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本研究では、塩ストレス下でのソルガムやヒマワリのシュート乾物生産量を増加させることを目的としている
Different methods of silicon application attenuate salt stress in sorghum and sunflower by modifying the antioxidative defense mechanism.
PMID: 32678754 DOI: 10.1016/j.ecoenv.2020.110964.
抄録
土壌の塩分化は、世界的に農業生産性を制限する最も一般的な生物学的ストレスである。最近の研究では、ケイ素（Si）の施用は、抗酸化系、ミネラル栄養素、およびその他の重要なメカニズムを調節することにより、ソルガム（Sorghum bicolor L. Moench）およびヒマワリ（Helianthus annuus L. ）の塩ストレスに対して有益な効果があることが示唆されている。しかし、これらの効果がSiの葉面散布によって得られるのか、あるいはSiを蓄積する植物（ソルガムなど）と中間的なSiを蓄積する植物（ヒマワリなど）では、Si散布が異なる影響を与えるのかは不明である。本研究では、塩ストレスの有害な影響を軽減するためのSi施用方法の違いを、2つの異なるSi蓄積植物種の生物学的反応に基づいて、温室条件下で検討した。2ポット実験は、対照群と塩ストレス群（0および100mmol.L NaCl）、および4つのSi処理群（対照（Siなし）、葉面散布（28.6mmol.L）、根面散布（2mmol.L）、および葉面散布と根面散布を組み合わせた4つのSi処理群を用いて、2×4、無作為化完全ブロックデザイン（RCBD）として設計した。その結果、塩ストレスの有害な影響は、両植物種ともSi処理によって減衰し、Na取り込みと脂質過酸化を減少させ、SiとK取り込み、相対的な葉水分量、抗酸化酵素活性、葉面積、シュート乾物を増加させた。これらの結果は、ソルガムギク植物ではSiを養液経由で散布した場合、ヒマワリ植物ではSiを葉面散布と根面散布を併用した場合に、より顕著であった。また、Siの葉面散布のみでは、生育培地中にSiが存在しない場合、両植物種において塩分濃度の影響を減衰させるのに有効な代替手段であることが明らかになった。これらの結果は、Si施用法が抗酸化防御機構を修飾することでNaの無害化に重要な役割を果たしていることを示唆しており、これはいくつかの重要な生理学的・生化学的プロセスを積極的に媒介し、塩ストレス下のソルガムやヒマワリ植物のシュート乾物生産量を増加させるのに役立つ可能性があることを示唆している。
Soil salinization is the most common abiotic stress limiting agricultural productivity worldwide. Recent research has suggested that the application of silicon (Si) has beneficial effects against salt stress in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) and sunflower (Helianthus annuus L.) by regulating the antioxidant system, mineral nutrients, and other important mechanisms. However, whether these effects can be achieved through foliar application of Si, or whether Si application affects Si-accumulating (e.g., sorghum), and intermediate-Si-accumulating (e.g., sunflower) plant species differently, remains unclear. This study investigated different methods of Si application in attenuating the detrimental effects of salt stress, based on the biological responses of two distinct species of Si accumulators, under greenhouse conditions. Two pot experiments were designed as a factorial (2 × 4), randomized complete blocks design (RCBD) with control and salt-stress groups (0 and 100 mmol.L NaCl), and four Si-treatment groups: control (no Si), foliar application (28.6 mmol.L), root application (2 mmol.L), and combined foliar and root applications. Our results showed that the harmful effects of salt stress were attenuated by Si treatments in both plant species, which decreased Na uptake and lipid peroxidation, and increased Si and K uptake, relative leaf water content, antioxidant enzyme activities, leaf area, and shoot dry matter. These results were more prominent when Si was applied via nutrient solution in the sorghum plants, and the combined foliar and root applications of Si in sunflower plants. In addition, foliar application of Si alone is an efficient alternative in attenuating the effects of salinity in both plant species when Si is not available in the growth medium. These results suggest that the Si application method plays an important role in Na detoxification by modifying the antioxidative defense mechanism, which could actively mediate some important physiological and biochemical processes and helps to increase the shoot dry matter production in sorghum and sunflower plants under salt stress.
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