Повышение урожайности плодов и устойчивости к засолению растений томата, удобренных микроэлементами йода.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 14655 (2022) Цитировать эту статью

2236 Доступов

2 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Йод является важным микроэлементом для человека, но его роль в физиологии растений обсуждалась уже почти столетие. Недавно были получены первые экспериментальные доказательства его функционального участия в питании растений и защите от стресса. Целью данного исследования было углубленное изучение участия йода в питании томатов, а также оценка его потенциала в отношении устойчивости к солевому стрессу. Для этого растениям, выращенным в различных экспериментальных системах (ростовая камера и теплица), вводили йод в дозах, эффективных по содержанию микроэлементов, самостоятельно или в условиях легкого и умеренного NaCl-солевого стресса. Оценивали вегетативную приспособленность растений, урожайность и качество плодов, биохимические параметры и транскрипционную активность выбранных генов, реагирующих на стресс. У растений, не подвергавшихся стрессу, йод увеличивал рост растений и урожайность плодов, а также улучшал некоторые качественные показатели плодов. При солевом стрессе йод смягчал некоторые наблюдаемые негативные эффекты, в зависимости от использованных концентраций йода/NaCl. Обработка повлияла на некоторые параметры плодов и экспрессию проанализированных генов-маркеров стресса, что объясняет, по крайней мере частично, повышенную толерантность растений к засолению. Таким образом, это исследование еще раз подтверждает функциональное участие йода в питании растений и предлагает доказательства использования его небольших количеств в качестве полезного питательного вещества для растениеводства.

В настоящее время 632 миллиона гектаров сельскохозяйственных земель, что соответствует одной пятой всей обрабатываемой почвы в мире, классифицируются как засоленные1. Засоленность считается одним из наиболее важных абиотических стрессов, угрожающих продуктивности сельского хозяйства из-за пагубного воздействия на продуктивность растений и урожайность2. Избыток солей в почве снижает способность растения поглощать воду, что приводит к осмотическому стрессу и ионной токсичности при избыточном накоплении Cl- и Na+3,4. Это, в свою очередь, приводит к ряду вторичных эффектов, таких как дисбаланс питательных веществ, окислительный стресс и подавление фотосинтеза, сдерживание роста и продуктивности растений4. Адаптация растений к засоленным условиям включает активацию различных биохимических и физиологических стратегий, направленных на восстановление ионного и водного гомеостаза5.

В последние десятилетия у растений было охарактеризовано несколько компонентов солеустойчивости, что послужило основой для создания более толерантных сортов путем традиционной селекции или генетических модификаций6. Среди садовых культур томат (Solanum lycopersicum L.) является одним из наиболее важных модельных видов, особенно полезных для изучения солеустойчивости благодаря своей хорошо известной генетике и удобным методам трансформации7,8. В значительной степени охарактеризована физиология томата в засоленных и незасоленных условиях. Помидор считается «умеренно толерантным» к засолению из-за его способности регулировать водный и ионный гомеостаз при умеренном уровне солености в корневой зоне9. Тем не менее, известно, что воздействие высоких концентраций соли вызывает негативные последствия для большинства сортов с точки зрения прорастания семян, подавления роста и снижения продуктивности плодов8. Замедление роста листьев также наблюдалось у растений, подвергшихся воздействию избыточной засоленности в корневой зоне, и объяснялось снижением тургора клеток, снижением фотосинтетической активности и активацией метаболической передачи сигналов между восприятием стресса и адаптацией10,11,12.

Правильное удобрение сельскохозяйственных культур и, в частности, экзогенное внесение минеральных микроэлементов стало многообещающим подходом к частичному смягчению неблагоприятного воздействия различных абиотических стрессов, включая засоление13. Все большее число исследований включает результаты, показывающие, что экзогенное применение йода – в дозах, соответствующих внесению микроэлементов – благотворно влияет на окислительно-восстановительный метаболизм14,15 и стимулирует неферментативный и ферментативный синтез антиоксидантов, тем самым повышая толерантность к различным неблагоприятным условиям, включая соленость3,16 ,17. Однако в литературе до сих пор мало сообщается о способности йода вызывать толерантность к засоленному стрессу в контексте питания растений. В исследовании салата было обнаружено, что экзогенное применение йода в форме KIO3 увеличивает активность основных детоксифицирующих ферментов активных форм кислорода (АФК), таких как супероксиддисмутаза (СОД), аскорбатпероксидаза (APX), и каталаза (CAT), тем самым увеличивая способность растения переносить сильный засоленный стресс3. Аналогичные результаты недавно были получены на томатах18, где было обнаружено, что внекорневое внесение йода повышает антиоксидантную способность рассады и повышает ее толерантность к воздействию соли.