식물 생장 조절제(PGR)스트레스 조건에서 식물의 방어력을 강화하는 비용 효율적인 방법입니다. 이 연구에서는 두 가지의 능력을 조사했습니다.PGRs, 티오우레아(TU) 및 아르기닌(Arg)을 사용하여 밀의 염 스트레스를 완화했습니다. 결과에 따르면 TU와 Arg는 특히 함께 사용했을 때 염 스트레스 하에서 식물 성장을 조절할 수 있었습니다. 이러한 처리로 인해 밀 묘목에서 항산화 효소의 활성이 크게 증가하면서 활성 산소종(ROS), 말론디알데히드(MDA) 및 상대 전해질 누출(REL) 수준이 감소했습니다. 또한 이러한 처리로 인해 Na+ 및 Ca2+ 농도와 Na+/K+ 비율이 크게 감소하고 K+ 농도가 크게 증가하여 이온 삼투압 균형이 유지되었습니다. 더 중요한 것은 TU와 Arg가 염 스트레스 하에서 밀 묘목의 엽록소 함량, 순 광합성 속도 및 가스 교환율을 크게 증가시켰다는 것입니다. TU와 Arg를 단독으로 또는 병용하여 사용하면 건물 축적량이 9.03~47.45% 증가할 수 있으며, 함께 사용했을 때 증가가 가장 컸습니다. 결론적으로, 본 연구는 산화환원 항상성과 이온 균형 유지가 식물의 염 스트레스 내성 향상에 중요함을 강조합니다. 또한, TU와 Arg가 잠재적인 효능을 가진 것으로 추천되었습니다.식물 생장 조절제,특히 두 가지를 함께 사용하면 밀 수확량을 늘릴 수 있습니다.
기후와 농업 관행의 급격한 변화는 농업 생태계의 악화를 심화시키고 있습니다.1 가장 심각한 결과 중 하나는 토지의 염류화로, 이는 세계 식량 안보를 위협합니다.2 염류화는 현재 전 세계 경작지의 약 20%에 영향을 미치고 있으며, 이 수치는 2050년까지 50%까지 증가할 수 있습니다.3 염류-알칼리 스트레스는 작물 뿌리에 삼투압 스트레스를 유발하여 식물의 이온 균형을 교란시킵니다.4 이러한 악조건은 엽록소 분해 촉진, 광합성 속도 감소, 대사 장애를 유발하여 궁극적으로 작물 수확량 감소로 이어질 수 있습니다.5,6 또한, 일반적인 심각한 영향 중 하나는 DNA, 단백질, 지질을 포함한 다양한 생체 분자에 산화적 손상을 일으킬 수 있는 활성 산소종(ROS)의 생성 증가입니다.7
밀(Triticum aestivum)은 세계에서 가장 중요한 곡물 작물 중 하나입니다. 밀은 가장 널리 재배되는 곡물 작물일 뿐만 아니라 중요한 상업 작물이기도 합니다.8 그러나 밀은 염분에 민감하여 생장을 저해하고 생리적, 생화학적 과정을 교란시키며 수확량을 크게 감소시킬 수 있습니다. 염분 스트레스의 영향을 완화하는 주요 전략에는 유전자 변형과 식물 생장 조절제 사용이 있습니다. 유전자 변형 생물체(GM)는 유전자 편집 및 기타 기술을 사용하여 염분에 강한 밀 품종을 개발하는 것입니다.9,10 반면, 식물 생장 조절제는 생리 활성과 염분 관련 물질의 수준을 조절하여 밀의 염분 내성을 향상시키고 스트레스 피해를 완화합니다.11 이러한 조절제는 일반적으로 유전자 변형 접근법보다 더 널리 사용되고 있습니다. 염분, 가뭄, 중금속과 같은 다양한 비생물적 스트레스에 대한 식물 내성을 향상시키고, 종자 발아, 영양소 흡수 및 생식적 성장을 촉진하여 작물 수확량과 품질을 향상시킬 수 있습니다. 12 식물 생장 조절제는 환경 친화성, 사용 편의성, 비용 효율성, 그리고 실용성으로 인해 작물 생장을 보장하고 수확량과 품질을 유지하는 데 매우 중요합니다. 13 그러나 이러한 조절제는 작용 기전이 유사하기 때문에 하나만 사용하는 것은 효과적이지 않을 수 있습니다. 밀의 염분 내성을 향상시킬 수 있는 여러 생장 조절제의 조합을 찾는 것은 열악한 조건에서 밀을 육종하고 수확량을 늘리며 식량 안보를 확보하는 데 매우 중요합니다.
TU와 Arg의 병용 사용을 조사한 연구는 없습니다. 이 혁신적인 조합이 염 스트레스 하에서 밀 생장을 시너지적으로 촉진할 수 있는지는 불분명합니다. 따라서 본 연구의 목적은 이 두 가지 생장 조절제가 밀에 대한 염 스트레스의 악영향을 시너지적으로 완화할 수 있는지 확인하는 것이었습니다. 이를 위해, 염 스트레스 하에서 밀에 TU와 Arg를 병용 시용했을 때의 이점을 조사하기 위해 단기 수경 밀 묘목 실험을 수행했으며, 특히 식물의 산화환원 및 이온 균형에 초점을 맞추었습니다. TU와 Arg의 병용이 염 스트레스로 인한 산화적 손상을 줄이고 이온 불균형을 관리하여 밀의 염 내성을 향상시키는 데 시너지 효과를 발휘할 수 있을 것이라는 가설을 세웠습니다.
시료의 MDA 함량은 티오바르비투르산법으로 측정하였다. 신선한 시료 분말 0.1g을 정확하게 달아 10% 트리클로로아세트산 1ml로 10분간 추출한 후, 10,000g에서 20분간 원심분리하고 상층액을 채취한다. 추출액을 0.75% 티오바르비투르산과 같은 용량으로 혼합하고 100°C에서 15분간 배양한다. 배양 후, 상층액을 원심분리하여 채취하고, 450nm, 532nm, 600nm에서 OD 값을 측정한다. MDA 농도는 다음과 같이 계산한다.
3일 처리와 유사하게, Arg와 Tu의 처리는 6일 처리에서 밀 묘목의 항산화 효소 활성을 유의미하게 증가시켰습니다. TU와 Arg의 조합이 여전히 가장 효과적이었습니다. 그러나 처리 6일 후, 다양한 처리 조건에서 네 가지 항산화 효소의 활성은 처리 3일 후보다 감소하는 경향을 보였습니다(그림 6).
광합성은 식물 건물량 축적의 기초가 되며, 염분에 매우 민감한 엽록체에서 일어납니다. 염분 스트레스는 세포막 산화, 세포 삼투압 균형 붕괴, 엽록체 미세구조 손상36, 엽록소 분해 유발, 칼빈 회로 효소(루비스코 포함) 활성 감소, 그리고 PS II에서 PS I으로의 전자 전달 감소37를 초래할 수 있습니다. 또한, 염분 스트레스는 기공 폐쇄를 유도하여 잎의 CO2 농도를 감소시키고 광합성을 억제할 수 있습니다38. 본 연구 결과는 염분 스트레스가 밀의 기공 전도도를 감소시켜 잎의 증산율과 세포 내 CO2 농도를 감소시키고, 궁극적으로 밀의 광합성 능력과 생물량 감소로 이어진다는 기존 연구 결과를 뒷받침합니다(그림 1 및 3). 특히, TU와 Arg 처리는 염분 스트레스 환경에서 밀 식물의 광합성 효율을 향상시킬 수 있었습니다. 특히 TU와 Arg를 동시에 처리했을 때 광합성 효율 향상이 유의미했습니다(그림 3). 이는 TU와 Arg가 기공의 개폐를 조절하여 광합성 효율을 향상시킨다는 사실 때문일 수 있으며, 이는 이전 연구들을 통해 뒷받침됩니다. 예를 들어, Bencarti 등은 염 스트레스 하에서 TU가 Atriplex portulacoides L.39에서 기공 전도도, CO2 동화율, 그리고 광계2 광화학의 최대 양자 효율을 유의미하게 증가시킨다는 것을 발견했습니다. Arg가 염 스트레스에 노출된 식물에서 기공의 개폐를 조절할 수 있다는 것을 증명하는 직접적인 보고는 없지만, Silveira 등은 Arg가 가뭄 조건에서 잎의 기체 교환을 촉진할 수 있다고 밝혔습니다.
요약하자면, 본 연구는 TU와 Arg의 작용 기전과 물리화학적 특성이 서로 다름에도 불구하고, 밀 묘목에서 NaCl 스트레스에 대한 유사한 저항성을 제공할 수 있음을 강조하며, 특히 병용 시 그 효과가 더욱 두드러진다는 것을 보여줍니다. TU와 Arg의 병용은 밀 묘목의 항산화 효소 방어 체계를 활성화하고, 활성산소(ROS) 함량을 감소시키며, 세포막 지질의 안정성을 유지하여 광합성과 묘목의 Na+/K+ 균형을 유지할 수 있습니다. 그러나 본 연구에는 한계점이 있습니다. TU와 Arg의 상승효과는 확인되었고 생리학적 기전은 어느 정도 설명되었지만, 더 복잡한 분자적 기전은 아직 명확히 밝혀지지 않았습니다. 따라서 전사체학, 대사체학 및 기타 방법을 활용하여 TU와 Arg의 상승작용 기전에 대한 추가 연구가 필요합니다.
본 연구에서 사용 및/또는 분석된 데이터 세트는 합리적인 요청이 있을 경우 해당 저자에게서 제공받을 수 있습니다.
게시 시간: 2025년 5월 19일