khả năng của hai loại...PGRsNghiên cứu này đã sử dụng thiourea (TU) và arginine (Arg) để giảm thiểu stress mặn ở lúa mì. Kết quả cho thấy TU và Arg, đặc biệt khi được sử dụng kết hợp, có thể điều chỉnh sự sinh trưởng của cây dưới điều kiện stress mặn. Việc xử lý bằng hai chất này đã làm tăng đáng kể hoạt động của các enzyme chống oxy hóa đồng thời làm giảm mức độ các loại oxy hoạt tính (ROS), malondialdehyde (MDA) và rò rỉ điện giải tương đối (REL) trong cây lúa mì non. Ngoài ra, các phương pháp xử lý này đã làm giảm đáng kể nồng độ Na+ và Ca2+ cũng như tỷ lệ Na+/K+, đồng thời làm tăng đáng kể nồng độ K+, từ đó duy trì cân bằng thẩm thấu ion. Quan trọng hơn, TU và Arg đã làm tăng đáng kể hàm lượng diệp lục, tốc độ quang hợp ròng và tốc độ trao đổi khí của cây lúa mì non dưới điều kiện stress mặn. TU và Arg được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp có thể làm tăng tích lũy chất khô từ 9,03–47,45%, và mức tăng cao nhất khi chúng được sử dụng cùng nhau. Tóm lại, nghiên cứu này nhấn mạnh rằng việc duy trì cân bằng oxy hóa khử và cân bằng ion rất quan trọng để tăng cường khả năng chịu đựng stress mặn của cây trồng. Ngoài ra, TU và Arg được khuyến nghị là các chất có tiềm năng để điều chỉnh stress mặn.chất điều hòa sinh trưởng thực vật,đặc biệt khi được sử dụng kết hợp để tăng năng suất lúa mì.
Những thay đổi nhanh chóng về khí hậu và thực tiễn nông nghiệp đang làm gia tăng sự suy thoái của hệ sinh thái nông nghiệp1. Một trong những hậu quả nghiêm trọng nhất là hiện tượng nhiễm mặn đất, đe dọa an ninh lương thực toàn cầu2. Hiện tượng nhiễm mặn ảnh hưởng đến khoảng 20% diện tích đất canh tác trên toàn thế giới, và con số này có thể tăng lên 50% vào năm 20503. Căng thẳng do muối kiềm có thể gây ra căng thẳng thẩm thấu ở rễ cây trồng, làm phá vỡ sự cân bằng ion trong cây4. Những điều kiện bất lợi như vậy cũng có thể dẫn đến sự phân hủy chất diệp lục nhanh hơn, giảm tỷ lệ quang hợp và rối loạn trao đổi chất, cuối cùng dẫn đến giảm năng suất cây trồng5,6. Hơn nữa, một tác động nghiêm trọng phổ biến là sự gia tăng sản sinh các loại oxy phản ứng (ROS), có thể gây tổn thương oxy hóa cho nhiều phân tử sinh học khác nhau, bao gồm DNA, protein và lipid7.
Lúa mì (Triticum aestivum) là một trong những loại cây ngũ cốc quan trọng nhất trên thế giới. Nó không chỉ là loại cây ngũ cốc được trồng rộng rãi nhất mà còn là một loại cây trồng thương mại quan trọng8. Tuy nhiên, lúa mì rất nhạy cảm với muối, điều này có thể ức chế sự phát triển, làm gián đoạn các quá trình sinh lý và sinh hóa, và làm giảm đáng kể năng suất. Các chiến lược chính để giảm thiểu tác động của stress muối bao gồm biến đổi gen và sử dụng chất điều hòa sinh trưởng thực vật. Sinh vật biến đổi gen (GM) là việc sử dụng chỉnh sửa gen và các kỹ thuật khác để phát triển các giống lúa mì chịu mặn9,10. Mặt khác, chất điều hòa sinh trưởng thực vật tăng cường khả năng chịu mặn ở lúa mì bằng cách điều chỉnh các hoạt động sinh lý và nồng độ các chất liên quan đến muối, do đó giảm thiểu thiệt hại do stress11. Các chất điều hòa này thường được chấp nhận và sử dụng rộng rãi hơn so với các phương pháp chuyển gen. Chúng có thể tăng cường khả năng chịu đựng của cây trồng đối với nhiều loại stress phi sinh học như độ mặn, hạn hán và kim loại nặng, đồng thời thúc đẩy sự nảy mầm của hạt giống, hấp thụ chất dinh dưỡng và sinh trưởng sinh sản, từ đó tăng năng suất và chất lượng cây trồng. 12 Các chất điều hòa sinh trưởng thực vật rất quan trọng để đảm bảo sự phát triển của cây trồng, duy trì năng suất và chất lượng nhờ tính thân thiện với môi trường, dễ sử dụng, hiệu quả về chi phí và tính thực tiễn. 13 Tuy nhiên, vì các chất điều hòa này có cơ chế hoạt động tương tự nhau, nên việc chỉ sử dụng một trong số chúng có thể không hiệu quả. Việc tìm ra sự kết hợp các chất điều hòa sinh trưởng có thể cải thiện khả năng chịu mặn ở lúa mì là rất quan trọng đối với công tác lai tạo giống lúa mì trong điều kiện bất lợi, giúp tăng năng suất và đảm bảo an ninh lương thực.
Hiện chưa có nghiên cứu nào điều tra việc sử dụng kết hợp TU và Arg. Chưa rõ liệu sự kết hợp đột phá này có thể thúc đẩy sự sinh trưởng của lúa mì một cách hiệp đồng dưới điều kiện stress mặn hay không. Do đó, mục đích của nghiên cứu này là xác định xem hai chất điều hòa sinh trưởng này có thể làm giảm bớt tác động bất lợi của stress mặn đối với lúa mì một cách hiệp đồng hay không. Để đạt được mục đích này, chúng tôi đã tiến hành một thí nghiệm ngắn hạn trên cây lúa mì thủy canh để nghiên cứu lợi ích của việc kết hợp sử dụng TU và Arg cho lúa mì dưới điều kiện stress mặn, tập trung vào cân bằng oxy hóa khử và ion của cây. Chúng tôi giả thuyết rằng sự kết hợp của TU và Arg có thể hoạt động hiệp đồng để giảm thiểu tổn thương oxy hóa do stress mặn gây ra và quản lý sự mất cân bằng ion, từ đó tăng cường khả năng chịu mặn ở lúa mì.
Hàm lượng MDA trong các mẫu được xác định bằng phương pháp axit thiobarbituric. Cân chính xác 0,1 g bột mẫu tươi, chiết xuất với 1 ml axit trichloroacetic 10% trong 10 phút, ly tâm ở 10.000 g trong 20 phút, và thu lấy phần dịch nổi. Trộn dịch chiết với một lượng tương đương axit thiobarbituric 0,75% và ủ ở 100 °C trong 15 phút. Sau khi ủ, thu lấy phần dịch nổi bằng cách ly tâm, và đo giá trị OD ở 450 nm, 532 nm và 600 nm. Nồng độ MDA được tính toán như sau:
Tương tự như phương pháp xử lý 3 ngày, việc sử dụng Arg và Tu cũng làm tăng đáng kể hoạt động của các enzyme chống oxy hóa trong cây mầm lúa mì dưới phương pháp xử lý 6 ngày. Sự kết hợp giữa TU và Arg vẫn là hiệu quả nhất. Tuy nhiên, sau 6 ngày xử lý, hoạt động của bốn enzyme chống oxy hóa dưới các điều kiện xử lý khác nhau cho thấy xu hướng giảm so với sau 3 ngày xử lý (Hình 6).
Quang hợp là cơ sở của sự tích lũy chất khô ở thực vật và diễn ra trong lục lạp, vốn cực kỳ nhạy cảm với muối. Căng thẳng do muối có thể dẫn đến quá trình oxy hóa màng sinh chất, phá vỡ cân bằng thẩm thấu tế bào, làm tổn thương cấu trúc siêu nhỏ của lục lạp36, gây thoái hóa diệp lục, làm giảm hoạt động của các enzyme chu trình Calvin (bao gồm cả Rubisco), và làm giảm sự truyền electron từ PS II sang PS I37. Ngoài ra, căng thẳng do muối có thể gây đóng khí khổng, do đó làm giảm nồng độ CO2 trong lá và ức chế quang hợp38. Kết quả của chúng tôi đã xác nhận những phát hiện trước đây rằng căng thẳng do muối làm giảm độ dẫn khí khổng ở lúa mì, dẫn đến giảm tốc độ thoát hơi nước của lá và nồng độ CO2 nội bào, cuối cùng dẫn đến giảm khả năng quang hợp và giảm sinh khối của lúa mì (Hình 1 và 3). Đáng chú ý, việc bón TU và Arg có thể tăng cường hiệu quả quang hợp của cây lúa mì dưới điều kiện căng thẳng do muối. Sự cải thiện hiệu quả quang hợp đặc biệt đáng kể khi bón TU và Arg đồng thời (Hình 3). Điều này có thể là do TU và Arg điều chỉnh sự đóng mở khí khổng, từ đó tăng cường hiệu quả quang hợp, điều này được hỗ trợ bởi các nghiên cứu trước đây. Ví dụ, Bencarti et al. đã phát hiện ra rằng dưới điều kiện căng thẳng do muối, TU làm tăng đáng kể độ dẫn khí khổng, tốc độ hấp thụ CO2 và hiệu suất lượng tử tối đa của quá trình quang hóa PSII ở Atriplex portulacoides L.39. Mặc dù không có báo cáo trực tiếp nào chứng minh rằng Arg có thể điều chỉnh sự đóng mở khí khổng ở thực vật tiếp xúc với điều kiện căng thẳng do muối, nhưng Silveira et al. đã chỉ ra rằng Arg có thể thúc đẩy sự trao đổi khí ở lá trong điều kiện hạn hán22.
Tóm lại, nghiên cứu này nhấn mạnh rằng, mặc dù có cơ chế tác động và tính chất lý hóa khác nhau, TU và Arg có thể cung cấp khả năng kháng stress NaCl tương đương ở cây mầm lúa mì, đặc biệt khi được sử dụng kết hợp. Việc sử dụng TU và Arg có thể kích hoạt hệ thống enzyme chống oxy hóa của cây mầm lúa mì, giảm hàm lượng ROS và duy trì sự ổn định của lipid màng, từ đó duy trì quá trình quang hợp và cân bằng Na+/K+ trong cây mầm. Tuy nhiên, nghiên cứu này cũng có những hạn chế; mặc dù hiệu quả hiệp đồng của TU và Arg đã được xác nhận và cơ chế sinh lý của nó đã được giải thích ở một mức độ nào đó, nhưng cơ chế phân tử phức tạp hơn vẫn chưa rõ ràng. Do đó, cần nghiên cứu thêm về cơ chế hiệp đồng của TU và Arg bằng các phương pháp phân tích biểu hiện gen, chuyển hóa và các phương pháp khác.
Các bộ dữ liệu được sử dụng và/hoặc phân tích trong nghiên cứu hiện tại có sẵn từ tác giả liên hệ khi có yêu cầu hợp lý.
Thời gian đăng bài: 19 tháng 5 năm 2025