La salinizzazione del suolo rappresenta una minaccia globale sempre più grave per la produttività agricola e la sicurezza alimentare, con gravi ripercussioni sulle proprietà del suolo, sulla crescita delle piante e sulle comunità microbiche. L'applicazione di biostimolanti esogeni si è affermata come una strategia efficace per migliorare la tolleranza delle piante allo stress salino. Tra questi, i sottoprodotti agricoli ricchi di composti bioattivi, come il liquido di macerazione del mais (CSL), e piccole molecole di segnalazione come il mio-inositolo (MI), hanno mostrato effetti promettenti nel migliorare le prestazioni delle piante in condizioni di stress. Il CSL è ricco di aminoacidi, acidi organici e sostanze che favoriscono la crescita, mentre il MI agisce come osmoprotettore e molecola di segnalazione coinvolta nella risposta allo stress e nell'equilibrio ionico. Sebbene siano stati descritti i loro ruoli individuali, i potenziali effetti sinergici della loro applicazione combinata rimangono in gran parte inesplorati.
In questo studio abbiamo esaminato gli effetti della CSL, della MI e della loro combinazione sulla crescita e sulla tolleranza al sale del cavolo cinese (Brassica rapa pekinensis L.), una coltura sensibile al sale ampiamente coltivata in Cina. È stato utilizzato un disegno completamente randomizzato con otto trattamenti in condizioni saline e non saline.
I nostri risultati hanno dimostrato che tutti i trattamenti hanno migliorato la crescita delle piante, lo sviluppo radicale e l'assorbimento dei nutrienti, attenuando al contempo il danno ossidativo e la tossicità ionica in condizioni di stress salino. In particolare, l'applicazione combinata (NCM) ha mostrato gli effetti più significativi, riuscendo a ripristinare la biomassa, a migliorare la morfologia radicale, a ridurre l'accumulo di Na⁺ e a mantenere l'omeostasi ionica. Inoltre, l'NCM ha migliorato notevolmente le proprietà fisico-chimiche del suolo, riducendo il pH, la conduttività elettrica e il contenuto di sali solubili.
Fig. The effects of the combined application of CSL and MI on alleviating salt stress in Chinese cabbage. (A) MDA content, (B) EL, (C) root morphology, (D) and (E) Venn diagrams showing significantly enriched biological processes (BPS) and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathways in the DEGs across the various comparison groups. (F) and (G) BPs and KEGG pathway enrichment analysis of DEGs in the three control groups. The color scale represents the logarithm of the P-value (P < 0.05). (H) Profile of DEGs in the MAPK signaling pathway in N vs NC, N vs NM, and N vs NCM. The color scale represents the normalized foldchange of genes expressed in NC, NM, and NCM compared to N. Significant differences among treatment groups in (A) and (B) were determined using Duncan’s multiple range test. Different letters indicate significant differences between treatment groups (P < 0.05). PYL: Pyrabactin Resistance1-Like; PP2C: Protein Phosphatase 2C; SnRK2: Sucrose Non-Fermenting 1-Related Protein Kinase 2; MPK6/7/8/14: Mitogen-Activated Protein Kinase 3/6/8; MKK1/3: Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 1/3; MAPKKK17/18: Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase Kinase 17/18; CaM4: Calmodulin 4; RbohD: Respiratory Burst Oxidase Homolog D; CAT1: Catalase 1. (I) The mechanism of CSL and MI co-application in mitigating salt stress in Chinese cabbage. Arrows represent activation; T-shaped terminators represent inhibition; dashed arrows indicate indirect effects; and solid lines indicate direct effects. CK (non-saline soil + water), C (non-saline soil + CSL), M (non-saline soil + MI), CM (non-saline soil + CSL + MI), N (saline soil + water), NC (saline soil + CSL), NM (saline soil + MI), and NCM (saline soil + CSL + MI).
Per chiarire ulteriormente i meccanismi alla base di questo fenomeno, è stata condotta un'analisi del trascrittoma. I risultati hanno indicato che il trattamento combinato ha modificato i profili di espressione genica, con il gruppo NCM che si è raggruppato in stretta corrispondenza con il controllo non sottoposto a stress, suggerendo un'efficace attenuazione dello stress salino. Le analisi di arricchimento funzionale hanno rivelato che i geni espressi in modo differenziale erano principalmente coinvolti nell'omeostasi redox, nella risposta alle specie reattive dell'ossigeno (ROS) e nella regolazione dello stress. Inoltre, le principali vie metaboliche, tra cui la biosintesi dei flavonoidi e dei carotenoidi, nonché la via di segnalazione della proteina chinasi attivata dai mitogeni (MAPK), sono state significativamente regolate dal trattamento combinato.
Dal punto di vista meccanicistico, CSL e MI hanno potenziato in modo sinergico la capacità antiossidante e la segnalazione dello stress. Il trattamento combinato ha attivato la segnalazione MAPK mediata dall’ABA attraverso la sovraregolazione dei geni PYL e SnRK2 e la soppressione dell’espressione di PP2C, e ha modulato la produzione di ROS tramite la regolazione di RbohD e di geni antiossidanti quali CAT1. Inoltre, l'espressione di geni chiave coinvolti nel metabolismo dell'inositolo, tra cui BrMIPS1 e BrMIOX4, è stata significativamente alterata, indicando una regolazione a feedback della biosintesi dell'MI e delle vie di ossidazione. La modulazione del metabolismo secondario ha ulteriormente contribuito a una maggiore tolleranza allo stress attraverso l'aumento della capacità antiossidante.
In conclusione, l'applicazione combinata di CSL e MI migliora efficacemente la tolleranza al sale nel cavolo cinese attraverso la regolazione dei processi fisiologici, dell'espressione genica, dell'omeostasi ionica e delle condizioni del suolo. Gli effetti sinergici osservati evidenziano una strategia biostimolante promettente, ecologica ed economica per migliorare le prestazioni delle colture e promuovere l'utilizzo sostenibile dei terreni salini.
© BIOSTIMULANT.COM
TUTTI I DIRITTI RISERVATI