Перевод. Засоление растет в глобальном масштабе, снижая среднюю урожайность для большинства основных сельскохозяйственных культур
 Скачать 22.85 Kb.
|
|
Аннотация Засоление растет в глобальном масштабе, снижая среднюю урожайность для большинства основных сельскохозяйственных культур. К сожалению, исследования солеустойчивости были в основном сфокусированы на обычных культурах, и лишь немногие из них исследовали потенциал доступных галофитов в качестве новых культур. Это исследование было проведено для изучения механизмов, используемых квиноа, факультативным галофитным видом, для того, чтобы справиться с высоким содержанием соли на разных этапах своего развития. Квиноа считается одной из культур, которые могут обеспечить продовольственную безопасность в этом столетии, выращиваемых главным образом из-за ее съедобных семян с высоким содержанием белка и уникальным аминокислотным составом. Хотя вид был описан как факультативный галофит, и его толерантность к солевому стрессу была исследована, его физиологические и молекулярные реакции на морскую воду (SW) и другие соли не были изучены. Мы оценили влияние SW и различных солей на всхожесть семян, появление всходов и антиоксидантный путь квиноа. Семена проращивали в чашках Петри, а рассаду выращивали в горшках с растворами SW (25, 50, 75 и 100%) и NaCl, CaCl.2 , KCl и MgCl 2индивидуально, в концентрациях, в которых они присутствуют в SW. Наши результаты показали, что все соли при более низких концентрациях увеличивали скорость прорастания, но не проценты прорастания по сравнению с контролем (чистая вода). И наоборот, на сеянцы воздействовали по-разному в зависимости от типа соли и ее концентрации. Затрагиваемые параметры роста были длиной корней и побегов, морфологией корней, пресной и сухой массой и содержанием воды. В квиноа присутствовал эффективный антиоксидантный механизм, активируемый солями во время прорастания и раннего роста проростков, о чем свидетельствует активность антиоксидантных ферментов. Общая антиоксидантная способность всегда была выше при солевом стрессе, чем в воде. Более того, факторы осмотического и ионного стресса имели различную степень влияния на всхожесть и развитие. Вступление Засоленность почвы и ее натрие вызывают серьезные проблемы в сельском хозяйстве во всем мире, а солеустойчивость сельскохозяйственных культур является чрезвычайно важной чертой и основным направлением исследований. Вредные эффекты высокой солености для сельскохозяйственных культур являются многогранными и влияют на растения несколькими способами: стресс от засухи, ионная токсичность, нарушения питания, окислительный стресс, изменение метаболических процессов, дезорганизация мембран и уменьшение деления и расширения клеток. В результате рост, развитие и выживание растений уменьшаются. Два основных стресса, влияющих на растения в условиях засоления, - это осмотический и ионный стрессы. Осмотический стресс, возникающий непосредственно в корневой среде при воздействии солей, может привести к ингибированию поглощения воды, роста клеток и развития боковых зачатков. Ионный стресс развивается, когда токсичные ионы (например, Na + ) накапливаются в клетках, вызывая увеличение смертности листьев, хлороза, некроза и снижение активности клеточного метаболизма, включая фотосинтез. На самом деле избыток Na + и Cl -обладают потенциалом влиять на ферменты растений, что приводит к снижению выработки энергии и другим физиологическим процессам. Ионный стресс приводит к преждевременному старению более старых листьев и к симптомам токсичности (хлороз, некроз) в зрелых листьях из-за высокого содержания Na + и Cl -, которые влияют на растения, нарушая синтез белка и препятствуя активности фермента. Чтобы противодействовать пагубным воздействиям засоления на сельскохозяйственное производство, были проведены обширные исследования по скринингу растений на солеустойчивость с целью обеспечения более толерантных сортов. Тем не менее, эти исследования были в основном сосредоточены на обычных культурах, критериях отбора и изучении того, как растения переносят соли. К сожалению, проведено мало исследований по скринингу доступных галофитов и их реакции на состояние солевого раствора ( Flowers et al. 2010). Киноа из семян - факультативный галофит, обитающий в Андском регионе Боливии и Перу, и представитель Amaranthaceae: квиноа традиционно выращивается в различных экстремальных условиях. Из-за своей огромной генетической изменчивости вид может быть выращен в неблагоприятных почвенных и климатических условиях, демонстрируя разнообразную устойчивость к широкому диапазону абиотических стрессов, таких как мороз, соленость и засуха, а также способность расти на маргинальных почвах. Некоторые сорта могут расти в концентрациях соли, сходных с концентрациями в морской воде (SW, 40 дСм -1 ) и даже выше, хорошо выше порога для любых известных видов сельскохозяйственных культур. Квиноа считается основной альтернативной культурой для удовлетворения дефицита продовольствия в этом столетии для своих семян без глютена и также, поскольку его зерно обеспечивает богатый источник широкого спектра минералов (Ca, P, Mg, Fe и Zn), витаминов (B 1 , B 9 , C и E), линолената, природных антиоксидантов и высококачественного белка, содержащего достаточное количество незаменимых аминокислот, таких как лизин и метионин. Толерантность квиноа к высокой солености на начальных стадиях прорастания семян основана на изменениях уровней основных метаболитов и активности ферментов. Однако большинство исследований влияния солености на всхожесть семян галофитов проводилось с использованием растворов NaCl. Такие исследования могут не дать информацию о прорастании в полевых условиях, поскольку почвы содержат разные соли, которые могут коллективно влиять на прорастание по-разному, чем их индивидуальное воздействие. Морская соль имитирует состав солевых почвенных растворов и может быть использована для изучения синергетического воздействия различных солей на всхожесть семян. Таким образом, работа, представленная здесь, была проведена для изучения влияния SW и его составных солей на прорастание семян, появление всходов и антиоксидантный путь квиноа сорта. Титикака, а также относительная важность двух компонентов (ионного и осмотического) стресса солености. Было показано, что сорта квиноа отличаются солеустойчивостью. В целом, сорта, происходящие из засоленных районов, адаптированы к засоленным условиям и, следовательно, менее подвержены засолению, чем с засоленных районов. В этом исследовании мы использовали датскую породу квиноа. Титикака проверить устойчивость к засолению сорта, хорошо адаптированного к европейским климатическим условиям. Производство квиноа может быть жизнеспособным вариантом для фермеров, заинтересованных в производстве высококачественной культуры с региональным производством и местными рынками в странах Средиземноморья, где соленая вода и засоленность почвы являются основными рисками для будущего развития сельского хозяйства. Здесь ресурсы пресной воды ограничены, в то время как потребности в пище и давление от изменения климата все еще растут. Использование соленых водных ресурсов может стать решением проблемы нынешнего дефицита воды. По этим причинам квиноа предлагает возможность выращивания альтернативной, многообещающей, товарной культуры в засушливых и полузасушливых средах, которые являются запретительными для других видов и, следовательно, могут быть в состоянии использовать засоленные почвы устойчивым и продуктивным образом. |