植物成長調整剤（PGR）ストレス条件下での植物の防御力を強化するための費用対効果の高い方法である。本研究では、2つの製剤開発品、チオ尿素（TU）およびアルギニン（Arg）を小麦の塩類ストレスを軽減するために使用した。結果は、TUとArgを特に併用した場合、塩類ストレス下の植物成長を制御できることを示した。これらの処理により、小麦実生における抗酸化酵素の活性が有意に上昇し、活性酸素種（ROS）、マロンジアルデヒド（MDA）、および相対的電解質漏出（REL）のレベルが低下した。さらに、これらの処理によりNa+およびCa2+濃度とNa+/K+比が有意に低下し、K+濃度が有意に上昇したため、イオン浸透圧バランスが維持された。さらに重要なことに、TUおよびArgは、塩類ストレス下の小麦実生のクロロフィル含有量、純光合成速度、およびガス交換速度を有意に増加させた。TUおよびArgを単独または併用した場合、乾物蓄積が9.03～47.45%増加し、併用した場合に増加が最大となった。結論として、本研究は、植物の塩ストレス耐性を高めるには、酸化還元恒常性とイオンバランスの維持が重要であることを強調している。さらに、TUとArgが、植物成長調整剤、特に併用すると小麦の収穫量が向上します。
気候と農業慣行の急激な変化は、農業生態系の劣化を加速させています1。最も深刻な影響の一つは、世界の食糧安全保障を脅かす土壌の塩性化です2。現在、世界の耕作地の約20％が塩性化の影響を受けており、この数字は2050年までに50％に増加する可能性があります3。塩・アルカリストレスは作物の根に浸透圧ストレスを引き起こし、植物のイオンバランスを崩します4。このような悪条件は、クロロフィルの分解を加速させ、光合成速度を低下させ、代謝を阻害し、最終的には植物の収量を減少させる可能性があります5,6。さらに、一般的な深刻な影響として、活性酸素種（ROS）の生成増加があり、DNA、タンパク質、脂質などのさまざまな生体分子に酸化ダメージを与える可能性があります7。
コムギ（Triticum aestivum）は、世界で最も重要な穀物作物の一つです。最も広く栽培されている穀物作物であるだけでなく、重要な商業作物でもあります8。しかし、コムギは塩分に敏感で、塩分はコムギの成長を阻害し、生理学的および生化学的プロセスを阻害し、収量を大幅に減少させる可能性があります。塩分ストレスの影響を軽減するための主な戦略としては、遺伝子組み換えと植物成長調整剤の使用が挙げられます。遺伝子組み換え生物（GM）とは、遺伝子編集などの技術を用いて耐塩性コムギ品種を開発することです9,10。一方、植物成長調整剤は、生理活性と塩分関連物質のレベルを調節することでコムギの耐塩性を高め、ストレスによる損傷を軽減します11。これらの調整剤は、一般的に遺伝子組み換えアプローチよりも広く受け入れられ、広く利用されています。これらの調整剤は、塩分、干ばつ、重金属などの様々な非生物的ストレスに対する植物の耐性を高め、種子の発芽、養分吸収、生殖成長を促進し、作物の収量と品質を向上させることができます。 12 植物成長調整剤は、環境への配慮、使いやすさ、費用対効果、そして実用性の高さから、作物の生育を確実なものにし、収量と品質を維持する上で極めて重要です。13 しかし、これらの調整剤は作用機序が類似しているため、単独の使用では効果が出ない可能性があります。小麦の耐塩性を向上させる成長調整剤の組み合わせを見つけることは、悪条件下での小麦育種、収量の増加、そして食料安全保障の確保にとって非常に重要です。
TUとArgの併用に関する研究はこれまでありません。この革新的な組み合わせが、塩ストレス下における小麦の生育を相乗的に促進できるかどうかは不明です。そこで本研究では、これら2つの成長調整剤が、塩ストレスによる小麦への悪影響を相乗的に軽減できるかどうかを明らかにすることを目的としました。この目的のため、私たちは短期間の水耕栽培小麦苗実験を行い、塩ストレス下の小麦へのTUとArgの併用が植物の酸化還元バランスとイオンバランスに及ぼす効果を調査しました。TUとArgの組み合わせが相乗的に作用し、塩ストレスによる酸化ダメージを軽減し、イオンバランスの乱れを管理することで、小麦の耐塩性を高める可能性があるという仮説を立てました。
サンプル中のMDA含有量は、チオバルビツール酸法で測定した。新鮮なサンプル粉末0.1gを精秤し、10%トリクロロ酢酸1mlで10分間抽出した後、10,000gで20分間遠心分離し、上澄み液を採取する。抽出液に等量の0.75%チオバルビツール酸を加え、100℃で15分間インキュベートする。インキュベーション後、上澄み液を遠心分離で採取し、450 nm、532 nm、600 nmのOD値を測定した。MDA濃度は以下のように算出した。
3日間処理と同様に、ArgとTuの施用は、6日間処理した小麦実生の抗酸化酵素活性を有意に上昇させました。TUとArgの組み合わせは依然として最も効果的でした。しかし、処理後6日目には、異なる処理条件下での4つの抗酸化酵素の活性は、処理後3日目と比較して低下傾向を示しました（図6）。
光合成は植物における乾物蓄積の基盤であり、塩分に対して極めて敏感な葉緑体で起こります。塩ストレスは、細胞膜の酸化、細胞浸透圧バランスの崩壊、葉緑体の超微細構造の損傷36、クロロフィルの分解、カルビン回路酵素（ルビスコを含む）の活性低下、そしてPS IIからPS Iへの電子伝達の低下37を引き起こします。さらに、塩ストレスは気孔閉鎖を誘導し、葉のCO2濃度を低下させ、光合成を阻害します38。私たちの研究結果は、塩ストレスがコムギの気孔コンダクタンスを低下させ、葉の蒸散速度と細胞内CO2濃度を低下させ、最終的にコムギの光合成能力とバイオマスを低下させるというこれまでの知見を裏付けました（図1および図3）。特に、TUとArgの施用は、塩ストレス下におけるコムギの光合成効率を向上させる可能性があり、特にTUとArgを同時に施用した場合に光合成効率の改善が顕著でした（図3）。これは、TUとArgが気孔の開閉を制御し、光合成効率を高めるという事実によるものと考えられ、これは先行研究によって裏付けられています。例えば、Bencartiらは、塩ストレス下において、TUがAtriplex portulacoides L.において気孔コンダクタンス、CO2同化速度、およびPSII光化学反応の最大量子効率を著しく上昇させることを発見しました39。塩ストレスにさらされた植物においてArgが気孔の開閉を制御することを直接証明した報告はありませんが、Silveiraらは、Argが乾燥条件下で葉のガス交換を促進することを示唆しています22。
要約すると、本研究は、作用機序と物理化学的性質が異なるにもかかわらず、TUとArgは特に併用した場合、小麦実生においてNaClストレスに対する同等の耐性を発揮できることを明らかにしている。TUとArgの併用は、小麦実生の抗酸化酵素防御システムを活性化し、活性酸素種含量を減少させ、膜脂質の安定性を維持し、それによって実生の光合成とNa+/K+バランスを維持する。しかしながら、本研究には限界もある。TUとArgの相乗効果は確認され、その生理学的メカニズムもある程度解明されたものの、より複雑な分子メカニズムは依然として不明である。そのため、トランスクリプトーム解析、メタボローム解析などの手法を用いたTUとArgの相乗メカニズムのさらなる研究が必要である。
本研究で使用および/または分析されたデータセットは、対応する著者からの合理的な要求に応じて入手可能です。
投稿日時: 2025年5月19日