植物成長調整剤（PGR）ストレス条件下で植物の防御力を高めるための費用対効果の高い方法である。本研究では、2つの植物成長調節物質チオ尿素（TU）とアルギニン（Arg）を用いて、コムギの塩ストレスを軽減する研究を行った。その結果、TUとArgは、特に併用した場合に、塩ストレス下での植物の成長を調節できることが示された。これらの処理により、コムギ実生における抗酸化酵素の活性が有意に増加し、活性酸素種（ROS）、マロンジアルデヒド（MDA）、および相対電解質漏出（REL）のレベルが低下した。さらに、これらの処理により、Na+とCa2+の濃度およびNa+/K+比が有意に減少し、K+の濃度が有意に増加し、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とArgは、塩ストレス下でコムギ実生のクロロフィル含有量、正味光合成速度、およびガス交換速度を有意に増加させた。TUと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率が最大となった。結論として、本研究は、酸化還元恒常性とイオンバランスの維持が植物の塩ストレス耐性を高める上で重要であることを強調している。さらに、TUとArgが潜在的な植物成長調節剤、特に併用することで、小麦の収量を向上させる。
気候と農業慣行の急速な変化により、農業生態系の劣化が進んでいます1。最も深刻な結果の1つは、世界の食料安全保障を脅かす土地の塩害です2。塩害は現在、世界の耕作地の約20%に影響を与えており、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の加速、光合成速度の低下、代謝障害にもつながり、最終的には植物の収量の減少につながります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、これはDNA、タンパク質、脂質などのさまざまな生体分子に酸化損傷を引き起こす可能性があります7。
小麦（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、小麦は塩分に弱く、塩分によって生育が阻害され、生理的および生化学的プロセスが阻害され、収量が大幅に減少します。塩ストレスの影響を軽減するための主な戦略には、遺伝子改変と植物成長調節剤の使用があります。遺伝子組み換え生物（GM）は、遺伝子編集などの技術を用いて耐塩性小麦品種を開発するものです9,10。一方、植物成長調節剤は、塩分関連物質の生理活性とレベルを調節することで小麦の耐塩性を高め、ストレスによる損傷を軽減します11。これらの調節剤は、一般的に遺伝子組み換えよりも広く受け入れられ、広く使用されています。塩分、干ばつ、重金属などのさまざま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、栄養吸収、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 植物成長調節剤は、環境に優しく、使いやすく、費用対効果が高く、実用的であるため、作物の成長を確保し、収量と品質を維持する上で非常に重要です。13 しかし、これらの調節剤は作用機序が似ているため、いずれか1つだけを使用しても効果がない場合があります。小麦の耐塩性を向上させることができる成長調節剤の組み合わせを見つけることは、不利な条件下での小麦育種、収量の増加、および食料安全保障の確保にとって重要です。
TUとArgの併用について調査した研究はありません。この革新的な組み合わせが塩ストレス下での小麦の成長を相乗的に促進できるかどうかは不明です。したがって、本研究の目的は、これら2つの成長調節物質が相乗的に小麦の塩ストレスによる悪影響を軽減できるかどうかを明らかにすることでした。この目的のために、塩ストレス下の小麦に対するTUとArgの併用の利点を調査するため、植物の酸化還元バランスとイオンバランスに焦点を当て、短期水耕栽培小麦苗実験を実施しました。TUとArgの組み合わせは相乗的に作用して塩ストレスによる酸化損傷を軽減し、イオンバランスの不均衡を管理することで、小麦の耐塩性を高めることができると仮説を立てました。
試料中のMDA含有量はチオバルビツール酸法によって測定した。新鮮な試料粉末0.1gを正確に秤量し、1mlの10%トリクロロ酢酸で10分間抽出した後、10,000gで20分間遠心分離し、上清を回収した。抽出液に同量の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した。インキュベート後、遠心分離により上清を回収し、450nm、532nm、600nmにおける吸光度（OD値）を測定した。MDA濃度は次のように計算した。
3日間の処理と同様に、6日間の処理においても、ArgとTuの適用によりコムギ実生の抗酸化酵素活性が有意に増加した。TUとArgの組み合わせが依然として最も効果的であった。しかし、処理後6日目には、異なる処理条件下における4つの抗酸化酵素の活性は、処理後3日目と比較して減少傾向を示した（図6）。
光合成は植物の乾物蓄積の基礎であり、塩分に非常に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（Rubiscoを含む）の活性の低下、PS IIからPS Iへの電子伝達の減少37を引き起こす可能性があります。さらに、塩ストレスは気孔閉鎖を誘発し、それによって葉のCO2濃度を低下させ、光合成を阻害します38。私たちの結果は、塩ストレスがコムギの気孔コンダクタンスを低下させ、その結果、葉の蒸散速度と細胞内CO2濃度が低下し、最終的にコムギの光合成能力とバイオマスが低下するという以前の知見を裏付けました（図1および3）。注目すべきは、TUとArgの施用により、塩ストレス下のコムギ植物の光合成効率を高めることができたことです。光合成効率の改善は、TUとArgを同時に施用した場合に特に顕著でした（図3）。これは、TUとArgが気孔の開閉を調節し、それによって光合成効率を高めるという事実によるものと考えられ、これは以前の研究によって裏付けられています。たとえば、Bencartiらは、塩ストレス下では、Atriplex portulacoides L.の気孔コンダクタンス、CO2同化速度、およびPSII光化学の最大量子効率がTUによって有意に増加することを発見しました39。塩ストレスにさらされた植物でArgが気孔の開閉を調節できることを直接証明する報告はありませんが、Silveiraらは、Argが干ばつ条件下で葉のガス交換を促進できることを示しました22。
要約すると、本研究は、作用機序や物理化学的性質は異なるものの、TUとArgは、特に併用した場合に、コムギ実生におけるNaClストレスに対する同等の耐性を提供できることを示している。TUとArgの施用は、コムギ実生の抗酸化酵素防御システムを活性化し、ROS含量を減少させ、膜脂質の安定性を維持することで、実生の光合成とNa+/K+バランスを維持する。しかし、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。したがって、トランスクリプトミクス、メタボロミクスなどの手法を用いて、TUとArgの相乗メカニズムをさらに研究する必要がある。
本研究で使用および／または分析されたデータセットは、合理的な要請があれば、責任著者から入手可能です。
投稿日時：2025年5月19日
