Produkcja ryżu w Kolumbii spada z powodu zmian klimatycznych i zmienności klimatu.Regulatory wzrostu roślinzostały wykorzystane jako strategia redukcji stresu cieplnego w różnych uprawach. Dlatego celem tego badania była ocena efektów fizjologicznych (przewodność szparkowa, przewodnictwo szparkowe, całkowita zawartość chlorofilu, stosunek Fv/Fm dwóch komercyjnych genotypów ryżu poddanych łączonemu stresowi cieplnemu (wysokie temperatury w dzień i w nocy), temperatura korony i względna zawartość wody) oraz zmiennych biochemicznych (zawartość malondialdehydu (MDA) i kwasu prolinowego). Pierwszy i drugi eksperyment przeprowadzono na roślinach dwóch genotypów ryżu Federrose 67 („F67”) i Federrose 2000 („F2000”), odpowiednio. Oba eksperymenty analizowano łącznie jako serię eksperymentów. Ustalone zabiegi były następujące: kontrola absolutna (AC) (rośliny ryżu uprawiane w optymalnych temperaturach (temperatura w dzień/w nocy 30/25°C)), kontrola stresu cieplnego (SC) [rośliny ryżu poddane tylko łączonemu stresowi cieplnemu (40/25°C). 30°C)], a rośliny ryżu poddano stresowi i opryskano regulatorami wzrostu roślin (stres+AUX, stres+BR, stres+CK lub stres+GA) dwukrotnie (5 dni przed i 5 dni po stresie cieplnym). Oprysk SA zwiększył całkowitą zawartość chlorofilu w obu odmianach (świeża masa roślin ryżu „F67″ i „F2000″ wynosiła odpowiednio 3,25 i 3,65 mg/g) w porównaniu z roślinami SC (świeża masa roślin „F67″ wynosiła 2,36 i 2,56 mg). g-1)” i ryżu „F2000″, dolistne stosowanie CK ogólnie poprawiło również przewodność szparkową roślin ryżu „F2000″ (499,25 vs. 150,60 mmol m-2 s) w porównaniu z kontrolą stresu cieplnego. stresie cieplnym temperatura korony rośliny spada o 2–3 °C, a zawartość MDA w roślinach spada. Wskaźnik względnej tolerancji pokazuje, że dolistne stosowanie CK (97,69%) i BR (60,73%) może pomóc złagodzić problem łącznego stresu cieplnego, głównie w roślinach ryżu F2000. Podsumowując, dolistne opryskiwanie BR lub CK można uznać za strategię agronomiczną, która pomaga zmniejszyć negatywne skutki łącznego stresu cieplnego na zachowanie fizjologiczne roślin ryżu.
Ryż (Oryza sativa) należy do rodziny wiechlinowatych i jest jednym z najczęściej uprawianych zbóż na świecie, obok kukurydzy i pszenicy (Bajaj i Mohanty, 2005). Powierzchnia uprawy ryżu wynosi 617 934 hektarów, a krajowa produkcja w 2020 r. wyniosła 2 937 840 ton przy średnim plonie 5,02 ton/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Globalne ocieplenie wpływa na uprawy ryżu, prowadząc do różnych rodzajów stresów abiotycznych, takich jak wysokie temperatury i okresy suszy. Zmiany klimatyczne powodują wzrost globalnych temperatur; Przewiduje się, że temperatury wzrosną o 1,0–3,7°C w XXI wieku, co może zwiększyć częstotliwość i intensywność stresu cieplnego. Wzrost temperatur środowiskowych wpłynął na ryż, powodując spadek plonów o 6–7%. Z drugiej strony zmiany klimatyczne prowadzą również do niekorzystnych warunków środowiskowych dla upraw, takich jak okresy silnej suszy lub wysokie temperatury w regionach tropikalnych i subtropikalnych. Ponadto zdarzenia zmienne, takie jak El Niño, mogą prowadzić do stresu cieplnego i nasilać szkody w uprawach w niektórych regionach tropikalnych. W Kolumbii przewiduje się, że temperatury w obszarach produkcji ryżu wzrosną o 2–2,5°C do 2050 r., co zmniejszy produkcję ryżu i wpłynie na przepływy produktów na rynki i łańcuchy dostaw.
Większość upraw ryżu uprawia się na obszarach, gdzie temperatury są zbliżone do optymalnego zakresu dla wzrostu upraw (Shah i in., 2011). Zgłoszono, że optymalne średnie temperatury w dzień i w nocy dlawzrost i rozwój ryżuwynoszą na ogół odpowiednio 28°C i 22°C (Kilasi i in., 2018; Calderón-Páez i in., 2021). Temperatury powyżej tych progów mogą powodować okresy umiarkowanego do silnego stresu cieplnego podczas wrażliwych etapów rozwoju ryżu (krzewienie, anthesis, kwitnienie i wypełnianie ziarna), co negatywnie wpływa na plon ziarna. To zmniejszenie plonu jest spowodowane głównie długimi okresami stresu cieplnego, które wpływają na fizjologię roślin. Ze względu na interakcję różnych czynników, takich jak czas trwania stresu i maksymalna osiągnięta temperatura, stres cieplny może powodować szereg nieodwracalnych uszkodzeń metabolizmu i rozwoju roślin.
Stres cieplny wpływa na różne procesy fizjologiczne i biochemiczne w roślinach. Fotosynteza liści jest jednym z procesów najbardziej podatnych na stres cieplny w roślinach ryżu, ponieważ tempo fotosyntezy spada o 50%, gdy dzienne temperatury przekraczają 35°C. Fizjologiczne reakcje roślin ryżu różnią się w zależności od rodzaju stresu cieplnego. Na przykład, tempo fotosyntezy i przewodnictwo szparkowe są hamowane, gdy rośliny są narażone na wysokie temperatury dzienne (33–40°C) lub wysokie temperatury dzienne i nocne (35–40°C w ciągu dnia, 28–30°C). C oznacza noc) (Lü i in., 2013; Fahad i in., 2016; Chaturvedi i in., 2017). Wysokie temperatury nocne (30°C) powodują umiarkowane hamowanie fotosyntezy, ale zwiększają oddychanie nocne (Fahad i in., 2016; Alvarado-Sanabria i in., 2017). Niezależnie od okresu stresu, stres cieplny wpływa także na zawartość chlorofilu w liściach, stosunek zmiennej fluorescencji chlorofilu do maksymalnej fluorescencji chlorofilu (Fv/Fm) oraz na aktywację Rubisco w roślinach ryżu (Cao i in. 2009; Yin i in. 2010). ) Sanchez Reynoso i in., 2014).
Zmiany biochemiczne to kolejny aspekt adaptacji roślin do stresu cieplnego (Wahid i in., 2007). Zawartość proliny została wykorzystana jako biochemiczny wskaźnik stresu roślin (Ahmed i Hassan 2011). Prolina odgrywa ważną rolę w metabolizmie roślin, ponieważ działa jako źródło węgla lub azotu i jako stabilizator błony w warunkach wysokiej temperatury (Sánchez-Reinoso i in., 2014). Wysokie temperatury wpływają również na stabilność błony poprzez peroksydację lipidów, co prowadzi do powstawania malondialdehydu (MDA) (Wahid i in., 2007). Dlatego zawartość MDA została również wykorzystana do zrozumienia integralności strukturalnej błon komórkowych w warunkach stresu cieplnego (Cao i in., 2009; Chavez-Arias i in., 2018). Wreszcie, łączony stres cieplny [37/30°C (dzień/noc)] zwiększył odsetek wycieku elektrolitów i zawartość malondialdehydu w ryżu (Liu i in., 2013).
Oceniono, że stosowanie regulatorów wzrostu roślin (GR) łagodzi negatywne skutki stresu cieplnego, ponieważ substancje te aktywnie uczestniczą w reakcjach roślin lub fizjologicznych mechanizmach obronnych przed takim stresem (Peleg i Blumwald, 2011; Yin i in., 2011 ; Ahmed i in., 2015). Egzogenne zastosowanie zasobów genetycznych miało pozytywny wpływ na tolerancję na stres cieplny u różnych upraw. Badania wykazały, że fitohormony, takie jak gibereliny (GA), cytokininy (CK), auksyny (AUX) lub brassinosteroidy (BR) prowadzą do wzrostu różnych zmiennych fizjologicznych i biochemicznych (Peleg i Blumwald, 2011; Yin i in. Ren, 2011 ; Mitler i in., 2012; Zhou i in., 2014). W Kolumbii egzogenne zastosowanie zasobów genetycznych i jego wpływ na uprawy ryżu nie zostały w pełni zrozumiane i zbadane. Jednak poprzednie badanie wykazało, że opryskiwanie dolistne BR może poprawić tolerancję ryżu poprzez poprawę właściwości wymiany gazowej, zawartości chlorofilu lub proliny w liściach siewek ryżu (Quintero-Calderón i in., 2021).
Cytokininy pośredniczą w reakcjach roślin na stresy abiotyczne, w tym stres cieplny (Ha i in., 2012). Ponadto doniesiono, że egzogenne zastosowanie CK może zmniejszyć uszkodzenia termiczne. Na przykład egzogenne zastosowanie zeatyny zwiększyło szybkość fotosyntezy, zawartość chlorofilu a i b oraz wydajność transportu elektronów w płożącej się trawie mietlicy (Agrotis estolonifera) podczas stresu cieplnego (Xu i Huang, 2009; Jespersen i Huang, 2015). Egzogenne zastosowanie zeatyny może również poprawić aktywność antyoksydacyjną, zwiększyć syntezę różnych białek, zmniejszyć uszkodzenia spowodowane reaktywnymi formami tlenu (ROS) i produkcję malondialdehydu (MDA) w tkankach roślinnych (Chernyadyev, 2009; Yang i in., 2009). , 2016; Kumar i in., 2020).
Zastosowanie kwasu giberelinowego wykazało również pozytywną odpowiedź na stres cieplny. Badania wykazały, że biosynteza GA pośredniczy w różnych szlakach metabolicznych i zwiększa tolerancję w warunkach wysokiej temperatury (Alonso-Ramirez i in. 2009; Khan i in. 2020). Abdel-Nabi i in. (2020) odkryli, że opryskiwanie dolistne egzogennym GA (25 lub 50 mg*L) może zwiększyć tempo fotosyntezy i aktywność antyoksydacyjną u roślin pomarańczowych poddanych stresowi cieplnemu w porównaniu z roślinami kontrolnymi. Zaobserwowano również, że egzogenne stosowanie HA zwiększa względną zawartość wilgoci, zawartość chlorofilu i karotenoidów oraz zmniejsza peroksydację lipidów u palmy daktylowej (Phoenix dactylifera) poddanej stresowi cieplnemu (Khan i in., 2020). Auksyna odgrywa również ważną rolę w regulacji adaptacyjnych reakcji wzrostu na warunki wysokiej temperatury (Sun i in., 2012; Wang i in., 2016). Ten regulator wzrostu działa jako marker biochemiczny w różnych procesach, takich jak synteza proliny lub degradacja w warunkach stresu abiotycznego (Ali i in. 2007). Ponadto AUX zwiększa również aktywność antyoksydacyjną, co prowadzi do zmniejszenia MDA w roślinach z powodu zmniejszonej peroksydacji lipidów (Bielach i in., 2017). Sergeev i in. (2018) zaobserwowali, że w roślinach grochu (Pisum sativum) poddanych stresowi cieplnemu wzrasta zawartość proliny – dimetyloaminoetoksykarbonylometylo)naftylochlorometyloeteru (TA-14). W tym samym eksperymencie zaobserwowali również niższe poziomy MDA w traktowanych roślinach w porównaniu z roślinami nietraktowanymi AUX.
Brassinosteroidy to kolejna klasa regulatorów wzrostu stosowanych w celu łagodzenia skutków stresu cieplnego. Ogweno i in. (2008) podali, że egzogenny oprysk BR zwiększył szybkość netto fotosyntezy, przewodnictwo szparkowe i maksymalną szybkość karboksylacji Rubisco roślin pomidora (Solanum lycopersicum) poddanych stresowi cieplnemu przez 8 dni. Opryskiwanie dolistne epibrassinosteroidami może zwiększyć szybkość netto fotosyntezy roślin ogórka (Cucumis sativus) poddanych stresowi cieplnemu (Yu i in., 2004). Ponadto egzogenne zastosowanie BR opóźnia degradację chlorofilu i zwiększa efektywność wykorzystania wody oraz maksymalną wydajność kwantową fotochemii PSII w roślinach poddanych stresowi cieplnemu (Holá i in., 2010; Toussagunpanit i in., 2015).
Ze względu na zmianę klimatu i zmienność uprawy ryżu doświadczają okresów wysokich dziennych temperatur (Lesk i in., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). W fenotypowaniu roślin badano stosowanie fitoskładników lub biostymulatorów jako strategii łagodzenia stresu cieplnego na obszarach uprawy ryżu (Alvarado-Sanabria i in., 2017; Calderón-Páez i in., 2021; Quintero-Calderón i in., 2021). Ponadto wykorzystanie zmiennych biochemicznych i fizjologicznych (temperatura liści, przewodnictwo szparkowe, parametry fluorescencji chlorofilu, chlorofil i względna zawartość wody, synteza malondialdehydu i proliny) jest niezawodnym narzędziem do przesiewania roślin ryżu poddawanych stresowi cieplnemu lokalnie i międzynarodowo (Sánchez-Reynoso i in., 2014; Alvarado-Sanabria i in., 2017; Jednak badania nad wykorzystaniem dolistnych oprysków fitohormonalnych w ryżu na poziomie lokalnym pozostają rzadkie. Dlatego też badanie reakcji fizjologicznych i biochemicznych stosowania regulatorów wzrostu roślin ma ogromne znaczenie dla zaproponowania praktycznych strategii agronomicznych w tym zakresie. radzenia sobie z negatywnymi skutkami okresu złożonego stresu cieplnego w ryżu. Dlatego celem tego badania była ocena fizjologicznych (przewodnictwo szparkowe, parametry fluorescencji chlorofilu i względna zawartość wody) i biochemicznych skutków dolistnego stosowania czterech regulatorów wzrostu roślin (AUX, CK, GA i BR). (Pigmenty fotosyntetyczne, zawartość malondialdehydu i proliny) Zmienne w dwóch genotypach ryżu komercyjnego poddanych skojarzonemu stresowi cieplnemu (wysokie temperatury w dzień i w nocy).
W tym badaniu przeprowadzono dwa niezależne eksperymenty. Genotypy Federrose 67 (F67: genotyp opracowany w wysokich temperaturach w ciągu ostatniej dekady) i Federrose 2000 (F2000: genotyp opracowany w ostatniej dekadzie XX wieku wykazujący odporność na wirusa białych liści) zostały użyte po raz pierwszy. nasiona. i drugi eksperyment. Oba genotypy są szeroko uprawiane przez kolumbijskich rolników. Nasiona wysiewano w 10-litrowych tacach (długość 39,6 cm, szerokość 28,8 cm, wysokość 16,8 cm) zawierających piaszczystą glebę gliniastą z 2% materii organicznej. Pięć wstępnie wykiełkowanych nasion posadzono w każdej tacce. Palety umieszczono w szklarni Wydziału Nauk Rolniczych Narodowego Uniwersytetu Kolumbii, kampus w Bogocie (43°50′56″ N, 74°04′051″ W), na wysokości 2556 m n.p.m. i prowadzono je od października do grudnia 2019 r. Jeden eksperyment (Federroz 67) i drugi eksperyment (Federroz 2000) w tym samym sezonie 2020 r.
Warunki środowiskowe w szklarni w każdym sezonie sadzenia są następujące: temperatura w dzień i w nocy 30/25°C, wilgotność względna 60~80%, naturalny fotoperiod 12 godzin (promieniowanie fotosyntetycznie czynne 1500 µmol (fotonów) m-2 s-). 1 w południe). Rośliny nawożono zgodnie z zawartością każdego pierwiastka 20 dni po wzejściu nasion (DAE), zgodnie z Sánchez-Reinoso i in. (2019): 670 mg azotu na roślinę, 110 mg fosforu na roślinę, 350 mg potasu na roślinę, 68 mg wapnia na roślinę, 20 mg magnezu na roślinę, 20 mg siarki na roślinę, 17 mg krzemu na roślinę. Rośliny zawierają 10 mg boru na roślinę, 17 mg miedzi na roślinę i 44 mg cynku na roślinę. Rośliny ryżu utrzymywano w temperaturze do 47 DAE w każdym eksperymencie, gdy osiągnęły stadium fenologiczne V5 w tym okresie. Poprzednie badania wykazały, że to stadium fenologiczne jest odpowiednim czasem na przeprowadzenie badań stresu cieplnego w ryżu (Sánchez-Reinoso i in., 2014; Alvarado-Sanabria i in., 2017).
W każdym eksperymencie wykonano dwa oddzielne zastosowania regulatora wzrostu liści. Pierwszy zestaw oprysków dolistnych fitohormonami zastosowano 5 dni przed zabiegiem stresu cieplnego (42 DAE), aby przygotować rośliny na stres środowiskowy. Drugi oprysk dolistny wykonano 5 dni po wystawieniu roślin na warunki stresowe (52 DAE). Zastosowano cztery fitohormony, a właściwości każdego składnika aktywnego opryskanego w tym badaniu wymieniono w Tabeli uzupełniającej 1. Stężenia zastosowanych regulatorów wzrostu liści były następujące: (i) Auksyna (kwas 1-naftylooctowy: NAA) w stężeniu 5 × 10−5 M (ii) 5 × 10–5 M giberelina (kwas giberelinowy: NAA); GA3); (iii) Cytokinina (trans-zeatyna) 1 × 10-5 M (iv) Brassinosteroidy [Spirostan-6-on, 3,5-dihydroxy-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. Wybrano te stężenia, ponieważ wywołują pozytywne reakcje i zwiększają odporność roślin na stres cieplny (Zahir i in., 2001; Wen i in., 2010; El-Bassiony i in., 2012; Salehifar i in., 2017). Rośliny ryżu bez żadnych oprysków regulatorami wzrostu roślin traktowano wyłącznie wodą destylowaną. Wszystkie rośliny ryżu opryskiwano ręcznym opryskiwaczem. Na roślinę nanieść 20 ml H2O, aby zwilżyć górną i dolną powierzchnię liści. Wszystkie opryski dolistne zawierały adiuwant rolniczy (Agrotin, Bayer CropScience, Kolumbia) w stężeniu 0,1% (v/v). Odległość między doniczką a opryskiwaczem wynosi 30 cm.
Zabiegi przeciwdziałania stresowi cieplnemu wykonywano 5 dni po pierwszym oprysku dolistnym (47 DAE) w każdym eksperymencie. Rośliny ryżu przenoszono ze szklarni do komory wzrostowej o pojemności 294 l (MLR-351H, Sanyo, IL, USA), aby ustalić stres cieplny lub utrzymać te same warunki środowiskowe (47 DAE). Połączone leczenie stresem cieplnym przeprowadzono, ustawiając komorę na następujące temperatury dzień/noc: dzienna wysoka temperatura [40°C przez 5 godzin (od 11:00 do 16:00)] i okres nocny [30°C przez 5 godzin]. 8 dni z rzędu (od 19:00 do 24:00). Temperaturę stresu i czas ekspozycji wybrano na podstawie poprzednich badań (Sánchez-Reynoso i in. 2014; Alvarado-Sanabría i in. 2017). Z drugiej strony grupę roślin przeniesionych do komory wzrostowej utrzymywano w szklarni w tej samej temperaturze (30°C w dzień/25°C w nocy) przez 8 kolejnych dni.
Pod koniec eksperymentu uzyskano następujące grupy poddane leczeniu: (i) warunki temperatury wzrostu + zastosowanie wody destylowanej [kontrola absolutna (AC)], (ii) warunki stresu cieplnego + zastosowanie wody destylowanej [kontrola stresu cieplnego (SC)], (iii) warunki stresu cieplnego + zastosowanie auksyny (AUX), (iv) warunki stresu cieplnego + zastosowanie gibereliny (GA), (v) warunki stresu cieplnego + zastosowanie cytokininy (CK) oraz (vi) warunki stresu cieplnego + brassinosteroid (BR) Załącznik. Te grupy poddane leczeniu zastosowano dla dwóch genotypów (F67 i F2000). Wszystkie zabiegi przeprowadzono w całkowicie losowym projekcie z pięcioma powtórzeniami, każde składające się z jednej rośliny. Każda roślina została użyta do odczytania zmiennych określonych pod koniec eksperymentu. Eksperyment trwał 55 DAE.
Przewodnictwo szparkowe (gs) mierzono przy użyciu przenośnego porometru (SC-1, METER Group Inc., USA) w zakresie od 0 do 1000 mmol m-2 s-1, z aperturą komory próbki 6,35 mm. Pomiary wykonywano, przyczepiając sondę stomametru do dojrzałego liścia, gdy główny pęd rośliny był w pełni rozwinięty. W przypadku każdego zabiegu odczyty gs wykonywano na trzech liściach każdej rośliny między godziną 11:00 a 16:00 i uśredniano.
RWC określono zgodnie z metodą opisaną przez Ghoulam i in. (2002). W pełni rozwinięty arkusz użyty do określenia g został również użyty do pomiaru RWC. Świeżą masę (FW) określono bezpośrednio po zbiorze za pomocą wagi cyfrowej. Następnie liście umieszczono w plastikowym pojemniku wypełnionym wodą i pozostawiono w ciemności w temperaturze pokojowej (22°C) na 48 godzin. Następnie zważono na wadze cyfrowej i zapisano rozszerzoną masę (TW). Spęczniałe liście suszono w piecu w temperaturze 75°C przez 48 godzin, a ich suchą masę (DW) zapisano.
Zawartość względną chlorofilu określono przy użyciu miernika chlorofilu (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) i wyrażono w jednostkach atLeaf (Dey i in., 2016). Maksymalne odczyty wydajności kwantowej PSII (stosunek Fv/Fm) zarejestrowano przy użyciu ciągłego wzbudzenia fluorymetru chlorofilu (Handy PEA, Hansatech Instruments, Wielka Brytania). Liście adaptowano do ciemności za pomocą zacisków liściowych przez 20 min przed pomiarami Fv/Fm (Restrepo-Diaz i Garces-Varon, 2013). Po aklimatyzacji liści do ciemności zmierzono linię bazową (F0) i maksymalną fluorescencję (Fm). Na podstawie tych danych obliczono zmienną fluorescencję (Fv = Fm – F0), stosunek zmiennej fluorescencji do maksymalnej fluorescencji (Fv/Fm), maksymalną wydajność kwantową fotochemii PSII (Fv/F0) i stosunek Fm/F0 (Baker, 2008; Lee i in., 2017). Odczyty względnej zawartości chlorofilu i fluorescencji chlorofilu wykonano na tych samych liściach, których użyto do pomiarów gs.
Około 800 mg świeżej masy liścia zebrano jako zmienne biochemiczne. Następnie próbki liści zhomogenizowano w ciekłym azocie i przechowywano do dalszej analizy. Metoda spektrometryczna stosowana do oszacowania zawartości chlorofilu a, b i karotenoidów w tkance opiera się na metodzie i równaniach opisanych przez Wellburna (1994). Próbki tkanki liścia (30 mg) zebrano i zhomogenizowano w 3 ml 80% acetonu. Następnie próbki odwirowano (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, USA) przy 5000 obr./min przez 10 min w celu usunięcia cząstek. Supernatant rozcieńczono do końcowej objętości 6 ml przez dodanie 80% acetonu (Sims i Gamon, 2002). Zawartość chlorofilu określono przy 663 (chlorofil a) i 646 (chlorofil b) nm, a karotenoidów przy 470 nm, stosując spektrofotometr (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA).
Do oceny peroksydacji lipidów błonowych (MDA) zastosowano metodę kwasu tiobarbiturowego (TBA) opisaną przez Hodgesa i in. (1999). Około 0,3 g tkanki liścia zhomogenizowano również w ciekłym azocie. Próbki wirowano przy 5000 obr./min, a absorbancję mierzono na spektrofotometrze przy 440, 532 i 600 nm. Na koniec obliczono stężenie MDA, używając współczynnika ekstynkcji (157 M mL−1).
Zawartość proliny we wszystkich zabiegach określono metodą opisaną przez Batesa i in. (1973). Do przechowywanej próbki dodać 10 ml 3% wodnego roztworu kwasu sulfosalicylowego i przefiltrować przez bibułę filtracyjną Whatmana (nr 2). Następnie 2 ml tego filtratu poddano reakcji z 2 ml kwasu ninhydrynowego i 2 ml lodowatego kwasu octowego. Mieszaninę umieszczono w łaźni wodnej w temperaturze 90°C na 1 godzinę. Zatrzymać reakcję, inkubując na lodzie. Energicznie wstrząsnąć probówką za pomocą wytrząsarki wirowej i rozpuścić powstały roztwór w 4 ml toluenu. Odczyty absorbancji określono przy 520 nm za pomocą tego samego spektrofotometru, którego użyto do ilościowego oznaczania pigmentów fotosyntetycznych (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA).
Metoda opisana przez Gerhards i in. (2016) do obliczania temperatury baldachimu i CSI. Zdjęcia termiczne wykonano kamerą FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) z dokładnością ±2°C na koniec okresu stresu. Umieść białą powierzchnię za rośliną do fotografowania. Ponownie, dwie fabryki były brane pod uwagę jako modele odniesienia. Rośliny umieszczono na białej powierzchni; jedna została pokryta adiuwantem rolniczym (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Kolumbia), aby symulować otwarcie wszystkich aparatów szparkowych [tryb mokry (Twet)], a drugi był liściem bez żadnej aplikacji [tryb suchy (Tdry)] (Castro-Duque i in., 2020). Odległość między kamerą a doniczką podczas filmowania wynosiła 1 m.
Wskaźnik względnej tolerancji obliczono pośrednio, wykorzystując przewodnictwo szparkowe (gs) roślin poddanych działaniu środka w porównaniu z roślinami kontrolnymi (rośliny bez zabiegów stresowych i z zastosowanymi regulatorami wzrostu), aby określić tolerancję genotypów poddanych działaniu środka ocenianych w tym badaniu. Wskaźnik RTI uzyskano, stosując równanie dostosowane do Chávez-Arias i in. (2020).
W każdym eksperymencie wszystkie zmienne fizjologiczne wymienione powyżej zostały określone i zarejestrowane w 55 DAE przy użyciu w pełni rozwiniętych liści zebranych z górnej części korony. Ponadto pomiary przeprowadzono w komorze wzrostu, aby uniknąć zmiany warunków środowiskowych, w których rosną rośliny.
Dane z pierwszego i drugiego eksperymentu analizowano łącznie jako serię eksperymentów. Każda grupa eksperymentalna składała się z 5 roślin, a każda roślina stanowiła jednostkę eksperymentalną. Przeprowadzono analizę wariancji (ANOVA) (P ≤ 0,05). Gdy wykryto istotne różnice, zastosowano test porównawczy post hoc Tukeya przy P ≤ 0,05. Użyj funkcji arcsinus, aby przeliczyć wartości procentowe. Dane analizowano przy użyciu oprogramowania Statistix v 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) i naniesiono na wykres przy użyciu SigmaPlot (wersja 10.0; Systat Software, San Jose, CA, USA). Analizę głównych składowych przeprowadzono przy użyciu oprogramowania InfoStat 2016 (Analysis Software, National University of Cordoba, Argentyna), aby zidentyfikować najlepsze badane regulatory wzrostu roślin.
Tabela 1 podsumowuje analizę wariancji (ANOVA) pokazującą eksperymenty, różne zabiegi i ich interakcje z pigmentami fotosyntetycznymi liści (chlorofil a, b, całkowity i karotenoidy), malondialdehydem (MDA) i zawartością proliny oraz przewodnością szparkową. Wpływ gs, względnej zawartości wody. (RWC), zawartości chlorofilu, parametrów fluorescencji chlorofilu alfa, temperatury korony (PCT) (°C), wskaźnika stresu upraw (CSI) i względnego wskaźnika tolerancji roślin ryżu w 55 DAE.
Tabela 1. Podsumowanie danych ANOVA dotyczących zmiennych fizjologicznych i biochemicznych ryżu pomiędzy eksperymentami (genotypy) i sposobami radzenia sobie ze stresem cieplnym.
Różnice (P ≤ 0,01) w interakcjach pigmentów fotosyntetycznych liści, względnej zawartości chlorofilu (odczyty Atleaf) i parametrach fluorescencji alfa-chlorofilu między eksperymentami i zabiegami przedstawiono w Tabeli 2. Wysokie temperatury w ciągu dnia i nocy zwiększyły całkowitą zawartość chlorofilu i karotenoidów. Siewki ryżu bez żadnego oprysku dolistnego fitohormonami (2,36 mg g-1 dla „F67” i 2,56 mg g-1 dla „F2000”) w porównaniu do roślin uprawianych w optymalnych warunkach temperaturowych (2,67 mg g-1)) wykazały niższą całkowitą zawartość chlorofilu. W obu eksperymentach „F67” wynosił 2,80 mg g-1, a „F2000” 2,80 mg g-1. Ponadto sadzonki ryżu traktowane kombinacją oprysków AUX i GA w warunkach stresu cieplnego również wykazały spadek zawartości chlorofilu w obu genotypach (AUX = 1,96 mg g-1 i GA = 1,45 mg g-1 dla „F67”; AUX = 1,96 mg g-1 i GA = 1,45 mg g-1 dla „F67”; AUX = 2,24 mg) g-1 i GA = 1,43 mg g-1 (dla „F2000”) w warunkach stresu cieplnego. W warunkach stresu cieplnego dolistne traktowanie BR spowodowało niewielki wzrost tej zmiennej w obu genotypach. Wreszcie dolistne opryskiwanie CK wykazało najwyższe wartości pigmentu fotosyntetycznego spośród wszystkich zabiegów (zabiegi AUX, GA, BR, SC i AC) w genotypach F67 (3,24 mg g-1) i F2000 (3,65 mg g-1). Względna zawartość chlorofilu (jednostka Atleaf) została również zmniejszona przez skojarzony stres cieplny. Najwyższe wartości odnotowano również w roślinach opryskanych CC w obu genotypach (41,66 dla „F67” i 49,30 dla „F2000”). Stosunek Fv i Fv/Fm wykazał istotne różnice między zabiegami i odmianami (Tabela 2). Ogólnie rzecz biorąc, wśród tych zmiennych odmiana F67 była mniej podatna na stres cieplny niż odmiana F2000. Stosunek Fv i Fv/Fm ucierpiał bardziej w drugim eksperymencie. Stresowane siewki 'F2000', które nie były opryskiwane żadnymi fitohormonami, miały najniższe wartości Fv (2120,15) i stosunki Fv/Fm (0,59), ale oprysk dolistny CK pomógł przywrócić te wartości (Fv: 2591, 89, stosunek Fv/Fm: 0,73). , otrzymując odczyty podobne do tych odnotowanych na roślinach „F2000” uprawianych w optymalnych warunkach temperaturowych (Fv: 2955,35, stosunek Fv/Fm: 0,73:0,72). Nie było istotnych różnic w początkowej fluorescencji (F0), maksymalnej fluorescencji (Fm), maksymalnej wydajności kwantowej fotochemicznej PSII (Fv/F0) i stosunku Fm/F0. Na koniec BR wykazał podobny trend, jaki zaobserwowano w przypadku CK (Fv 2545,06, stosunek Fv/Fm 0,73).
Tabela 2. Wpływ łącznego stresu cieplnego (40°/30°C dzień/noc) na pigmenty fotosyntetyczne liści [całkowity chlorofil (Chl Total), chlorofil a (Chl a), chlorofil b (Chl b) i karotenoidy Cx+c] efekt], względna zawartość chlorofilu (jednostka Atliffa), parametry fluorescencji chlorofilu (początkowa fluorescencja (F0), maksymalna fluorescencja (Fm), zmienna fluorescencja (Fv), maksymalna wydajność PSII (Fv/Fm), fotochemiczna maksymalna wydajność kwantowa PSII (Fv/F0) i Fm/F0 w roślinach dwóch genotypów ryżu [Federrose 67 (F67) i Federrose 2000 (F2000)] 55 dni po wzejściu (DAE)).
Względna zawartość wody (RWC) w różnie traktowanych roślinach ryżu wykazała różnice (P ≤ 0,05) w interakcji między zabiegami eksperymentalnymi i dolistnymi (rys. 1A). W przypadku traktowania SA odnotowano najniższe wartości dla obu genotypów (74,01% dla F67 i 76,6% dla F2000). W warunkach stresu cieplnego RWC roślin ryżu obu genotypów traktowanych różnymi fitohormonami znacznie wzrosło. Ogólnie rzecz biorąc, dolistne stosowanie CK, GA, AUX lub BR zwiększyło RWC do wartości podobnych do tych dla roślin uprawianych w optymalnych warunkach podczas eksperymentu. Bezwzględna kontrola i rośliny opryskiwane dolistnie odnotowały wartości około 83% dla obu genotypów. Z drugiej strony, gs również wykazało istotne różnice (P ≤ 0,01) w interakcji eksperyment-zabieg (rys. 1B). Roślina kontroli absolutnej (AC) również odnotowała najwyższe wartości dla każdego genotypu (440,65 mmol m-2s-1 dla F67 i 511,02 mmol m-2s-1 dla F2000). Rośliny ryżu poddane wyłącznie łączonemu stresowi cieplnemu wykazały najniższe wartości gs dla obu genotypów (150,60 mmol m-2s-1 dla F67 i 171,32 mmol m-2s-1 dla F2000). Leczenie dolistne wszystkimi regulatorami wzrostu roślin również zwiększyło g. Na roślinach ryżu F2000 opryskiwanych CC, efekt opryskiwania dolistnego fitohormonami był bardziej widoczny. Ta grupa roślin nie wykazała różnic w porównaniu z roślinami kontroli absolutnej (AC 511,02 i CC 499,25 mmol m-2s-1).
Rysunek 1. Wpływ łącznego stresu cieplnego (40°/30°C dzień/noc) na względną zawartość wody (RWC) (A), przewodność szparkową (gs) (B), produkcję malondialdehydu (MDA) (C) i zawartość proliny. (D) w roślinach dwóch genotypów ryżu (F67 i F2000) 55 dni po wzejściu (DAE). Zabiegi oceniane dla każdego genotypu obejmowały: kontrolę absolutną (AC), kontrolę stresu cieplnego (SC), stres cieplny + auksyna (AUX), stres cieplny + giberelina (GA), stres cieplny + mitogen komórkowy (CK) i stres cieplny + brassinosteroid. (BR). Każda kolumna przedstawia średnią ± błąd standardowy pięciu punktów danych (n = 5). Kolumny, po których następują różne litery, oznaczają statystycznie istotne różnice zgodnie z testem Tukeya (P ≤ 0,05). Litery ze znakiem równości oznaczają, że średnia nie jest statystycznie istotna (≤ 0,05).
Zawartość MDA (P ≤ 0,01) i proliny (P ≤ 0,01) również wykazała istotne różnice w interakcji między eksperymentem a zabiegami fitohormonalnymi (rys. 1C, D). Zwiększoną peroksydację lipidów zaobserwowano w przypadku zabiegu SC w obu genotypach (rys. 1C), jednak rośliny traktowane opryskiem regulatora wzrostu liści wykazały zmniejszoną peroksydację lipidów w obu genotypach; Ogólnie rzecz biorąc, stosowanie fitohormonów (CA, AUC, BR lub GA) prowadzi do zmniejszenia peroksydacji lipidów (zawartości MDA). Nie stwierdzono różnic między roślinami AC dwóch genotypów a roślinami poddanymi stresowi cieplnemu i opryskiwanymi fitohormonami (obserwowane wartości FW w roślinach „F67” wahały się od 4,38–6,77 µmol g-1, a w roślinach FW „F2000” obserwowane wartości wahały się od 2,84 do 9,18 µmol g-1 (rośliny). Z drugiej strony synteza proliny w roślinach „F67” była niższa niż w roślinach „F2000” poddanych stresowi łączonemu, co doprowadziło do wzrostu produkcji proliny. w roślinach ryżu poddanych stresowi cieplnemu, w obu eksperymentach, zaobserwowano, że podanie tych hormonów istotnie zwiększyło zawartość aminokwasów w roślinach F2000 (AUX i BR wynosiły odpowiednio 30,44 i 18,34 µmol g-1) (rys. 1G).
Wpływ dolistnego oprysku regulatorem wzrostu roślin i łączonego stresu cieplnego na temperaturę baldachimu roślin i względny wskaźnik tolerancji (RTI) przedstawiono na rysunkach 2A i B. W przypadku obu genotypów temperatura baldachimu roślin AC wynosiła blisko 27°C, a roślin SC około 28°C. Z. Zaobserwowano również, że dolistne traktowanie CK i BR skutkowało obniżeniem temperatury baldachimu o 2–3°C w porównaniu z roślinami SC (rysunek 2A). RTI wykazywał podobne zachowanie do innych zmiennych fizjologicznych, wykazując istotne różnice (P ≤ 0,01) w interakcji między eksperymentem a traktowaniem (rysunek 2B). Rośliny SC wykazywały niższą tolerancję roślin w obu genotypach (odpowiednio 34,18% i 33,52% dla roślin ryżu „F67” i „F2000”). Dolistne karmienie fitohormonami poprawia RTI u roślin narażonych na stres wysokiej temperatury. Efekt ten był bardziej wyraźny w przypadku roślin „F2000” opryskiwanych CC, w których RTI wynosił 97,69. Z drugiej strony istotne różnice zaobserwowano tylko we wskaźniku stresu plonowania (CSI) roślin ryżu w warunkach stresu opryskowego czynnika dolistnego (P ≤ 0,01) (rys. 2B). Tylko rośliny ryżu poddane złożonemu stresowi cieplnemu wykazały najwyższą wartość wskaźnika stresu (0,816). Gdy rośliny ryżu opryskiwano różnymi fitohormonami, wskaźnik stresu był niższy (wartości od 0,6 do 0,67). Ostatecznie roślina ryżu uprawiana w optymalnych warunkach miała wartość 0,138.
Rysunek 2. Wpływ łącznego stresu cieplnego (40°/30°C dzień/noc) na temperaturę baldachimu (A), względny wskaźnik tolerancji (RTI) (B) i wskaźnik stresu upraw (CSI) (C) dwóch gatunków roślin. Komercyjne genotypy ryżu (F67 i F2000) poddano różnym zabiegom cieplnym. Zabiegi oceniane dla każdego genotypu obejmowały: kontrolę absolutną (AC), kontrolę stresu cieplnego (SC), stres cieplny + auksynę (AUX), stres cieplny + giberelinę (GA), stres cieplny + mitogen komórkowy (CK) i stres cieplny + brassinosteroid. (BR). Łączny stres cieplny obejmuje narażenie roślin ryżu na wysokie temperatury dzień/noc (40°/30°C dzień/noc). Każda kolumna przedstawia średnią ± błąd standardowy pięciu punktów danych (n = 5). Kolumny oznaczone różnymi literami oznaczają statystycznie istotne różnice zgodnie z testem Tukeya (P ≤ 0,05). Litery ze znakiem równości oznaczają, że średnia nie jest statystycznie istotna (≤ 0,05).
Analiza głównych składowych (PCA) wykazała, że zmienne oceniane w 55 DAE wyjaśniały 66,1% odpowiedzi fizjologicznych i biochemicznych roślin ryżu poddanych stresowi cieplnemu, traktowanych opryskiem regulatora wzrostu (rys. 3). Wektory przedstawiają zmienne, a kropki przedstawiają regulatory wzrostu roślin (GR). Wektory gs, zawartości chlorofilu, maksymalnej wydajności kwantowej PSII (Fv/Fm) i parametrów biochemicznych (TChl, MDA i prolina) znajdują się pod niewielkimi kątami do początku, co wskazuje na wysoką korelację między zachowaniem fizjologicznym roślin a nimi. zmienna. Jedna grupa (V) obejmowała sadzonki ryżu uprawiane w optymalnej temperaturze (AT) i rośliny F2000 traktowane CK i BA. Jednocześnie większość roślin traktowanych GR utworzyła osobną grupę (IV), a traktowanie GA w F2000 utworzyło osobną grupę (II). Natomiast siewki ryżu narażone na stres cieplny (grupy I i III), którym nie stosowano dolistnego oprysku fitohormonami (oba genotypy to SC), znajdowały się w strefie przeciwnej do grupy V, co dowodzi wpływu stresu cieplnego na fizjologię roślin.
Rysunek 3. Dwugraficzna analiza wpływu łączonego stresu cieplnego (40°/30°C dzień/noc) na rośliny dwóch genotypów ryżu (F67 i F2000) 55 dni po wzejściu (DAE). Skróty: AC F67, całkowita kontrola F67; SC F67, kontrola stresu cieplnego F67; AUX F67, stres cieplny + auksyna F67; GA F67, stres cieplny + giberelina F67; CK F67, stres cieplny + podział komórek BR F67, stres cieplny + brassinosteroid. F67; AC F2000, całkowita kontrola F2000; SC F2000, kontrola stresu cieplnego F2000; AUX F2000, stres cieplny + auksyna F2000; GA F2000, stres cieplny + giberelina F2000; CK F2000, stres cieplny + cytokinina, BR F2000, stres cieplny + steryd mosiądzowy; F2000.
Zmienne takie jak zawartość chlorofilu, przewodnictwo szparkowe, stosunek Fv/Fm, CSI, MDA, RTI i zawartość proliny mogą pomóc zrozumieć adaptację genotypów ryżu i ocenić wpływ strategii agrotechnicznych w warunkach stresu cieplnego (Sarsu i in., 2018; Quintero-Calderon i in., 2021). Celem tego eksperymentu była ocena wpływu zastosowania czterech regulatorów wzrostu na parametry fizjologiczne i biochemiczne sadzonek ryżu w złożonych warunkach stresu cieplnego. Testowanie sadzonek to prosta i szybka metoda jednoczesnej oceny roślin ryżu w zależności od wielkości lub stanu dostępnej infrastruktury (Sarsu i in., 2018). Wyniki tego badania wykazały, że połączony stres cieplny wywołuje różne reakcje fizjologiczne i biochemiczne u dwóch genotypów ryżu, co wskazuje na proces adaptacji. Wyniki te wskazują również, że opryski regulatorami wzrostu liści (głównie cytokininami i brassinosteroidami) pomagają ryżowi dostosować się do złożonego stresu cieplnego, gdyż wpływa to głównie na gs, RWC, stosunek Fv/Fm, pigmenty fotosyntetyczne i zawartość proliny.
Zastosowanie regulatorów wzrostu pomaga poprawić stan nawodnienia roślin ryżu poddanych stresowi cieplnemu, co może być związane z większym stresem i niższą temperaturą koron roślin. Badanie to wykazało, że wśród roślin „F2000” (genotyp podatny) rośliny ryżu traktowane głównie CK lub BR miały wyższe wartości gs i niższe wartości PCT niż rośliny traktowane SC. Poprzednie badania wykazały również, że gs i PCT są dokładnymi wskaźnikami fizjologicznymi, które mogą określać adaptacyjną odpowiedź roślin ryżu i wpływ strategii agrotechnicznych na stres cieplny (Restrepo-Diaz i Garces-Varon, 2013; Sarsu i in., 2018; Quintero). -Carr DeLong i in., 2021). Liście CK lub BR wzmacniają g w warunkach stresu, ponieważ te hormony roślinne mogą promować otwieranie aparatów szparkowych poprzez syntetyczne interakcje z innymi cząsteczkami sygnałowymi, takimi jak ABA (promotor zamykania aparatów szparkowych w warunkach stresu abiotycznego) (Macková i in., 2013; Zhou i in., 2013). 2013). ). , 2014). Otwarcie aparatów szparkowych promuje chłodzenie liści i pomaga obniżyć temperaturę baldachimu (Sonjaroon i in., 2018; Quintero-Calderón i in., 2021). Z tych powodów temperatura baldachimu roślin ryżu opryskiwanych CK lub BR może być niższa w warunkach łącznego stresu cieplnego.
Stres spowodowany wysoką temperaturą może zmniejszyć zawartość pigmentów fotosyntetycznych w liściach (Chen i in., 2017; Ahammed i in., 2018). W tym badaniu, gdy rośliny ryżu były poddane stresowi cieplnemu i nie były opryskiwane żadnymi regulatorami wzrostu roślin, pigmenty fotosyntetyczne miały tendencję do zmniejszania się w obu genotypach (Tabela 2). Feng i in. (2013) zgłosili również znaczny spadek zawartości chlorofilu w liściach dwóch genotypów pszenicy narażonych na stres cieplny. Narażenie na wysokie temperatury często skutkuje zmniejszeniem zawartości chlorofilu, co może być spowodowane zmniejszoną biosyntezą chlorofilu, degradacją pigmentów lub ich łączonym działaniem w stresie cieplnym (Fahad i in., 2017). Jednak rośliny ryżu traktowane głównie CK i BA zwiększyły stężenie pigmentów fotosyntetycznych liści w stresie cieplnym. Podobne wyniki zgłosili również Jespersen i Huang (2015) oraz Suchsagunpanit i in. (2015), którzy zaobserwowali wzrost zawartości chlorofilu w liściach po zastosowaniu hormonów zeatyny i epibrassinosteroidu odpowiednio w trawach mietlicy i ryżu poddanych stresowi cieplnemu. Rozsądnym wyjaśnieniem, dlaczego CK i BR promują zwiększoną zawartość chlorofilu w liściach pod wpływem łącznego stresu cieplnego, jest to, że CK może wzmacniać inicjację długotrwałej indukcji promotorów ekspresji (takich jak promotor aktywujący starzenie (SAG12) lub promotor HSP18) i zmniejszać utratę chlorofilu w liściach. , opóźniać starzenie się liści i zwiększać odporność roślin na ciepło (Liu i in., 2020). BR może chronić chlorofil w liściach i zwiększać zawartość chlorofilu w liściach poprzez aktywację lub indukcję syntezy enzymów biorących udział w biosyntezie chlorofilu w warunkach stresowych (Sharma i in., 2017; Siddiqui i in., 2018). Wreszcie dwa fitohormony (CK i BR) wspomagają również ekspresję białek szoku cieplnego i usprawniają różne procesy adaptacji metabolicznej, takie jak zwiększona biosynteza chlorofilu (Sharma i in., 2017; Liu i in., 2020).
Parametry fluorescencji chlorofilu a zapewniają szybką i nieniszczącą metodę, która może ocenić tolerancję roślin lub adaptację do warunków stresu abiotycznego (Chaerle i in. 2007; Kalaji i in. 2017). Parametry takie jak stosunek Fv/Fm były używane jako wskaźniki adaptacji roślin do warunków stresu (Alvarado-Sanabria i in. 2017; Chavez-Arias i in. 2020). W tym badaniu rośliny SC wykazały najniższe wartości tej zmiennej, głównie rośliny ryżu „F2000”. Yin i in. (2010) stwierdzili również, że stosunek Fv/Fm liści ryżu o najwyższym krzewieniu znacznie spadł w temperaturach powyżej 35°C. Według Feng i in. (2013) niższy stosunek Fv/Fm pod wpływem stresu cieplnego wskazuje, że szybkość wychwytywania i konwersji energii wzbudzenia przez centrum reakcji PSII jest zmniejszona, co wskazuje, że centrum reakcji PSII rozpada się pod wpływem stresu cieplnego. Obserwacja ta pozwala nam wnioskować, że zaburzenia w aparacie fotosyntetycznym są wyraźniejsze u odmian wrażliwych (Fedearroz 2000) niż u odmian odpornych (Fedearroz 67).
Zastosowanie CK lub BR ogólnie poprawiło wydajność PSII w złożonych warunkach stresu cieplnego. Podobne wyniki uzyskali Suchsagunpanit i in. (2015), którzy zaobserwowali, że zastosowanie BR zwiększyło wydajność PSII w warunkach stresu cieplnego u ryżu. Kumar i in. (2020) odkryli również, że rośliny ciecierzycy traktowane CK (6-benzyloadeniną) i poddawane stresowi cieplnemu zwiększyły stosunek Fv/Fm, dochodząc do wniosku, że dolistne stosowanie CK poprzez aktywację cyklu pigmentu zeaksantyny promowało aktywność PSII. Ponadto oprysk liści BR sprzyjał fotosyntezie PSII w warunkach połączonego stresu, co wskazuje, że zastosowanie tego fitohormonu spowodowało zmniejszenie rozpraszania energii wzbudzenia anten PSII i promowało akumulację małych białek szoku cieplnego w chloroplastach (Ogweno i in. 2008; Kothari i Lachowitz ). , 2021).
Zawartość MDA i proliny często wzrasta, gdy rośliny są narażone na stres abiotyczny w porównaniu do roślin uprawianych w optymalnych warunkach (Alvarado-Sanabria i in. 2017). Poprzednie badania wykazały również, że poziomy MDA i proliny są wskaźnikami biochemicznymi, które można wykorzystać do zrozumienia procesu adaptacji lub wpływu praktyk agrotechnicznych w ryżu w warunkach dziennych lub nocnych wysokich temperatur (Alvarado-Sanabria i in., 2017; Quintero-Calderón i in. . , 2021). Badania te wykazały również, że zawartość MDA i proliny miała tendencję do bycia wyższą w roślinach ryżu narażonych na wysokie temperatury odpowiednio w nocy lub w ciągu dnia. Jednak opryskiwanie dolistne CK i BR przyczyniło się do zmniejszenia poziomu MDA i wzrostu poziomu proliny, głównie w genotypie tolerancyjnym (Federroz 67). Spray CK może promować nadmierną ekspresję cytokinin oksydazy/dehydrogenazy, zwiększając w ten sposób zawartość związków ochronnych, takich jak betaina i prolina (Liu i in., 2020). BR promuje indukcję osmoprotektantów, takich jak betaina, cukry i aminokwasy (w tym wolna prolina), utrzymując komórkową równowagę osmotyczną w wielu niekorzystnych warunkach środowiskowych (Kothari i Lachowiec, 2021).
Wskaźnik stresu upraw (CSI) i wskaźnik tolerancji względnej (RTI) służą do określania, czy oceniane zabiegi pomagają łagodzić różne stresy (abiotyczne i biotyczne) i mają pozytywny wpływ na fizjologię roślin (Castro-Duque i in., 2020; Chavez-Arias i in., 2020). Wartości CSI mogą wynosić od 0 do 1, co oznacza odpowiednio warunki bezstresowe i stresowe (Lee i in., 2010). Wartości CSI roślin poddanych stresowi cieplnemu (SC) wahały się od 0,8 do 0,9 (rysunek 2B), co wskazuje, że rośliny ryżu zostały negatywnie dotknięte stresem łączonym. Jednak opryskiwanie dolistne BC (0,6) lub CK (0,6) doprowadziło głównie do spadku tego wskaźnika w warunkach stresu abiotycznego w porównaniu z roślinami ryżu SC. W roślinach F2000 RTI wykazał wyższy wzrost przy stosowaniu CA (97,69%) i BC (60,73%) w porównaniu z SA (33,52%), co wskazuje, że te regulatory wzrostu roślin przyczyniają się również do poprawy reakcji ryżu na tolerancję kompozycji. Przegrzanie. Wskaźniki te zostały zaproponowane w celu zarządzania warunkami stresowymi u różnych gatunków. Badanie przeprowadzone przez Lee i in. (2010) wykazało, że CSI dwóch odmian bawełny w warunkach umiarkowanego stresu wodnego wynosiło około 0,85, podczas gdy wartości CSI odmian dobrze nawadnianych wahały się od 0,4 do 0,6, co doprowadziło do wniosku, że wskaźnik ten jest wskaźnikiem adaptacji wodnej odmian. warunków stresowych. Ponadto Chavez-Arias i in. (2020) ocenili skuteczność syntetycznych elicytorów jako kompleksowej strategii zarządzania stresem u roślin C. elegans i stwierdzili, że rośliny opryskane tymi związkami wykazywały wyższy RTI (65%). W związku z powyższym CK i BR można uznać za strategie agrotechniczne mające na celu zwiększenie tolerancji ryżu na złożony stres cieplny, ponieważ te regulatory wzrostu roślin wywołują pozytywne reakcje biochemiczne i fizjologiczne.
W ciągu ostatnich kilku lat badania nad ryżem w Kolumbii koncentrowały się na ocenie genotypów tolerancyjnych na wysokie temperatury dzienne lub nocne przy użyciu cech fizjologicznych lub biochemicznych (Sánchez-Reinoso i in., 2014; Alvarado-Sanabria i in., 2021). Jednak w ciągu ostatnich kilku lat analiza praktycznych, ekonomicznych i dochodowych technologii stała się coraz ważniejsza, aby zaproponować zintegrowane zarządzanie uprawami w celu poprawy skutków złożonych okresów stresu cieplnego w kraju (Calderón-Páez i in., 2021; Quintero-Calderon i in., 2021). Tak więc fizjologiczne i biochemiczne reakcje roślin ryżu na złożony stres cieplny (40°C w dzień/30°C w nocy) zaobserwowane w tym badaniu sugerują, że opryskiwanie dolistne CK lub BR może być odpowiednią metodą zarządzania uprawami w celu złagodzenia niekorzystnych skutków. Wpływ okresów umiarkowanego stresu cieplnego. Zabiegi te poprawiły tolerancję obu genotypów ryżu (niski CSI i wysoki RTI), wykazując ogólną tendencję w fizjologicznych i biochemicznych reakcjach roślin w warunkach łącznego stresu cieplnego. Główną reakcją roślin ryżu był spadek zawartości GC, całkowitego chlorofilu, chlorofili α i β oraz karotenoidów. Ponadto rośliny cierpią z powodu uszkodzeń PSII (obniżone parametry fluorescencji chlorofilu, takie jak stosunek Fv/Fm) i zwiększonej peroksydacji lipidów. Z drugiej strony, gdy ryż był traktowany CK i BR, te negatywne efekty zostały złagodzone, a zawartość proliny wzrosła (rys. 4).
Rysunek 4. Model koncepcyjny wpływu łączonego stresu cieplnego i dolistnego oprysku regulatorem wzrostu roślin na rośliny ryżu. Czerwone i niebieskie strzałki wskazują negatywne lub pozytywne skutki interakcji między stresem cieplnym a dolistnym stosowaniem BR (brassinosteroid) i CK (cytokininy) na reakcje fizjologiczne i biochemiczne. gs: przewodnictwo szparkowe; Całkowity Chl: całkowita zawartość chlorofilu; Chl α: zawartość chlorofilu β; Cx+c: zawartość karotenoidów;
Podsumowując, odpowiedzi fizjologiczne i biochemiczne w tym badaniu wskazują, że rośliny ryżu Fedearroz 2000 są bardziej podatne na okres złożonego stresu cieplnego niż rośliny ryżu Fedearroz 67. Wszystkie regulatory wzrostu oceniane w tym badaniu (auksyny, gibereliny, cytokininy lub brassinosteroidy) wykazały pewien stopień łącznego zmniejszenia stresu cieplnego. Jednak cytokininy i brassinosteroidy wywołały lepszą adaptację roślin, ponieważ oba regulatory wzrostu roślin zwiększyły zawartość chlorofilu, parametry fluorescencji alfa-chlorofilu, gs i RWC w porównaniu do roślin ryżu bez żadnego zastosowania, a także zmniejszyły zawartość MDA i temperaturę baldachimu. Podsumowując, dochodzimy do wniosku, że stosowanie regulatorów wzrostu roślin (cytokinin i brassinosteroidów) jest przydatnym narzędziem w zarządzaniu warunkami stresowymi w uprawach ryżu spowodowanymi przez silny stres cieplny w okresach wysokich temperatur.
Oryginalne materiały przedstawione w badaniu są dołączone do artykułu. W przypadku dalszych pytań należy skontaktować się z autorem korespondencyjnym.
Czas publikacji: 08-08-2024