Morphology and metabolism of storage substances contribution to alkali stress responses in two contrasting barley cultivars during germination stage.

Barley (Hordeum vulgare L.) is a globally significant crop and serves as a pioneer crop for improving saline-alkaline soils due to its salt-alkali tolerant properties. However, the response mechanism of barley to alkali stress remains unclear. In this study, two barley genotypes with contrasting performance under alkali stress were selected: the alkali-tolerant SCMS and the alkali-sensitive QT9919. The morphological and physiological mechanisms of these two barley cultivars in response to alkali stress were elucidated. Results showed that alkali stress inhibited germination in QT9919, leading to significant decreases in germination vigor, plant height and root length. On the other hand, SCMS presented stronger water absorbing capacity than QT9919 under all circumstances. Furthermore, starch degradation and sugar metabolism were suppressed by alkali stress in both barley cultivars through downregulation of genes expression and reduction of enzymes activities involved in the processes of EMP (Embden-Meyerhof-Parnas), tricarboxylic acid cycle (TCA), and pentose phosphate pathway (PPP). Notably, enzyme activity of hexokinase (HK) and malic dehydrogenase (MDH) showed significant changes under alkali stress between the two barley genotypes. This study provides insights into screening barley germplasm with strong alkali-tolerance and holds significant implications for improving and utilizing of saline-alkaline soils. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

A cevada (Hordeum vulgare L.) é uma cultura globalmente significativa e serve como uma cultura pioneira para melhorar solos salino-alcalinos devido às suas propriedades de tolerância aos sais e à alcalinidade. No entanto, o mecanismo de resposta da cevada ao estresse alcalino permanece desconhecido. Neste estudo, foram selecionados dois genótipos de cevada com desempenho contrastante sob estresse alcalino: o SCMS tolerante e o QT9919 sensível à alcalinidade. Os mecanismos morfológicos e fisiológicos destas duas cultivares de cevada em resposta ao estresse alcalino foram elucidados. Os resultados mostraram que o estresse alcalino inibiu a germinação em QT9919, levando a reduções significativas no vigor da germinação, na altura da planta e no comprimento da raiz. Por outro lado, o SCMS apresentou maior capacidade de absorção de água que o QT9919 em todas as circunstâncias. Além disso, a degradação do amido e o metabolismo do açúcar foram suprimidos pelo estresse alcalino em ambas as cultivares de cevada através da regulação negativa da expressão genética e da redução das atividades enzimáticas envolvidas nas vias de EMP (Embden-Meyerhof-Parnas), ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) e via das pentoses fosfato (PPP). Claramente, as atividades enzimáticas de hexoquinase (HK) e desidrogenase málica (MDH) mostraram alterações significativas sob estresse alcalino entre os dois genótipos de cevada. Este estudo fornece informações sobre a triagem de germoplasma de cevada com forte tolerância à alcalinidade e tem implicações significativas para a melhoria e utilização de solos salino-alcalinos. [ABSTRACT FROM AUTHOR]