Ryžių gamyba Kolumbijoje mažėja dėl klimato kaitos ir nepastovumo.Augalų augimo reguliatoriaibuvo naudojami kaip strategija, skirta sumažinti karščio stresą įvairiuose pasėliuose. Todėl šio tyrimo tikslas buvo įvertinti dviejų komercinių ryžių genotipų, paveiktų kombinuotu karščio stresu (aukšta dienos ir nakties temperatūra), lajos temperatūra ir santykinis vandens kiekis), fiziologinį poveikį (žiotelių laidumą, bendrą chlorofilo kiekį, Fv/Fm santykį) ir biocheminius kintamuosius (malondialdehido (MDA) ir prolino rūgšties kiekį). Pirmasis ir antrasis eksperimentai buvo atlikti naudojant dviejų ryžių genotipų – Federrose 67 („F67“) ir Federrose 2000 („F2000“) – augalus. Abu eksperimentai buvo analizuojami kartu kaip eksperimentų serija. Nustatyti apdorojimo būdai buvo tokie: absoliuti kontrolė (AC) (ryžių augalai, auginami optimalioje temperatūroje (dienos / nakties temperatūra 30/25 °C)), karščio streso kontrolė (SC) [ryžių augalai, paveikti tik kombinuotu karščio stresu (40/25 °C). (30°C)], o ryžių augalai buvo patiriami streso metu ir du kartus (5 dienas prieš ir 5 dienas po karščio streso) purškiami augalų augimo reguliatoriais (stresas+AUX, stresas+BR, stresas+CK arba stresas+GA). Purškimas SA padidino abiejų veislių bendrą chlorofilo kiekį („F67“ ir „F2000“ ryžių augalų šviežia masė buvo atitinkamai 3,25 ir 3,65 mg/g), palyginti su SC augalais („F67“ augalų šviežia masė buvo 2,36 ir 2,56 mg). g-1)“ ir ryžių „F2000“ augalais, CK panaudojimas per lapus taip pat paprastai pagerino ryžių „F2000“ augalų žiotelių laidumą (499,25 ir 150,60 mmol m-2 s), palyginti su karščio streso kontrole. Šilumos streso metu augalo vainiko temperatūra sumažėjo 2–3 °C, o MDA kiekis augaluose sumažėjo. Santykinio tolerancijos indeksas rodo, kad CK (97,69 %) ir BR (60,73 %) lapų purškimas gali padėti sumažinti kombinuoto šiluminio streso problemą, daugiausia F2000 ryžių augalams. Apibendrinant galima teigti, kad BR arba CK lapų purškimas gali būti laikomas agronomine strategija, padedančia sumažinti neigiamą kombinuoto šiluminio streso sąlygų poveikį ryžių augalų fiziologiniam elgesiui.
Ryžiai (Oryza sativa) priklauso Poaceae šeimai ir yra vieni iš labiausiai auginamų javų pasaulyje kartu su kukurūzais ir kviečiais (Bajaj ir Mohanty, 2005). Ryžių auginimo plotas yra 617 934 hektarai, o nacionalinė produkcija 2020 m. siekė 2 937 840 tonų, o vidutinis derlius – 5,02 t/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Visuotinis atšilimas veikia ryžių pasėlius, sukeldamas įvairių rūšių abiotinius stresus, tokius kaip aukšta temperatūra ir sausros. Klimato kaita sukelia pasaulinės temperatūros kilimą; prognozuojama, kad XXI amžiuje temperatūra pakils 1,0–3,7 °C, o tai gali padidinti karščio streso dažnį ir intensyvumą. Padidėjusi aplinkos temperatūra paveikė ryžius, todėl pasėlių derlius sumažėjo 6–7 %. Kita vertus, klimato kaita taip pat lemia nepalankias aplinkos sąlygas pasėliams, pavyzdžiui, didelių sausrų ar aukštos temperatūros laikotarpius atogrąžų ir subtropikų regionuose. Be to, tokie kintamumo reiškiniai kaip El Ninjo gali sukelti karščio stresą ir padidinti pasėlių žalą kai kuriuose atogrąžų regionuose. Prognozuojama, kad Kolumbijoje iki 2050 m. temperatūra ryžių auginimo vietovėse pakils 2–2,5 °C, o tai sumažins ryžių gamybą ir paveiks produktų srautus į rinkas ir tiekimo grandines.
Dauguma ryžių auginami tose vietovėse, kur temperatūra yra artima optimaliam augalų augimui (Shah ir kt., 2011). Pranešama, kad optimali vidutinė dienos ir nakties temperatūraryžių augimas ir vystymasispaprastai yra atitinkamai 28 °C ir 22 °C (Kilasi ir kt., 2018; Calderón-Páez ir kt., 2021). Temperatūra, viršijanti šias ribas, gali sukelti vidutinio ar stipraus karščio streso laikotarpius jautriais ryžių vystymosi etapais (bamblėjimosi, žydėjimo ir grūdų pildymosi), o tai neigiamai veikia grūdų derlių. Šis derliaus sumažėjimas daugiausia susijęs su ilgais karščio streso laikotarpiais, kurie veikia augalų fiziologiją. Dėl įvairių veiksnių, tokių kaip streso trukmė ir pasiekta maksimali temperatūra, sąveikos karščio stresas gali padaryti negrįžtamą žalą augalų metabolizmui ir vystymuisi.
Šilumos stresas veikia įvairius augalų fiziologinius ir biocheminius procesus. Lapų fotosintezė yra vienas iš procesų, jautriausių šilumos stresui ryžių augaluose, nes fotosintezės greitis sumažėja 50 %, kai paros temperatūra viršija 35 °C. Ryžių augalų fiziologinės reakcijos skiriasi priklausomai nuo šilumos streso tipo. Pavyzdžiui, fotosintezės greitis ir žiotelių laidumas slopinami, kai augalai yra veikiami aukštos dienos temperatūros (33–40 °C) arba aukštos dienos ir nakties temperatūros (35–40 °C dieną, 28–30 °C). C reiškia naktį) (Lü ir kt., 2013; Fahad ir kt., 2016; Chaturvedi ir kt., 2017). Aukšta nakties temperatūra (30 °C) sukelia vidutinį fotosintezės slopinimą, tačiau padidina naktinį kvėpavimą (Fahad ir kt., 2016; Alvarado-Sanabria ir kt., 2017). Nepriklausomai nuo streso laikotarpio, šiluminis stresas taip pat turi įtakos lapų chlorofilo kiekiui, chlorofilo kintamosios fluorescencijos ir maksimalios chlorofilo fluorescencijos santykiui (Fv/Fm) ir Rubisco aktyvacijai ryžių augaluose (Cao ir kt., 2009; Yin ir kt., 2010). Sanchez Reynoso ir kt., 2014).
Biocheminiai pokyčiai yra dar vienas augalų prisitaikymo prie karščio streso aspektas (Wahid ir kt., 2007). Prolino kiekis buvo naudojamas kaip biocheminis augalų streso rodiklis (Ahmed ir Hassan 2011). Prolinas vaidina svarbų vaidmenį augalų metabolizme, nes veikia kaip anglies arba azoto šaltinis ir kaip membranos stabilizatorius aukštoje temperatūroje (Sánchez-Reinoso ir kt., 2014). Aukšta temperatūra taip pat veikia membranos stabilumą per lipidų peroksidaciją, dėl kurios susidaro malondialdehidas (MDA) (Wahid ir kt., 2007). Todėl MDA kiekis taip pat buvo naudojamas siekiant suprasti ląstelių membranų struktūrinį vientisumą karščio streso metu (Cao ir kt., 2009; Chavez-Arias ir kt., 2018). Galiausiai, kombinuotas karščio stresas [37/30 °C (diena/naktis)] padidino elektrolitų nuotėkio procentą ir malondialdehido kiekį ryžiuose (Liu ir kt., 2013).
Augalų augimo reguliatorių (GR) naudojimas buvo įvertintas siekiant sušvelninti neigiamą šilumos streso poveikį, nes šios medžiagos aktyviai dalyvauja augalų reakcijose arba fiziologiniuose gynybos mechanizmuose nuo tokio streso (Peleg ir Blumwald, 2011; Yin ir kt. ir kt., 2011; Ahmed ir kt., 2015). Egzogeninis genetinių išteklių taikymas turėjo teigiamą poveikį įvairių augalų atsparumui šilumos stresui. Tyrimai parodė, kad fitohormonai, tokie kaip giberelinai (GA), citokininai (CK), auksinai (AUX) arba brassinosteroidai (BR), padidina įvairių fiziologinių ir biocheminių kintamųjų kiekį (Peleg ir Blumwald, 2011; Yin ir kt., Ren, 2011; Mitler ir kt., 2012; Zhou ir kt., 2014). Kolumbijoje egzogeninis genetinių išteklių taikymas ir jo poveikis ryžių pasėliams nebuvo iki galo suprastas ir ištirtas. Vis dėlto ankstesnis tyrimas parodė, kad BR purškimas per lapus gali pagerinti ryžių toleranciją, pagerinant dujų mainų charakteristikas, chlorofilo ar prolino kiekį ryžių daigų lapuose (Quintero-Calderón ir kt., 2021).
Citokininai tarpininkauja augalų reakcijai į abiotinius stresorius, įskaitant karščio stresą (Ha ir kt., 2012). Be to, pranešta, kad egzogeninis CK naudojimas gali sumažinti terminę žalą. Pavyzdžiui, egzogeninis zeatino naudojimas padidino fotosintezės greitį, chlorofilo a ir b kiekį bei elektronų pernašos efektyvumą šliaužiančiosiose smilguotėse (Agrotis estolonifera) karščio streso metu (Xu ir Huang, 2009; Jespersen ir Huang, 2015). Egzogeninis zeatino naudojimas taip pat gali pagerinti antioksidacinį aktyvumą, sustiprinti įvairių baltymų sintezę, sumažinti reaktyviųjų deguonies formų (ROS) pažeidimus ir malondialdehido (MDA) gamybą augalų audiniuose (Chernyadyev, 2009; Yang ir kt., 2009). , 2016; Kumar ir kt., 2020).
Giberelio rūgšties naudojimas taip pat parodė teigiamą atsaką į karščio stresą. Tyrimai parodė, kad GA biosintezė tarpininkauja įvairiuose metaboliniuose keliuose ir padidina toleranciją aukštos temperatūros sąlygomis (Alonso-Ramirez ir kt., 2009; Khan ir kt., 2020). Abdel-Nabi ir kt. (2020) nustatė, kad egzogeninės GA (25 arba 50 mg*l) purškimas per lapus gali padidinti fotosintezės greitį ir antioksidacinį aktyvumą karščio streso paveiktuose oranžiniuose augaluose, palyginti su kontroliniais augalais. Taip pat pastebėta, kad egzogeninės HA panaudojimas padidina santykinį drėgmės kiekį, chlorofilo ir karotinoidų kiekį bei sumažina lipidų peroksidaciją datulių palmėse (Phoenix dactylifera) karščio streso metu (Khan ir kt., 2020). Auksinas taip pat atlieka svarbų vaidmenį reguliuojant adaptacinius augimo atsakus aukštos temperatūros sąlygomis (Sun ir kt., 2012; Wang ir kt., 2016). Šis augimo reguliatorius veikia kaip biocheminis žymuo įvairiuose procesuose, tokiuose kaip prolino sintezė ar skaidymas abiotinio streso metu (Ali ir kt., 2007). Be to, AUX taip pat sustiprina antioksidacinį aktyvumą, dėl kurio augaluose sumažėja MDA dėl sumažėjusios lipidų peroksidacijos (Bielach ir kt., 2017). Sergeev ir kt. (2018) pastebėjo, kad žirnių augaluose (Pisum sativum), patiriančiuose karščio stresą, padidėja prolino – dimetilaminoetoksikarbonilmetil)naftilchlormetilo eterio (TA-14) kiekis. Tame pačiame eksperimente jie taip pat pastebėjo mažesnį MDA kiekį apdorotuose augaluose, palyginti su augalais, kurie nebuvo apdoroti AUX.
Brassinosteroidai yra dar viena augimo reguliatorių klasė, naudojama karščio streso poveikiui sušvelninti. Ogweno ir kt. (2008) pranešė, kad egzogeninis BR purškimas padidino pomidorų (Solanum lycopersicum) augalų grynąjį fotosintezės greitį, žiotelių laidumą ir maksimalų Rubisco karboksilinimo greitį, patiriant karščio stresą 8 dienas. Epibrassinosteroidų purškimas per lapus gali padidinti agurkų (Cucumis sativus) augalų grynąjį fotosintezės greitį, patiriant karščio stresą (Yu ir kt., 2004). Be to, egzogeninis BR naudojimas sulėtina chlorofilo skaidymą ir padidina vandens naudojimo efektyvumą bei maksimalų PSII fotochemijos kvantinį derlių augaluose, patiriančiuose karščio stresą (Holá ir kt., 2010; Toussagunpanit ir kt., 2015).
Dėl klimato kaitos ir kintamumo ryžių pasėliai susiduria su aukštos dienos temperatūros laikotarpiais (Lesk ir kt., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). Augalų fenotipų nustatymo metu buvo tiriamas fitonutrientų arba biostimuliatorių naudojimas kaip šilumos streso mažinimo strategija ryžių auginimo vietose (Alvarado-Sanabria ir kt., 2017; Calderón-Páez ir kt., 2021; Quintero-Calderón ir kt., 2021). Be to, biocheminių ir fiziologinių kintamųjų (lapų temperatūros, žiotelių laidumo, chlorofilo fluorescencijos parametrų, chlorofilo ir santykinio vandens kiekio, malondialdehido ir prolino sintezės) naudojimas yra patikima priemonė ryžių augalų, patiriančių karščio stresą, patikrai vietos ir tarptautiniu mastu (Sánchez-Reynoso ir kt., 2014; Alvarado-Sanabria ir kt., 2017; Tačiau vietinio lygmens tyrimai apie fitohormoninių purškalų naudojimą ryžiams tebėra reti. Todėl augalų augimo reguliatorių naudojimo fiziologinių ir biocheminių reakcijų tyrimas yra labai svarbus siūlant praktines agronomines strategijas šiam tikslui. Todėl šio tyrimo tikslas buvo įvertinti keturių augalų augimo reguliatorių (AUX, CK, GA ir BR) naudojimo per lapus fiziologinį (žiotelių laidumo, chlorofilo fluorescencijos parametrų ir santykinio vandens kiekio) ir biocheminį poveikį. (fotosintetinių pigmentų, malondialdehido ir prolino kiekio) kintamieji dviejuose komerciniuose ryžių genotipuose, veikiamuose kombinuoto karščio streso (didelio dienos/nakties temperatūra).
Šiame tyrime atlikti du nepriklausomi eksperimentai. Pirmą kartą buvo panaudoti genotipai Federrose 67 (F67: genotipas, išsivystęs aukštoje temperatūroje per pastarąjį dešimtmetį) ir Federrose 2000 (F2000: genotipas, išsivystęs per pastarąjį XX a. dešimtmetį, pasižymintis atsparumu baltųjų lapų virusui). Abu genotipai yra plačiai auginami Kolumbijos ūkininkų. Sėklos buvo sėjamos į 10 litrų talpos padėklus (ilgis 39,6 cm, plotis 28,8 cm, aukštis 16,8 cm), kuriuose buvo smėlingo priemolio dirvožemio su 2 % organinių medžiagų. Į kiekvieną padėklą buvo pasodintos penkios iš anksto sudaigintos sėklos. Padėklai buvo padėti Kolumbijos nacionalinio universiteto Žemės ūkio mokslų fakulteto šiltnamyje, Bogotos miestelyje (43°50′56″ šiaurės platumos, 74°04′051″ vakarų ilgumos), 2556 m aukštyje virš jūros lygio. m.) ir buvo atlikti nuo 2019 m. spalio iki gruodžio mėn. Vienas eksperimentas (Federroz 67) ir antras eksperimentas (Federroz 2000) tuo pačiu 2020 m. sezonu.
Kiekvieno sodinimo sezono metu šiltnamio aplinkos sąlygos yra tokios: dienos ir nakties temperatūra 30/25 °C, santykinė oro drėgmė 60–80 %, natūralus fotoperiodas 12 valandų (fotosintetiškai aktyvi spinduliuotė 1500 µmol (fotonų) m-2 s-). 1 val. vidurdienį). Augalai buvo tręšiami pagal kiekvieno elemento kiekį praėjus 20 dienų po sėklų sudygimo (DAE), remiantis Sánchez-Reinoso ir kt. (2019): 670 mg azoto vienam augalui, 110 mg fosforo vienam augalui, 350 mg kalio vienam augalui, 68 mg kalcio vienam augalui, 20 mg magnio vienam augalui, 20 mg sieros vienam augalui, 17 mg silicio vienam augalui. Augaluose yra 10 mg boro vienam augalui, 17 mg vario vienam augalui ir 44 mg cinko vienam augalui. Ryžių augalai buvo auginami iki 47 DAE kiekviename eksperimente, kai per šį laikotarpį jie pasiekė fenologinę V5 stadiją. Ankstesni tyrimai parodė, kad šis fenologinis etapas yra tinkamas laikas atlikti ryžių šiluminio streso tyrimus (Sánchez-Reinoso ir kt., 2014; Alvarado-Sanabria ir kt., 2017).
Kiekviename eksperimente lapų augimo reguliatorius buvo panaudotas du kartus atskirai. Pirmasis lapų fitohormonų purškimų rinkinys buvo atliktas 5 dienas prieš terminį stresą (42 DAE), siekiant paruošti augalus aplinkos stresui. Antrasis lapų purškimas buvo atliktas praėjus 5 dienoms po to, kai augalai buvo veikiami streso sąlygomis (52 DAE). Buvo naudoti keturi fitohormonai, o kiekvienos šiame tyrime purškitos veikliosios medžiagos savybės išvardytos 1 papildomoje lentelėje. Naudotų lapų augimo reguliatorių koncentracijos buvo tokios: (i) auksinas (1-naftilacto rūgštis: NAA), kurio koncentracija 5 × 10−5 M; (ii) 5 × 10–5 M giberelinas (giberelino rūgštis: NAA); GA3); (iii) citokininas (trans-zeatinas) 1 × 10-5 M; (iv) brasinosteroidai [spirostan-6-onas, 3,5-dihidroksi-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. Šios koncentracijos buvo pasirinktos todėl, kad jos sukelia teigiamą atsaką ir padidina augalų atsparumą karščio stresui (Zahir ir kt., 2001; Wen ir kt., 2010; El-Bassiony ir kt., 2012; Salehifar ir kt., 2017). Ryžių augalai, kurie nebuvo purkšti jokiais augalų augimo reguliatoriais, buvo apdorojami tik distiliuotu vandeniu. Visi ryžių augalai buvo purkšti rankiniu purkštuvu. Ant augalo užpurkškite 20 ml H2O, kad sudrėkintumėte viršutinį ir apatinį lapų paviršius. Visiems lapų purškimams buvo naudojamas 0,1 % (v/v) koncentracijos žemės ūkio adjuvantas (Agrotinas, „Bayer CropScience“, Kolumbija). Atstumas tarp vazono ir purkštuvo yra 30 cm.
Kiekviename eksperimente terminio streso apdorojimas buvo atliktas praėjus 5 dienoms po pirmojo lapų purškimo (47 DAE). Ryžių augalai buvo perkelti iš šiltnamio į 294 l auginimo kamerą (MLR-351H, Sanyo, IL, JAV), kad būtų sukurtas terminis stresas arba palaikomos tos pačios aplinkos sąlygos (47 DAE). Kombinuotas terminio streso apdorojimas buvo atliktas nustatant kamerą į tokią dienos / nakties temperatūrą: dienos aukščiausia temperatūra [40 °C 5 valandas (nuo 11:00 iki 16:00)] ir nakties periodas [30 °C 5 valandas] 8 dienas iš eilės (nuo 19:00 iki 24:00). Streso temperatūra ir poveikio laikas buvo parinkti remiantis ankstesniais tyrimais (Sánchez-Reynoso ir kt., 2014; Alvarado-Sanabría ir kt., 2017). Kita vertus, į auginimo kamerą perkelta augalų grupė 8 dienas iš eilės buvo laikoma šiltnamyje toje pačioje temperatūroje (30 °C dieną / 25 °C naktį).
Eksperimento pabaigoje buvo gautos šios apdorojimo grupės: (i) augimo temperatūra + distiliuoto vandens naudojimas [absoliuti kontrolė (AC)], (ii) karščio streso sąlyga + distiliuoto vandens naudojimas [karščio streso kontrolė (SC)], (iii) sąlygos: karščio streso sąlyga + auksino naudojimas (AUX), (iv) karščio streso sąlyga + giberelino naudojimas (GA), (v) karščio streso sąlyga + citokinino naudojimas (CK) ir (vi) karščio streso sąlyga + brassinosteroidas (BR). Šios apdorojimo grupės buvo naudojamos dviem genotipams (F67 ir F2000). Visi apdorojimai buvo atlikti visiškai atsitiktine tvarka su penkiais pakartojimais, kurių kiekviename buvo po vieną augalą. Kiekvienas augalas buvo naudojamas eksperimento pabaigoje nustatytiems kintamiesiems nuskaityti. Eksperimentas truko 55 DAE.
Žiotelės laidumas (g) buvo matuojamas nešiojamuoju porozometru (SC-1, „METER Group Inc.“, JAV), kurio diapazonas yra nuo 0 iki 1000 mmol m-2 s-1, o mėginio kameros anga buvo 6,35 mm. Matavimai atliekami pritvirtinant stomametro zondą prie subrendusio lapo, kai pagrindinis augalo ūglis yra visiškai išsiskleidęs. Kiekvieno apdorojimo metu gs rodmenys buvo imami ant trijų kiekvieno augalo lapų nuo 11:00 iki 16:00 val. ir apskaičiuojamas jų vidurkis.
RWC buvo nustatytas pagal Ghoulam ir kt. (2002) aprašytą metodą. Visiškai išskleistas lapas, naudotas g nustatymui, taip pat buvo naudojamas RWC matavimui. Šviežias svoris (DS) buvo nustatytas iš karto po derliaus nuėmimo, naudojant skaitmenines svarstykles. Lapai buvo sudėti į plastikinį indą, pripildytą vandens, ir palikti tamsoje kambario temperatūroje (22 °C) 48 valandas. Tada pasverti skaitmeninėmis svarstyklėmis ir užregistruoti išskleistą svorį (TS). Išbrinkę lapai buvo džiovinami orkaitėje 75 °C temperatūroje 48 valandas ir užregistruotas jų sausasis svoris (DS).
Santykinis chlorofilo kiekis buvo nustatytas chlorofilo matuokliu („atLeafmeter“, „FT Green LLC“, JAV) ir išreikštas „atLeaf“ vienetais (Dey ir kt., 2016). PSII maksimalaus kvantinio efektyvumo rodmenys (Fv/Fm santykis) buvo registruojami naudojant nuolatinio sužadinimo chlorofilo fluorimetrą („Handy PEA“, „Hansatech Instruments“, JK). Prieš atliekant Fv/Fm matavimus, lapai 20 min. buvo adaptuojami prie tamsos naudojant lapų spaustukus (Restrepo-Diaz ir Garces-Varon, 2013). Lapams prisitaikius prie tamsos, buvo išmatuota pradinė fluorescencija (F0) ir maksimali fluorescencija (Fm). Remiantis šiais duomenimis, buvo apskaičiuota kintama fluorescencija (Fv = Fm – F0), kintamos fluorescencijos ir maksimalios fluorescencijos santykis (Fv/Fm), maksimalus PSII fotochemijos kvantinis našumas (Fv/F0) ir santykis Fm/F0 (Baker, 2008; Lee ir kt., 2017). Santykiniai chlorofilo ir chlorofilo fluorescencijos rodmenys buvo imami ant tų pačių lapų, kurie buvo naudojami gs matavimams.
Kaip biocheminiai kintamieji buvo surinkta maždaug 800 mg šviežios lapų masės. Lapų mėginiai buvo homogenizuoti skystame azote ir saugomi tolesnei analizei. Spektrometrinis metodas, naudojamas audinių chlorofilo a, b ir karotinoidų kiekiui įvertinti, pagrįstas Wellburn (1994) aprašytu metodu ir lygtimis. Lapų audinių mėginiai (30 mg) buvo surinkti ir homogenizuoti 3 ml 80 % acetono. Tada mėginiai buvo centrifuguoti (modelis 420101, „Becton Dickinson Primary Care Diagnostics“, JAV) 5000 aps./min. greičiu 10 min., kad būtų pašalintos dalelės. Supernatantas buvo praskiestas iki 6 ml galutinio tūrio, pridedant 80 % acetono (Sims ir Gamon, 2002). Chlorofilo kiekis buvo nustatytas esant 663 (chlorofilo a) ir 646 (chlorofilo b) nm bangos ilgiui, o karotinoidų – esant 470 nm bangos ilgiui, naudojant spektrofotometrą („Spectronic BioMate 3 UV-vis“, „Thermo“, JAV).
Membraninių lipidų peroksidacijai (MDA) įvertinti buvo naudojamas Hodges ir kt. (1999) aprašytas tiobarbitūrinės rūgšties (TBA) metodas. Maždaug 0,3 g lapų audinio taip pat buvo homogenizuota skystame azote. Mėginiai buvo centrifuguoti 5000 aps./min. greičiu, o absorbcija matuojama spektrofotometru esant 440, 532 ir 600 nm bangos ilgiui. Galiausiai MDA koncentracija buvo apskaičiuota naudojant ekstinkcijos koeficientą (157 M mL−1).
Visų apdorotų mišinių prolino kiekis buvo nustatytas Bates ir kt. (1973) aprašytu metodu. Į saugomą mėginį įpilkite 10 ml 3 % vandeninio sulfosalicilo rūgšties tirpalo ir filtruokite per Whatman filtro popierių (Nr. 2). Tada 2 ml šio filtrato sureagavo su 2 ml vandenilio rūgšties ir 2 ml ledinės acto rūgšties. Mišinys 1 valandai buvo dedamas į 90 °C temperatūros vandens vonią. Reakcija sustabdyta inkubuojant ant ledo. Mėgintuvėlis energingai purtomas sūkuriniu maišytuvu ir gautas tirpalas ištirpinamas 4 ml tolueno. Absorbcijos rodmenys buvo nustatyti esant 520 nm bangos ilgiui, naudojant tą patį spektrofotometrą, kuris buvo naudojamas fotosintetinių pigmentų kiekybiniam nustatymui („Spectronic BioMate 3 UV-Vis“, Thermo, Madison, WI, JAV).
Gerhards ir kt. (2016) aprašytas metodas, skirtas lajos temperatūrai ir CSI apskaičiuoti. Terminės nuotraukos buvo darytos FLIR 2 kamera („FLIR Systems Inc.“, Bostonas, Masačusetsas, JAV) ±2 °C tikslumu streso laikotarpio pabaigoje. Fotografavimui už augalo padėkite baltą paviršių. Vėlgi, du augalai buvo laikomi etaloniniais modeliais. Augalai buvo padėti ant balto paviršiaus; vienas buvo padengtas žemės ūkio priemone („Agrotin“, „Bayer CropScience“, Bogota, Kolumbija), kad būtų imituojamas visų žiotelių atsidarymas [drėgnas režimas (Twet)], o kitas buvo lapas be jokio panaudojimo [sausas režimas (Tdry)] (Castro-Duque ir kt., 2020). Atstumas tarp kameros ir vazono filmavimo metu buvo 1 m.
Santykinis tolerancijos indeksas buvo apskaičiuotas netiesiogiai, naudojant apdorotų augalų žiotelių laidumą (g), palyginti su kontroliniais augalais (augalais be streso apdorojimo ir su augimo reguliatoriais), siekiant nustatyti šiame tyrime įvertintų apdorotų genotipų toleranciją. RTI buvo gautas naudojant lygtį, adaptuotą iš Chávez-Arias ir kt. (2020).
Kiekviename eksperimente visi aukščiau paminėti fiziologiniai kintamieji buvo nustatyti ir užregistruoti 55 DAE, naudojant visiškai išsiskleidusius lapus, surinktus nuo viršutinės lajos. Be to, matavimai buvo atlikti augimo kameroje, siekiant išvengti augalų augimo aplinkos sąlygų pasikeitimo.
Pirmojo ir antrojo eksperimentų duomenys buvo analizuojami kartu kaip eksperimentų serija. Kiekvieną eksperimentinę grupę sudarė 5 augalai, ir kiekvienas augalas sudarė eksperimentinį vienetą. Buvo atlikta dispersinė analizė (ANOVA) (P ≤ 0,05). Nustačius reikšmingus skirtumus, P ≤ 0,05 buvo naudojamas Tukey post hoc lyginamasis testas. Procentinėms reikšmėms konvertuoti naudojama arcsinuso funkcija. Duomenys buvo analizuojami naudojant „Statistix v 9.0“ programinę įrangą („Analytical Software“, Talahasis, FL, JAV) ir braižomi naudojant „SigmaPlot“ (10.0 versija; „Systat Software“, San Chosė, Kalifornija, JAV). Pagrindinių komponentų analizė atlikta naudojant „InfoStat 2016“ programinę įrangą („Analysis Software“, Kordobos nacionalinis universitetas, Argentina), siekiant nustatyti geriausius tiriamus augalų augimo reguliatorius.
1 lentelėje apibendrinta ANOVA, rodanti eksperimentus, skirtingus apdorojimo būdus ir jų sąveiką su lapų fotosintezės pigmentais (chlorofilu a, b, bendru kiekiu ir karotinoidais), malondialdehido (MDA) ir prolino kiekiu bei žiotelių laidumu. gs, santykinio vandens kiekio (RWC), chlorofilo kiekio, chlorofilo alfa fluorescencijos parametrų, vainiko temperatūros (PCT) (°C), pasėlių streso indekso (CSI) ir santykinio ryžių augalų tolerancijos indekso poveikis 55 DAE.
1 lentelė. ANOVA duomenų apie ryžių fiziologinius ir biocheminius kintamuosius santrauka tarp eksperimentų (genotipai) ir terminio streso apdorojimo.
Lapų fotosintezės pigmentų sąveikos, santykinio chlorofilo kiekio (Atleaf rodmenys) ir alfa-chlorofilo fluorescencijos parametrų skirtumai (P≤0,01) tarp eksperimentų ir apdorojimo būdų pateikti 2 lentelėje. Aukšta dienos ir nakties temperatūra padidino bendrą chlorofilo ir karotinoidų kiekį. Ryžių daigai, be jokių fitohormonų purškimų per lapus (2,36 mg g-1 „F67“ ir 2,56 mg g-1 „F2000“), palyginti su augalais, auginamais optimaliomis temperatūros sąlygomis (2,67 mg g-1), parodė mažesnį bendrą chlorofilo kiekį. Abiejuose eksperimentuose „F67“ buvo 2,80 mg g-1, o „F2000“ – 2,80 mg g-1. Be to, ryžių daigai, apdoroti AUX ir GA purškimų deriniu karščio streso sąlygomis, taip pat parodė chlorofilo kiekio sumažėjimą abiejuose genotipuose (AUX = 1,96 mg g-1 ir GA = 1,45 mg g-1 „F67“; AUX = 1,96 mg g-1 ir GA = 1,45 mg g-1 „F67“; AUX = 2,24 mg) g-1 ir GA = 1,43 mg g-1 („F2000“). Karščio streso sąlygomis lapų apdorojimas BR šiek tiek padidino šį kintamąjį abiejuose genotipuose. Galiausiai, CK lapų purškimas parodė didžiausias fotosintezės pigmento vertes tarp visų apdorojimo būdų (AUX, GA, BR, SC ir AC) F67 (3,24 mg g-1) ir F2000 (3,65 mg g-1) genotipuose. Santykinį chlorofilo kiekį (Atleaf vienetas) taip pat sumažino kombinuotas karščio stresas. Didžiausios vertės taip pat užfiksuotos augaluose, nupurkštuose CC abiejuose genotipuose (41,66 „F67“ ir 49,30 „F2000“). Fv ir Fv/Fm santykiai parodė reikšmingus skirtumus tarp apdorojimo būdų ir veislių (2 lentelė). Apskritai, iš šių kintamųjų F67 veislė buvo mažiau jautri karščio stresui nei F2000 veislė. Antrajame eksperimente Fv ir Fv/Fm santykiai nukentėjo labiau. Streso paveikti 'F2000' daigai, kurie nebuvo nupurkšti jokiais fitohormonais, turėjo mažiausias Fv vertes (2120,15) ir Fv/Fm santykį (0,59), tačiau lapų purškimas CK padėjo atkurti šias vertes (Fv: 2591, 89, Fv/Fm santykis: 0,73). , gaunant rodmenis, panašius į tuos, kurie buvo užfiksuoti su „F2000“ augalais, auginamais optimaliomis temperatūros sąlygomis (Fv: 2955,35, Fv/Fm santykis: 0,73:0,72). Pradinės fluorescencijos (F0), maksimalios fluorescencijos (Fm), maksimalaus PSII fotocheminio kvantinio našumo (Fv/F0) ir Fm/F0 santykio atžvilgiu reikšmingų skirtumų nebuvo. Galiausiai, BR parodė panašią tendenciją, kaip ir CK (Fv 2545,06, Fv/Fm santykis 0,73).
2 lentelė. Kombinuoto karščio streso (40°/30°C dieną/naktį) poveikis lapų fotosintezės pigmentams [bendras chlorofilas (Chl Total), chlorofilas a (Chl a), chlorofilas b (Chl b) ir karotinoidai Cx+c], santykinis chlorofilo kiekis (Atlifo vienetas), chlorofilo fluorescencijos parametrai (pradinė fluorescencija (F0), maksimali fluorescencija (Fm), kintama fluorescencija (Fv), maksimalus PSII efektyvumas (Fv/Fm), fotocheminis maksimalus PSII kvantinis našumas (Fv/F0) ir Fm/F0 dviejų ryžių genotipų augaluose [Federrose 67 (F67) ir Federrose 2000 (F2000)] praėjus 55 dienoms po sudygimo (DAE)].
Skirtingai apdorotų ryžių augalų santykinis vandens kiekis (RSK) skyrėsi (P ≤ 0,05) eksperimentinio ir lapų apdorojimo sąveikoje (1A pav.). Apdorojus SA, abiejų genotipų atveju užfiksuotos mažiausios vertės (74,01 % F67 ir 76,6 % F2000). Šiluminio streso sąlygomis abiejų genotipų, apdorotų skirtingais fitohormonais, ryžių augalų RSK reikšmingai padidėjo. Apskritai, CK, GA, AUX arba BR lapų purškimas padidino RSK iki verčių, panašių į augalų, augintų optimaliomis sąlygomis eksperimento metu, vertes. Absoliučios kontrolės ir lapų purškimų augalų abiejų genotipų vertės siekė apie 83 %. Kita vertus, gs taip pat parodė reikšmingus skirtumus (P ≤ 0,01) eksperimentinio ir apdorojimo sąveikoje (1B pav.). Absoliučios kontrolės (AC) augalas taip pat užfiksavo didžiausias kiekvieno genotipo vertes (440,65 mmol m-2s-1 F67 ir 511,02 mmol m-2s-1 F2000). Ryžių augalai, paveikti vien tik kombinuotu karščio stresu, parodė mažiausias g vertes abiem genotipams (150,60 mmol m-2s-1 F67 ir 171,32 mmol m-2s-1 F2000). Lapų apdorojimas visais augalų augimo reguliatoriais taip pat padidino g. F2000 ryžių augalams, purkštiems CC, lapų purškimo fitohormonais poveikis buvo ryškesnis. Ši augalų grupė nesiskyrė, palyginti su absoliučios kontrolės augalais (AC 511,02 ir CC 499,25 mmol m-2s-1).
1 pav. Kombinuoto karščio streso (40°/30°C dieną/naktį) poveikis santykiniam vandens kiekiui (RWC) (A), žiotelių laidumui (gs) (B), malondialdehido (MDA) gamybai (C) ir prolino kiekiui (D) dviejų ryžių genotipų (F67 ir F2000) augaluose praėjus 55 dienoms po sudygimo (DAE). Kiekvieno genotipo apdorojimo būdai apėmė: absoliučią kontrolę (AC), karščio streso kontrolę (SC), karščio stresą + auksiną (AUX), karščio stresą + gibereliną (GA), karščio stresą + ląstelių mitogeną (CK) ir karščio stresą + brassinosteroidą (BR). Kiekvienas stulpelis rodo penkių duomenų taškų vidurkį ± standartinę paklaidą (n = 5). Stulpeliai, po kurių eina skirtingos raidės, rodo statistiškai reikšmingus skirtumus pagal Tukey testą (P ≤ 0,05). Raidės su lygybės ženklu rodo, kad vidurkis nėra statistiškai reikšmingas (≤ 0,05).
MDA (P ≤ 0,01) ir prolino (P ≤ 0,01) kiekiai taip pat parodė reikšmingus skirtumus tarp eksperimento ir fitohormonų apdorojimo sąveikos (1C, D pav.). Abiejuose genotipuose pastebėta padidėjusi lipidų peroksidacija po SC apdorojimo (1C pav.), tačiau augalams, apdorotiems lapų augimo reguliatorių purškimu, abiejų genotipų lipidų peroksidacija sumažėjo; apskritai fitohormonų (CA, AUC, BR arba GA) naudojimas sumažina lipidų peroksidaciją (MDA kiekį). Nerasta skirtumų tarp dviejų genotipų AC augalų ir augalų, patiriančių karščio stresą ir purkštų fitohormonais (stebėtos FW vertės „F67“ augaluose svyravo nuo 4,38 iki 6,77 µmol g-1, o FW „F2000“ augaluose stebėtos vertės svyravo nuo 2,84 iki 9,18 µmol g-1 (augalai). Kita vertus, prolino sintezė „F67“ augaluose buvo mažesnė nei „F2000“ augaluose, patiriančiuose kombinuotą stresą, todėl padidėjo prolino gamyba. Abiejuose eksperimentuose, atliekant karščio stresą patiriančius ryžių augalus, pastebėta, kad šių hormonų įvedimas reikšmingai padidino aminorūgščių kiekį F2000 augaluose (AUX ir BR buvo atitinkamai 30,44 ir 18,34 µmol g-1) (1G pav.).
Lapų augalų augimo reguliatorių purškimo ir kombinuoto šiluminio streso poveikis augalų lajos temperatūrai ir santykiniam tolerancijos indeksui (STI) parodytas 2A ir B paveiksluose. Abiejų genotipų atveju AC augalų lajos temperatūra buvo artima 27 °C, o SC augalų – apie 28 °C. Taip pat pastebėta, kad lapų apdorojimas CK ir BR lėmė 2–3 °C sumažėjimą lajos temperatūroje, palyginti su SC augalais (2A pav.). STI elgėsi panašiai kaip ir kiti fiziologiniai kintamieji, rodydami reikšmingus skirtumus (P ≤ 0,01) sąveikoje tarp eksperimento ir apdorojimo (2B pav.). SC augalai parodė mažesnį augalų toleranciją abiejuose genotipuose (34,18 % ir 33,52 % atitinkamai „F67“ ir „F2000“ ryžių augalams). Fitohormonų maitinimas per lapus pagerina STI augalams, veikiamiems aukštos temperatūros streso. Šis poveikis buvo ryškesnis „F2000“ augalams, purkštiems CC, kurių STI buvo 97,69. Kita vertus, reikšmingi skirtumai pastebėti tik ryžių augalų derlingumo streso indekse (CSI) esant lapijos faktoriaus purškimo streso sąlygoms (P ≤ 0,01) (2B pav.). Tik ryžių augalai, paveikti kompleksinio šiluminio streso, parodė didžiausią streso indekso vertę (0,816). Kai ryžių augalai buvo purškiami įvairiais fitohormonais, streso indeksas buvo mažesnis (vertės nuo 0,6 iki 0,67). Galiausiai, optimaliomis sąlygomis auginamų ryžių augalų vertė buvo 0,138.
2 pav. Kombinuoto karščio streso (40°/30°C dieną/naktį) poveikis dviejų augalų rūšių lajos temperatūrai (A), santykiniam tolerancijos indeksui (RTI) (B) ir pasėlių streso indeksui (CSI) (C). Komerciniai ryžių genotipai (F67 ir F2000) buvo termiškai apdoroti skirtingais būdais. Kiekvieno genotipo apdorojimo būdai apėmė: absoliučią kontrolę (AC), karščio streso kontrolę (SC), karščio stresą + auksiną (AUX), karščio stresą + gibereliną (GA), karščio stresą + ląstelių mitogeną (CK) ir karščio stresą + brassinosteroidą (BR). Kombinuotas karščio stresas apima ryžių augalų veikimą aukštoje dienos/nakties temperatūroje (40°/30°C dieną/naktį). Kiekvienas stulpelis rodo penkių duomenų taškų vidurkį ± standartinę paklaidą (n = 5). Stulpeliai, po kurių eina skirtingos raidės, rodo statistiškai reikšmingus skirtumus pagal Tukey testą (P ≤ 0,05). Raidės su lygybės ženklu rodo, kad vidurkis nėra statistiškai reikšmingas (≤ 0,05).
Pagrindinių komponenčių analizė (PCA) parodė, kad 55 DAE įvertinti kintamieji paaiškino 66,1 % fiziologinių ir biocheminių reakcijų, kurias sukėlė karščio stresas ir ryžių augalai, apdoroti augimo reguliatorių purškimu (3 pav.). Vektoriai žymi kintamuosius, o taškai – augalų augimo reguliatorius (GR). gs, chlorofilo kiekio, PSII maksimalaus kvantinio efektyvumo (Fv/Fm) ir biocheminių parametrų (TChl, MDA ir prolino) vektoriai yra artimu kampu į pradžios tašką, o tai rodo didelę koreliaciją tarp augalų fiziologinio elgesio ir jų kintamojo. Vieną grupę (V) sudarė optimalioje temperatūroje (AT) auginami ryžių daigai ir CK bei BA apdoroti F2000 augalai. Tuo pačiu metu dauguma GR apdorotų augalų sudarė atskirą grupę (IV), o apdorojimas GA F2000 sudarė atskirą grupę (II). Priešingai, karščio streso paveikti ryžių daigai (I ir III grupės), be jokių fitohormonų purškalų per lapus (abu genotipai buvo SC), buvo priešingoje V grupei zonoje, o tai rodo karščio streso poveikį augalų fiziologijai.
3 pav. Kombinuoto karščio streso (40°/30°C dieną/naktį) poveikio dviejų ryžių genotipų (F67 ir F2000) augalams bigrafinė analizė praėjus 55 dienoms po sudygimo (DAE). Santrumpos: AC F67, absoliuti kontrolė F67; SC F67, karščio streso kontrolė F67; AUX F67, karščio stresas + auksinas F67; GA F67, karščio stresas + giberelinas F67; CK F67, karščio stresas + ląstelių dalijimasis BR F67, karščio stresas + brassinosteroidas. F67; AC F2000, absoliuti kontrolė F2000; SC F2000, karščio streso kontrolė F2000; AUX F2000, karščio stresas + auksinas F2000; GA F2000, karščio stresas + giberelinas F2000; CK F2000, karščio stresas + citokininas, BR F2000, karščio stresas + žalvario steroidas; F2000.
Tokie kintamieji kaip chlorofilo kiekis, žiotelių laidumas, Fv/Fm santykis, CSI, MDA, RTI ir prolino kiekis gali padėti suprasti ryžių genotipų adaptaciją ir įvertinti agronominių strategijų poveikį karščio streso sąlygomis (Sarsu ir kt., 2018; Quintero-Calderon ir kt., 2021). Šio eksperimento tikslas buvo įvertinti keturių augimo reguliatorių taikymo poveikį ryžių daigų fiziologiniams ir biocheminiams parametrams sudėtingomis karščio streso sąlygomis. Daigų testavimas yra paprastas ir greitas metodas vienu metu įvertinti ryžių augalus, priklausomai nuo turimos infrastruktūros dydžio ar būklės (Sarsu ir kt., 2018). Šio tyrimo rezultatai parodė, kad kombinuotas karščio stresas sukelia skirtingus fiziologinius ir biocheminius atsakus dviejuose ryžių genotipuose, o tai rodo adaptacijos procesą. Šie rezultatai taip pat rodo, kad lapų augimo reguliatorių purškimai (daugiausia citokininai ir brassinosteroidai) padeda ryžiams prisitaikyti prie sudėtingo karščio streso, nes palankumas daugiausia veikia gs, RWC, Fv/Fm santykį, fotosintezės pigmentus ir prolino kiekį.
Augimo reguliatorių naudojimas padeda pagerinti ryžių augalų vandens būklę esant karščio stresui, kuris gali būti susijęs su didesniu stresu ir žemesne augalų lajų temperatūra. Šis tyrimas parodė, kad tarp „F2000“ (jautraus genotipo) augalų ryžių augalai, daugiausia apdoroti CK arba BR, turėjo didesnes g vertes ir mažesnes PCT vertes nei augalai, apdoroti SC. Ankstesni tyrimai taip pat parodė, kad g ir PCT yra tikslūs fiziologiniai rodikliai, galintys nustatyti ryžių augalų adaptacinį atsaką ir agronominių strategijų poveikį karščio stresui (Restrepo-Diaz ir Garces-Varon, 2013; Sarsu ir kt., 2018; Quintero). -Carr DeLong ir kt., 2021). Lapų CK arba BR padidina g esant stresui, nes šie augalų hormonai gali skatinti žiotelių atsidarymą per sintetinę sąveiką su kitomis signalinėmis molekulėmis, tokiomis kaip ABA (žiotelių užsidarymo skatintojas abiotinio streso metu) (Macková ir kt., 2013; Zhou ir kt., 2013). ). , 2014). Žiotelių atsidarymas skatina lapų vėsimą ir padeda sumažinti lajos temperatūrą (Sonjaroon ir kt., 2018; Quintero-Calderón ir kt., 2021). Dėl šių priežasčių ryžių augalų, purkštų CK arba BR, lajos temperatūra gali būti žemesnė esant kombinuotam karščio stresui.
Aukštos temperatūros stresas gali sumažinti lapų fotosintezės pigmentų kiekį (Chen ir kt., 2017; Ahammed ir kt., 2018). Šiame tyrime, kai ryžių augalai buvo veikiami karščio streso ir nebuvo purškiami jokiais augalų augimo reguliatoriais, abiejų genotipų fotosintezės pigmentų kiekis turėjo tendenciją mažėti (2 lentelė). Feng ir kt. (2013) taip pat pranešė apie reikšmingą chlorofilo kiekio sumažėjimą dviejų kviečių genotipų, paveiktų karščio streso, lapuose. Aukštos temperatūros poveikis dažnai sumažina chlorofilo kiekį, o tai gali būti dėl sumažėjusios chlorofilo biosintezės, pigmentų skaidymosi arba jų bendro poveikio esant karščio stresui (Fahad ir kt., 2017). Tačiau ryžių augalai, daugiausia apdoroti CK ir BA, padidino lapų fotosintezės pigmentų koncentraciją esant karščio stresui. Panašius rezultatus taip pat pateikė Jespersen ir Huang (2015) bei Suchsagunpanit ir kt. (2015), kurie pastebėjo padidėjusį chlorofilo kiekį lapuose po zeatino ir epibrassinosteroidinių hormonų panaudojimo atitinkamai karščio streso paveiktose smilgždėse ir ryžiuose. Pagrįstas paaiškinimas, kodėl CK ir BR skatina padidėjusį chlorofilo kiekį lapuose esant kombinuotam karščio stresui, yra tas, kad CK gali sustiprinti ilgalaikės ekspresijos promotorių (pvz., senėjimą aktyvuojančio promotoriaus (SAG12) arba HSP18 promotoriaus) indukcijos inicijavimą ir sumažinti chlorofilo praradimą lapuose, sulėtinti lapų senėjimą ir padidinti augalo atsparumą karščiui (Liu ir kt., 2020). BR gali apsaugoti lapų chlorofilą ir padidinti lapų chlorofilo kiekį aktyvuodamas arba indukuodamas chlorofilo biosintezėje dalyvaujančių fermentų sintezę streso sąlygomis (Sharma ir kt., 2017; Siddiqui ir kt., 2018). Galiausiai, du fitohormonai (CK ir BR) taip pat skatina karščio šoko baltymų ekspresiją ir pagerina įvairius metabolinius adaptacijos procesus, tokius kaip padidėjusi chlorofilo biosintezė (Sharma ir kt., 2017; Liu ir kt., 2020).
Chlorofilo a fluorescencijos parametrai suteikia greitą ir neardomąjį metodą, kuriuo galima įvertinti augalų toleranciją arba prisitaikymą prie abiotinių streso sąlygų (Chaerle ir kt., 2007; Kalaji ir kt., 2017). Tokie parametrai kaip Fv/Fm santykis buvo naudojami kaip augalų prisitaikymo prie streso sąlygų rodikliai (Alvarado-Sanabria ir kt., 2017; Chavez-Arias ir kt., 2020). Šiame tyrime SC augalai, daugiausia „F2000“ ryžių augalai, parodė mažiausias šio kintamojo vertes. Yin ir kt. (2010) taip pat nustatė, kad geriausiai ūgtelėjusių ryžių lapų Fv/Fm santykis reikšmingai sumažėjo esant aukštesnei nei 35 °C temperatūrai. Pasak Feng ir kt. (2013), mažesnis Fv/Fm santykis esant karščio stresui rodo, kad sužadinimo energijos surinkimo ir konversijos PSII reakcijos centre greitis yra sumažėjęs, o tai rodo, kad PSII reakcijos centras suyra veikiant karščio stresui. Šis stebėjimas leidžia daryti išvadą, kad fotosintezės aparato sutrikimai yra ryškesni jautriose veislėse (Fedearroz 2000) nei atspariose veislėse (Fedearroz 67).
CK arba BR naudojimas paprastai pagerino PSII veiksmingumą sudėtingomis karščio streso sąlygomis. Panašius rezultatus gavo Suchsagunpanit ir kt. (2015), kurie pastebėjo, kad BR naudojimas padidino PSII efektyvumą ryžių karščio streso sąlygomis. Kumar ir kt. (2020) taip pat nustatė, kad avinžirnių augalai, apdoroti CK (6-benziladeninu) ir paveikti karščio stresu, padidino Fv/Fm santykį, darydami išvadą, kad CK naudojimas per lapus aktyvuojant zeaksantino pigmento ciklą skatino PSII aktyvumą. Be to, BR lapų purškimas skatino PSII fotosintezę kombinuoto streso sąlygomis, o tai rodo, kad šio fitohormono naudojimas sumažino PSII antenų sužadinimo energijos išsisklaidymą ir skatino mažų karščio šoko baltymų kaupimąsi chloroplastuose (Ogweno ir kt., 2008; Kothari ir Lachowitz). , 2021).
MDA ir prolino kiekis dažnai padidėja, kai augalai patiria abiotinį stresą, palyginti su augalais, auginamais optimaliomis sąlygomis (Alvarado-Sanabria ir kt., 2017). Ankstesni tyrimai taip pat parodė, kad MDA ir prolino kiekis yra biocheminiai rodikliai, kurie gali būti naudojami norint suprasti ryžių adaptacijos procesą arba agronominių praktikų poveikį esant aukštai temperatūrai dieną arba naktį (Alvarado-Sanabria ir kt., 2017; Quintero-Calderón ir kt., 2021). Šie tyrimai taip pat parodė, kad MDA ir prolino kiekis buvo didesnis ryžių augaluose, veikiamuose aukštos temperatūros atitinkamai naktį arba dieną. Tačiau CK ir BR lapų purškimas prisidėjo prie MDA sumažėjimo ir prolino kiekio padidėjimo, daugiausia tolerantiško genotipo atveju (Federroz 67). CK purškimas gali skatinti citokinino oksidazės / dehidrogenazės pernelyg didelę raišką, taip padidindamas apsauginių junginių, tokių kaip betainas ir prolinas, kiekį (Liu ir kt., 2020). BR skatina osmoprotektantų, tokių kaip betainas, cukrūs ir amino rūgštys (įskaitant laisvąjį proliną), indukciją, palaikydamas ląstelių osmosinę pusiausvyrą daugeliu nepalankių aplinkos sąlygų (Kothari ir Lachowiec, 2021).
Pasėlių streso indeksas (CSI) ir santykinis tolerancijos indeksas (RTI) naudojami siekiant nustatyti, ar vertinami apdorojimo būdai padeda sušvelninti įvairius streso veiksnius (abiotinius ir biotinius) ir daro teigiamą poveikį augalų fiziologijai (Castro-Duque ir kt., 2020; Chavez-Arias ir kt., 2020). CSI vertės gali svyruoti nuo 0 iki 1, atitinkamai rodydamos sąlygas be streso ir stresą (Lee ir kt., 2010). Šilumos streso (SC) paveiktų augalų CSI vertės svyravo nuo 0,8 iki 0,9 (2B pav.), o tai rodo, kad kombinuotas stresas neigiamai paveikė ryžių augalus. Tačiau lapų purškimas BC (0,6) arba CK (0,6) daugiausia lėmė šio rodiklio sumažėjimą abiotinio streso sąlygomis, palyginti su SC ryžių augalais. F2000 augaluose RTI padidėjo labiau naudojant CA (97,69 %) ir BC (60,73 %), palyginti su SA (33,52 %), o tai rodo, kad šie augalų augimo reguliatoriai taip pat pagerina ryžių atsparumą perkaitimui. Šie indeksai buvo pasiūlyti siekiant valdyti streso sąlygas skirtingose rūšyse. Lee ir kt. (2010) atliktas tyrimas parodė, kad dviejų medvilnės veislių CSI, esant vidutiniam vandens stresui, buvo apie 0,85, o gerai drėkinamų veislių CSI vertės svyravo nuo 0,4 iki 0,6, o tai daro išvadą, kad šis indeksas yra veislių prisitaikymo prie vandens stresinių sąlygų rodiklis. Be to, Chavez-Arias ir kt. (2020) įvertino sintetinių elicitorių, kaip išsamios streso valdymo strategijos, veiksmingumą C. elegans augaluose ir nustatė, kad šiais junginiais purkšti augalai pasižymėjo didesniu RTI (65 %). Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, CK ir BR gali būti laikomi agronominėmis strategijomis, kuriomis siekiama padidinti ryžių atsparumą sudėtingam karščio stresui, nes šie augalų augimo reguliatoriai sukelia teigiamus biocheminius ir fiziologinius atsakus.
Pastaraisiais metais Kolumbijoje atliekami ryžių tyrimai daugiausia buvo skirti genotipų, atsparių aukštai dienos ar nakties temperatūrai, vertinimui, naudojant fiziologinius arba biocheminius požymius (Sánchez-Reinoso ir kt., 2014; Alvarado-Sanabria ir kt., 2021). Tačiau pastaraisiais metais praktinių, ekonomiškų ir pelningų technologijų analizė tapo vis svarbesnė, siekiant pasiūlyti integruotą pasėlių valdymą, siekiant pagerinti sudėtingų karščio streso laikotarpių poveikį šalyje (Calderón-Páez ir kt., 2021; Quintero-Calderon ir kt., 2021). Taigi, šiame tyrime pastebėtos ryžių augalų fiziologinės ir biocheminės reakcijos į sudėtingą karščio stresą (40 °C dieną / 30 °C naktį) rodo, kad lapų purškimas CK arba BR gali būti tinkamas pasėlių valdymo metodas neigiamam poveikiui sušvelninti. Vidutinio karščio streso laikotarpių poveikis. Šie apdorojimo būdai pagerino abiejų ryžių genotipų (mažas CSI ir didelis RTI) toleranciją, parodydami bendrą augalų fiziologinių ir biocheminių reakcijų tendenciją esant kombinuotam karščio stresui. Pagrindinė ryžių augalų reakcija buvo sumažėjęs GC, bendro chlorofilo, chlorofilų α ir β bei karotinoidų kiekis. Be to, augalai kenčia nuo PSII pažeidimų (sumažėję chlorofilo fluorescencijos parametrai, tokie kaip Fv/Fm santykis) ir padidėjusios lipidų peroksidacijos. Kita vertus, kai ryžiai buvo apdoroti CK ir BR, šis neigiamas poveikis buvo sumažintas ir padidėjo prolino kiekis (4 pav.).
4 pav. Koncepcinis kombinuoto šiluminio streso ir lapų augimo reguliatorių purškimo poveikio ryžių augalams modelis. Raudonos ir mėlynos rodyklės rodo neigiamą arba teigiamą šiluminio streso ir BR (brassinosteroidų) bei CK (citokininų) naudojimo ant lapų sąveikos poveikį atitinkamai fiziologiniams ir biocheminiams atsakams. gs: žiotelių laidumas; bendras chlorofilo kiekis; Chl α: chlorofilo β kiekis; Cx+c: karotinoidų kiekis;
Apibendrinant, šio tyrimo fiziologiniai ir biocheminiai atsakai rodo, kad Fedearroz 2000 ryžių augalai yra jautresni kompleksiniam karščio stresui nei Fedearroz 67 ryžių augalai. Visi šiame tyrime įvertinti augimo reguliatoriai (auksinai, giberelinai, citokininai arba brassinosteroidai) parodė tam tikrą kombinuoto karščio streso sumažėjimą. Tačiau citokininas ir brassinosteroidai paskatino geresnę augalų adaptaciją, nes abu augalų augimo reguliatoriai padidino chlorofilo kiekį, alfa-chlorofilo fluorescencijos parametrus, gs ir RWC, palyginti su ryžių augalais, kurie nebuvo naudojami, taip pat sumažino MDA kiekį ir lajos temperatūrą. Apibendrinant darome išvadą, kad augalų augimo reguliatorių (citokininų ir brassinosteroidų) naudojimas yra naudinga priemonė valdant ryžių pasėlių streso sąlygas, kurias sukelia didelis karščio stresas aukštų temperatūrų laikotarpiais.
Originali tyrime pateikta medžiaga pridedama prie straipsnio, o kilus papildomiems klausimams, galite kreiptis į korespondentą autorių.
Įrašo laikas: 2024 m. rugpjūčio 8 d.