થિયોરિયા અને આર્જીનાઇન સિનર્જિસ્ટિકલી રેડોક્સ હોમિયોસ્ટેસિસ અને આયન સંતુલન જાળવી રાખે છે, જેનાથી ઘઉંમાં મીઠાના તાણમાં ઘટાડો થાય છે.

છોડ વૃદ્ધિ નિયમનકારો (PGRs)તણાવપૂર્ણ પરિસ્થિતિઓમાં છોડના સંરક્ષણને વધારવા માટે એક ખર્ચ-અસરકારક રીત છે. આ અભ્યાસમાં બેની ક્ષમતાની તપાસ કરવામાં આવી હતીપીજીઆર, થિયોરિયા (TU) અને આર્જીનાઇન (Arg), ઘઉંમાં મીઠાના તાણને દૂર કરવા માટે. પરિણામો દર્શાવે છે કે TU અને Arg, ખાસ કરીને જ્યારે એકસાથે ઉપયોગમાં લેવાય છે, ત્યારે મીઠાના તાણ હેઠળ છોડના વિકાસને નિયંત્રિત કરી શકે છે. તેમની સારવારથી ઘઉંના રોપાઓમાં પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (ROS), મેલોન્ડિઆલ્ડીહાઇડ (MDA) અને સંબંધિત ઇલેક્ટ્રોલાઇટ લિકેજ (REL) ના સ્તરમાં ઘટાડો કરતી વખતે એન્ટીઑકિસડન્ટ ઉત્સેચકોની પ્રવૃત્તિઓમાં નોંધપાત્ર વધારો થયો. વધુમાં, આ સારવારથી Na+ અને Ca2+ સાંદ્રતા અને Na+/K+ ગુણોત્તરમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થયો, જ્યારે K+ સાંદ્રતામાં નોંધપાત્ર વધારો થયો, જેનાથી આયન-ઓસ્મોટિક સંતુલન જાળવી શકાય. વધુ અગત્યનું, TU અને Arg એ મીઠાના તાણ હેઠળ ઘઉંના રોપાઓના હરિતદ્રવ્ય સામગ્રી, ચોખ્ખા પ્રકાશસંશ્લેષણ દર અને ગેસ વિનિમય દરમાં નોંધપાત્ર વધારો કર્યો. TU અને Arg એકલા અથવા સંયોજનમાં ઉપયોગમાં લેવાથી શુષ્ક પદાર્થના સંચયમાં 9.03–47.45% વધારો થઈ શકે છે, અને જ્યારે તેનો એકસાથે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો ત્યારે વધારો સૌથી વધુ હતો. નિષ્કર્ષમાં, આ અભ્યાસ દર્શાવે છે કે મીઠાના તાણ પ્રત્યે છોડની સહનશીલતા વધારવા માટે રેડોક્સ હોમિયોસ્ટેસિસ અને આયન સંતુલન જાળવવાનું મહત્વપૂર્ણ છે. વધુમાં, TU અને Arg ને સંભવિત તરીકે ભલામણ કરવામાં આવી હતી.છોડ વૃદ્ધિ નિયમનકારો,ખાસ કરીને જ્યારે એકસાથે ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે, ઘઉંના ઉત્પાદનમાં વધારો થાય છે.
આબોહવા અને કૃષિ પદ્ધતિઓમાં ઝડપી પરિવર્તન કૃષિ ઇકોસિસ્ટમના અધોગતિમાં વધારો કરી રહ્યું છે. સૌથી ગંભીર પરિણામોમાંનું એક જમીનનું ખારાશ છે, જે વૈશ્વિક ખાદ્ય સુરક્ષાને જોખમમાં મૂકે છે. ખારાશ હાલમાં વિશ્વભરમાં લગભગ 20% ખેતીલાયક જમીનને અસર કરે છે, અને આ આંકડો 20503 સુધીમાં વધીને 50% થઈ શકે છે. મીઠું-ક્ષારયુક્ત તણાવ પાકના મૂળમાં ઓસ્મોટિક તણાવનું કારણ બની શકે છે, જે છોડમાં આયનીય સંતુલનને વિક્ષેપિત કરે છે4. આવી પ્રતિકૂળ પરિસ્થિતિઓ ઝડપી હરિતદ્રવ્ય ભંગાણ, પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમાં ઘટાડો અને મેટાબોલિક વિક્ષેપ તરફ દોરી શકે છે, જેના પરિણામે આખરે છોડની ઉપજમાં ઘટાડો થાય છે5,6. વધુમાં, એક સામાન્ય ગંભીર અસર પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (ROS) ની વધતી જતી પેઢી છે, જે DNA, પ્રોટીન અને લિપિડ્સ સહિત વિવિધ બાયોમોલેક્યુલ્સને ઓક્સિડેટીવ નુકસાન પહોંચાડી શકે છે7.
ઘઉં (ટ્રિટિકમ એસ્ટિવમ) એ વિશ્વના સૌથી મહત્વપૂર્ણ અનાજ પાકોમાંનો એક છે. તે માત્ર સૌથી વધુ ઉગાડવામાં આવતો અનાજ પાક જ નથી પણ એક મહત્વપૂર્ણ વ્યાપારી પાક પણ છે. જો કે, ઘઉં મીઠા પ્રત્યે સંવેદનશીલ છે, જે તેના વિકાસને અટકાવી શકે છે, તેની શારીરિક અને જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓને વિક્ષેપિત કરી શકે છે અને તેની ઉપજમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરી શકે છે. મીઠાના તાણની અસરોને ઘટાડવા માટેની મુખ્ય વ્યૂહરચનાઓમાં આનુવંશિક ફેરફાર અને છોડ વૃદ્ધિ નિયમનકારોનો ઉપયોગ શામેલ છે. આનુવંશિક રીતે સુધારેલા સજીવો (GM) એ જનીન સંપાદન અને અન્ય તકનીકોનો ઉપયોગ છે જે મીઠું-સહિષ્ણુ ઘઉંની જાતો વિકસાવવા માટે છે9,10. બીજી બાજુ, છોડ વૃદ્ધિ નિયમનકારો શારીરિક પ્રવૃત્તિઓ અને મીઠા-સંબંધિત પદાર્થોના સ્તરને નિયંત્રિત કરીને ઘઉંમાં મીઠા સહનશીલતા વધારે છે, જેનાથી તાણના નુકસાનને ઓછું કરવામાં આવે છે11. આ નિયમનકારો સામાન્ય રીતે ટ્રાન્સજેનિક અભિગમો કરતાં વધુ સ્વીકૃત અને વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. તેઓ ખારાશ, દુષ્કાળ અને ભારે ધાતુઓ જેવા વિવિધ અજૈવિક તાણ પ્રત્યે છોડની સહનશીલતા વધારી શકે છે, અને બીજ અંકુરણ, પોષક તત્વોનું શોષણ અને પ્રજનન વૃદ્ધિને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે, જેનાથી પાકની ઉપજ અને ગુણવત્તામાં વધારો થાય છે. ૧૨ છોડ વૃદ્ધિ નિયમનકારો પાકના વિકાસને સુનિશ્ચિત કરવા અને ઉપજ અને ગુણવત્તા જાળવવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તેમની પર્યાવરણીય મિત્રતા, ઉપયોગમાં સરળતા, ખર્ચ-અસરકારકતા અને વ્યવહારિકતા છે. ૧૩ જોકે, આ મોડ્યુલેટર્સમાં ક્રિયા કરવાની સમાન પદ્ધતિઓ હોવાથી, તેમાંથી એકનો ઉપયોગ અસરકારક ન પણ હોય. ઘઉંમાં ક્ષાર સહનશીલતા સુધારી શકે તેવા વૃદ્ધિ નિયમનકારોનું સંયોજન શોધવું એ પ્રતિકૂળ પરિસ્થિતિઓમાં ઘઉંના સંવર્ધન, ઉપજ વધારવા અને ખાદ્ય સુરક્ષા સુનિશ્ચિત કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
TU અને Arg ના સંયુક્ત ઉપયોગની તપાસ કરતો કોઈ અભ્યાસ નથી. આ નવીન સંયોજન મીઠાના તાણ હેઠળ ઘઉંના વિકાસને સિનર્જિસ્ટિક રીતે પ્રોત્સાહન આપી શકે છે કે કેમ તે સ્પષ્ટ નથી. તેથી, આ અભ્યાસનો ઉદ્દેશ્ય એ નક્કી કરવાનો હતો કે શું આ બે વૃદ્ધિ નિયમનકારો ઘઉં પર મીઠાના તાણની પ્રતિકૂળ અસરોને સિનર્જિસ્ટિક રીતે ઘટાડી શકે છે. આ માટે, અમે છોડના રેડોક્સ અને આયનીય સંતુલન પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરીને મીઠાના તાણ હેઠળ ઘઉંમાં TU અને Arg ના સંયુક્ત ઉપયોગના ફાયદાઓની તપાસ કરવા માટે ટૂંકા ગાળાના હાઇડ્રોપોનિક ઘઉંના બીજ રોપા પ્રયોગ હાથ ધર્યા. અમે અનુમાન લગાવ્યું હતું કે TU અને Arg નું સંયોજન મીઠાના તાણ-પ્રેરિત ઓક્સિડેટીવ નુકસાનને ઘટાડવા અને આયનીય અસંતુલનને સંચાલિત કરવા માટે સિનર્જિસ્ટિક રીતે કાર્ય કરી શકે છે, જેનાથી ઘઉંમાં મીઠાની સહનશીલતામાં વધારો થાય છે.
નમૂનાઓમાં MDA ની માત્રા થિયોબાર્બિટ્યુરિક એસિડ પદ્ધતિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવી હતી. 0.1 ગ્રામ તાજા નમૂના પાવડરનું ચોક્કસ વજન કરો, 10 મિનિટ માટે 10% ટ્રાઇક્લોરોએસેટિક એસિડના 1 મિલી સાથે અર્ક, 10,000 ગ્રામ પર 20 મિનિટ માટે સેન્ટ્રીફ્યુજ કરો અને સુપરનેટન્ટ એકત્રિત કરો. અર્કને 0.75% થિયોબાર્બિટ્યુરિક એસિડના સમાન જથ્થા સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવ્યો હતો અને 100 °C પર 15 મિનિટ માટે ઇન્ક્યુબેટેડ કરવામાં આવ્યો હતો. ઇન્ક્યુબેશન પછી, સુપરનેટન્ટ સેન્ટ્રીફ્યુગેશન દ્વારા એકત્રિત કરવામાં આવ્યું હતું, અને 450 nm, 532 nm અને 600 nm પર OD મૂલ્યો માપવામાં આવ્યા હતા. MDA સાંદ્રતાની ગણતરી નીચે મુજબ કરવામાં આવી હતી:
૩-દિવસની સારવારની જેમ, ૬-દિવસની સારવાર હેઠળ ઘઉંના રોપાઓમાં આર્ગ અને ટુના ઉપયોગથી એન્ટીઑકિસડન્ટ એન્ઝાઇમની પ્રવૃત્તિમાં નોંધપાત્ર વધારો થયો. ટીયુ અને આર્ગનું મિશ્રણ હજુ પણ સૌથી અસરકારક હતું. જોકે, સારવાર પછી ૬ દિવસ પછી, વિવિધ સારવારની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ ચાર એન્ટીઑકિસડન્ટ ઉત્સેચકોની પ્રવૃત્તિઓમાં સારવાર પછીના ૩ દિવસની સરખામણીમાં ઘટાડો જોવા મળ્યો (આકૃતિ ૬).
પ્રકાશસંશ્લેષણ છોડમાં શુષ્ક પદાર્થના સંચયનો આધાર છે અને ક્લોરોપ્લાસ્ટમાં થાય છે, જે મીઠા પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે. મીઠાના તણાવથી પ્લાઝ્મા મેમ્બ્રેનનું ઓક્સિડેશન થઈ શકે છે, સેલ્યુલર ઓસ્મોટિક સંતુલનમાં વિક્ષેપ પડી શકે છે, ક્લોરોપ્લાસ્ટ અલ્ટ્રાસ્ટ્રક્ચરને નુકસાન થઈ શકે છે36, ક્લોરોફિલ ડિગ્રેડેશન થઈ શકે છે, કેલ્વિન ચક્ર ઉત્સેચકો (રુબિસ્કો સહિત) ની પ્રવૃત્તિમાં ઘટાડો થઈ શકે છે, અને PS II થી PS I37 માં ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર ઘટાડી શકે છે. વધુમાં, મીઠાના તણાવથી સ્ટોમેટલ બંધ થઈ શકે છે, જેનાથી પાંદડાના CO2 સાંદ્રતામાં ઘટાડો થાય છે અને પ્રકાશસંશ્લેષણને અવરોધે છે38. અમારા પરિણામોએ અગાઉના તારણોની પુષ્ટિ કરી હતી કે મીઠાના તણાવથી ઘઉંમાં સ્ટોમેટલ વાહકતા ઓછી થાય છે, જેના પરિણામે પાંદડાના બાષ્પોત્સર્જન દર અને અંતઃકોશિક CO2 સાંદ્રતામાં ઘટાડો થાય છે, જે આખરે પ્રકાશસંશ્લેષણ ક્ષમતામાં ઘટાડો અને ઘઉંના બાયોમાસમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે (આકૃતિ 1 અને 3). નોંધનીય રીતે, TU અને Arg નો ઉપયોગ મીઠાના તણાવ હેઠળ ઘઉંના છોડની પ્રકાશસંશ્લેષણ કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરી શકે છે. જ્યારે TU અને Arg એકસાથે લાગુ કરવામાં આવ્યા હતા ત્યારે પ્રકાશસંશ્લેષણ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો ખાસ કરીને નોંધપાત્ર હતો (આકૃતિ 3). આનું કારણ એ હોઈ શકે છે કે TU અને Arg સ્ટોમેટલ ઓપનિંગ અને ક્લોઝિંગનું નિયમન કરે છે, જેનાથી પ્રકાશસંશ્લેષણ કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે, જે અગાઉના અભ્યાસો દ્વારા સમર્થિત છે. ઉદાહરણ તરીકે, બેનકાર્ટી અને અન્ય લોકોએ શોધી કાઢ્યું કે મીઠાના તાણ હેઠળ, TU એ એટ્રિપ્લેક્સ પોર્ટુલાકોઇડ્સ L.39 માં સ્ટોમેટલ વાહકતા, CO2 એસિમિલેશન દર અને PSII ફોટોકેમિસ્ટ્રીની મહત્તમ ક્વોન્ટમ કાર્યક્ષમતામાં નોંધપાત્ર વધારો કર્યો છે. જોકે એવા કોઈ સીધા અહેવાલો નથી કે જે સાબિત કરે કે Arg મીઠાના તાણના સંપર્કમાં આવતા છોડમાં સ્ટોમેટલ ઓપનિંગ અને ક્લોઝિંગનું નિયમન કરી શકે છે, સિલ્વીરા અને અન્યોએ સૂચવ્યું કે Arg દુષ્કાળની સ્થિતિમાં પાંદડાઓમાં ગેસ વિનિમયને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે.
સારાંશમાં, આ અભ્યાસ એ વાત પર ભાર મૂકે છે કે તેમની ક્રિયા કરવાની પદ્ધતિઓ અને ભૌતિક-રાસાયણિક ગુણધર્મો અલગ હોવા છતાં, TU અને Arg ઘઉંના રોપાઓમાં NaCl તણાવ સામે તુલનાત્મક પ્રતિકાર પ્રદાન કરી શકે છે, ખાસ કરીને જ્યારે એકસાથે લાગુ કરવામાં આવે છે. TU અને Arg નો ઉપયોગ ઘઉંના રોપાઓની એન્ટીઑકિસડન્ટ એન્ઝાઇમ સંરક્ષણ પ્રણાલીને સક્રિય કરી શકે છે, ROS સામગ્રી ઘટાડી શકે છે અને પટલ લિપિડ્સની સ્થિરતા જાળવી શકે છે, જેનાથી રોપાઓમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ અને Na+/K+ સંતુલન જાળવી શકાય છે. જો કે, આ અભ્યાસમાં પણ મર્યાદાઓ છે; જોકે TU અને Arg ની સિનર્જિસ્ટિક અસરની પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી અને તેની શારીરિક પદ્ધતિને અમુક અંશે સમજાવવામાં આવી હતી, વધુ જટિલ પરમાણુ પદ્ધતિ અસ્પષ્ટ રહે છે. તેથી, ટ્રાન્સક્રિપ્ટોમિક, મેટાબોલિક અને અન્ય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને TU અને Arg ની સિનર્જિસ્ટિક પદ્ધતિનો વધુ અભ્યાસ જરૂરી છે.
વર્તમાન અભ્યાસ દરમિયાન ઉપયોગમાં લેવાયેલા અને/અથવા વિશ્લેષણ કરાયેલા ડેટાસેટ્સ વાજબી વિનંતી પર સંબંધિત લેખક પાસેથી ઉપલબ્ધ છે.