Reguladors del creixement vegetal (RCV)són una manera rendible de millorar les defenses de les plantes en condicions d'estrès. Aquest estudi va investigar la capacitat de dosPGRs, tiourea (TU) i arginina (Arg), per alleujar l'estrès salí en el blat. Els resultats van mostrar que la TU i l'Arg, especialment quan s'utilitzen junts, podien regular el creixement de les plantes sota estrès salí. Els seus tractaments van augmentar significativament les activitats dels enzims antioxidants alhora que disminuïen els nivells d'espècies reactives d'oxigen (ROS), malondialdehid (MDA) i la fuita relativa d'electròlits (REL) en les plàntules de blat. A més, aquests tractaments van disminuir significativament les concentracions de Na+ i Ca2+ i la relació Na+/K+, alhora que van augmentar significativament la concentració de K+, mantenint així l'equilibri ió-osmòtic. Més important encara, la TU i l'Arg van augmentar significativament el contingut de clorofil·la, la taxa fotosintètica neta i la taxa d'intercanvi de gasos de les plàntules de blat sota estrès salí. La TU i l'Arg utilitzades soles o en combinació podrien augmentar l'acumulació de matèria seca entre un 9,03 i un 47,45%, i l'augment va ser més gran quan es van utilitzar juntes. En conclusió, aquest estudi destaca que mantenir l'homeòstasi redox i l'equilibri iònic és important per millorar la tolerància de les plantes a l'estrès salí. A més, es va recomanar la TU i l'Arg com a possiblesreguladors del creixement de les plantes,sobretot quan s'utilitzen conjuntament, per millorar el rendiment del blat.
Els canvis ràpids en el clima i les pràctiques agrícoles estan augmentant la degradació dels ecosistemes agrícoles1. Una de les conseqüències més greus és la salinització de la terra, que amenaça la seguretat alimentària mundial2. La salinització actualment afecta aproximadament el 20% de les terres cultivables a tot el món, i aquesta xifra podria augmentar fins al 50% el 20503. L'estrès sal-alcalí pot causar estrès osmòtic a les arrels dels cultius, cosa que altera l'equilibri iònic de la planta4. Aquestes condicions adverses també poden conduir a una acceleració de la degradació de la clorofil·la, una disminució de les taxes de fotosíntesi i alteracions metabòliques, cosa que en última instància resulta en una reducció del rendiment de les plantes5,6. A més, un efecte greu comú és l'augment de la generació d'espècies reactives d'oxigen (ROS), que poden causar danys oxidatius a diverses biomolècules, com ara l'ADN, les proteïnes i els lípids7.
El blat (Triticum aestivum) és un dels cereals més importants del món. No només és el cereal més conreat, sinó també un cultiu comercial important8. Tanmateix, el blat és sensible a la sal, que pot inhibir el seu creixement, interrompre els seus processos fisiològics i bioquímics i reduir significativament el seu rendiment. Les principals estratègies per mitigar els efectes de l'estrès salí inclouen la modificació genètica i l'ús de reguladors del creixement vegetal. Els organismes modificats genèticament (GM) consisteixen en l'ús de l'edició de gens i altres tècniques per desenvolupar varietats de blat tolerants a la sal9,10. D'altra banda, els reguladors del creixement vegetal milloren la tolerància a la sal en el blat mitjançant la regulació de les activitats fisiològiques i els nivells de substàncies relacionades amb la sal, mitigant així els danys per estrès11. Aquests reguladors són generalment més acceptats i utilitzats que els enfocaments transgènics. Poden millorar la tolerància de les plantes a diversos estressos abiòtics com la salinitat, la sequera i els metalls pesants, i promoure la germinació de les llavors, l'absorció de nutrients i el creixement reproductiu, augmentant així el rendiment i la qualitat dels cultius.12 Els reguladors del creixement vegetal són fonamentals per garantir el creixement dels cultius i mantenir el rendiment i la qualitat a causa del seu respecte pel medi ambient, la seva facilitat d'ús, la seva rendibilitat i la seva practicitat. 13 Tanmateix, atès que aquests moduladors tenen mecanismes d'acció similars, utilitzar-ne un sol pot no ser eficaç. Trobar una combinació de reguladors de creixement que pugui millorar la tolerància a la sal en el blat és fonamental per a la millora del blat en condicions adverses, augmentant els rendiments i garantint la seguretat alimentària.
No hi ha estudis que investiguin l'ús combinat de TU i Arg. No està clar si aquesta combinació innovadora pot promoure sinèrgicament el creixement del blat sota estrès salí. Per tant, l'objectiu d'aquest estudi va ser determinar si aquests dos reguladors del creixement poden alleujar sinèrgicament els efectes adversos de l'estrès salí sobre el blat. Amb aquesta finalitat, vam dur a terme un experiment de plàntules de blat hidropònic a curt termini per investigar els beneficis de l'aplicació combinada de TU i Arg al blat sota estrès salí, centrant-nos en l'equilibri redox i iònic de les plantes. Vam plantejar la hipòtesi que la combinació de TU i Arg podria funcionar sinèrgicament per reduir el dany oxidatiu induït per l'estrès salí i gestionar el desequilibri iònic, millorant així la tolerància a la sal en el blat.
El contingut d'MDA de les mostres es va determinar mitjançant el mètode de l'àcid tiobarbitúric. Pesar amb precisió 0,1 g de pols de mostra fresca, extraure amb 1 ml d'àcid tricloroacètic al 10% durant 10 min, centrifugar a 10.000 g durant 20 min i recollir el sobrenedant. L'extracte es va barrejar amb un volum igual d'àcid tiobarbitúric al 0,75% i es va incubar a 100 °C durant 15 min. Després de la incubació, es va recollir el sobrenedant per centrifugació i es van mesurar els valors de densitat ocular (OD) a 450 nm, 532 nm i 600 nm. La concentració d'MDA es va calcular de la manera següent:
De manera similar al tractament de 3 dies, l'aplicació d'Arg i Tu també va augmentar significativament les activitats dels enzims antioxidants de les plàntules de blat durant el tractament de 6 dies. La combinació de TU i Arg va seguir sent la més efectiva. No obstant això, 6 dies després del tractament, les activitats dels quatre enzims antioxidants en diferents condicions de tractament van mostrar una tendència decreixent en comparació amb 3 dies després del tractament (Figura 6).
La fotosíntesi és la base de l'acumulació de matèria seca a les plantes i es produeix en els cloroplasts, que són extremadament sensibles a la sal. L'estrès salí pot conduir a l'oxidació de la membrana plasmàtica, la interrupció de l'equilibri osmòtic cel·lular, danys a l'ultraestructura del cloroplast36, causar degradació de la clorofil·la, disminuir l'activitat dels enzims del cicle de Calvin (inclosa la Rubisco) i reduir la transferència d'electrons de la PS II a la PS I37. A més, l'estrès salí pot induir el tancament estomàtic, reduint així la concentració de CO2 a les fulles i inhibint la fotosíntesi38. Els nostres resultats van confirmar troballes anteriors que l'estrès salí redueix la conductància estomàtica en el blat, resultant en una disminució de la taxa de transpiració de les fulles i de la concentració intracel·lular de CO2, la qual cosa finalment condueix a una disminució de la capacitat fotosintètica i a una disminució de la biomassa del blat (Figs. 1 i 3). Cal destacar que l'aplicació de TU i Arg podria millorar l'eficiència fotosintètica de les plantes de blat sota estrès salí. La millora de l'eficiència fotosintètica va ser particularment significativa quan es van aplicar TU i Arg simultàniament (Fig. 3). Això pot ser degut al fet que el TU i l'Arg regulen l'obertura i el tancament estomàtic, millorant així l'eficiència fotosintètica, la qual cosa està recolzada per estudis anteriors. Per exemple, Bencarti et al. van trobar que sota estrès salí, el TU augmentava significativament la conductància estomàtica, la taxa d'assimilació de CO2 i l'eficiència quàntica màxima de la fotoquímica del PSII en Atriplex portulacoides L.39. Tot i que no hi ha informes directes que demostrin que l'Arg pot regular l'obertura i el tancament estomàtic en plantes exposades a estrès salí, Silveira et al. van indicar que l'Arg pot promoure l'intercanvi de gasos en fulles en condicions de sequera22.
En resum, aquest estudi destaca que, malgrat els seus diferents mecanismes d'acció i propietats fisicoquímiques, el TU i l'Arg poden proporcionar una resistència comparable a l'estrès de NaCl en les plàntules de blat, especialment quan s'apliquen junts. L'aplicació de TU i Arg pot activar el sistema de defensa enzimàtica antioxidant de les plàntules de blat, reduir el contingut de ROS i mantenir l'estabilitat dels lípids de membrana, mantenint així la fotosíntesi i l'equilibri Na+/K+ en les plàntules. Tanmateix, aquest estudi també té limitacions; tot i que es va confirmar l'efecte sinèrgic de TU i Arg i es va explicar el seu mecanisme fisiològic fins a cert punt, el mecanisme molecular més complex continua sense estar clar. Per tant, cal un estudi més aprofundit del mecanisme sinèrgic de TU i Arg mitjançant mètodes transcriptòmics, metabolòmics i altres.
Els conjunts de dades utilitzats i/o analitzats durant l'estudi actual estan disponibles a través de l'autor corresponent si es sol·licita raonablement.
Data de publicació: 19 de maig de 2025