Chất điều hòa sinh trưởng thực vật (PGR)là một cách hiệu quả về mặt 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 haiPGR, thiourea (TU) và arginine (Arg), để giảm bớt căng thẳng do muối ở lúa mì. Kết quả cho thấy TU và Arg, đặc biệt khi được sử dụng cùng nhau, có thể điều chỉnh sự phát triển của cây trồng dưới tác động của muối. Các phương pháp xử lý của chúng làm tăng đáng kể hoạt động của các enzyme chống oxy hóa đồng thời làm giảm mức độ các loài oxy phản ứng (ROS), malondialdehyde (MDA) và rò rỉ điện giải tương đối (REL) ở cây con lúa mì. Ngoài ra, các phương pháp xử lý này làm giảm đáng kể nồng độ Na+ và Ca2+ và tỷ lệ Na+/K+, đồng thời làm tăng đáng kể nồng độ K+, do đó duy trì cân bằng ion-thẩm thấu. Quan trọng hơn, TU và Arg làm tăng đáng kể hàm lượng diệp lục, tốc độ quang hợp thuần và tốc độ trao đổi khí của cây con lúa mì dưới tác động của muối. TU và Arg được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp có thể làm tăng tích lũy vật chất khô từ 9,03–47,45% và mức tăng lớn 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 là rất quan trọng để tăng cường khả năng chịu đựng của cây trồng đối với căng thẳng do muối. Ngoài ra, TU và Arg được khuyến nghị là nhữngchất điều hòa sinh trưởng thực vật,đặc biệt khi sử dụng cùng nhau để tăng năng suất lúa mì.
Những thay đổi nhanh chóng về khí hậu và các hoạt động nông nghiệp đang làm gia tăng sự suy thoái của các hệ sinh thái nông nghiệp1. Một trong những hậu quả nghiêm trọng nhất là tình trạng đất bị nhiễm mặn, đe dọa an ninh lương thực toàn cầu2. Hiện nay, tình trạng 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, phá vỡ cân bằng ion trong cây4. Những điều kiện bất lợi như vậy cũng có thể dẫn đến sự phân hủy diệp lục nhanh hơn, giảm tốc độ quang hợp và rối loạn chuyển hóa, 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 loài oxy phản ứng (ROS), có thể gây ra 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 cây ngũ cốc quan trọng nhất trên thế giới. Đây không chỉ là cây ngũ cốc được trồng rộng rãi nhất mà còn là một cây trồng thương mại quan trọng8. Tuy nhiên, lúa mì rất nhạy cảm với muối, có thể ức chế sự phát triển của lúa mì, 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 các 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, các 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 mức 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 thực vật 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, hấp thụ chất dinh dưỡng và sinh trưởng sinh sản, do đó tăng năng suất và chất lượng cây trồng. 12 Chất điều hòa sinh trưởng thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cây trồng sinh trưởng và duy trì năng suất cũng như 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 sử dụng riêng lẻ một trong hai chất 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 việc lai tạo lúa mì trong điều kiện bất lợi, tăng năng suất và đảm bảo an ninh lương thực.
Chưa có nghiên cứu nào khảo sát việc sử dụng kết hợp TU và Arg. Hiện vẫn chưa rõ liệu sự kết hợp đột phá này có thể thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của lúa mì dưới tác động của stress muối hay không. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là xác định xem hai chất điều hòa sinh trưởng này có thể hiệp đồng làm giảm tác động tiêu cực của stress muối lên lúa mì hay không. Vì vậy, chúng tôi đã tiến hành một thí nghiệm gieo hạt lúa mì thủy canh ngắn hạn để nghiên cứu lợi ích của việc kết hợp TU và Arg cho lúa mì dưới tác động của stress muối, tập trung vào sự cân bằng oxy hóa khử và ion của cây trồng. Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng sự kết hợp TU và Arg có thể hoạt động hiệp đồng để giảm thiểu tổn thương oxy hóa do stress muối gây ra và kiểm soát sự mất cân bằng ion, từ đó tăng cường khả năng chịu mặn ở lúa mì.
Hàm lượng MDA của mẫu được xác định bằng phương pháp axit thiobarbituric. Cân chính xác 0,1 g bột mẫu tươi, chiết 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 phần dịch nổi với một thể tích tương đương axit thiobarbituric 0,75% và ủ ở 100 °C trong 15 phút. Sau khi ủ, phần dịch nổi được thu lại bằng cách ly tâm và đo giá trị OD ở 450 nm, 532 nm và 600 nm. Nồng độ MDA được tính như sau:
Tương tự như xử lý 3 ngày, việc sử dụng Arg và Tu cũng làm tăng đáng kể hoạt tính enzyme chống oxy hóa của cây lúa mì giống trong xử lý 6 ngày. Sự kết hợp TU và Arg vẫn là hiệu quả nhất. Tuy nhiên, sau 6 ngày xử lý, hoạt tính của bốn enzyme chống oxy hóa trong các điều kiện xử lý khác nhau có xu hướng giảm so với 3 ngày xử lý (Hình 6).
Quang hợp là cơ sở tích lũy vật chất khô ở thực vật và xảy ra ở lục lạp, vốn cực kỳ nhạy cảm với muối. Căng thẳng do muối có thể dẫn đến quá trình oxy hóa màng tế bào, phá vỡ cân bằng thẩm thấu tế bào, làm hỏng cấu trúc siêu nhỏ của lục lạp36, gây ra sự phân hủy 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 ra hiện tượng đóng khí khổng, do đó làm giảm nồng độ CO2 ở lá và ức chế quá trình 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 ở 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 sử dụng TU và Arg có thể tăng cường hiệu quả quang hợp của cây lúa mì dưới tác động của muối. Sự cải thiện hiệu quả quang hợp đặc biệt đáng kể khi TU và Arg được sử dụng đồng thời (Hình 3). Điều này có thể là do TU và Arg điều hòa sự đóng mở khí khổng, do đó tăng cường hiệu quả quang hợp, điều này đã được chứng minh bởi các nghiên cứu trước đây. Ví dụ, Bencarti và cộng sự phát hiện ra rằng dưới điều kiện stress mặn, TU làm tăng đáng kể độ dẫn khí khổng, tốc độ đồng hóa CO2 và hiệu suất lượng tử tối đa của quang hóa PSII ở Atriplex portulacoides L.39. Mặc dù không có báo cáo trực tiếp nào chứng minh rằng Arg có thể điều hòa sự đóng mở khí khổng ở thực vật chịu stress mặn, Silveira và cộng sự đã chỉ ra rằng Arg có thể thúc đẩy trao đổi khí ở lá trong điều kiện hạn hán22.
Tóm lại, nghiên cứu này nhấn mạnh rằng mặc dù có cơ chế hoạt động và tính chất lý hóa khác nhau, TU và Arg có thể mang lại khả năng chống chịu stress NaCl tương đương ở cây lúa mì con, đặc biệt là khi được sử dụng cùng nhau. Việc sử dụng TU và Arg có thể kích hoạt hệ thống bảo vệ enzyme chống oxy hóa của cây lúa mì con, 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+ ở cây con. Tuy nhiên, nghiên cứu này cũng có những hạn chế; mặc dù tác dụng 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 phiên mã, chuyển hóa và các phương pháp khác.
Các tập dữ liệu được sử dụng và/hoặc phân tích trong nghiên cứu hiện tại có thể được cung cấp từ tác giả tương ứng theo yêu cầu hợp lý.
Thời gian đăng: 19-05-2025