يحافظ الثيويوريا والأرجينين بشكل تآزري على توازن الأكسدة والاختزال والتوازن الأيوني، مما يخفف من إجهاد الملح في القمح.

منظمات نمو النبات (PGRs)طريقة فعّالة من حيث التكلفة لتعزيز دفاعات النبات في ظل ظروف الإجهاد. بحثت هذه الدراسة في قدرة نوعين منمنظمات أبحاث النباتات، ثيويوريا (TU) وأرجينين (Arg)، لتخفيف الإجهاد الملحي في القمح. أظهرت النتائج أن TU وArg، وخاصة عند استخدامهما معًا، يمكنهما تنظيم نمو النبات تحت الإجهاد الملحي. زادت معالجاتهما بشكل ملحوظ من أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة مع تقليل مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) والمالونديالدهيد (MDA) وتسرب الإلكتروليت النسبي (REL) في شتلات القمح. بالإضافة إلى ذلك، أدت هذه المعالجات إلى تقليل تركيزات الصوديوم والكالسيوم ونسبة الصوديوم إلى البوتاسيوم بشكل ملحوظ، مع زيادة تركيز البوتاسيوم بشكل ملحوظ، وبالتالي الحفاظ على التوازن الأيوني الأسموزي. والأهم من ذلك، زاد TU وArg بشكل ملحوظ من محتوى الكلوروفيل ومعدل التمثيل الضوئي الصافي ومعدل تبادل الغازات في شتلات القمح تحت الإجهاد الملحي. يمكن أن يؤدي استخدام TU وArg بمفردهما أو معًا إلى زيادة تراكم المادة الجافة بنسبة 9.03-47.45٪، وكانت الزيادة أعظمية عند استخدامهما معًا. في الختام، تُسلِّط هذه الدراسة الضوء على أهمية الحفاظ على توازن الأكسدة والاختزال وتوازن الأيونات لتعزيز تحمُّل النبات للإجهاد الملحي. بالإضافة إلى ذلك، أُوصي باستخدام TU وArg كعناصر مُحتملة.منظمات نمو النباتات،وخاصة عندما يتم استخدامهما معًا لتعزيز محصول القمح.
تُفاقم التغيرات السريعة في المناخ والممارسات الزراعية تدهور النظم البيئية الزراعية1. ومن أخطر عواقبها تملح الأراضي، الذي يُهدد الأمن الغذائي العالمي2. يؤثر التملح حاليًا على حوالي 20% من الأراضي الصالحة للزراعة حول العالم، وقد يرتفع هذا الرقم إلى 50% بحلول عام 20503. يُمكن أن يُسبب الإجهاد الملحي القلوي إجهادًا تناضحيًا في جذور المحاصيل، مما يُخل بالتوازن الأيوني في النبات4. كما يُمكن أن تُؤدي هذه الظروف المعاكسة إلى تسريع تحلل الكلوروفيل، وانخفاض معدلات التمثيل الضوئي، واضطرابات أيضية، مما يُؤدي في النهاية إلى انخفاض إنتاجية النباتات5،6. علاوة على ذلك، من الآثار الخطيرة الشائعة زيادة إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، والتي يُمكن أن تُسبب ضررًا تأكسديًا للعديد من الجزيئات الحيوية، بما في ذلك الحمض النووي (DNA) والبروتينات والدهون7.
يُعد القمح (Triticum aestivum) أحد أهم محاصيل الحبوب في العالم. فهو ليس فقط أكثر محاصيل الحبوب انتشارًا، بل يُعد أيضًا محصولًا تجاريًا مهمًا. ومع ذلك، فإن القمح حساس للملح، مما قد يُعيق نموه، ويُعطل عملياته الفسيولوجية والكيميائية الحيوية، ويُقلل إنتاجه بشكل كبير. تشمل الاستراتيجيات الرئيسية للتخفيف من آثار الإجهاد الملحي التعديل الوراثي واستخدام منظمات نمو النباتات. وتعتمد الكائنات المعدلة وراثيًا على استخدام التحرير الجيني وتقنيات أخرى لتطوير أصناف قمح تتحمل الملوحة. 9،10 من ناحية أخرى، تُعزز منظمات نمو النبات تحمل القمح للملوحة من خلال تنظيم الأنشطة الفسيولوجية ومستويات المواد المرتبطة بالملح، مما يُخفف من أضرار الإجهاد. 11 هذه المنظمات أكثر قبولًا واستخدامًا بشكل عام من أساليب التعديل الوراثي. فهي تُعزز تحمل النبات لمختلف أنواع الإجهاد اللاحيوي، مثل الملوحة والجفاف والمعادن الثقيلة، وتُعزز إنبات البذور، وامتصاص العناصر الغذائية، والنمو التناسلي، مما يزيد من إنتاجية وجودة المحصول. ١٢- تُعدّ منظمات نمو النباتات أساسية لضمان نمو المحاصيل والحفاظ على الغلة والجودة، نظرًا لملاءمتها للبيئة وسهولة استخدامها وفعاليتها من حيث التكلفة وعمليتها. ١٣- ومع ذلك، نظرًا لتشابه آليات عمل هذه المنظمات، فقد لا يكون استخدام واحد منها وحده فعالًا. يُعدّ إيجاد مزيج من منظمات النمو التي تُحسّن تحمل القمح للملوحة أمرًا بالغ الأهمية لتكاثر القمح في ظل الظروف المعاكسة، مما يزيد الغلة ويضمن الأمن الغذائي.
لا توجد دراسات تبحث في الاستخدام المشترك لـ TU وArg. ومن غير الواضح ما إذا كان هذا المزيج المبتكر قادرًا على تعزيز نمو القمح تآزريًا في ظل الإجهاد الملحي. لذلك، هدفت هذه الدراسة إلى تحديد ما إذا كان منظما النمو هذان قادران على التخفيف من الآثار السلبية للإجهاد الملحي على القمح. ولتحقيق ذلك، أجرينا تجربة قصيرة المدى على شتلات القمح باستخدام الزراعة المائية لدراسة فوائد الاستخدام المشترك لـ TU وArg على القمح في ظل الإجهاد الملحي، مع التركيز على توازن الأكسدة والاختزال والأيونات في النباتات. افترضنا أن مزيج TU وArg يمكن أن يعمل تآزريًا لتقليل الضرر التأكسدي الناتج عن الإجهاد الملحي وإدارة اختلال التوازن الأيوني، مما يعزز تحمل القمح للملح.
تم تحديد محتوى MDA في العينات بطريقة حمض الثيوباربيتيوريك. وُزن 0.1 غرام من مسحوق العينة الطازجة بدقة، ثم طُبِّق المستخلص مع 1 مل من حمض ثلاثي كلورو أسيتيك 10% لمدة 10 دقائق، وطُبِّق في جهاز طرد مركزي بسرعة 10000 غرام لمدة 20 دقيقة، ثم جُمِع السائل العلوي. خُلط المستخلص مع حجم مماثل من حمض الثيوباربيتيوريك 0.75%، وحُضِّن عند درجة حرارة 100 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. بعد الحضانة، جُمِع السائل العلوي بالطرد المركزي، وقيست قيم OD عند أطوال موجات 450 و532 و600 نانومتر. حُسب تركيز MDA كما يلي:
على غرار المعالجة التي استمرت ثلاثة أيام، أدى استخدام الأرجنين والتوأم إلى زيادة ملحوظة في نشاط إنزيمات مضادات الأكسدة في شتلات القمح خلال المعالجة التي استمرت ستة أيام. وظل مزيج الأرجنين والتوأم هو الأكثر فعالية. ومع ذلك، بعد ستة أيام من المعالجة، أظهرت أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة الأربعة في ظل ظروف معالجة مختلفة اتجاهًا تنازليًا مقارنةً بالأيام الثلاثة التي تلتها (الشكل 6).
التمثيل الضوئي هو أساس تراكم المادة الجافة في النباتات، ويحدث في البلاستيدات الخضراء شديدة الحساسية للملح. يمكن أن يؤدي الإجهاد الملحي إلى أكسدة الغشاء البلازمي، واختلال التوازن الأسموزي الخلوي، وتلف البنية الدقيقة للبلاستيدات الخضراء36، وتحلل الكلوروفيل، وانخفاض نشاط إنزيمات دورة كالفن (بما في ذلك روبيسكو)، وتقليل نقل الإلكترونات من PS II إلى PS I37. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يُحفز الإجهاد الملحي إغلاق الثغور، مما يقلل تركيز ثاني أكسيد الكربون في الأوراق ويمنع عملية التمثيل الضوئي38. أكدت نتائجنا النتائج السابقة التي تفيد بأن الإجهاد الملحي يقلل من توصيل الثغور في القمح، مما يؤدي إلى انخفاض معدل نتح الأوراق وتركيز ثاني أكسيد الكربون داخل الخلايا، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض القدرة على التمثيل الضوئي وانخفاض الكتلة الحيوية للقمح (الشكلان 1 و3). والجدير بالذكر أن إضافة TU والأرجون يمكن أن تعزز كفاءة التمثيل الضوئي لنباتات القمح المعرضة للإجهاد الملحي. وكان التحسن في كفاءة التمثيل الضوئي ملحوظًا بشكل خاص عند إضافة TU والأرجون في وقت واحد (الشكل 3). قد يعود ذلك إلى أن TU وArg ينظمان فتح وإغلاق الثغور، مما يعزز كفاءة التمثيل الضوئي، وهو ما تدعمه دراسات سابقة. على سبيل المثال، وجد بنكارتي وزملاؤه أنه تحت تأثير الإجهاد الملحي، يزيد TU بشكل ملحوظ من توصيل الثغور، ومعدل استيعاب ثاني أكسيد الكربون، والكفاءة الكمية القصوى للكيمياء الضوئية لـ PSII في نبات Atriplex portulacoides L.39. على الرغم من عدم وجود تقارير مباشرة تثبت قدرة Arg على تنظيم فتح وإغلاق الثغور في النباتات المعرضة للإجهاد الملحي، أشار سيلفيرا وزملاؤه إلى أن Arg يمكن أن يعزز تبادل الغازات في الأوراق تحت ظروف الجفاف.22
باختصار، تُسلّط هذه الدراسة الضوء على أنه على الرغم من اختلاف آليات عمل كلٍّ من TU وArg وخصائصهما الفيزيائية والكيميائية، إلا أنهما يُوفّران مقاومةً مُتقاربةً لإجهاد كلوريد الصوديوم في شتلات القمح، خاصةً عند تطبيقهما معًا. يُمكن لتطبيق TU وArg تنشيط نظام الدفاع الإنزيمي المضاد للأكسدة في شتلات القمح، وتقليل محتوى أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، والحفاظ على استقرار دهون الأغشية، وبالتالي الحفاظ على عملية التمثيل الضوئي وتوازن الصوديوم والبوتاسيوم في الشتلات. ومع ذلك، فإن لهذه الدراسة أيضًا بعض القيود؛ فرغم تأكيد التأثير التآزري لـ TU وArg وشرح آليته الفسيولوجية إلى حدٍّ ما، إلا أن الآلية الجزيئية الأكثر تعقيدًا لا تزال غير واضحة. لذلك، من الضروري إجراء المزيد من الدراسات حول الآلية التآزرية لـ TU وArg باستخدام طرق النسخ الجيني والأيض وغيرها.
تتوفر مجموعات البيانات المستخدمة و/أو المحللة أثناء الدراسة الحالية من المؤلف المراسل عند الطلب المعقول.