Регулатори раста биљака коришћени су као стратегија за смањење топлотног стреса код различитих усева.

Производња пиринча опада због климатских промена и варијабилности у Колумбији.Регулатори раста биљакакоришћене су као стратегија за смањење топлотног стреса код различитих усева. Стога је циљ ове студије био да се процене физиолошки ефекти (стоматална проводљивост, стоматална проводљивост, укупан садржај хлорофила, однос Fv/Fm два комерцијална генотипа пиринча изложена комбинованом топлотном стресу (високе дневне и ноћне температуре), температура крошње и релативни садржај воде) и биохемијске варијабле (садржај малондиалдехида (MDA) и пролинске киселине). Први и други експеримент су спроведени коришћењем биљака два генотипа пиринча Federrose 67 („F67“) и Federrose 2000 („F2000“), респективно. Оба експеримента су анализирана заједно као низ експеримената. Утврђени третмани су били следећи: апсолутна контрола (AC) (биљке пиринча узгајане на оптималним температурама (дневна/ноћна температура 30/25°C)), контрола топлотног стреса (SC) [биљке пиринча изложене само комбинованом топлотном стресу (40/25°C). 30°C)], а биљке пиринча су биле стресиране и прскане регулаторима раста биљака (стрес+AUX, стрес+BR, стрес+CK или стрес+GA) два пута (5 дана пре и 5 дана после топлотног стреса). Прскање са SA повећало је укупан садржај хлорофила у обе сорте (свежа тежина биљака пиринча „F67“ и „F2000“ била је 3,25 и 3,65 мг/г, респективно) у поређењу са SC биљкама (свежа тежина биљака „F67“ била је 2,36 и 2,56 мг/г). г-1)“ и пиринча „F2000“, фолијарна примена CK је такође генерално побољшала стоматну проводљивост биљака пиринча „F2000“ (499,25 наспрам 150,60 mmol m-2 s) у поређењу са контролом топлотног стреса. топлотног стреса, температура круне биљке се смањује за 2–3 °C, а садржај MDA у биљкама се смањује. Индекс релативне толеранције показује да фолијарна примена CK (97,69%) и BR (60,73%) може помоћи у ублажавању проблема комбинованог топлотног стреса, углавном код биљака пиринча F2000. Закључно, фолијарно прскање BR или CK може се сматрати агрономском стратегијом која помаже у смањењу негативних ефеката услова комбинованог топлотног стреса на физиолошко понашање биљака пиринча.
Пиринач (Oryza sativa) припада породици Poaceae и једна је од најгајенијих житарица на свету, заједно са кукурузом и пшеницом (Bajaj and Mohanty, 2005). Површина под узгојем пиринча је 617.934 хектара, а национална производња у 2020. години износила је 2.937.840 тона са просечним приносом од 5,02 тоне/ха (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Глобално загревање утиче на усеве пиринча, што доводи до различитих врста абиотских стресова као што су високе температуре и периоди суше. Климатске промене узрокују пораст глобалних температура; Пројектовано је да ће температуре порасти за 1,0–3,7°C у 21. веку, што би могло повећати учесталост и интензитет топлотног стреса. Повишене температуре животне средине утицале су на пиринач, узрокујући пад приноса усева за 6–7%. С друге стране, климатске промене такође доводе до неповољних услова животне средине за усеве, као што су периоди јаке суше или високе температуре у тропским и суптропским регионима. Поред тога, варијабилни догађаји попут Ел Ниња могу довести до топлотног стреса и погоршати штету на усевима у неким тропским регионима. У Колумбији се пројектује да ће температуре у подручјима производње пиринча порасти за 2–2,5°C до 2050. године, смањујући производњу пиринча и утичући на токове производа ка тржиштима и ланцима снабдевања.
Већина усева пиринча се гаји у подручјима где су температуре близу оптималног распона за раст усева (Shah et al., 2011). Пријављено је да су оптималне просечне дневне и ноћне температуре зараст и развој пиринчасу генерално 28°C и 22°C, респективно (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). Температуре изнад ових прагова могу изазвати периоде умереног до јаког топлотног стреса током осетљивих фаза развоја пиринча (бубрење, цветање, цветање и пуњење зрна), што негативно утиче на принос зрна. Ово смањење приноса је углавном последица дугих периода топлотног стреса, који утичу на физиологију биљака. Због интеракције различитих фактора, као што су трајање стреса и максимална достигнута температура, топлотни стрес може изазвати низ неповратних оштећења метаболизма и развоја биљака.
Топлотни стрес утиче на различите физиолошке и биохемијске процесе у биљкама. Фотосинтеза листова један је од процеса најосетљивијих на топлотни стрес код биљака пиринча, јер се брзина фотосинтезе смањује за 50% када дневне температуре пређу 35°C. Физиолошки одговори биљака пиринча варирају у зависности од врсте топлотног стреса. На пример, брзина фотосинтезе и стоматална проводљивост су инхибиране када су биљке изложене високим дневним температурама (33–40°C) или високим дневним и ноћним температурама (35–40°C током дана, 28–30°C). C значи ноћ) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). Високе ноћне температуре (30°C) изазивају умерену инхибицију фотосинтезе, али повећавају ноћно дисање (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). Без обзира на период стреса, топлотни стрес такође утиче на садржај хлорофила у листовима, однос варијабилне флуоресценције хлорофила и максималне флуоресценције хлорофила (Fv/Fm) и активацију Рубиско-а код биљака пиринча (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010). ) Sanchez Reynoso et al., 2014).
Биохемијске промене су још један аспект адаптације биљака на топлотни стрес (Wahid et al., 2007). Садржај пролина је коришћен као биохемијски индикатор стреса биљака (Ahmed and Hassan 2011). Пролин игра важну улогу у метаболизму биљака јер делује као извор угљеника или азота и као стабилизатор мембране у условима високих температура (Sánchez-Reinoso et al., 2014). Високе температуре такође утичу на стабилност мембране путем липидне пероксидације, што доводи до стварања малондијалдехида (MDA) (Wahid et al., 2007). Стога се садржај MDA такође користи за разумевање структурног интегритета ћелијских мембрана под топлотним стресом (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). Коначно, комбиновани топлотни стрес [37/30°C (дан/ноћ)] повећао је проценат цурења електролита и садржај малондијалдехида у пиринчу (Liu et al., 2013).
Употреба регулатора раста биљака (ГР) процењена је као начин ублажавања негативних ефеката топлотног стреса, јер су ове супстанце активно укључене у одговоре биљака или физиолошке одбрамбене механизме против таквог стреса (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). Егзогена примена генетских ресурса имала је позитиван ефекат на толеранцију на топлотни стрес код различитих усева. Студије су показале да фитохормони као што су гиберелини (GA), цитокинини (CK), ауксини (AUX) или брасиностероиди (BR) доводе до повећања различитих физиолошких и биохемијских варијабли (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014). У Колумбији, егзогена примена генетских ресурса и њен утицај на усеве пиринча нису у потпуности схваћени и проучени. Међутим, претходна студија је показала да фолијарно прскање БР може побољшати толеранцију пиринча побољшањем карактеристика размене гасова, садржаја хлорофила или пролина у листовима садница пиринча (Quintero-Calderón et al., 2021).
Цитокинини посредују у одговорима биљака на абиотске стресове, укључујући топлотни стрес (Ha et al., 2012). Поред тога, објављено је да егзогена примена CK може смањити термичка оштећења. На пример, егзогена примена зеатина повећала је брзину фотосинтезе, садржај хлорофила а и б и ефикасност транспорта електрона код пузаве траве (Agrotis estolonifera) током топлотног стреса (Xu and Huang, 2009; Jespersen and Huang, 2015). Егзогена примена зеатина такође може побољшати антиоксидативну активност, појачати синтезу различитих протеина, смањити оштећења реактивних врста кисеоника (ROS) и производњу малондиалдехида (MDA) у биљним ткивима (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009). , 2016; Kumar et al., 2020).
Употреба гиберелинске киселине је такође показала позитиван одговор на топлотни стрес. Студије су показале да биосинтеза ГА посредује у различитим метаболичким путевима и повећава толеранцију у условима високих температура (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi et al. (2020) су открили да фолијарно прскање егзогене ГА (25 или 50 mg*L) може повећати брзину фотосинтезе и антиоксидативну активност код биљака поморанџе изложене топлотном стресу у поређењу са контролним биљкама. Такође је примећено да егзогена примена ХА повећава релативни садржај влаге, садржај хлорофила и каротеноида и смањује липидну пероксидацију код урме (Phoenix dactylifera) под топлотним стресом (Khan et al., 2020). Ауксин такође игра важну улогу у регулисању адаптивних одговора раста на услове високих температура (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). Овај регулатор раста делује као биохемијски маркер у различитим процесима као што су синтеза или разградња пролина под абиотским стресом (Ali et al. 2007). Поред тога, AUX такође појачава антиоксидативну активност, што доводи до смањења MDA у биљкама због смањене липидне пероксидације (Bielach et al., 2017). Сергејев и др. (2018) су приметили да се код биљака грашка (Pisum sativum) под топлотним стресом повећава садржај пролина – диметиламиноетоксикарбонилметил)нафтилхлорометил етра (TA-14). У истом експерименту, такође су приметили ниже нивое MDA у третираним биљкама у поређењу са биљкама које нису третиране AUX-ом.
Брасиностероиди су још једна класа регулатора раста који се користе за ублажавање ефеката топлотног стреса. Огвено и др. (2008) су известили да је егзогени БР спреј повећао нето брзину фотосинтезе, стоматну проводљивост и максималну брзину Рубиско карбоксилације биљака парадајза (Solanum lycopersicum) под топлотним стресом током 8 дана. Фолијарно прскање епибрасиностероида може повећати нето брзину фотосинтезе биљака краставца (Cucumis sativus) под топлотним стресом (Yu et al., 2004). Поред тога, егзогена примена БР одлаже разградњу хлорофила и повећава ефикасност коришћења воде и максимални квантни принос фотохемије PSII код биљака под топлотним стресом (Holá et al., 2010; Toussagunpanit et al., 2015).
Због климатских промена и варијабилности, усеви пиринча се суочавају са периодима високих дневних температура (Леск ет ал., 2016; Гарцес, 2020; Федерарроз (Федерацион Национал де Арроцерос), 2021). У фенотипизацији биљака, употреба фитонутријената или биостимуланата је проучавана као стратегија за ублажавање топлотног стреса у областима за узгој пиринча (Алварадо-Санабриа ет ал., 2017; Цалдерон-Паез ет ал., 2021; Куинтеро-Цалдерон ет ал., 2021). Поред тога, употреба биохемијских и физиолошких варијабли (температура листа, стоматална проводљивост, параметри флуоресценције хлорофила, садржај хлорофила и релативни садржај воде, синтеза малондиалдехида и пролина) је поуздан алат за скрининг биљака пиринча под топлотним стресом на локалном и међународном нивоу (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; Међутим, истраживања о употреби фолијарних фитохормоналних спрејева код пиринча на локалном нивоу остају ретка. Стога је проучавање физиолошких и биохемијских реакција примене регулатора раста биљака од великог значаја за предлагање практичних агрономских стратегија за решавање негативних ефеката периода сложеног топлотног стреса код пиринча. Стога је циљ ове студије био да се процене физиолошки (стоматална проводљивост, параметри флуоресценције хлорофила и релативни садржај воде) и биохемијски ефекти фолијарне примене четири регулатора раста биљака (AUX, CK, GA и BR). (Фотосинтетски пигменти, садржај малондиалдехида и пролина) Варијабле код два комерцијална генотипа пиринча изложена комбинованом топлотном стресу (висок дневни/ноћни стрес) температуре).
У овој студији спроведена су два независна експеримента. Генотипови Federrose 67 (F67: генотип развијен на високим температурама током последње деценије) и Federrose 2000 (F2000: генотип развијен у последњој деценији 20. века, који показује отпорност на вирус белог листа) коришћени су по први пут. У другом експерименту, респективно, оба генотипа широко гаје колумбијски пољопривредници. Семе је посејано у посуде од 10 литара (дужина 39,6 цм, ширина 28,8 цм, висина 16,8 цм) које садрже песковито иловасто земљиште са 2% органске материје. У сваку посуду је засађено пет претходно проклијалих семена. Палете су постављене у стакленику Факултета пољопривредних наука Националног универзитета Колумбије, кампус у Боготи (43°50′56″ с.ш., 74°04′051″ з.д.), на надморској висини од 2556 м. м.) и спроведена су од октобра до децембра 2019. Један експеримент (Federroz 67) и други експеримент (Federroz 2000) у истој сезони 2020. године.
Услови околине у пластенику током сваке сезоне садње су следећи: дневна и ноћна температура 30/25°C, релативна влажност ваздуха 60~80%, природни фотопериод 12 сати (фотосинтетски активно зрачење 1500 µmol (фотона) m-2 s-). 1 у подне). Биљке су ђубрене према садржају сваког елемента 20 дана након ницања семена (DAE), према Sánchez-Reinoso et al. (2019): 670 мг азота по биљци, 110 мг фосфора по биљци, 350 мг калијума по биљци, 68 мг калцијума по биљци, 20 мг магнезијума по биљци, 20 мг сумпора по биљци, 17 мг силицијума по биљци. Биљке садрже 10 мг бора по биљци, 17 мг бакра по биљци и 44 мг цинка по биљци. Биљке пиринча су одржаване на до 47 DAE у сваком експерименту када су достигле фенолошку фазу V5 током овог периода. Претходне студије су показале да је ова фенолошка фаза одговарајуће време за спровођење студија топлотног стреса код пиринча (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
У сваком експерименту, извршене су две одвојене примене регулатора раста лишћа. Први сет фолијарних спрејева фитохормонима примењен је 5 дана пре третмана топлотног стреса (42 DAE) како би се биљке припремиле за стресне услове околине. Друго фолијарно прскање је затим дато 5 дана након што су биљке биле изложене стресним условима (52 DAE). Коришћена су четири фитохормона, а својства сваког активног састојка прсканог у овој студији наведена су у Додатној табели 1. Концентрације коришћених регулатора раста лишћа биле су следеће: (i) Ауксин (1-нафтилсирћетна киселина: NAA) у концентрацији од 5 × 10⁻⁶ M (ii) 5 × 10–5 M гиберелин (гиберелинска киселина: NAA); GA3); (iii) Цитокинин (транс-зеатин) 1 × 10⁻⁶ M (iv) Брасиностероиди [Спиростан-6-он, 3,5-дихидрокси-, (3b,5a,25R)] 5 × 10⁻⁶; М. Ове концентрације су изабране зато што индукују позитивне реакције и повећавају отпорност биљака на топлотни стрес (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). Биљке пиринча без икаквих спрејева регулатора раста биљака третиране су само дестилованом водом. Све биљке пиринча су прскане ручном прскалицом. Нанети 20 мл H2O на биљку да би се навлажиле горње и доње површине листова. Сва фолијарна прскања користила су пољопривредни адјуванс (Agrotin, Bayer CropScience, Колумбија) у концентрацији од 0,1% (v/v). Растојање између саксије и прскалице је 30 цм.
Третмани топлотног стреса су примењени 5 дана након првог фолијарног прскања (47 DAE) у сваком експерименту. Биљке пиринча су пребачене из стакленика у комору за раст од 294 литра (MLR-351H, Sanyo, IL, САД) како би се успоставио топлотни стрес или одржали исти услови околине (47 DAE). Комбиновани третман топлотног стреса је спроведен подешавањем коморе на следеће дневне/ноћне температуре: дневна висока температура [40°C током 5 сати (од 11:00 до 16:00)] и ноћни период [30°C током 5 сати], 8 дана заредом (од 19:00 до 24:00). Температура стреса и време излагања су одабрани на основу претходних студија (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabria et al. 2017). С друге стране, група биљака пребачених у комору за раст држана је у стакленику на истој температури (30°C током дана/25°C ноћу) током 8 узастопних дана.
На крају експеримента, добијене су следеће групе третмана: (i) услови температуре раста + примена дестиловане воде [Апсолутна контрола (AC)], (ii) услови топлотног стреса + примена дестиловане воде [Контрола топлотног стреса (SC)], (iii) услови топлотног стреса + примена ауксина (AUX), (iv) услови топлотног стреса + примена гиберелина (GA), (v) услови топлотног стреса + примена цитокинина (CK) и (vi) услови топлотног стреса + брасиностероид (BR) Апендикс. Ове групе третмана коришћене су за два генотипа (F67 и F2000). Сви третмани су спроведени у потпуно рандомизованом дизајну са пет понављања, од којих се свако састоји од једне биљке. Свака биљка је коришћена за очитавање варијабли одређених на крају експеримента. Експеримент је трајао 55 дана након завршетка експеримента.
Стоматална проводљивост (gs) је мерена помоћу преносивог порометра (SC-1, METER Group Inc., САД) у опсегу од 0 до 1000 mmol m-2 s-1, са отвором коморе за узорке од 6,35 mm. Мерења се врше причвршћивањем стомаметријске сонде на зрео лист са потпуно развијеним главним изданком биљке. За сваки третман, очитавања gs су снимљена на три листа сваке биљке између 11:00 и 16:00 часова и усредњена.
RWC је одређен према методи коју су описали Гулам и др. (2002). Потпуно раширени лист који је коришћен за одређивање g такође је коришћен за мерење RWC. Свежа тежина (FW) је одређена одмах након бербе помоћу дигиталне ваге. Листови су затим стављени у пластичну посуду напуњену водом и остављени у мраку на собној температури (22°C) током 48 сати. Затим су мерени на дигиталној ваги и забележена је раширена тежина (TW). Набубрели листови су сушени у рерни на 75°C током 48 сати и забележена је њихова сува тежина (DW).
Релативни садржај хлорофила одређен је помоћу хлорофилометра (atLeafmeter, FT Green LLC, САД) и изражен у atLeaf јединицама (Dey et al., 2016). Очитавања максималне квантне ефикасности PSII (однос Fv/Fm) забележена су помоћу хлорофил флуориметра са континуираном побуђивањем (Handy PEA, Hansatech Instruments, Велика Британија). Листови су адаптирани на мрак помоћу стезаљки за листове током 20 минута пре мерења Fv/Fm (Restrepo-Diaz и Garces-Varon, 2013). Након што су листови аклиматизовани на мрак, измерене су базна (F0) и максимална флуоресценција (Fm). Из ових података израчунати су варијабилна флуоресценција (Fv = Fm – F0), однос варијабилне флуоресценције и максималне флуоресценције (Fv/Fm), максимални квантни принос фотохемије PSII (Fv/F0) и однос Fm/F0 (Baker, 2008; Lee et al., 2017). Релативна очитавања хлорофила и флуоресценције хлорофила су снимљена на истим листовима који су коришћени за мерења gs.
Приближно 800 мг свеже тежине листа је сакупљено као биохемијске варијабле. Узорци листа су затим хомогенизовани у течном азоту и сачувани за даљу анализу. Спектрометријска метода која се користи за процену садржаја хлорофила а, б и каротеноида у ткиву заснива се на методи и једначинама које је описао Велбурн (1994). Узорци ткива листа (30 мг) су сакупљени и хомогенизовани у 3 мл 80% ацетона. Узорци су затим центрифугирани (модел 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, САД) на 5000 о/мин током 10 минута да би се уклониле честице. Супернатант је разблажен до коначне запремине од 6 мл додавањем 80% ацетона (Sims and Gamon, 2002). Садржај хлорофила је одређен на 663 (хлорофил а) и 646 (хлорофил б) nm, а каротеноида на 470 nm коришћењем спектрофотометра (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, САД).
Метода тиобарбитурне киселине (TBA) коју су описали Хоџис и др. (1999) коришћена је за процену пероксидације мембранских липида (MDA). Приближно 0,3 г ткива листа је такође хомогенизовано у течном азоту. Узорци су центрифугирани на 5000 о/мин, а апсорбанција је мерена на спектрофотометру на 440, 532 и 600 nm. Коначно, концентрација MDA је израчуната коришћењем коефицијента екстинкције (157 M mL−1).
Садржај пролина у свим третманима одређен је коришћењем методе коју су описали Бејтс и др. (1973). У ускладиштени узорак додати 10 мл 3% воденог раствора сулфосалицилне киселине и филтрирати кроз Вотманов филтер папир (бр. 2). Затим је 2 мл овог филтрата реаговало са 2 мл нинхидринске киселине и 2 мл глацијалне сирћетне киселине. Смеша је стављена у водено купатило на 90°C током 1 сата. Реакцију зауставити инкубацијом на леду. Епрувету снажно промућкати помоћу вртложне мућкалице и растворити добијени раствор у 4 мл толуена. Очитавања апсорбанције одређена су на 520 nm коришћењем истог спектрофотометра који се користи за квантификацију фотосинтетских пигмената (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, САД).
Метод који су описали Герхардс и др. (2016) за израчунавање температуре крошње и CSI. Термалне фотографије су снимљене FLIR 2 камером (FLIR Systems Inc., Бостон, Масачусетс, САД) са тачношћу од ±2°C на крају периода стреса. Поставите белу површину иза биљке за фотографисање. Поново су две фабрике узете у обзир као референтни модели. Биљке су постављене на белој површини; једна је премазана пољопривредним адјувансом (Agrotin, Bayer CropScience, Богота, Колумбија) да би се симулирало отварање свих стома [влажни режим (Twet)], а друга је био лист без икакве примене [суви режим (Tdry)] (Castro-Duque et al., 2020). Растојање између камере и саксије током снимања било је 1 м.
Релативни индекс толеранције је израчунат индиректно коришћењем стоматалне проводљивости (gs) третираних биљака у поређењу са контролним биљкама (биљке без стрес третмана и са примењеним регулаторима раста) како би се одредила толеранција третираних генотипова процењених у овој студији. RTI је добијен коришћењем једначине адаптиране из Chávez-Arias et al. (2020).
У сваком експерименту, све горе поменуте физиолошке варијабле су одређене и забележене на 55 DAE користећи потпуно развијене листове сакупљене са горњег дела крошње. Поред тога, мерења су спроведена у комори за раст како би се избегла промена услова околине у којима биљке расту.
Подаци из првог и другог експеримента анализирани су заједно као серија експеримената. Свака експериментална група се састојала од 5 биљака, а свака биљка је представљала експерименталну јединицу. Извршена је анализа варијансе (ANOVA) (P ≤ 0,05). Када су откривене значајне разлике, коришћен је Тукијев пост хок упоредни тест при P ≤ 0,05. Користите арксинусну функцију за конвертовање процентуалних вредности. Подаци су анализирани коришћењем софтвера Statistix v 9.0 (Analytical Software, Талахаси, Флорида, САД) и приказано графички помоћу SigmaPlot (верзија 10.0; Systat Software, Сан Хозе, Калифорнија, САД). Анализа главних компоненти је спроведена коришћењем софтвера InfoStat 2016 (Analysis Software, Национални универзитет у Кордоби, Аргентина) како би се идентификовали најбољи регулатори раста биљака који су у студији.
Табела 1 сумира ANOVA анализу која приказује експерименте, различите третмане и њихове интеракције са фотосинтетским пигментима листа (хлорофил а, б, укупни и каротеноиди), садржајем малондиалдехида (MDA) и пролина, као и стоматалном проводљивошћу. Утицај gs, релативног садржаја воде (RWC), садржаја хлорофила, параметара флуоресценције хлорофила алфа, температуре круне (PCT) (°C), индекса стреса усева (CSI) и релативног индекса толеранције биљака пиринча на 55 DAE.
Табела 1. Резиме ANOVA података о физиолошким и биохемијским варијаблама пиринча између експеримената (генотипова) и третмана топлотним стресом.
Разлике (P≤0,01) у интеракцијама фотосинтетских пигмената листа, релативном садржају хлорофила (очитавања на листу) и параметрима флуоресценције алфа-хлорофила између експеримената и третмана приказане су у Табели 2. Високе дневне и ноћне температуре повећале су укупан садржај хлорофила и каротеноида. Саднице пиринча без икаквог фолијарног прскања фитохормонима (2,36 мг г-1 за „F67“ и 2,56 мг г-1 за „F2000“) у поређењу са биљкама гајеним под оптималним температурним условима (2,67 мг г-1)) показале су нижи укупан садржај хлорофила. У оба експеримента, „F67“ је био 2,80 мг г-1, а „F2000“ 2,80 мг г-1. Поред тога, саднице пиринча третиране комбинацијом AUX и GA спрејева под топлотним стресом такође су показале смањење садржаја хлорофила у оба генотипа (AUX = 1,96 мг г-1 и GA = 1,45 мг г-1 за „F67“; AUX = 1,96 мг г-1 и GA = 1,45 мг г-1 за „F67“; AUX = 2,24 мг г-1 и GA = 1,43 мг г-1 (за „F2000“) под условима топлотног стреса. Под условима топлотног стреса, фолијарни третман са BR довео је до благог повећања ове варијабле у оба генотипа. Коначно, фолијарни третман CK показао је највише вредности фотосинтетских пигмената међу свим третманима (AUX, GA, BR, SC и AC третмани) код генотипова F67 (3,24 мг г-1) и F2000 (3,65 мг г-1). Релативни садржај хлорофила (јединица листа) је такође смањен комбинованим топлотним стресом. Највише вредности су такође забележене код биљака прсканих са CC у оба генотипа (41,66 за „F67“ и 49,30 за „F2000“). Односи Fv и Fv/Fm показали су значајне разлике између третмана и култивара (Табела 2). Генерално, међу овим варијаблама, култивар F67 је био мање подложан топлотном стресу од култивара F2000. Односи Fv и Fv/Fm су више патили у другом експерименту. Стресоване саднице 'F2000' које нису прскане никаквим фитохормонима имале су најниже вредности Fv (2120,15) и односе Fv/Fm (0,59), али је фолијарно прскање са CK помогло у обнављању ових вредности (Fv: 2591,89, однос Fv/Fm: 0,73). , добијајући очитавања слична онима забележеним на биљкама „F2000“ узгајаним под оптималним температурним условима (Fv: 2955,35, однос Fv/Fm: 0,73:0,72). Није било значајних разлика у почетној флуоресценцији (F0), максималној флуоресценцији (Fm), максималном фотохемијском квантном приносу PSII (Fv/F0) и односу Fm/F0. Коначно, BR је показао сличан тренд као што је примећено код CK (Fv 2545,06, однос Fv/Fm 0,73).
Табела 2. Утицај комбинованог топлотног стреса (40°/30°C дан/ноћ) на фотосинтетске пигменте листа [укупни хлорофил (Chl Total), хлорофил а (Chl a), хлорофил б (Chl b) и каротеноиди Cx+c] ефекат], релативни садржај хлорофила (Atliff јединица), параметри флуоресценције хлорофила (почетна флуоресценција (F0), максимална флуоресценција (Fm), варијабилна флуоресценција (Fv), максимална ефикасност PSII (Fv/Fm), фотохемијски максимални квантни принос PSII (Fv/F0) и Fm/F0 код биљака два генотипа пиринча [Federrose 67 (F67) и Federrose 2000 (F2000)] 55 дана након ницања (DAE)).
Релативни садржај воде (RWC) различито третираних биљака пиринча показао је разлике (P ≤ 0,05) у интеракцији између експерименталних и фолијарних третмана (Сл. 1А). Када су третиране са SA, најниже вредности су забележене за оба генотипа (74,01% за F67 и 76,6% за F2000). У условима топлотног стреса, RWC биљака пиринча оба генотипа третираних различитим фитохормонима значајно се повећао. Генерално, фолијарна примена CK, GA, AUX или BR повећала је RWC на ​​вредности сличне онима код биљака гајених у оптималним условима током експеримента. Апсолутна контрола и фолијарно прскане биљке забележиле су вредности од око 83% за оба генотипа. С друге стране, gs је такође показао значајне разлике (P ≤ 0,01) у интеракцији експеримент-третман (Сл. 1Б). Апсолутна контролна (AC) биљка је такође забележила највише вредности за сваки генотип (440,65 mmol m-2s-1 за F67 и 511,02 mmol m-2s-1 за F2000). Биљке пиринча изложене само комбинованом топлотном стресу показале су најниже вредности gs за оба генотипа (150,60 mmol m-2s-1 за F67 и 171,32 mmol m-2s-1 за F2000). Фолијарни третман свим регулаторима раста биљака такође је повећао g. Код биљака пиринча F2000 прсканих са CC, ефекат фолијарног прскања фитохормонима био је очигледнији. Ова група биљака није показала разлике у поређењу са биљкама апсолутне контроле (AC 511,02 и CC 499,25 mmol m-2s-1).
Слика 1. Утицај комбинованог топлотног стреса (40°/30°C дан/ноћ) на релативни садржај воде (RWC) (A), стоматну проводљивост (gs) (B), производњу малондиалдехида (MDA) (C) и садржај пролина (D) код биљака два генотипа пиринча (F67 и F2000) 55 дана након ницања (DAE). Третмани процењени за сваки генотип обухватали су: апсолутну контролу (AC), контролу топлотног стреса (SC), топлотни стрес + ауксин (AUX), топлотни стрес + гиберелин (GA), топлотни стрес + ћелијски митоген (CK) и топлотни стрес + брасиностероид (BR). Свака колона представља средњу вредност ± стандардну грешку пет тачака података (n = 5). Колоне праћене различитим словима означавају статистички значајне разлике према Тукијевом тесту (P ≤ 0,05). Слова са знаком једнакости означавају да средња вредност није статистички значајна (≤ 0,05).
Садржај MDA (P ≤ 0,01) и пролина (P ≤ 0,01) такође је показао значајне разлике у интеракцији између експеримента и третмана фитохормонима (Сл. 1C, D). Повећана липидна пероксидација је примећена код SC третмана код оба генотипа (Слика 1C), међутим, биљке третиране спрејом регулатора раста лишћа показале су смањену липидну пероксидацију код оба генотипа; Генерално, употреба фитохормона (CA, AUC, BR или GA) доводи до смањења липидне пероксидације (садржаја MDA). Нису пронађене разлике између АЦ биљака два генотипа и биљака под топлотним стресом и прсканих фитохормонима (уочене вредности FW код биљака „F67“ кретале су се од 4,38–6,77 µmol g-1, а код FW биљака „F2000“ „уочене вредности“ кретале су се од 2,84 до 9,18 µmol g-1 (биљке). С друге стране, синтеза пролина код биљака „F67“ била је нижа него код биљака „F2000“ под комбинованим стресом, што је довело до повећања производње пролина. Код биљака пиринча под топлотним стресом, у оба експеримента, примећено је да је примена ових хормона значајно повећала садржај аминокиселина у биљкама F2000 (AUX и BR су били 30,44 и 18,34 µmol g-1) респективно (Слика 1Г).
Ефекти фолијарног прскања регулатором раста биљака и комбинованог топлотног стреса на температуру крошње биљака и индекс релативне толеранције (RTI) приказани су на сликама 2А и Б. За оба генотипа, температура крошње AC биљака била је близу 27°C, а код SC биљака око 28°C. Такође је примећено да су фолијарни третмани са CK и BR резултирали смањењем температуре крошње за 2–3°C у поређењу са SC биљкама (Слика 2А). RTI је показао слично понашање као и друге физиолошке варијабле, показујући значајне разлике (P ≤ 0,01) у интеракцији између експеримента и третмана (Слика 2Б). SC биљке су показале нижу толеранцију биљака код оба генотипа (34,18% и 33,52% за биљке пиринча „F67“ и „F2000“, респективно). Фолијарно храњење фитохормонима побољшава RTI код биљака изложених стресу од високих температура. Овај ефекат је био израженији код биљака „F2000“ прсканих са CC, код којих је RTI био 97,69. С друге стране, значајне разлике су примећене само у индексу напрезања приноса (CSI) биљака пиринча под условима стреса фолијарног прскања (P ≤ 0,01) (Сл. 2Б). Само биљке пиринча изложене сложеном топлотном стресу показале су највишу вредност индекса стреса (0,816). Када су биљке пиринча прскане различитим фитохормонима, индекс стреса је био нижи (вредности од 0,6 до 0,67). Коначно, биљка пиринча узгајана под оптималним условима имала је вредност од 0,138.
Слика 2. Ефекти комбинованог топлотног стреса (40°/30°C дан/ноћ) на температуру крошње (А), индекс релативне толеранције (RTI) (Б) и индекс стреса усева (CSI) (Ц) две биљне врсте. Комерцијални генотипови пиринча (F67 и F2000) подвргнути су различитим термичким третманима. Третмани процењени за сваки генотип укључивали су: апсолутну контролу (AC), контролу топлотног стреса (SC), топлотни стрес + ауксин (AUX), топлотни стрес + гиберелин (GA), топлотни стрес + ћелијски митоген (CK) и топлотни стрес + брасиностероид (BR). Комбиновани топлотни стрес подразумева излагање биљака пиринча високим дневним/ноћним температурама (40°/30°C дан/ноћ). Свака колона представља средњу вредност ± стандардну грешку пет тачака података (n = 5). Колоне праћене различитим словима означавају статистички значајне разлике према Тукијевом тесту (P ≤ 0,05). Слова са знаком једнакости означавају да средња вредност није статистички значајна (≤ 0,05).
Анализа главних компоненти (PCA) показала је да варијабле процењене на 55 DAE објашњавају 66,1% физиолошких и биохемијских одговора биљака пиринча изложених топлотном стресу третираних спрејом регулатора раста (Сл. 3). Вектори представљају варијабле, а тачке регулаторе раста биљака (GR). Вектори gs, садржаја хлорофила, максималне квантне ефикасности PSII (Fv/Fm) и биохемијских параметара (TChl, MDA и пролин) налазе се под блиским углом у односу на координатни почетак, што указује на високу корелацију између физиолошког понашања биљака и њихове варијабле. Једна група (V) обухватала је саднице пиринча узгајане на оптималној температури (AT) и биљке F2000 третиране са CK и BA. Истовремено, већина биљака третираних са GR формирала је посебну групу (IV), а третман са GA у F2000 формирао је посебну групу (II). Насупрот томе, саднице пиринча изложене топлотном стресу (групе I и III) без икаквог фолијарног прскања фитохормонима (оба генотипа су била SC) налазиле су се у зони супротној од групе V, што показује ефекат топлотног стреса на физиологију биљака.
Слика 3. Биографска анализа ефеката комбинованог топлотног стреса (40°/30°C дан/ноћ) на биљке два генотипа пиринча (F67 и F2000) 55 дана након ницања (DAE). Скраћенице: AC F67, апсолутна контрола F67; SC F67, контрола топлотног стреса F67; AUX F67, топлотни стрес + ауксин F67; GA F67, топлотни стрес + гиберелин F67; CK F67, топлотни стрес + ћелијска деоба BR F67, топлотни стрес + брасиностероид. F67; AC F2000, апсолутна контрола F2000; SC F2000, контрола топлотног стреса F2000; AUX F2000, топлотни стрес + ауксин F2000; GA F2000, топлотни стрес + гиберелин F2000; CK F2000, топлотни стрес + цитокинин, BR F2000, топлотни стрес + месингани стероид; F2000.
Променљиве као што су садржај хлорофила, стоматална проводљивост, однос Fv/Fm, CSI, MDA, RTI и садржај пролина могу помоћи у разумевању адаптације генотипова пиринча и процени утицаја агрономских стратегија на топлотни стрес (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). Циљ овог експеримента био је да се процени ефекат примене четири регулатора раста на физиолошке и биохемијске параметре садница пиринча у сложеним условима топлотног стреса. Тестирање садница је једноставна и брза метода за истовремену процену биљака пиринча у зависности од величине или стања расположиве инфраструктуре (Sarsu et al. 2018). Резултати ове студије показали су да комбиновани топлотни стрес изазива различите физиолошке и биохемијске одговоре код два генотипа пиринча, што указује на процес адаптације. Ови резултати такође указују да фолијарни спрејеви регулатора раста (углавном цитокинини и брасиностероиди) помажу пиринчу да се прилагоди сложеном топлотном стресу, јер предност углавном утиче на gs, RWC, однос Fv/Fm, фотосинтетске пигменте и садржај пролина.
Примена регулатора раста помаже у побољшању статуса воде код биљака пиринча под топлотним стресом, што може бити повезано са већим стресом и нижим температурама крошње биљака. Ова студија је показала да међу биљкама „F2000“ (осетљив генотип), биљке пиринча третиране првенствено са CK или BR имале су веће вредности gs и ниже вредности PCT него биљке третиране са SC. Претходне студије су такође показале да су gs и PCT тачни физиолошки индикатори који могу одредити адаптивни одговор биљака пиринча и ефекте агрономских стратегија на топлотни стрес (Restrepo-Diaz и Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et al., 2021). CK или BR листа повећавају g под стресом јер ови биљни хормони могу промовисати отварање стомата кроз синтетичке интеракције са другим сигналним молекулима као што је ABA (промотор затварања стомата под абиотским стресом) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). 2013). ). , 2014). Отварање стомата подстиче хлађење листова и помаже у смањењу температуре крошње (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). Из ових разлога, температура крошње биљака пиринча прсканих са CK или BR може бити нижа под комбинованим топлотним стресом.
Стрес изазван високим температурама може смањити садржај фотосинтетских пигмената у листовима (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). У овој студији, када су биљке пиринча биле под топлотним стресом и нису прскане никаквим регулаторима раста биљака, фотосинтетски пигменти су имали тенденцију смањења код оба генотипа (Табела 2). Feng et al. (2013) су такође известили о значајном смањењу садржаја хлорофила у листовима два генотипа пшенице изложена топлотном стресу. Излагање високим температурама често доводи до смањења садржаја хлорофила, што може бити последица смањене биосинтезе хлорофила, разградње пигмената или њихових комбинованих ефеката под топлотним стресом (Fahad et al., 2017). Међутим, биљке пиринча третиране углавном са CK и BA повећале су концентрацију фотосинтетских пигмената у листовима под топлотним стресом. Сличне резултате су такође известили Jespersen и Huang (2015) и Suchsagunpanit et al. (2015), који су приметили повећање садржаја хлорофила у листовима након примене зеатина и епибрасиностероидних хормона код бентграса и пиринча изложеног топлотном стресу, респективно. Разумно објашњење зашто ЦК и БР подстичу повећање садржаја хлорофила у листовима под комбинованим топлотним стресом јесте да ЦК може побољшати покретање континуиране индукције промотора експресије (као што је промотор који активира старење (SAG12) или промотор HSP18) и смањити губитак хлорофила у листовима, одложити старење листа и повећати отпорност биљака на топлоту (Liu et al., 2020). БР може заштитити хлорофил у листовима и повећати садржај хлорофила у листовима активирањем или индуковањем синтезе ензима укључених у биосинтезу хлорофила у стресним условима (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). Коначно, два фитохормона (ЦК и БР) такође подстичу експресију протеина топлотног шока и побољшавају различите процесе метаболичке адаптације, као што је повећана биосинтеза хлорофила (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
Параметри флуоресценције хлорофила а пружају брзу и недеструктивну методу која може да процени толеранцију или адаптацију биљака на абиотске стресне услове (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). Параметри као што је однос Fv/Fm коришћени су као индикатори адаптације биљака на стресне услове (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). У овој студији, SC биљке су показале најниже вредности ове променљиве, претежно биљке пиринча „F2000“. Yin et al. (2010) су такође открили да се однос Fv/Fm листова пиринча са највећим бокоријењем значајно смањио на температурама изнад 35°C. Према Feng et al. (2013), нижи однос Fv/Fm под топлотним стресом указује на то да је брзина хватања и конверзије енергије побуђивања од стране PSII реакционог центра смањена, што указује да се PSII реакциони центар распада под топлотним стресом. Ово запажање нам омогућава да закључимо да су поремећаји у фотосинтетском апарату израженији код осетљивих сорти (Fedearroz 2000) него код отпорних сорти (Fedearroz 67).
Употреба CK или BR генерално је побољшала перформансе PSII под сложеним условима топлотног стреса. Сличне резултате су добили Suchsagunpanit и др. (2015), који су приметили да примена BR повећава ефикасност PSII под топлотним стресом код пиринча. Kumar и др. (2020) су такође открили да биљке сланутка третиране са CK (6-бензиладенином) и изложене топлотном стресу повећавају однос Fv/Fm, закључујући да фолијарна примена CK активирањем циклуса зеаксантинског пигмента промовише активност PSII. Поред тога, спреј лишћа BR је фаворизовао фотосинтезу PSII под комбинованим условима стреса, што указује да примена овог фитохормона резултира смањеном дисипацијом енергије побуђивања PSII антена и промовише акумулацију малих протеина топлотног шока у хлоропластима (Ogweno et al. 2008; Kothari and Lachowitz). , 2021).
Садржај MDA и пролина често се повећава када су биљке под абиотским стресом у поређењу са биљкама које се гаје у оптималним условима (Alvarado-Sanabria et al. 2017). Претходне студије су такође показале да су нивои MDA и пролина биохемијски индикатори који се могу користити за разумевање процеса адаптације или утицаја агрономских пракси код пиринча под високим дневним или ноћним температурама (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al. . , 2021). Ове студије су такође показале да је садржај MDA и пролина имао тенденцију да буде виши код биљака пиринча изложених високим температурама ноћу, односно током дана. Међутим, фолијарно прскање CK и BR допринело је смањењу MDA и повећању нивоа пролина, углавном код толерантног генотипа (Federroz 67). CK спреј може подстаћи прекомерну експресију цитокинин оксидазе/дехидрогеназе, чиме се повећава садржај заштитних једињења као што су бетаин и пролин (Liu et al., 2020). БР промовише индукцију осмопротектанта као што су бетаин, шећери и аминокиселине (укључујући слободни пролин), одржавајући ћелијску осмотску равнотежу под многим неповољним условима околине (Kothari и Lachowiec, 2021).
Индекс стреса усева (CSI) и индекс релативне толеранције (RTI) користе се да би се утврдило да ли третмани који се процењују помажу у ублажавању различитих стресова (абиотских и биотских) и имају позитиван ефекат на физиологију биљака (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). Вредности CSI могу се кретати од 0 до 1, што представља услове без стреса и стреса, респективно (Lee et al., 2010). Вредности CSI биљака изложених топлотном стресу (SC) кретале су се од 0,8 до 0,9 (слика 2Б), што указује да су биљке пиринча биле негативно погођене комбинованим стресом. Међутим, фолијарно прскање са BC (0,6) или CK (0,6) углавном је довело до смањења овог индикатора у условима абиотског стреса у поређењу са SC биљкама пиринча. Код биљака F2000, RTI је показао већи пораст при коришћењу CA (97,69%) и BC (60,73%) у поређењу са SA (33,52%), што указује да ови регулатори раста биљака такође доприносе побољшању одговора пиринча на толеранцију састава. Прегревање. Ови индекси су предложени за управљање стресним условима код различитих врста. Студија коју су спровели Lee et al. (2010) показала је да је CSI две сорте памука под умереним стресом од воде био око 0,85, док су се вредности CSI добро наводњаваних сорти кретале од 0,4 до 0,6, закључујући да је овај индекс индикатор адаптације сорти на воду стресним условима. Штавише, Chavez-Arias et al. (2020) проценили су ефикасност синтетичких елиситора као свеобухватне стратегије управљања стресом код биљака C. elegans и открили да биљке прскане овим једињењима показују већи RTI (65%). На основу наведеног, CK и BR могу се сматрати агрономским стратегијама усмереним на повећање толеранције пиринча на сложени топлотни стрес, јер ови регулатори раста биљака индукују позитивне биохемијске и физиолошке одговоре.
У последњих неколико година, истраживање пиринча у Колумбији фокусирало се на процену генотипова толерантних на високе дневне или ноћне температуре користећи физиолошке или биохемијске особине (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021). Међутим, у последњих неколико година, анализа практичних, економичних и профитабилних технологија постала је све важнија како би се предложило интегрисано управљање усевима ради побољшања ефеката сложених периода топлотног стреса у земљи (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). Дакле, физиолошки и биохемијски одговори биљака пиринча на сложени топлотни стрес (40°C дан/30°C ноћ) примећени у овој студији сугеришу да фолијарно прскање са CK или BR може бити одговарајућа метода управљања усевима за ублажавање неповољних ефеката. Ефекат периода умереног топлотног стреса. Ови третмани су побољшали толеранцију оба генотипа пиринча (низак CSI и висок RTI), показујући општи тренд у физиолошким и биохемијским одговорима биљака под комбинованим топлотним стресом. Главни одговор биљака пиринча био је смањење садржаја GC, укупног хлорофила, хлорофила α и β и каротеноида. Поред тога, биљке пате од оштећења PSII (смањени параметри флуоресценције хлорофила као што је однос Fv/Fm) и повећане липидне пероксидације. С друге стране, када је пиринач третиран са CK и BR, ови негативни ефекти су ублажени, а садржај пролина се повећао (Сл. 4).
Слика 4. Концептуални модел ефеката комбинованог топлотног стреса и фолијарне примене регулатора раста биљака на биљке пиринча. Црвене и плаве стрелице означавају негативне или позитивне ефекте интеракције између топлотног стреса и фолијарне примене БР (брасиностероида) и ЦК (цитокинина) на физиолошке и биохемијске одговоре, респективно. gs: стоматална проводљивост; Укупни Chl: укупан садржај хлорофила; Chl α: садржај хлорофила β; Cx+c: садржај каротеноида;
Укратко, физиолошки и биохемијски одговори у овој студији указују на то да су биљке пиринча Федеарроз 2000 подложније периоду сложеног топлотног стреса него биљке пиринча Федеарроз 67. Сви регулатори раста процењени у овој студији (ауксини, гиберелини, цитокинини или брасиностероиди) показали су одређени степен смањења комбинованог топлотног стреса. Међутим, цитокинин и брасиностероиди су изазвали бољу адаптацију биљака, јер су оба регулатора раста биљака повећала садржај хлорофила, параметре флуоресценције алфа-хлорофила, г/г и RWC у поређењу са биљкама пиринча без икакве примене, а такође су смањила садржај MDA и температуру крошње. Укратко, закључујемо да је употреба регулатора раста биљака (цитокинина и брасиностероида) користан алат у управљању стресним условима код усева пиринча изазваним јаким топлотним стресом током периода високих температура.
Оригинални материјали представљени у студији су укључени у чланак, а додатна питања могу се упутити одговарајућем аутору.