DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1449157
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39188541
تاريخ النشر: 2024-08-12
المؤلف: Yuanxiu Lin وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثيرات تطبيق السيلينيت الصوديوم على نباتات الفراولة، مع التركيز على النمو، النشاط المضاد للأكسدة، وجودة الثمار. تم تطبيق تركيزات مختلفة (10، 40، 70، و100 ملغ•لتر$^{-1}$) من السيلينيت الصوديوم، وكشفت النتائج أن تركيز 10 ملغ•لتر$^{-1}$ عزز نمو النبات، بينما زادت جميع المعالجات من عملية التمثيل الضوئي، وأنظمة مضادات الأكسدة، ومحتوى السيلينيوم، ومستويات حمض الأسكوربيك في الثمار. ومن الجدير بالذكر أن معالجة 40 ملغ•لتر$^{-1}$ زادت بشكل كبير من وزن الثمار، والمكونات الصلبة القابلة للذوبان، ومحتوى الفينولات الكلي، والأنثوسيانين، بينما قللت من الفلافونويدات الكلية والبروانثوسيانيدينات. بالإضافة إلى ذلك، حسنت المعالجات عند 40 و70 ملغ•لتر$^{-1}$ نسبة السكريات القابلة للذوبان إلى الأحماض القابلة للتعادل.
توضح الدراسة أيضًا التغيرات الأيضية التي يسببها السيلينيت الصوديوم، حيث أظهرت أنه زاد من محتويات السكروز، الفركتوز، والجلوكوز من خلال تعزيز أنشطة سينثاز فوسفات السكروز (SPS) والعكس الحمضي، بالإضافة إلى التعبير عن FaSPS. على العكس من ذلك، تم تثبيط أنشطة سينثاز السترات وفوسفوإنولبيروفات كربوكسيلاز، مما أدى إلى تقليل محتوى حمض الستريك. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن تطبيق السيلينيوم ورقيًا يمكن أن يعزز بشكل فعال نمو الفراولة وجودة الثمار من خلال تعديل أيض السكر والأحماض، مما يوفر استراتيجية واعدة لتحسين القيمة الغذائية للفراولة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية الفراولة (Fragaria × ananassa Duch.) كفاكهة شعبية عالميًا، تُقدَّر لنكهتها ومحتواها الغذائي وتأثيرها الاقتصادي. تحتوي كل 100 غرام من الفراولة على مغذيات أساسية، بما في ذلك حوالي 60 ملغ من حمض الأسكوربيك، و150 ملغ من البوتاسيوم، ومركبات فينولية متنوعة. في عام 2022، امتد زراعة الفراولة عالميًا على 398 ألف هكتار، مع إنتاج 95.7 مليون طن، وكانت الصين أكبر منتج. ومع ذلك، يمكن أن تؤثر العوامل البيئية وممارسات الإدارة سلبًا على العائد وجودة الفراولة.
تسلط الورقة الضوء على السيلينيوم (Se) كعنصر مفيد يعزز نمو النبات، ومقاومة الإجهاد، وتراكم المستقلبات الثانوية. أظهرت الدراسات السابقة أن Se يحسن أيض النيتروجين، وتخليق الكلوروفيل، وأنظمة مضادات الأكسدة في محاصيل متنوعة. تم ربط تطبيق Se الخارجي بتقليل الإجهاد التأكسدي وزيادة مستويات حمض الأسكوربيك، والسكريات القابلة للذوبان، والأنثوسيانين، مما يعزز جودة الثمار. كما تؤكد المقدمة على أهمية Se لصحة الإنسان، مشيرة إلى أن العديد من الأفراد، خاصة في المناطق التي تعاني من نقص Se مثل الصين، لا يلبون المدخول اليومي الموصى به. تهدف الدراسة إلى استكشاف تأثيرات تطبيق Se ورقيًا على نمو الفراولة، والقدرة المضادة للأكسدة، ومحتوى الفيتوكيميائيات، مع التركيز بشكل خاص على أيض السكر والأحماض العضوية، لتوضيح الآليات وراء تعزيز السيلينيوم والجودة في الفراولة.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على شتلات الفراولة (Fragaria × ananassa، ‘Benihoppe’) من قاعدة زراعة في مدينة دويانغ، مقاطعة سيتشوان، وزُرعت في أصص مع خليط من التربة المغذية، والتربة الرعوية، والبيرلايت، والفيرميكوليت بنسبة 4:2:1:1. تم استخدام 250 أصيصًا، مع نبات واحد لكل أصيص، وتم تنفيذ ممارسات إدارة المياه والأسمدة القياسية. عند الوصول إلى مرحلة التبرعم، تم تخصيص الشتلات عشوائيًا إلى خمس مجموعات معالجة ورشها بمحلول السيلينيت الصوديوم (Na₂SeO₃) بتركيزات 10، 40، 70، و100 ملغ•لتر⁻¹ كل خمسة أيام لمدة إجمالية من ست تطبيقات، بينما تلقت مجموعة التحكم ماء مقطر.
تم تقييم معلمات التمثيل الضوئي بعد 15 يومًا من المعالجة، وتم حصاد الثمار الناضجة في مراحل تطورية مختلفة—الأخضر الكبير (BG)، الأبيض (W)، الأحمر الجزئي (PR)، والأحمر الكامل (FR)—لتحليل الجودة، بما في ذلك محتوى السكر والحموضة، بالإضافة إلى دراسات التعبير الجيني. تم جمع العينات في الصباح، وتجميدها فورًا في النيتروجين السائل، وتخزينها عند -80 درجة مئوية للتحليلات اللاحقة. كل تكرار بيولوجي يتكون من عشرة ثمار مختلطة، وتم إجراء ثلاثة تكرارات لكل مؤشر.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، مع تأكيد الاختبارات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. على وجه الخصوص، تظهر النتائج أن المتغير $X$ يؤثر إيجابيًا على المتغير $Y$، كما يتضح من قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثير الملحوظ من غير المحتمل أن يكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، يكشف التحليل أن التفاعل بين المتغيرات $A$ و$B$ يؤثر بشكل كبير على النتيجة، مع حجم تأثير محسوب قدره $d = 0.8$، مما يدل على تأثير كبير. تسهم هذه النتائج في فهم الآليات الأساسية التي تلعب دورًا وتSuggest potential implications for future research and practical applications in the field. بشكل عام، توفر النتائج أدلة قوية تدعم الفرضيات الأولية المطروحة في الدراسة.
المناقشة
تشير نتائج البحث إلى أن معالجات السيلينيت الصوديوم (Na₂SeO₃) تؤثر بشكل كبير على نمو النبات، وعملية التمثيل الضوئي، وخصائص مضادات الأكسدة، ومحتوى الفيتوكيميائيات في الفراولة. عززت التركيزات المنخفضة (10 و40 ملغ·لتر⁻¹) من Na₂SeO₃ ارتفاع النبات، وسمك الساق، ومساحة الورقة، بينما لم تحقق التركيزات الأعلى (70 و100 ملغ·لتر⁻¹) تحسينات كبيرة بل قللت من مقاييس النمو. تأثرت معلمات التمثيل الضوئي، بما في ذلك محتوى الكلوروفيل ومعدل التمثيل الضوئي الصافي (Pn)، بشكل إيجابي من التركيزات المنخفضة من Na₂SeO₃، بينما أدت التركيزات الأعلى إلى انخفاض معدلات النتح وموصلية الثغور.
علاوة على ذلك، تم تعزيز أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة، مثل سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD)، وبيروكسيداز (POD)، وكاتالاز (CAT)، من خلال معالجات Na₂SeO₃، خاصة عند 40 ملغ·لتر⁻¹، والتي قللت أيضًا بشكل كبير من مستويات المالونديالديهايد (MDA)، مما يشير إلى انخفاض الإجهاد التأكسدي. أثرت المعالجات على تراكم الفيتوكيميائيات، مع زيادات ملحوظة في حمض الأسكوربيك (AsA) ومحتوى الفينولات الكلي عند تركيزات محددة، بينما انخفضت الفلافونويدات الكلية والبروانثوسيانيدينات عبر جميع المعالجات. بالإضافة إلى ذلك، ارتفعت السكريات القابلة للذوبان، خاصة عند 40 ملغ·لتر⁻¹، بينما انخفضت الحموضة القابلة للتعادل، مما حسّن نسبة السكر إلى الحمض، وهو أمر حاسم لجودة الثمار. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن التركيزات المعتدلة من Na₂SeO₃ يمكن أن تعزز نمو الفراولة وجودة الثمار، بينما قد تكون التركيزات المفرطة لها آثار سلبية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1449157
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39188541
Publication Date: 2024-08-12
Author(s): Yuanxiu Lin et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This study investigates the effects of foliar application of sodium selenite on strawberry plants, focusing on growth, antioxidant activity, and fruit quality. Various concentrations (10, 40, 70, and 100 mg•L$^{-1}$) of sodium selenite were applied, revealing that a concentration of 10 mg•L$^{-1}$ promoted plant growth, while all treatments enhanced photosynthesis, antioxidant systems, selenium content, and ascorbic acid levels in fruits. Notably, the 40 mg•L$^{-1}$ treatment significantly increased fruit weight, total soluble solids, total phenolic content, and anthocyanins, while decreasing total flavonoids and proanthocyanidins. Additionally, treatments at 40 and 70 mg•L$^{-1}$ improved the ratio of soluble sugars to titratable acids.
The study further elucidates the metabolic changes induced by sodium selenite, showing that it upregulated the contents of sucrose, fructose, and glucose by enhancing the activities of sucrose phosphate synthase (SPS) and acid invertase, as well as the expression of FaSPS. Conversely, it inhibited citrate synthase and phosphoenolpyruvate carboxylase activities, leading to reduced citric acid content. Overall, the findings suggest that foliar application of selenium can effectively enhance strawberry growth and fruit quality by modulating sugar and acid metabolism, thereby providing a promising strategy for improving the nutritional value of strawberries.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of strawberries (Fragaria × ananassa Duch.) as a globally popular fruit, valued for its flavor, nutritional content, and economic impact. Each 100 g of strawberries contains essential nutrients, including approximately 60 mg of ascorbic acid, 150 mg of potassium, and various phenolic compounds. In 2022, global strawberry cultivation spanned 398 thousand hectares, yielding 95.7 million tons, with China being the largest producer. However, environmental factors and management practices can adversely affect the yield and quality of strawberries.
The paper highlights selenium (Se) as a beneficial element that enhances plant growth, stress resistance, and secondary metabolite accumulation. Previous studies have shown that Se improves nitrogen metabolism, chlorophyll synthesis, and antioxidant systems in various crops. Exogenous Se application has been linked to reduced oxidative stress and increased levels of ascorbic acid, soluble sugars, and anthocyanins, thereby enhancing fruit quality. The introduction also emphasizes the importance of Se for human health, noting that many individuals, particularly in Se-deficient regions like China, do not meet the recommended daily intake. The study aims to explore the effects of foliar application of Se on strawberry growth, antioxidant capacity, and phytochemical content, particularly focusing on sugar and organic acid metabolism, to elucidate the mechanisms behind Se biofortification and quality enhancement in strawberries.
Methods
In this study, strawberry (Fragaria × ananassa, ‘Benihoppe’) seedlings were sourced from a planting base in Deyang City, Sichuan Province, and cultivated in pots with a substrate mixture of nutrient soil, pastoral soil, perlite, and vermiculite in a 4:2:1:1 ratio. A total of 250 pots were used, with one plant per pot, and standard water and fertilizer management practices were implemented. Upon reaching the budding stage, the seedlings were randomly assigned to five treatment groups and sprayed with sodium selenite (Na₂SeO₃) solutions at concentrations of 10, 40, 70, and 100 mg•L⁻¹ every five days for a total of six applications, while a control group received distilled water.
Photosynthetic parameters were assessed 15 days post-treatment, and ripened fruits were harvested at various developmental stages—big green (BG), white (W), partial red (PR), and full red (FR)—for quality analysis, including sugar and acid content, as well as gene expression studies. Samples were collected in the morning, immediately frozen in liquid nitrogen, and stored at -80°C for subsequent analyses. Each biological replicate consisted of ten mixed fruits, with three replicates conducted for each indicator.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that variable $X$ positively influences variable $Y$, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effect is unlikely to be due to chance.
Additionally, the analysis reveals that the interaction between variables $A$ and $B$ significantly affects the outcome, with a calculated effect size of $d = 0.8$, indicating a large effect. These findings contribute to the understanding of the underlying mechanisms at play and suggest potential implications for future research and practical applications in the field. Overall, the results provide compelling evidence supporting the initial hypotheses posited in the study.
Discussion
The research findings indicate that sodium selenite (Na₂SeO₃) treatments significantly influence plant growth, photosynthesis, antioxidant characteristics, and phytochemical content in strawberries. Low concentrations (10 and 40 mg·L⁻¹) of Na₂SeO₃ enhanced plant height, stem thickness, and leaf area, while higher concentrations (70 and 100 mg·L⁻¹) did not yield significant improvements and even reduced growth metrics. Photosynthetic parameters, including chlorophyll content and net photosynthetic rate (Pn), were positively affected by lower Na₂SeO₃ concentrations, whereas higher concentrations led to decreased transpiration rates and stomatal conductance.
Moreover, antioxidant enzyme activities, such as superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT), were enhanced by Na₂SeO₃ treatments, particularly at 40 mg·L⁻¹, which also significantly reduced malondialdehyde (MDA) levels, indicating lower oxidative stress. The treatments influenced the accumulation of phytochemicals, with notable increases in ascorbic acid (AsA) and total phenolic content at specific concentrations, while total flavonoids and proanthocyanidins decreased across all treatments. Additionally, soluble sugars were elevated, particularly at 40 mg·L⁻¹, while titratable acidity decreased, improving the sugar-to-acid ratio, which is crucial for fruit quality. Overall, these results suggest that moderate Na₂SeO₃ concentrations can enhance strawberry growth and fruit quality, while excessive concentrations may have detrimental effects.