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 łącznemu stresowi cieplnemu (wysokie temperatury dzienne i nocne), temperatura korony i względna zawartość wody) oraz zmiennych biochemicznych (zawartość malondialdehydu (MDA) i kwasu prolinowego). Pierwszy i drugi eksperyment przeprowadzono odpowiednio na roślinach dwóch genotypów ryżu Federrose 67 („F67”) i Federrose 2000 („F2000”). Oba eksperymenty analizowano łącznie jako serię eksperymentów. Ustalone zabiegi były następujące: kontrola absolutna (AC) (rośliny ryżu uprawiane w optymalnych temperaturach (temperatura dzienna/nocna 30/25°C)), kontrola stresu cieplnego (SC) [rośliny ryżu poddane tylko łącznemu 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 przewodnictwo szparkowe 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 tolerancji względnej pokazuje, że dolistne stosowanie CK (97,69%) i BR (60,73%) może pomóc złagodzić problem skojarzonego stresu cieplnego, głównie w przypadku roślin ryżu odmiany F2000. Podsumowując, dolistne opryskiwanie BR lub CK można uznać za strategię agrotechniczną, która pomaga ograniczyć negatywny wpływ skojarzonego stresu cieplnego na zachowanie fizjologiczne roślin ryżu.
Ryż (Oryza sativa) należy do rodziny wiechlinowatych (Poaceae) 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 roku wyniosła 2 937 840 ton, przy średnim plonie 5,02 tony/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. Zmiana klimatu powoduje 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 temperatury środowiska wpłynął na ryż, powodując spadek plonów o 6–7%. Z drugiej strony, zmiana klimatu prowadzi 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 zaostrzać szkody w uprawach w niektórych regionach tropikalnych. W Kolumbii prognozuje 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 optymalnych dla wzrostu roślin (Shah i in., 2011). Donoszono, że optymalne średnie temperatury w dzień i w nocy dlawzrost i rozwój ryżuwynoszą zazwyczaj 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 w newralgicznych fazach rozwoju ryżu (krzewienie, kwitnienie, kwitnienie i wypełnianie ziarna), negatywnie wpływając tym samym na plon ziarna. To obniżenie plonów jest spowodowane głównie długimi okresami stresu cieplnego, który wpływa na fizjologię roślin. Z powodu interakcji 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 u roślin ryżu, ponieważ tempo fotosyntezy spada o 50%, gdy dzienne temperatury przekraczają 35°C. Reakcje fizjologiczne 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 w ciągu dnia (33–40°C) lub wysokie temperatury w ciągu dnia i nocy (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). Bez względu na okres stresu, stres cieplny wpływa również na zawartość chlorofilu w liściach, stosunek zmiennej fluorescencji chlorofilu do maksymalnej fluorescencji chlorofilu (Fv/Fm) oraz aktywację Rubisco w roślinach ryżu (Cao i in. 2009; Yin i in. 2010). ) Sanchez Reynoso i in., 2014).
Zmiany biochemiczne stanowią 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 oraz 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, połączony 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 preparatem BR może poprawić tolerancję ryżu poprzez poprawę charakterystyki wymiany gazowej, zawartości chlorofilu lub proliny w liściach siewek ryżu (Quintero-Calderón i in., 2021).
Cytokininy pośredniczą w odpowiedzi 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 tempo fotosyntezy, zawartość chlorofilu a i b oraz wydajność transportu elektronów u mietlicy płożącej (Agrotis estolonifera) podczas stresu cieplnego (Xu i Huang, 2009; Jespersen i Huang, 2015). Egzogenne zastosowanie zeatyny może również poprawić aktywność antyoksydacyjną, nasilić 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 kwasu giberelinowego pośredniczy w różnych szlakach metabolicznych i zwiększa tolerancję na warunki wysokich temperatur (Alonso-Ramirez i in. 2009; Khan i in. 2020). Abdel-Nabi i in. (2020) stwierdzili, że opryskiwanie dolistne egzogennym kwasem giberelinowym (GA) (25 lub 50 mg*L) może zwiększyć tempo fotosyntezy i aktywność antyoksydacyjną u roślin pomarańczy poddanych stresowi cieplnemu w porównaniu z roślinami kontrolnymi. Zaobserwowano również, że egzogenne stosowanie kwasu hialuronowego zwiększa wilgotność względną, 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 wysokich temperatur (Sun i in., 2012; Wang i in., 2016). Ten regulator wzrostu działa jako marker biochemiczny w różnych procesach, takich jak synteza lub degradacja proliny w warunkach stresu abiotycznego (Ali i in. 2007). Ponadto AUX wzmacnia również aktywność antyoksydacyjną, co prowadzi do spadku stężenia 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 – eteru dimetyloaminoetoksykarbonylometylo)naftylochlorometylowego (TA-14). W tym samym eksperymencie zaobserwowali również niższy poziom MDA w roślinach traktowanych AUX w porównaniu z roślinami nietraktowanymi AUX.
Brassinosteroidy to kolejna klasa regulatorów wzrostu stosowanych w celu łagodzenia skutków stresu cieplnego. Ogweno i in. (2008) donieśli, że egzogenny oprysk BR zwiększył tempo fotosyntezy netto, przewodnictwo szparkowe i maksymalną szybkość karboksylacji Rubisco roślin pomidora (Solanum lycopersicum) poddanych stresowi cieplnemu przez 8 dni. Opryskiwanie dolistne epibrassinosteroidami może zwiększyć tempo fotosyntezy netto 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 u roślin 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 wiarygodnym narzędziem do przesiewania roślin ryżu poddawanych stresowi cieplnemu lokalnie i międzynarodowo (Sánchez-Reynoso i in., 2014; Alvarado-Sanabria i in., 2017; Jednak badania nad zastosowaniem dolistnych oprysków fitohormonalnych w ryżu na poziomie lokalnym pozostają rzadkie. Dlatego 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). (Fotosyntetyczne Zmienne w dwóch genotypach ryżu komercyjnego poddanych łączonemu stresowi cieplnemu (wysokie temperatury w dzień i w nocy).
W niniejszym badaniu przeprowadzono dwa niezależne eksperymenty. Po raz pierwszy wykorzystano genotypy Federrose 67 (F67: genotyp rozwinięty w wysokich temperaturach w ostatniej dekadzie) i Federrose 2000 (F2000: genotyp rozwinięty w ostatniej dekadzie XX wieku, wykazujący odporność na wirusa białych liści). Nasiona wysiewano do 10-litrowych tac (długość 39,6 cm, szerokość 28,8 cm, wysokość 16,8 cm) wypełnionych piaszczysto-gliniastą glebą z 2% zawartością materii organicznej. W każdej tacce posadzono pięć wstępnie skiełkowanych nasion. 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. Badania prowadzono 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 fazę fenologiczną V5 w tym okresie. Wcześniejsze badania wykazały, że ta faza fenologiczna jest odpowiednim momentem do przeprowadzenia badań stresu cieplnego 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 użytych 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 tylko 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 spryskiwaczem 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) w celu ustalenia stresu cieplnego lub utrzymania tych samych warunków środowiskowych (47 DAE). Połączone leczenie stresem cieplnym przeprowadzono, ustawiając komorę na następujące temperatury dzień/noc: dzienna najwyższa 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 wcześniejszych 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 doświadczalne: (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 doświadczalne 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 na końcu eksperymentu. Eksperyment trwał 55 DAE.
Przewodność szparkową (gs) mierzono za pomocą przenośnego porometru (SC-1, METER Group Inc., USA) w zakresie od 0 do 1000 mmol m⁻² s⁻¹, z aperturą komory pomiarowej 6,35 mm. Pomiary wykonywano poprzez przymocowanie sondy stomametru do dojrzałego liścia, gdy pęd główny rośliny był w pełni rozwinięty. Dla każdego zabiegu odczyty gs wykonywano na trzech liściach każdej rośliny między godziną 11:00 a 16:00 i uśredniano.
RWC oznaczano zgodnie z metodą opisaną przez Ghoulama i in. (2002). W pełni rozwinięty arkusz, używany do określenia g, został również użyty do pomiaru RWC. Bezpośrednio po zbiorze określono masę świeżą (FW) za pomocą wagi elektronicznej. Liście umieszczono następnie w plastikowym pojemniku wypełnionym wodą i pozostawiono w ciemności w temperaturze pokojowej (22°C) na 48 godzin. Następnie zważono je na wadze elektronicznej i zanotowano masę po rozszerzeniu (TW). Spęczniałe liście suszono w piecu w temperaturze 75°C przez 48 godzin, a następnie zanotowano ich masę suchą (DW).
Względną zawartość chlorofilu określono za pomocą chlorofilometru (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) i wyrażono w jednostkach atLeaf (Dey i in., 2016). Odczyty maksymalnej wydajności kwantowej PSII (stosunek Fv/Fm) zarejestrowano za pomocą fluorymetru chlorofilu z ciągłym wzbudzeniem (Handy PEA, Hansatech Instruments, Wielka Brytania). Liście adaptowano do ciemności za pomocą zacisków liściowych przez 20 minut przed pomiarami Fv/Fm (Restrepo-Diaz i Garces-Varon, 2013). Po zaaklimatyzowaniu liści do ciemności zmierzono fluorescencję bazową (F0) i maksymalną (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) oraz stosunek Fm/F0 (Baker, 2008; Lee i in., 2017). Odczyty względnej zawartości chlorofilu i fluorescencji chlorofilu wykonano na tych samych liściach, które wykorzystano do pomiarów gs.
Pobrano około 800 mg świeżej masy liści jako zmienne biochemiczne. Próbki liści zhomogenizowano w ciekłym azocie i przechowywano do dalszej analizy. Metoda spektrometryczna zastosowana do oszacowania zawartości chlorofilu a, b i karotenoidów w tkankach opiera się na metodzie i równaniach opisanych przez Wellburna (1994). Pobrano próbki tkanki liści (30 mg) i zhomogenizowano je w 3 ml 80% acetonu. Próbki następnie wirowano (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, USA) z prędkością 5000 obr./min przez 10 minut w celu usunięcia cząstek. Supernatant rozcieńczono do objętości końcowej 6 ml poprzez dodanie 80% acetonu (Sims i Gamon, 2002). Zawartość chlorofilu oznaczano przy długości fali 663 (chlorofil a) i 646 (chlorofil b) nm, a karotenoidów przy długości fali 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 z prędkością 5000 obr./min, a absorbancję mierzono spektrofotometrem przy długości fali 440, 532 i 600 nm. Stężenie MDA obliczono na podstawie współczynnika ekstynkcji (157 M mL−1).
Zawartość proliny we wszystkich preparatach oznaczono 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 n-hydroksylowego i 2 ml lodowatego kwasu octowego. Mieszaninę umieszczono w łaźni wodnej o 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 wykonano przy długości fali 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 korony 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 referencyjne. Rośliny umieszczono na białej powierzchni; jedna została pokryta adiuwantem rolniczym (Agrotin, Bayer CropScience, Bogota, Kolumbia) w celu symulacji otwarcia wszystkich aparatów szparkowych [tryb mokry (Twet)], a druga była liściem bez żadnej aplikacji [tryb suchy (Tdry)] (Castro-Duque i in., 2020). Odległość między kamerą a doniczką podczas filmowania wynosiła 1 m.
Wskaźnik tolerancji względnej 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 w niniejszym badaniu. Wskaźnik RTI uzyskano za pomocą równania opracowanego przez Chávez-Arias i in. (2020).
W każdym eksperymencie wszystkie wymienione powyżej zmienne fizjologiczne oznaczano i rejestrowano w 55 DAE, używając w pełni rozwiniętych liści zebranych z górnej części korony. Dodatkowo pomiary wykonywano w komorze wzrostowej, 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). W przypadku wykrycia istotnych różnic zastosowano test porównawczy post hoc Tukeya przy P ≤ 0,05. Do przeliczenia wartości procentowych użyto funkcji arcus sinus. Dane analizowano przy użyciu oprogramowania Statistix w wersji 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) i naniesiono na wykres za pomocą 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) w celu zidentyfikowania najlepszych badanych regulatorów wzrostu roślin.
Tabela 1 podsumowuje analizę wariancji (ANOVA) przedstawiającą eksperymenty, różne metody obróbki oraz ich interakcje z pigmentami fotosyntetycznymi liści (chlorofil a, b, całkowity i karotenoidy), zawartością malondialdehydu (MDA) i proliny oraz przewodnością szparkową. Wpływ gs, względnej zawartości wody (RWC), zawartości chlorofilu, parametrów fluorescencji chlorofilu alfa, temperatury korony (PCT) (°C), wskaźnika stresu upraw (CSI) oraz wskaźnika względnej 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) oraz 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, u których nie stosowano oprysku dolistnego fitohormonami (2,36 mg g-1 dla „F67” i 2,56 mg g-1 dla „F2000”), w porównaniu z roślinami uprawianymi w optymalnych warunkach temperaturowych (2,67 mg g-1)), wykazywały niższą całkowitą zawartość chlorofilu. W obu eksperymentach, dla „F67” wynosiła ona 2,80 mg g-1, a dla „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 nieznaczny 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 połączony stres cieplny. Najwyższe wartości odnotowano również u roślin 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 doświadczeniu. Stresowane siewki „F2000”, które nie były opryskiwane żadnymi fitohormonami, miały najniższe wartości Fv (2120,15) i stosunku Fv/Fm (0,59), ale oprysk dolistny CK pomógł przywrócić te wartości (Fv: 2591, 89, stosunek Fv/Fm: 0,73). , uzyskując odczyty podobne do tych zarejestrowanych dla roślin „F2000” uprawianych w optymalnych warunkach temperaturowych (Fv: 2955,35, stosunek Fv/Fm: 0,73:0,72). Nie stwierdzono istotnych różnic w początkowej fluorescencji (F0), maksymalnej fluorescencji (Fm), maksymalnej wydajności kwantowej fotochemicznego PSII (Fv/F0) ani stosunku Fm/F0. Ostatecznie BR wykazał podobny trend jak obserwowany w przypadku CK (Fv 2545,06, stosunek Fv/Fm 0,73).
Tabela 2. Wpływ połączonego 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 a 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 wykazały istotne różnice (P ≤ 0,01) w interakcji eksperyment-zabieg (rys. 1B). Roślina z grupy kontrolnej 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 skojarzonemu stresowi cieplnemu wykazały najniższe wartości g dla obu genotypów (150,60 mmol m-2s-1 dla F67 i 171,32 mmol m-2s-1 dla F2000). Dolistne traktowanie wszystkimi regulatorami wzrostu roślin również zwiększyło g. Na roślinach ryżu z F2000 opryskiwanych CC, efekt dolistnego opryskiwania fitohormonami był bardziej widoczny. Ta grupa roślin nie wykazała różnic w porównaniu z roślinami z grupy kontrolnej 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) po 55 dniach od wschodów (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 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).
Zawartość MDA (P ≤ 0,01) i proliny (P ≤ 0,01) również wykazała istotne różnice w interakcji między eksperymentem a zabiegami z fitohormonami (ryc. 1C, D). W obu genotypach zaobserwowano zwiększoną peroksydację lipidów po zastosowaniu SC (ryc. 1C), natomiast rośliny poddane opryskowi regulatorem wzrostu liści wykazywały zmniejszoną peroksydację lipidów. 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 i 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 prowadziło do wzrostu produkcji proliny. w roślinach ryżu poddanych stresowi cieplnemu w obu eksperymentach zaobserwowano, że podawanie tych hormonów znacząco 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 skojarzonego stresu cieplnego na temperaturę korony roślin i względny wskaźnik tolerancji (RTI) przedstawiono na rysunkach 2A i B. W przypadku obu genotypów temperatura korony roślin AC wynosiła blisko 27°C, a roślin SC około 28°C. Z. Zaobserwowano również, że dolistne traktowanie CK i BR spowodowało spadek temperatury korony 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 dokarmianie fitohormonami poprawia RTI u roślin narażonych na stres wysokotemperaturowy. Efekt ten był wyraźniejszy u roślin „F2000” opryskanych CC, w których RTI wynosił 97,69. Z drugiej strony, istotne różnice zaobserwowano jedynie we wskaźniku stresu plonowania (CSI) roślin ryżu w warunkach stresu opryskowego czynnika dolistnego (P ≤ 0,01) (rys. 2B). Jedynie 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 korony (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 bezwzględną (AC), kontrolę stresu cieplnego (SC), stres cieplny + auksyna (AUX), stres cieplny + giberelina (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 regulatorem wzrostu (rys. 3). Wektory reprezentują zmienne, a kropki reprezentują regulatory wzrostu roślin (GR). Wektory gs, zawartości chlorofilu, maksymalnej wydajności kwantowej PSII (Fv/Fm) i parametrów biochemicznych (TChl, MDA i prolina) znajdują się pod bliskimi kątami do początku układu współrzędnych, co wskazuje na wysoką korelację między zachowaniem fizjologicznym roślin a nimi. zmienną. 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 poddane stresowi cieplnemu (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. Dwustronna analiza wpływu łącznego stresu cieplnego (40°/30°C dzień/noc) na rośliny dwóch genotypów ryżu (F67 i F2000) po 55 dniach od wschodów (DAE). Skróty: AC F67, absolutna 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, absolutna 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 w zrozumieniu adaptacji genotypów ryżu i ocenie wpływu 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 siewek ryżu w złożonych warunkach stresu cieplnego. Badanie siewek 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 indukuje odmienne reakcje fizjologiczne i biochemiczne u obu genotypów ryżu, co wskazuje na proces adaptacji. Wyniki te wskazują również, że opryski regulatorami wzrostu liści (głównie cytokininami i brassinosteroidami) pomagają ryżowi przystosować się do złożonego stresu cieplnego, gdyż korzystny wpływ ma głównie g, RWC, stosunek Fv/Fm, pigmenty fotosyntetyczne i zawartość proliny.
Stosowanie regulatorów wzrostu pomaga poprawić stan nawodnienia roślin ryżu poddanych stresowi cieplnemu, co może być związane z wyższym poziomem stresu i niższą temperaturą korony roślin. Niniejsze badanie 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. Wcześniejsze badania wykazały również, że gs i PCT są dokładnymi wskaźnikami fizjologicznymi, które mogą określać reakcję adaptacyjną 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). Otwieranie aparatów szparkowych wspomaga chłodzenie liści i pomaga obniżyć temperaturę korony (Sonjaroon i in., 2018; Quintero-Calderón i in., 2021). Z tych powodów temperatura korony roślin ryżu opryskanych CK lub BR może być niższa w warunkach jednoczesnego stresu cieplnego.
Stres wysokotemperaturowy 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) również odnotowali znaczący spadek zawartości chlorofilu w liściach dwóch genotypów pszenicy poddanych stresowi cieplnemu. Ekspozycja na wysokie temperatury często powoduje zmniejszenie zawartości chlorofilu, co może być spowodowane zmniejszoną biosyntezą chlorofilu, degradacją pigmentów lub ich łącznym działaniem w stresie cieplnym (Fahad i in., 2017). Jednak rośliny ryżu traktowane głównie CK i BA zwiększyły stężenie pigmentów fotosyntetycznych w liściach w warunkach stresu cieplnego. Podobne wyniki przedstawili również Jespersen i Huang (2015) oraz Suchsagunpanit i in. (2015), którzy zaobserwowali wzrost zawartości chlorofilu w liściach po zastosowaniu hormonów zeatyny i epibrasinosteroidu odpowiednio u mietlicy i ryżu poddanych stresowi cieplnemu. Rozsądnym wyjaśnieniem, dlaczego CK i BR promują wzrost zawartości chlorofilu w liściach pod wpływem 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 jego zawartość poprzez aktywację lub indukcję syntezy enzymów zaangażowanych w biosyntezę chlorofilu w warunkach stresu (Sharma i in., 2017; Siddiqui i in., 2018). Wreszcie dwa fitohormony (CK i BR) również promują ekspresję białek szoku cieplnego i poprawiają 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 zostały wykorzystane jako wskaźniki adaptacji roślin do warunków stresowych (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 poddane stresowi cieplnemu zwiększyły stosunek Fv/Fm, wnioskując, że dolistne zastosowanie CK poprzez aktywację cyklu pigmentacji 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 z roślinami uprawianymi 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 w nocy lub w ciągu dnia. Jednakże opryskiwanie dolistne CK i BR przyczyniło się do spadku poziomu MDA i wzrostu poziomu proliny, głównie w genotypie tolerancyjnym (Federroz 67). Spray CK może promować nadmierną ekspresję oksydazy/dehydrogenazy cytokininowej, zwiększając w ten sposób zawartość związków ochronnych, takich jak betaina i prolina (Liu i in., 2020). BR sprzyja indukcji substancji osmotycznych, takich jak betaina, cukry i aminokwasy (w tym wolna prolina), utrzymując równowagę osmotyczną komórek w wielu niekorzystnych warunkach środowiskowych (Kothari i Lachowiec, 2021).
Wskaźnik stresu upraw (CSI) i wskaźnik tolerancji względnej (RTI) służą do określenia, czy oceniane zabiegi pomagają złagodzić 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 mieścić się w zakresie od 0 do 1, reprezentując 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) prowadziło 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 również przyczyniają się do poprawy reakcji ryżu na tolerancję kompozycji. Przegrzanie. Te wskaźniki 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 pozwoliło stwierdzić, że ten wskaźnik jest wskaźnikiem adaptacji odmian do wody. 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 oparciu o powyższe, 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 ryżu 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). Jednakże w ciągu ostatnich kilku lat analiza praktycznych, ekonomicznych i opłacalnych 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). Zatem 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 wskaźnik CSI i wysoki wskaźnik RTI), wykazując ogólną tendencję w fizjologicznych i biochemicznych reakcjach roślin w warunkach łącznego stresu cieplnego. Główną reakcją roślin ryżu był spadek zawartości GC, chlorofilu całkowitego, chlorofili α i β oraz karotenoidów. Ponadto rośliny cierpią z powodu uszkodzeń PSII (obniżenie parametrów fluorescencji chlorofilu, takich jak stosunek Fv/Fm) oraz zwiększonej peroksydacji lipidów. Z drugiej strony, po zastosowaniu na ryżu CK i BR, te negatywne skutki zostały złagodzone, a zawartość proliny wzrosła (rys. 4).
Rysunek 4. Model koncepcyjny wpływu skojarzonego stresu cieplnego i dolistnego oprysku regulatorem wzrostu roślin na rośliny ryżu. Czerwone i niebieskie strzałki wskazują na negatywny lub pozytywny wpływ interakcji między stresem cieplnym a dolistnym stosowaniem BR (brassinosteroidu) i CK (cytokininy) na reakcje fizjologiczne i biochemiczne. gs: przewodnictwo szparkowe; Chl całkowity: całkowita zawartość chlorofilu; Chl α: zawartość chlorofilu β; Cx+c: zawartość karotenoidów;
Podsumowując, reakcje fizjologiczne i biochemiczne w niniejszym badaniu wskazują, że rośliny ryżu odmiany Fedearroz 2000 są bardziej wrażliwe na okres złożonego stresu cieplnego niż rośliny ryżu odmiany Fedearroz 67. Wszystkie regulatory wzrostu oceniane w niniejszym badaniu (auksyny, gibereliny, cytokininy lub brassinosteroidy) wykazały pewien stopień łącznego zmniejszenia stresu cieplnego. Jednakże cytokininy i brassinosteroidy indukowały lepszą adaptację roślin, ponieważ oba regulatory wzrostu roślin zwiększyły zawartość chlorofilu, parametry fluorescencji alfa-chlorofilu, gs i RWC w porównaniu z roślinami ryżu bez żadnego zastosowania, a także zmniejszyły zawartość MDA i temperaturę w koronach roślin. Podsumowując, stwierdzamy, że stosowanie regulatorów wzrostu roślin (cytokinin i brassinosteroidów) jest użytecznym narzędziem w zarządzaniu warunkami stresowymi w uprawach ryżu, wywołanymi silnym stresem cieplnym w okresach wysokich temperatur.
Oryginalne materiały przedstawione w badaniu załączono do artykułu. W razie dalszych pytań należy zwrócić się do autora korespondencyjnego.
Czas publikacji: 08-08-2024