Pridelava riža v Kolumbiji upada zaradi podnebnih sprememb in spremenljivosti.Regulatorji rasti rastlinso bili uporabljeni kot strategija za zmanjšanje toplotnega stresa pri različnih poljščinah. Zato je bil cilj te študije oceniti fiziološke učinke (stomatalna prevodnost, stomatalna prevodnost, skupna vsebnost klorofila, razmerje Fv/Fm dveh komercialnih genotipov riža, izpostavljenih kombiniranemu toplotnemu stresu (visoke dnevne in nočne temperature), temperatura krošnje in relativna vsebnost vode) in biokemične spremenljivke (vsebnost malondialdehida (MDA) in prolinske kisline). Prvi in drugi poskus sta bila izvedena z rastlinami dveh genotipov riža, Federrose 67 (»F67«) in Federrose 2000 (»F2000«). Oba poskusa sta bila analizirana skupaj kot serija poskusov. Uveljavljeni tretmaji so bili naslednji: absolutna kontrola (AC) (rastline riža, gojene pri optimalnih temperaturah (dnevna/nočna temperatura 30/25 °C)), kontrola toplotnega stresa (SC) [rastline riža, izpostavljene samo kombiniranemu toplotnemu stresu (40/25 °C). 30 °C)], rastline riža pa so bile stresne in dvakrat (5 dni pred in 5 dni po toplotnem stresu) poškropljene z regulatorji rasti rastlin (stres + AUX, stres + BR, stres + CK ali stres + GA). Škropljenje s SA je povečalo skupno vsebnost klorofila v obeh sortah (sveža teža rastlin riža »F67« in »F2000« je bila 3,25 oziroma 3,65 mg/g) v primerjavi z rastlinami SC (sveža teža rastlin »F67« je bila 2,36 oziroma 2,56 mg/g). Pri rižu »F2000« je foliarna aplikacija CK na splošno izboljšala tudi stomatalno prevodnost rastlin riža »F2000« (499,25 v primerjavi s 150,60 mmol m-2 s) v primerjavi s kontrolo toplotnega stresa. Zaradi toplotnega stresa se je temperatura krošnje rastline znižala za 2–3 °C, vsebnost MDA v rastlinah pa se je zmanjšala. Indeks relativne tolerance kaže, da lahko foliarno škropljenje z BR (97,69 %) in CK (60,73 %) pomaga ublažiti problem kombiniranega toplotnega stresa, predvsem pri rastlinah riža F2000. Skratka, foliarno škropljenje z BR ali CK lahko štejemo za agronomsko strategijo, ki pomaga zmanjšati negativne učinke kombiniranega toplotnega stresa na fiziološko vedenje rastlin riža.
Riž (Oryza sativa) spada v družino Poaceae in je skupaj s koruzo in pšenico eno najbolj gojenih žit na svetu (Bajaj in Mohanty, 2005). Površina, na kateri se goji riž, znaša 617.934 hektarjev, nacionalna proizvodnja pa je leta 2020 znašala 2.937.840 ton s povprečnim pridelkom 5,02 tone/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Globalno segrevanje vpliva na pridelke riža in vodi do različnih vrst abiotskih stresov, kot so visoke temperature in obdobja suše. Podnebne spremembe povzročajo dvig globalnih temperatur; Predvideva se, da se bodo temperature v 21. stoletju dvignile za 1,0–3,7 °C, kar bi lahko povečalo pogostost in intenzivnost toplotnega stresa. Povišane temperature okolja so vplivale na riž, zaradi česar se je pridelek zmanjšal za 6–7 %. Po drugi strani pa podnebne spremembe povzročajo tudi neugodne okoljske razmere za pridelke, kot so obdobja hude suše ali visoke temperature v tropskih in subtropskih regijah. Poleg tega lahko spremenljivi dogodki, kot je El Niño, povzročijo toplotni stres in poslabšajo škodo na pridelkih v nekaterih tropskih regijah. V Kolumbiji se bodo temperature na območjih, kjer se prideluje riž, do leta 2050 predvidoma dvignile za 2–2,5 °C, kar bo zmanjšalo proizvodnjo riža in vplivalo na pretok proizvodov na trge in v dobavne verige.
Večina riževih pridelkov se goji na območjih, kjer so temperature blizu optimalnega območja za rast pridelkov (Shah et al., 2011). Poročali so, da so optimalne povprečne dnevne in nočne temperature zarast in razvoj rižasta običajno 28 °C oziroma 22 °C (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). Temperature nad temi pragovi lahko povzročijo obdobja zmernega do hudega toplotnega stresa v občutljivih fazah razvoja riža (bočenje, cvetenje, polnjenje zrn), kar negativno vpliva na pridelek zrn. To zmanjšanje pridelka je predvsem posledica dolgih obdobij toplotnega stresa, ki vplivajo na fiziologijo rastlin. Zaradi interakcije različnih dejavnikov, kot sta trajanje stresa in najvišja dosežena temperatura, lahko toplotni stres povzroči vrsto nepopravljivih poškodb presnove in razvoja rastlin.
Toplotni stres vpliva na različne fiziološke in biokemične procese v rastlinah. Fotosinteza listov je eden od procesov, ki so pri rastlinah riža najbolj dovzetni za toplotni stres, saj se stopnja fotosinteze zmanjša za 50 %, ko dnevne temperature presežejo 35 °C. Fiziološki odzivi rastlin riža se razlikujejo glede na vrsto toplotnega stresa. Na primer, stopnja fotosinteze in stomatalna prevodnost sta zavirani, ko so rastline izpostavljene visokim dnevnim temperaturam (33–40 °C) ali visokim dnevnim in nočnim temperaturam (35–40 °C podnevi, 28–30 °C). C pomeni noč) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). Visoke nočne temperature (30 °C) povzročajo zmerno zaviranje fotosinteze, vendar povečajo nočno dihanje (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). Ne glede na stresno obdobje toplotni stres vpliva tudi na vsebnost klorofila v listih, razmerje med spremenljivo fluorescenco klorofila in maksimalno fluorescenco klorofila (Fv/Fm) ter aktivacijo Rubisco pri rastlinah riža (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010). (Sanchez Reynoso et al., 2014).
Biokemične spremembe so še en vidik prilagajanja rastlin na toplotni stres (Wahid et al., 2007). Vsebnost prolina se uporablja kot biokemični indikator stresa rastlin (Ahmed in Hassan 2011). Prolin ima pomembno vlogo v presnovi rastlin, saj deluje kot vir ogljika ali dušika in kot stabilizator membrane pri visokih temperaturah (Sánchez-Reinoso et al., 2014). Visoke temperature vplivajo tudi na stabilnost membrane preko lipidne peroksidacije, kar vodi do nastanka malondialdehida (MDA) (Wahid et al., 2007). Zato se vsebnost MDA uporablja tudi za razumevanje strukturne celovitosti celičnih membran pri toplotnem stresu (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). Nazadnje je kombinirani toplotni stres [37/30 °C (dan/noč)] povečal odstotek uhajanja elektrolitov in vsebnost malondialdehida v rižu (Liu et al., 2013).
Uporaba regulatorjev rasti rastlin (GR) je bila ocenjena za ublažitev negativnih učinkov toplotnega stresa, saj so te snovi aktivno vključene v odzive rastlin ali fiziološke obrambne mehanizme proti takšnemu stresu (Peleg in Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). Eksogena uporaba genskih virov je pozitivno vplivala na toleranco na toplotni stres pri različnih poljščinah. Študije so pokazale, da fitohormoni, kot so giberelini (GA), citokinini (CK), auksini (AUX) ali brasinosteroidi (BR), vodijo do povečanja različnih fizioloških in biokemijskih spremenljivk (Peleg in Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014). V Kolumbiji eksogena uporaba genskih virov in njen vpliv na pridelke riža nista bila v celoti razumljena in preučena. Vendar pa je prejšnja študija pokazala, da lahko foliarno škropljenje z BR izboljša toleranco riža z izboljšanjem lastnosti izmenjave plinov, vsebnosti klorofila ali prolina v listih riževih sadik (Quintero-Calderón et al., 2021).
Citokinini posredujejo pri odzivih rastlin na abiotske strese, vključno s toplotnim stresom (Ha et al., 2012). Poleg tega je bilo poročano, da lahko eksogena uporaba CK zmanjša toplotne poškodbe. Na primer, eksogena uporaba zeatina je povečala hitrost fotosinteze, vsebnost klorofila a in b ter učinkovitost transporta elektronov pri plazeči se bentgrassi (Agrotis estolonifera) med toplotnim stresom (Xu in Huang, 2009; Jespersen in Huang, 2015). Eksogena uporaba zeatina lahko tudi izboljša antioksidativno aktivnost, poveča sintezo različnih beljakovin, zmanjša poškodbe zaradi reaktivnih kisikovih spojin (ROS) in nastajanje malondialdehida (MDA) v rastlinskih tkivih (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009). , 2016; Kumar et al., 2020).
Uporaba giberelinske kisline je prav tako pokazala pozitiven odziv na toplotni stres. Študije so pokazale, da biosinteza GA posreduje v različnih presnovnih poteh in povečuje toleranco pri visokih temperaturah (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi et al. (2020) so ugotovili, da lahko foliarno škropljenje eksogene GA (25 ali 50 mg*L) poveča hitrost fotosinteze in antioksidativno aktivnost pri toplotno stresnih rastlinah pomarančevca v primerjavi s kontrolnimi rastlinami. Opazili so tudi, da eksogena uporaba HA poveča relativno vsebnost vlage, klorofila in karotenoidov ter zmanjša lipidno peroksidacijo pri datljevi palmi (Phoenix dactylifera) pri toplotnem stresu (Khan et al., 2020). Avksin ima pomembno vlogo tudi pri uravnavanju prilagodljivih rastnih odzivov na visoke temperature (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). Ta regulator rasti deluje kot biokemični označevalec v različnih procesih, kot sta sinteza ali razgradnja prolina pri abiotskem stresu (Ali et al. 2007). Poleg tega AUX poveča tudi antioksidativno aktivnost, kar vodi do zmanjšanja MDA v rastlinah zaradi zmanjšane lipidne peroksidacije (Bielach et al., 2017). Sergeev et al. (2018) so opazili, da se v rastlinah graha (Pisum sativum) pri toplotnem stresu poveča vsebnost prolina (dimetilaminoetoksikarbonilmetil)naftilklorometil etra (TA-14). V istem poskusu so opazili tudi nižje ravni MDA v tretiranih rastlinah v primerjavi z rastlinami, ki niso bile tretirane z AUX.
Brassinosteroidi so še en razred regulatorjev rasti, ki se uporabljajo za ublažitev učinkov toplotnega stresa. Ogweno in sod. (2008) so poročali, da je eksogeno škropljenje z BR povečalo neto stopnjo fotosinteze, stomatalno prevodnost in maksimalno stopnjo Rubisco karboksilacije rastlin paradižnika (Solanum lycopersicum) pri toplotnem stresu 8 dni. Foliarno škropljenje z epibrassinosteroidi lahko poveča neto stopnjo fotosinteze rastlin kumar (Cucumis sativus) pri toplotnem stresu (Yu in sod., 2004). Poleg tega eksogena uporaba BR upočasni razgradnjo klorofila in poveča učinkovitost rabe vode ter največji kvantni donos fotokemije PSII pri rastlinah pri toplotnem stresu (Holá in sod., 2010; Toussagunpanit in sod., 2015).
Zaradi podnebnih sprememb in spremenljivosti se posevki riža soočajo z obdobji visokih dnevnih temperatur (Lesk et al., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). Pri fenotipizaciji rastlin so preučevali uporabo fitonutrientov ali biostimulansov kot strategijo za ublažitev toplotnega stresa na območjih gojenja riža (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021). Poleg tega je uporaba biokemijskih in fizioloških spremenljivk (temperatura listov, stomatalna prevodnost, parametri fluorescence klorofila, vsebnost klorofila in relativne vode, sinteza malondialdehida in prolina) zanesljivo orodje za presejanje rastlin riža, izpostavljenih toplotnemu stresu na lokalni in mednarodni ravni (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; Vendar pa so raziskave o uporabi foliarnih fitohormonskih škropiv pri rižu na lokalni ravni še vedno redke. Zato je preučevanje fizioloških in biokemijskih reakcij uporabe regulatorjev rasti rastlin zelo pomembno za predlog praktičnih agronomskih strategij za to. Namen te študije je bil oceniti fiziološke (stomatalna prevodnost, parametri fluorescence klorofila in relativna vsebnost vode) in biokemične učinke foliarne uporabe štirih regulatorjev rasti rastlin (AUX, CK, GA in BR). (Fotosintetski pigmenti, vsebnost malondialdehida in prolina) Spremenljivke pri dveh komercialnih genotipih riža, izpostavljenih kombiniranemu toplotnemu stresu (visok dnevni/nočni ritem) temperature).
V tej študiji sta bila izvedena dva neodvisna poskusa. Genotipa Federrose 67 (F67: genotip, razvit pri visokih temperaturah v zadnjem desetletju) in Federrose 2000 (F2000: genotip, razvit v zadnjem desetletju 20. stoletja, ki kaže odpornost proti virusu belih listov) sta bila uporabljena prvič. V drugem poskusu sta bila uporabljena semena. Oba genotipa kolumbijski kmetje pogosto gojijo. Semena so bila posejana v 10-litrske pladnje (dolžina 39,6 cm, širina 28,8 cm, višina 16,8 cm) s peščeno ilovnato zemljo z 2 % organske snovi. V vsak pladenj je bilo posajenih pet predhodno kaljenih semen. Palete so bile postavljene v rastlinjak Fakultete za kmetijske vede Nacionalne univerze v Kolumbiji, kampus v Bogoti (43°50′56″ S, 74°04′051″ Z), na nadmorski višini 2556 m. m.) in so bila izvedena od oktobra do decembra 2019. En poskus (Federroz 67) in drugi poskus (Federroz 2000) v isti sezoni leta 2020.
Okoljski pogoji v rastlinjaku med vsako sezono sajenja so naslednji: dnevna in nočna temperatura 30/25 °C, relativna vlažnost 60–80 %, naravni fotoperiod 12 ur (fotosintetsko aktivno sevanje 1500 µmol (fotonov) m-2 s-). 1 opoldne). Rastline so bile gnojene glede na vsebnost posameznega elementa 20 dni po vzniku semen (DAE), v skladu s Sánchez-Reinoso et al. (2019): 670 mg dušika na rastlino, 110 mg fosforja na rastlino, 350 mg kalija na rastlino, 68 mg kalcija na rastlino, 20 mg magnezija na rastlino, 20 mg žvepla na rastlino, 17 mg silicija na rastlino. Rastline vsebujejo 10 mg bora na rastlino, 17 mg bakra na rastlino in 44 mg cinka na rastlino. Rastline riža so bile v vsakem poskusu vzdrževane pri do 47 DAE, ko so v tem obdobju dosegle fenološko stopnjo V5. Prejšnje študije so pokazale, da je ta fenološka faza primeren čas za izvajanje študij toplotnega stresa pri rižu (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
V vsakem poskusu sta bila izvedena dva ločena nanosa regulatorja rasti listov. Prvi sklop foliarnih fitohormonskih škropljenj je bil uporabljen 5 dni pred tretiranjem s toplotnim stresom (42 DAE), da bi rastline pripravili na okoljski stres. Drugo foliarno škropljenje je bilo nato izvedeno 5 dni po tem, ko so bile rastline izpostavljene stresnim razmeram (52 DAE). Uporabljeni so bili štirje fitohormoni, lastnosti vsake aktivne sestavine, ki smo jo škropili v tej študiji, pa so navedene v dodatni tabeli 1. Koncentracije uporabljenih regulatorjev rasti listov so bile naslednje: (i) avksin (1-naftilocetna kislina: NAA) v koncentraciji 5 × 10⁻⁶ M (ii) 5 × 10–5 M giberelin (giberelična kislina: NAA); GA3); (iii) citokinin (trans-zeatin) 1 × 10⁻⁶ M (iv) brasinosteroidi [spirostan-6-on, 3,5-dihidroksi-, (3b,5a,25R)] 5 × 10⁻⁶; M. Te koncentracije so bile izbrane, ker povzročajo pozitivne odzive in povečajo odpornost rastlin na toplotni stres (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). Rastline riža brez škropljenja z regulatorji rasti rastlin so bile tretirane samo z destilirano vodo. Vse rastline riža so bile poškropljene z ročno škropilnico. Na rastlino je bilo nanesenih 20 ml H2O, da so se navlažile zgornje in spodnje površine listov. Pri vseh foliarnih škropljenjih je bil uporabljen kmetijski adjuvant (Agrotin, Bayer CropScience, Kolumbija) v koncentraciji 0,1 % (v/v). Razdalja med loncem in škropilnico je 30 cm.
Tretmaji toplotnega stresa so bili izvedeni 5 dni po prvem foliarnem škropljenju (47 DAE) v vsakem poskusu. Rastline riža so bile prenesene iz rastlinjaka v 294-litrsko rastno komoro (MLR-351H, Sanyo, IL, ZDA), da bi vzpostavili toplotni stres ali ohranili enake okoljske pogoje (47 DAE). Kombinirani tretma toplotnega stresa je bil izveden tako, da je bila komora nastavljena na naslednje dnevne/nočne temperature: dnevna najvišja temperatura [40 °C za 5 ur (od 11:00 do 16:00)] in nočno obdobje [30 °C za 5 ur], 8 dni zapored (od 19:00 do 24:00). Temperatura stresa in čas izpostavljenosti sta bila izbrana na podlagi prejšnjih študij (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017). Po drugi strani pa je bila skupina rastlin, prenesenih v rastno komoro, osem dni zapored vzdrževana v rastlinjaku pri enaki temperaturi (30 °C podnevi/25 °C ponoči).
Na koncu poskusa so bile pridobljene naslednje tretirane skupine: (i) rastna temperatura + nanos destilirane vode [Absolutna kontrola (AC)], (ii) toplotni stres + nanos destilirane vode [Kontrola toplotnega stresa (SC)], (iii) toplotni stres + nanos auksina (AUX), (iv) toplotni stres + nanos giberelina (GA), (v) toplotni stres + nanos citokinina (CK) in (vi) toplotni stres + brasinosteroid (BR) Dodatek. Te tretirane skupine so bile uporabljene za dva genotipa (F67 in F2000). Vse tretirane skupine so bile izvedene po popolnoma randomiziranem načrtu s petimi ponovitvami, od katerih je vsaka vsebovala eno rastlino. Vsaka rastlina je bila uporabljena za odčitavanje spremenljivk, določenih na koncu poskusa. Poskus je trajal 55 dni.
Stomatalna prevodnost (gs) je bila izmerjena s prenosnim porozometrom (SC-1, METER Group Inc., ZDA) v območju od 0 do 1000 mmol m-2 s-1, z odprtino vzorčne komore 6,35 mm. Meritve se izvedejo tako, da se stomametrska sonda pritrdi na zrel list, pri čemer je glavni poganjek rastline popolnoma razvit. Za vsako tretiranje so bili odčitki gs odčitani na treh listih vsake rastline med 11.00 in 16.00 ter povprečeni.
RWC je bila določena po metodi, ki so jo opisali Ghoulam in sod. (2002). Popolnoma raztegnjena folija, uporabljena za določanje g, je bila uporabljena tudi za merjenje RWC. Sveža teža (FW) je bila določena takoj po spravilu z uporabo digitalne tehtnice. Liste so nato dali v plastično posodo, napolnjeno z vodo, in pustili v temi pri sobni temperaturi (22 °C) 48 ur. Nato so jih stehtali na digitalni tehtnici in zabeležili raztegnjeno težo (TW). Nabrekle liste so sušili v pečici pri 75 °C 48 ur in zabeležili njihovo suho težo (DW).
Relativna vsebnost klorofila je bila določena z uporabo klorofilmetra (atLeafmeter, FT Green LLC, ZDA) in izražena v enotah atLeaf (Dey et al., 2016). Odčitki največje kvantne učinkovitosti PSII (razmerje Fv/Fm) so bili zabeleženi z uporabo klorofilnega fluorimetra s kontinuirnim vzbujanjem (Handy PEA, Hansatech Instruments, Združeno kraljestvo). Listi so bili pred meritvami Fv/Fm 20 minut prilagojeni na temo z listnimi sponkami (Restrepo-Diaz in Garces-Varon, 2013). Po aklimatizaciji listov na temo sta bili izmerjeni izhodiščna (F0) in največja fluorescenca (Fm). Iz teh podatkov so bili izračunani spremenljiva fluorescenca (Fv = Fm – F0), razmerje med spremenljivo fluorescenco in največjo fluorescenco (Fv/Fm), največji kvantni izkoristek fotokemije PSII (Fv/F0) in razmerje Fm/F0 (Baker, 2008; Lee et al., 2017). Relativne odčitke klorofila in fluorescence klorofila smo opravili na istih listih, ki smo jih uporabili za meritve gs.
Kot biokemične spremenljivke je bilo zbranih približno 800 mg sveže teže listov. Vzorce listov so nato homogenizirali v tekočem dušiku in shranili za nadaljnjo analizo. Spektrometrična metoda, uporabljena za oceno vsebnosti klorofila a, b in karotenoidov v tkivu, temelji na metodi in enačbah, ki jih je opisal Wellburn (1994). Vzorce tkiva listov (30 mg) so zbrali in homogenizirali v 3 ml 80 % acetona. Vzorce so nato centrifugirali (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, ZDA) pri 5000 vrt/min 10 minut, da so odstranili delce. Supernatant je bil razredčen na končni volumen 6 ml z dodatkom 80 % acetona (Sims in Gamon, 2002). Vsebnost klorofila je bila določena pri 663 (klorofil a) in 646 (klorofil b) nm, karotenoidov pa pri 470 nm z uporabo spektrofotometra (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, ZDA).
Za oceno membranske lipidne peroksidacije (MDA) je bila uporabljena metoda s tiobarbiturno kislino (TBA), ki so jo opisali Hodges in sod. (1999). Približno 0,3 g listnega tkiva je bilo prav tako homogeniziranih v tekočem dušiku. Vzorce so centrifugirali pri 5000 vrt/min, absorbanca pa je bila izmerjena na spektrofotometru pri 440, 532 in 600 nm. Na koncu je bila koncentracija MDA izračunana z uporabo ekstinkcijskega koeficienta (157 M mL−1).
Vsebnost prolina v vseh obdelavah je bila določena z metodo, ki so jo opisali Bates in sod. (1973). Shranjenemu vzorcu smo dodali 10 ml 3 % vodne raztopine sulfosalicilne kisline in filtrirali skozi Whatmanov filtrirni papir (št. 2). Nato smo 2 ml tega filtrata zmešali z 2 ml ninhidrinske kisline in 2 ml ledocetne kisline. Zmes smo za 1 uro postavili v vodno kopel pri 90 °C. Reakcijo smo ustavili z inkubacijo na ledu. Epruveto smo močno pretresli z vrtinčnim stresalnikom in nastalo raztopino raztopili v 4 ml toluena. Absorbanca je bila določena pri 520 nm z istim spektrofotometrom, ki se uporablja za kvantifikacijo fotosintetskih pigmentov (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, ZDA).
Metodo, ki so jo opisali Gerhards in sod. (2016), za izračun temperature krošnje in CSI. Termovizijske fotografije so bile posnete s kamero FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, ZDA) z natančnostjo ±2 °C na koncu stresnega obdobja. Za rastlino postavite belo površino za fotografiranje. Kot referenčna modela sta bili ponovno upoštevani dve tovarni. Rastline so bile postavljene na belo površino; ena je bila premazana s kmetijskim adjuvansom (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Kolumbija), da se simulira odpiranje vseh listnih rež [mokri način (Twet)], druga pa je bil list brez kakršnega koli nanosa [suhi način (Tdry)] (Castro-Duque in sod., 2020). Razdalja med kamero in loncem med snemanjem je bila 1 m.
Relativni indeks tolerance je bil izračunan posredno z uporabo stomatalne prevodnosti (gs) tretiranih rastlin v primerjavi s kontrolnimi rastlinami (rastline brez stresnih tretiranj in z uporabljenimi regulatorji rasti) za določitev tolerance tretiranih genotipov, ocenjenih v tej študiji. RTI je bil pridobljen z uporabo enačbe, prirejene po Chávez-Arias et al. (2020).
V vsakem poskusu so bile vse zgoraj omenjene fiziološke spremenljivke določene in zabeležene pri 55 DAE z uporabo popolnoma razvitih listov, zbranih z zgornje krošnje. Poleg tega so bile meritve izvedene v rastni komori, da bi se izognili spreminjanju okoljskih pogojev, v katerih rastline rastejo.
Podatki iz prvega in drugega poskusa so bili analizirani skupaj kot serija poskusov. Vsaka poskusna skupina je bila sestavljena iz 5 rastlin, vsaka rastlina pa je predstavljala poskusno enoto. Izvedena je bila analiza variance (ANOVA) (P ≤ 0,05). Ko so bile ugotovljene pomembne razlike, je bil uporabljen Tukeyjev post hoc primerjalni test pri P ≤ 0,05. Za pretvorbo odstotnih vrednosti je bila uporabljena funkcija arkus sinus. Podatki so bili analizirani s programsko opremo Statistix v 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, ZDA) in prikazani s programom SigmaPlot (različica 10.0; Systat Software, San Jose, CA, ZDA). Analiza glavnih komponent je bila izvedena s programsko opremo InfoStat 2016 (Analysis Software, Nacionalna univerza v Cordobi, Argentina) za identifikacijo najboljših regulatorjev rasti rastlin v raziskavi.
Tabela 1 povzema ANOVA, ki prikazuje poskuse, različne tretmaje in njihove interakcije s fotosintetskimi pigmenti listov (klorofil a, b, skupni in karotenoidi), vsebnostjo malondialdehida (MDA) in prolina ter prevodnostjo listnih rež. Vpliv gs, relativne vsebnosti vode (RWC), vsebnosti klorofila, parametrov fluorescence klorofila alfa, temperature krošnje (PCT) (°C), indeksa stresa pridelka (CSI) in indeksa relativne tolerance rastlin riža pri 55 DAE.
Tabela 1. Povzetek podatkov ANOVA o fizioloških in biokemijskih spremenljivkah riža med poskusi (genotipi) in obdelavami s toplotnim stresom.
Razlike (P ≤ 0,01) v interakcijah fotosintetskih pigmentov v listih, relativni vsebnosti klorofila (odčitki Atleaf) in parametrih fluorescence alfa-klorofila med poskusi in tretiranji so prikazane v tabeli 2. Visoke dnevne in nočne temperature so povečale skupno vsebnost klorofila in karotenoidov. Sadike riža brez listnega škropljenja s fitohormoni (2,36 mg g-1 za »F67« in 2,56 mg g-1 za »F2000«) so v primerjavi z rastlinami, gojenimi v optimalnih temperaturnih pogojih (2,67 mg g-1), pokazale nižjo skupno vsebnost klorofila. V obeh poskusih je bila »F67« 2,80 mg g-1 in »F2000« 2,80 mg g-1. Poleg tega so sadike riža, tretirane s kombinacijo škropiv AUX in GA pod toplotnim stresom, pokazale tudi zmanjšanje vsebnosti klorofila v obeh genotipih (AUX = 1,96 mg g-1 in GA = 1,45 mg g-1 za »F67«; AUX = 1,96 mg g-1 in GA = 1,45 mg g-1 za »F67«; AUX = 2,24 mg) g-1 in GA = 1,43 mg g-1 (za »F2000«) pod pogoji toplotnega stresa. V pogojih toplotnega stresa je foliarno tretiranje z BR povzročilo rahlo povečanje te spremenljivke pri obeh genotipih. Nazadnje je foliarno tretiranje s CK pokazalo najvišje vrednosti fotosintetskih pigmentov med vsemi tretiranji (tretmaji AUX, GA, BR, SC in AC) v genotipih F67 (3,24 mg g-1) in F2000 (3,65 mg g-1). Relativna vsebnost klorofila (enota Atleaf) se je prav tako zmanjšala zaradi kombiniranega toplotnega stresa. Najvišje vrednosti so bile zabeležene tudi pri rastlinah, škropljenih s CC, pri obeh genotipih (41,66 za »F67« in 49,30 za »F2000«). Razmerja Fv in Fv/Fm so pokazala pomembne razlike med tretiranji in kultivarji (tabela 2). Na splošno je bila med temi spremenljivkami kultivar F67 manj dovzeten za toplotni stres kot kultivar F2000. Razmerja Fv in Fv/Fm sta bila v drugem poskusu bolj prizadeta. Stresne sadike 'F2000', ki niso bile škropljene z nobenimi fitohormoni, so imele najnižje vrednosti Fv (2120,15) in razmerja Fv/Fm (0,59), vendar je foliarno škropljenje s CK pomagalo obnoviti te vrednosti (Fv: 2591,89, razmerje Fv/Fm: 0,73). , pri čemer so bili odčitki podobni tistim, ki so bili zabeleženi pri rastlinah »F2000«, gojenih v optimalnih temperaturnih pogojih (Fv: 2955,35, razmerje Fv/Fm: 0,73:0,72). Ni bilo pomembnih razlik v začetni fluorescenci (F0), največji fluorescenci (Fm), največjem fotokemičnem kvantnem donosu PSII (Fv/F0) in razmerju Fm/F0. Nazadnje je BR pokazal podoben trend kot pri CK (Fv 2545,06, razmerje Fv/Fm 0,73).
Tabela 2. Vpliv kombiniranega toplotnega stresa (40°/30°C podnevi/noči) na fotosintetske pigmente listov [skupni klorofil (Chl Total), klorofil a (Chl a), klorofil b (Chl b) in karotenoidi Cx+c], relativna vsebnost klorofila (enota Atliff), parametri fluorescence klorofila (začetna fluorescenca (F0), maksimalna fluorescenca (Fm), spremenljiva fluorescenca (Fv), maksimalna učinkovitost PSII (Fv/Fm), fotokemični maksimalni kvantni donos PSII (Fv/F0) in Fm/F0 pri rastlinah dveh genotipov riža [Federrose 67 (F67) in Federrose 2000 (F2000)] 55 dni po vzniku (DAE)).
Relativna vsebnost vode (RWC) različno tretiranih rastlin riža je pokazala razlike (P ≤ 0,05) v interakciji med poskusnim in foliarnim tretiranjem (slika 1A). Pri tretiranju s SA so bile najnižje vrednosti zabeležene pri obeh genotipih (74,01 % za F67 in 76,6 % za F2000). V pogojih toplotnega stresa se je RWC rastlin riža obeh genotipov, tretiranih z različnimi fitohormoni, znatno povečal. Na splošno so foliarne aplikacije CK, GA, AUX ali BR povečale RWC na vrednosti, podobne tistim pri rastlinah, ki so gojile v optimalnih pogojih med poskusom. Absolutna kontrola in foliarno škropljene rastline so zabeležile vrednosti okoli 83 % za oba genotipa. Po drugi strani pa so tudi gs pokazale pomembne razlike (P ≤ 0,01) v interakciji med poskusom in tretiranjem (slika 1B). Tudi rastlina absolutne kontrole (AC) je zabeležila najvišje vrednosti za vsak genotip (440,65 mmol m-2s-1 za F67 in 511,02 mmol m-2s-1 za F2000). Rastline riža, ki so bile izpostavljene samo kombiniranemu toplotnemu stresu, so pokazale najnižje vrednosti gs za oba genotipa (150,60 mmol m-2s-1 za F67 in 171,32 mmol m-2s-1 za F2000). Foliarno tretiranje z vsemi regulatorji rasti rastlin je prav tako povečalo g. Pri rastlinah riža F2000, škropljenih s CC, je bil učinek foliarnega škropljenja s fitohormoni bolj očiten. Ta skupina rastlin ni pokazala razlik v primerjavi z rastlinami absolutne kontrole (AC 511,02 in CC 499,25 mmol m-2s-1).
Slika 1. Vpliv kombiniranega toplotnega stresa (40°/30°C podnevi/noči) na relativno vsebnost vode (RWC) (A), stomatalno prevodnost (gs) (B), proizvodnjo malondialdehida (MDA) (C) in vsebnost prolina (D) v rastlinah dveh genotipov riža (F67 in F2000) 55 dni po vzniku (DAE). Za vsak genotip so bile ocenjene naslednje obdelave: absolutna kontrola (AC), kontrola toplotnega stresa (SC), toplotni stres + avksin (AUX), toplotni stres + giberelin (GA), toplotni stres + celični mitogen (CK) in toplotni stres + brasinosteroid (BR). Vsak stolpec predstavlja povprečje ± standardno napako petih podatkovnih točk (n = 5). Stolpci, ki jim sledijo različne črke, označujejo statistično značilne razlike po Tukeyjevem testu (P ≤ 0,05). Črke z enačajem označujejo, da povprečje ni statistično značilno (≤ 0,05).
Vsebnost MDA (P ≤ 0,01) in prolina (P ≤ 0,01) je prav tako pokazala pomembne razlike v interakciji med poskusom in tretiranjem s fitohormoni (slika 1C, D). Pri tretiranju s SC so pri obeh genotipih opazili povečano lipidno peroksidacijo (slika 1C), vendar so rastline, tretirane s pršilom z regulatorjem rasti listov, pokazale zmanjšano lipidno peroksidacijo pri obeh genotipih; Na splošno uporaba fitohormonov (CA, AUC, BR ali GA) vodi do zmanjšanja lipidne peroksidacije (vsebnosti MDA). Med rastlinami AC dveh genotipov in rastlinami, ki so bile izpostavljene toplotnemu stresu in škropljene s fitohormoni, niso bile ugotovljene razlike (opazovane vrednosti FW pri rastlinah »F67« so se gibale od 4,38 do 6,77 µmol g-1, pri rastlinah FW »F2000« pa od 2,84 do 9,18 µmol g-1 (rastline). Po drugi strani pa je bila sinteza prolina pri rastlinah »F67« nižja kot pri rastlinah »F2000« pod kombiniranim stresom, kar je povzročilo povečanje proizvodnje prolina. Pri rastlinah riža, izpostavljenih toplotnemu stresu, je bilo v obeh poskusih opaženo, da je dajanje teh hormonov znatno povečalo vsebnost aminokislin v rastlinah F2000 (AUX in BR sta bila 30,44 oziroma 18,34 µmol g-1) (slika 1G).
Učinki foliarnega škropljenja z regulatorjem rasti rastlin in kombiniranega toplotnega stresa na temperaturo krošnje rastlin in relativni indeks tolerance (RTI) so prikazani na slikah 2A in B. Pri obeh genotipih je bila temperatura krošnje rastlin AC blizu 27 °C, pri rastlinah SC pa okoli 28 °C. Z. Opazili so tudi, da je foliarno tretiranje s CK in BR povzročilo znižanje temperature krošnje za 2–3 °C v primerjavi z rastlinami SC (slika 2A). RTI je pokazal podobno vedenje kot druge fiziološke spremenljivke, kar je pokazalo pomembne razlike (P ≤ 0,01) v interakciji med poskusom in tretiranjem (slika 2B). Rastline SC so pokazale nižjo toleranco rastlin pri obeh genotipih (34,18 % oziroma 33,52 % za rastline riža »F67« oziroma »F2000«). Foliarno hranjenje s fitohormoni izboljša RTI pri rastlinah, izpostavljenih visokotemperaturnemu stresu. Ta učinek je bil bolj izrazit pri rastlinah »F2000«, škropljenih s CC, pri katerih je bil RTI 97,69. Po drugi strani pa so bile pomembne razlike opažene le v indeksu napetosti prirastka (CSI) rastlin riža v stresnih pogojih s foliarnim škropljenjem (P ≤ 0,01) (slika 2B). Le rastline riža, izpostavljene kompleksnemu toplotnemu stresu, so pokazale najvišjo vrednost indeksa stresa (0,816). Ko so bile rastline riža škropljene z različnimi fitohormoni, je bil indeks stresa nižji (vrednosti od 0,6 do 0,67). Nazadnje je imela rastlina riža, gojena v optimalnih pogojih, vrednost 0,138.
Slika 2. Učinki kombiniranega toplotnega stresa (40°/30°C podnevi/noči) na temperaturo krošnje (A), relativni indeks tolerance (RTI) (B) in indeks stresa pridelka (CSI) (C) dveh rastlinskih vrst. Komercialni genotipi riža (F67 in F2000) so bili podvrženi različnim toplotnim obdelavam. Obdelave, ocenjene za vsak genotip, so vključevale: absolutno kontrolo (AC), kontrolo toplotnega stresa (SC), toplotni stres + avksin (AUX), toplotni stres + giberelin (GA), toplotni stres + celični mitogen (CK) in toplotni stres + brasinosteroid (BR). Kombinirani toplotni stres vključuje izpostavljanje rastlin riža visokim dnevnim/nočnim temperaturam (40°/30°C podnevi/noči). Vsak stolpec predstavlja povprečje ± standardno napako petih podatkovnih točk (n = 5). Stolpci, ki jim sledijo različne črke, označujejo statistično značilne razlike po Tukeyjevem testu (P ≤ 0,05). Črke z enačajem označujejo, da povprečje ni statistično značilno (≤ 0,05).
Analiza glavnih komponent (PCA) je pokazala, da spremenljivke, ocenjene pri 55 DAE, pojasnjujejo 66,1 % fizioloških in biokemijskih odzivov toplotno stresnih riževih rastlin, tretiranih s škropljenjem z regulatorji rasti (slika 3). Vektorji predstavljajo spremenljivke, pike pa regulatorje rasti rastlin (GR). Vektorji gs, vsebnosti klorofila, maksimalne kvantne učinkovitosti PSII (Fv/Fm) in biokemijskih parametrov (TChl, MDA in prolin) so pod tesnimi koti glede na izhodišče, kar kaže na visoko korelacijo med fiziološkim vedenjem rastlin in njihovo spremenljivko. Ena skupina (V) je vključevala sadike riža, gojene pri optimalni temperaturi (AT), in rastline F2000, tretirane s CK in BA. Hkrati je večina rastlin, tretiranih z GR, tvorila ločeno skupino (IV), tretiranje z GA v F2000 pa ločeno skupino (II). Nasprotno pa so se toplotno stresne riževe sadike (skupini I in III) brez kakršnega koli foliarnega škropljenja s fitohormoni (oba genotipa sta bila SC) nahajale v območju, nasprotnem skupini V, kar kaže na vpliv toplotnega stresa na fiziologijo rastlin.
Slika 3. Bigrafska analiza učinkov kombiniranega toplotnega stresa (40°/30°C podnevi/noči) na rastline dveh genotipov riža (F67 in F2000) 55 dni po vzniku (DAE). Okrajšave: AC F67, absolutna kontrola F67; SC F67, kontrola zaradi toplotnega stresa F67; AUX F67, toplotni stres + avksin F67; GA F67, toplotni stres + giberelin F67; CK F67, toplotni stres + delitev celic BR F67, toplotni stres + brasinosteroid. F67; AC F2000, absolutna kontrola F2000; SC F2000, kontrola zaradi toplotnega stresa F2000; AUX F2000, toplotni stres + avksin F2000; GA F2000, toplotni stres + giberelin F2000; CK F2000, toplotni stres + citokinin, BR F2000, toplotni stres + medeninasti steroid; F2000.
Spremenljivke, kot so vsebnost klorofila, stomatalna prevodnost, razmerje Fv/Fm, CSI, MDA, RTI in vsebnost prolina, lahko pomagajo razumeti prilagajanje genotipov riža in oceniti vpliv agronomskih strategij na toplotni stres (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). Namen tega poskusa je bil oceniti učinek uporabe štirih regulatorjev rasti na fiziološke in biokemične parametre sadik riža v kompleksnih pogojih toplotnega stresa. Testiranje sadik je preprosta in hitra metoda za sočasno ocenjevanje rastlin riža, odvisno od velikosti ali stanja razpoložljive infrastrukture (Sarsu et al. 2018). Rezultati te študije so pokazali, da kombinirani toplotni stres povzroča različne fiziološke in biokemične odzive pri obeh genotipih riža, kar kaže na proces prilagajanja. Ti rezultati kažejo tudi, da foliarni škropivi z regulatorji rasti (predvsem citokinini in brasinosteroidi) pomagajo rižu pri prilagajanju na kompleksen toplotni stres, saj ugodno vpliva predvsem na gs, RWC, razmerje Fv/Fm, fotosintetske pigmente in vsebnost prolina.
Uporaba regulatorjev rasti pomaga izboljšati vodni status riževih rastlin pri toplotnem stresu, ki je lahko povezan z višjim stresom in nižjimi temperaturami krošnje rastlin. Ta študija je pokazala, da so imele med rastlinami »F2000« (občutljiv genotip) riževe rastline, tretirane predvsem s CK ali BR, višje vrednosti gs in nižje vrednosti PCT kot rastline, tretirane s SC. Prejšnje študije so tudi pokazale, da sta gs in PCT natančna fiziološka kazalnika, ki lahko določita prilagoditveni odziv riževih rastlin in učinke agronomskih strategij na toplotni stres (Restrepo-Diaz in Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et al., 2021). Listni CK ali BR povečata g pri stresu, ker lahko ti rastlinski hormoni spodbujajo odpiranje listnih rež s sintetičnimi interakcijami z drugimi signalnimi molekulami, kot je ABA (promotor zapiranja listnih rež pri abiotskem stresu) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). 2013). ). , 2014). Odpiranje listnih rež spodbuja hlajenje listov in pomaga znižati temperaturo krošnje (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). Zaradi teh razlogov je lahko temperatura krošnje riževih rastlin, škropljenih s CK ali BR, nižja pri kombiniranem toplotnem stresu.
Visokotemperaturni stres lahko zmanjša vsebnost fotosintetskih pigmentov v listih (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). V tej študiji so se fotosintetski pigmenti pri obeh genotipih, ko so bile rastline riža izpostavljene toplotnemu stresu in niso bile škropljene z nobenim regulatorjem rasti rastlin, zmanjšali (tabela 2). Feng et al. (2013) so prav tako poročali o znatnem zmanjšanju vsebnosti klorofila v listih dveh genotipov pšenice, izpostavljenih toplotnemu stresu. Izpostavljenost visokim temperaturam pogosto povzroči zmanjšanje vsebnosti klorofila, kar je lahko posledica zmanjšane biosinteze klorofila, razgradnje pigmentov ali njihovih kombiniranih učinkov pri toplotnem stresu (Fahad et al., 2017). Vendar pa so rastline riža, tretirane predvsem s CK in BA, povečale koncentracijo fotosintetskih pigmentov v listih pri toplotnem stresu. Podobne rezultate so poročali tudi Jespersen in Huang (2015) ter Suchsagunpanit et al. (2015), ki so opazili povečanje vsebnosti klorofila v listih po nanosu zeatina in epibrasinosteroidnih hormonov pri toplotno stresni bengrassu oziroma rižu. Razumna razlaga, zakaj CK in BR spodbujata povečano vsebnost klorofila v listih pri kombiniranem toplotnem stresu, je, da lahko CK poveča začetek trajne indukcije ekspresijskih promotorjev (kot sta promotor, ki aktivira staranje (SAG12) ali promotor HSP18) in zmanjša izgubo klorofila v listih, upočasni staranje listov in poveča odpornost rastlin na vročino (Liu et al., 2020). BR lahko zaščiti klorofil v listih in poveča vsebnost klorofila v listih z aktiviranjem ali indukcijo sinteze encimov, ki sodelujejo pri biosintezi klorofila v stresnih pogojih (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). Končno, dva fitohormona (CK in BR) prav tako spodbujata izražanje beljakovin toplotnega šoka in izboljšujeta različne presnovne procese prilagoditve, kot je povečana biosinteza klorofila (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
Parametri fluorescence klorofila a zagotavljajo hitro in nedestruktivno metodo, s katero lahko ocenimo toleranco ali prilagoditev rastlin na abiotske stresne razmere (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). Parametri, kot je razmerje Fv/Fm, so bili uporabljeni kot kazalniki prilagoditve rastlin na stresne razmere (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). V tej študiji so rastline SC pokazale najnižje vrednosti te spremenljivke, pretežno rastline riža »F2000«. Yin et al. (2010) so tudi ugotovili, da se je razmerje Fv/Fm pri najvišje bočnih listih riža znatno zmanjšalo pri temperaturah nad 35 °C. Po Feng et al. (2013) nižje razmerje Fv/Fm pri toplotnem stresu kaže, da se hitrost zajemanja in pretvorbe energije vzbujanja s strani reakcijskega centra PSII zmanjša, kar kaže na to, da se reakcijski center PSII pri toplotnem stresu razgradi. To opažanje nam omogoča sklep, da so motnje v fotosintetskem aparatu bolj izrazite pri občutljivih sortah (Fedearroz 2000) kot pri odpornih sortah (Fedearroz 67).
Uporaba CK ali BR je na splošno izboljšala delovanje PSII v kompleksnih pogojih toplotnega stresa. Podobne rezultate so dobili Suchsagunpanit in sod. (2015), ki so opazili, da je uporaba BR povečala učinkovitost PSII pri toplotnem stresu pri rižu. Kumar in sod. (2020) so prav tako ugotovili, da so rastline čičerike, tretirane s CK (6-benziladenin) in izpostavljene toplotnemu stresu, povečale razmerje Fv/Fm, pri čemer so zaključili, da je foliarna uporaba CK z aktivacijo zeaksantinskega pigmentnega cikla spodbujala aktivnost PSII. Poleg tega je škropljenje listov z BR spodbujalo fotosintezo PSII v kombiniranih stresnih pogojih, kar kaže, da je uporaba tega fitohormona povzročila zmanjšano disipacijo vzbujevalne energije anten PSII in spodbudila kopičenje majhnih proteinov toplotnega šoka v kloroplastih (Ogweno in sod. 2008; Kothari in Lachowitz, 2021).
Vsebnost MDA in prolina se pogosto poveča, ko so rastline pod abiotskim stresom, v primerjavi z rastlinami, ki rastejo v optimalnih pogojih (Alvarado-Sanabria et al. 2017). Prejšnje študije so tudi pokazale, da so ravni MDA in prolina biokemični kazalniki, ki jih je mogoče uporabiti za razumevanje procesa prilagajanja ali vpliva agronomskih praks pri rižu pri visokih dnevnih ali nočnih temperaturah (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al., 2021). Te študije so tudi pokazale, da je bila vsebnost MDA in prolina običajno višja pri rastlinah riža, izpostavljenih visokim temperaturam ponoči oziroma podnevi. Vendar pa je foliarno škropljenje s CK in BR prispevalo k zmanjšanju MDA in povečanju ravni prolina, predvsem pri tolerantnem genotipu (Federroz 67). Škropljenje s CK lahko spodbudi prekomerno izražanje citokinin oksidaze/dehidrogenaze in s tem poveča vsebnost zaščitnih spojin, kot sta betain in prolin (Liu et al., 2020). BR spodbuja indukcijo osmoprotektantov, kot so betain, sladkorji in aminokisline (vključno s prostim prolinom), s čimer ohranja celično osmotsko ravnovesje v številnih neugodnih okoljskih pogojih (Kothari in Lachowiec, 2021).
Indeks stresa pridelka (CSI) in indeks relativne tolerance (RTI) se uporabljata za ugotavljanje, ali ocenjevani tretmaji pomagajo ublažiti različne strese (abiotske in biotske) in pozitivno vplivajo na fiziologijo rastlin (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). Vrednosti CSI se lahko gibljejo od 0 do 1, kar predstavlja stresne oziroma nestresne pogoje (Lee et al., 2010). Vrednosti CSI rastlin, izpostavljenih toplotnemu stresu (SC), so se gibale od 0,8 do 0,9 (slika 2B), kar kaže, da je kombinirani stres negativno vplival na rastline riža. Vendar pa je foliarno škropljenje z BC (0,6) ali CK (0,6) v glavnem povzročilo zmanjšanje tega kazalnika v abiotskih stresnih pogojih v primerjavi z rastlinami riža SC. Pri rastlinah F2000 je RTI pokazal večje povečanje pri uporabi CA (97,69 %) in BC (60,73 %) v primerjavi s SA (33,52 %), kar kaže, da ti regulatorji rasti rastlin prispevajo tudi k izboljšanju odziva riža na toleranco sestave. Pregrevanje. Ti indeksi so bili predlagani za obvladovanje stresnih razmer pri različnih vrstah. Študija, ki so jo izvedli Lee in sod. (2010), je pokazala, da je bil CSI dveh sort bombaža pri zmernem vodnem stresu približno 0,85, medtem ko so se vrednosti CSI dobro namakanih sort gibale od 0,4 do 0,6, kar kaže na to, da je ta indeks pokazatelj prilagoditve sort na vodo v stresnih razmerah. Poleg tega so Chavez-Arias in sod. (2020) ocenili učinkovitost sintetičnih elicitorjev kot celovite strategije za obvladovanje stresa pri rastlinah C. elegans in ugotovili, da so rastline, škropljene s temi spojinami, pokazale višji RTI (65 %). Na podlagi zgoraj navedenega lahko CK in BR obravnavamo kot agronomski strategiji, namenjeni povečanju tolerance riža na kompleksen toplotni stres, saj ta regulatorja rasti rastlin povzročata pozitivne biokemične in fiziološke odzive.
V zadnjih nekaj letih so se raziskave riža v Kolumbiji osredotočile na ocenjevanje genotipov, ki so odporni na visoke dnevne ali nočne temperature, z uporabo fizioloških ali biokemijskih lastnosti (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021). Vendar pa je v zadnjih nekaj letih analiza praktičnih, ekonomičnih in donosnih tehnologij postala vse pomembnejša za predlaganje integriranega upravljanja pridelkov za izboljšanje učinkov kompleksnih obdobij toplotnega stresa v državi (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). Fiziološki in biokemični odzivi rastlin riža na kompleksen toplotni stres (40 °C podnevi/30 °C ponoči), opaženi v tej študiji, torej kažejo, da je lahko foliarno škropljenje s CK ali BR primerna metoda upravljanja pridelkov za ublažitev neželenih učinkov. Učinek obdobij zmernega toplotnega stresa. Ti tretmaji so izboljšali toleranco obeh genotipov riža (nizek CSI in visok RTI), kar kaže na splošen trend v fizioloških in biokemijskih odzivih rastlin na kombinirani toplotni stres. Glavni odziv riževih rastlin je bil zmanjšanje vsebnosti GC, celotnega klorofila, klorofilov α in β ter karotenoidov. Poleg tega rastline trpijo zaradi poškodb PSII (zmanjšani parametri fluorescence klorofila, kot je razmerje Fv/Fm) in povečane lipidne peroksidacije. Po drugi strani pa so se pri obdelavi riža s CK in BR ti negativni učinki ublažili, vsebnost prolina pa se je povečala (slika 4).
Slika 4. Konceptualni model učinkov kombiniranega toplotnega stresa in foliarnega škropljenja z regulatorjem rasti rastlin na rastline riža. Rdeča in modra puščica označujeta negativne ali pozitivne učinke interakcije med toplotnim stresom in foliarno uporabo BR (brasinosteroid) in CK (citokinina) na fiziološke oziroma biokemične odzive. gs: stomatalna prevodnost; Skupni chl: skupna vsebnost klorofila; Chl α: vsebnost klorofila β; Cx+c: vsebnost karotenoidov;
Če povzamemo, fiziološki in biokemični odzivi v tej študiji kažejo, da so rastline riža Fedearroz 2000 bolj dovzetne za obdobje kompleksnega toplotnega stresa kot rastline riža Fedearroz 67. Vsi regulatorji rasti, ocenjeni v tej študiji (avksini, giberelini, citokinini ali brasinosteroidi), so pokazali določeno stopnjo zmanjšanja kombiniranega toplotnega stresa. Vendar pa so citokinini in brasinosteroidi povzročili boljšo prilagoditev rastlin, saj sta oba regulatorja rasti rastlin povečala vsebnost klorofila, parametre fluorescence alfa-klorofila, gs in RWC v primerjavi z rastlinami riža brez kakršne koli uporabe, prav tako pa sta zmanjšala vsebnost MDA in temperaturo krošnje. Če povzamemo, sklepamo, da je uporaba regulatorjev rasti rastlin (citokininov in brasinosteroidov) uporabno orodje za obvladovanje stresnih razmer v pridelkih riža, ki jih povzroča močan toplotni stres v obdobjih visokih temperatur.
Izvirni materiali, predstavljeni v študiji, so priloženi članku, dodatna vprašanja pa lahko naslovite na ustreznega avtorja.
Čas objave: 8. avg. 2024