Kasvien kasvunsäätelyaineita on käytetty strategiana lämpöstressin vähentämiseksi eri viljelykasveissa

Riisin tuotanto laskee ilmastonmuutoksen ja Kolumbian vaihtelun vuoksi.Kasvien kasvunsäätelijätNiitä on käytetty strategiana lämpöstressin vähentämiseksi eri viljelykasveissa. Tästä syystä tämän tutkimuksen tavoitteena oli arvioida fysiologisia vaikutuksia (hanen konduktanssi, stomatalen konduktanssi, kokonaisklorofyllipitoisuus, kahden kaupallisen riisin genotyypin Fv/Fm-suhde, jotka ovat altistuneet yhdistetylle lämpöstressille (korkeat päivä- ja yölämpötilat), latvojen lämpötila ja suhteellinen vesipitoisuus) ja biokemiallisia muuttujia (malondialdehydi (MDA) ja proliinihappopitoisuus). Ensimmäinen ja toinen koe suoritettiin käyttämällä kahden riisigenotyypin kasveja Federrose 67 ("F67") ja Federrose 2000 ("F2000"). Molemmat kokeet analysoitiin yhdessä koesarjana. Vakiintuneet käsittelyt olivat seuraavat: absoluuttinen kontrolli (AC) (optimaalisissa lämpötiloissa (päivä/yölämpötila 30/25°C) kasvatetut riisikasvit), lämpöstressin hallinta (SC) [riisin kasvit, jotka altistettiin vain yhdistetylle lämpöstressille (40/25°C). 30 °C)], ja riisikasveja stressattiin ja ruiskutettiin kasvien kasvunsäätelyaineilla (stressi+AUX, stressi+BR, stressi+CK tai stressi+GA) kahdesti (5 päivää ennen lämpöstressiä ja 5 päivää lämpöstressin jälkeen). SA-ruiskutus lisäsi molempien lajikkeiden klorofyllin kokonaispitoisuutta (riisin kasvien "F67" ja "F2000" tuorepaino oli 3,25 ja 3,65 mg/g) verrattuna SC-kasveihin ("F67" -kasvien tuorepaino oli 2,36 ja 2,56 mg,0 g-F200mg). CK:n käyttö paransi yleensä myös riisin "F2000" kasvien stomataalista konduktanssia (499,25 vs. 150,60 mmol m-2 s) lämpöstressin hallintaan verrattuna. lämpöstressi, kasvin latvun lämpötila laskee 2–3 °C ja MDA-pitoisuus kasveissa laskee. Suhteellinen toleranssiindeksi osoittaa, että CK:n (97,69 %) ja BR:n (60,73 %) levittäminen lehtiin voi auttaa lievittämään yhdistetyn lämmön ongelmaa. stressiä pääasiassa F2000-riisikasveissa. Yhteenvetona voidaan todeta, että BR:n tai CK:n lehtiruiskutusta voidaan pitää agronomisena strategiana, joka auttaa vähentämään yhdistettyjen lämpöstressiolosuhteiden negatiivisia vaikutuksia riisikasvien fysiologiseen käyttäytymiseen.
Riisi (Oryza sativa) kuuluu Poaceae-perheeseen ja on maissin ja vehnän ohella yksi maailman viljellyimmistä viljoista (Bajaj ja Mohanty, 2005). Riisin viljelyala on 617 934 hehtaaria ja valtakunnallinen tuotanto vuonna 2020 oli 2 937 840 tonnia ja keskisato 5,02 tonnia/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Ilmaston lämpeneminen vaikuttaa riisin viljelyyn, mikä johtaa erilaisiin abioottisiin stressiin, kuten korkeisiin lämpötiloihin ja kuiviin kausiin. Ilmastonmuutos nostaa maapallon lämpötiloja; Lämpötilojen ennustetaan nousevan 1,0–3,7 °C 2000-luvulla, mikä saattaa lisätä lämpöstressin esiintymistiheyttä ja voimakkuutta. Kohonneet ympäristön lämpötilat ovat vaikuttaneet riisiin, mikä on aiheuttanut sadon laskun 6–7 %. Toisaalta ilmastonmuutos johtaa myös viljelykasveille epäsuotuisiin ympäristöolosuhteisiin, kuten ankariin kuiviin kausiin tai korkeisiin lämpötiloihin trooppisilla ja subtrooppisilla alueilla. Lisäksi vaihtelevuustapahtumat, kuten El Niño, voivat johtaa lämpöstressiin ja pahentaa satovaurioita joillakin trooppisilla alueilla. Kolumbiassa riisintuotantoalueiden lämpötilojen ennustetaan nousevan 2–2,5 °C vuoteen 2050 mennessä, mikä vähentää riisin tuotantoa ja vaikuttaa tuotevirtoihin markkinoille ja toimitusketjuihin.
Useimpia riisiä kasvatetaan alueilla, joilla lämpötilat ovat lähellä sadon kasvulle optimaalista aluetta (Shah et al., 2011). On raportoitu, että optimaalinen keskimääräinen päivä- ja yölämpötilariisin kasvu ja kehitysovat yleensä 28 °C ja 22 °C, vastaavasti (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). Näiden kynnysarvojen yläpuolella olevat lämpötilat voivat aiheuttaa keskivaikean tai vakavan lämpöstressin jaksoja riisin kehittymisen herkkien vaiheiden aikana (kylvö, kasvu, kukinta ja jyvien täyttö), mikä vaikuttaa negatiivisesti viljasatoon. Tämä sadon lasku johtuu pääasiassa pitkistä lämpöstressistä, joka vaikuttaa kasvin fysiologiaan. Eri tekijöiden, kuten stressin keston ja saavutetun maksimilämpötilan vuorovaikutuksen vuoksi lämpöstressi voi aiheuttaa monenlaisia ​​peruuttamattomia vahinkoja kasvien aineenvaihduntaan ja kehitykseen .
Lämpöstressi vaikuttaa erilaisiin fysiologisiin ja biokemiallisiin prosesseihin kasveissa. Lehtien fotosynteesi on yksi riisikasvien lämpöstressille herkimmistä prosesseista, sillä fotosynteesinopeus laskee 50 %, kun vuorokausilämpötila ylittää 35 °C. Riisin kasvien fysiologiset vasteet vaihtelevat lämpöstressin tyypistä riippuen. Esimerkiksi fotosynteesinopeudet ja stomatalin konduktanssi estyvät, kun kasvit altistuvat korkeille päivälämpötilille (33–40 °C) tai korkeille päivä- ja yölämpötilille (35–40 °C päivällä, 28–30 °C). C tarkoittaa yötä) (Lü et al., 2013; Fahad ym., 2016; Chaturvedi et al., 2017). Korkeat yölämpötilat (30°C) estävät kohtalaista fotosynteesiä, mutta lisäävät yöhengitystä (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). Stressijaksosta riippumatta lämpöstressi vaikuttaa myös lehtien klorofyllipitoisuuteen, vaihtelevan klorofyllin fluoresenssin suhteeseen maksimiklorofyllin fluoresenssiin (Fv/Fm) ja Rubisco-aktivaatioon riisikasveissa (Cao ym. 2009; Yin ym. 2010). ) Sanchez Reynoso et ai., 2014).
Biokemialliset muutokset ovat toinen osa kasvien sopeutumista lämpöstressiin (Wahid et al., 2007). Proliinipitoisuutta on käytetty kasvien stressin biokemiallisena indikaattorina (Ahmed ja Hassan 2011). Proliinilla on tärkeä rooli kasvien aineenvaihdunnassa, koska se toimii hiilen tai typen lähteenä ja kalvon stabilointiaineena korkeissa lämpötiloissa (Sánchez-Reinoso et al., 2014). Korkeat lämpötilat vaikuttavat myös kalvon stabiilisuuteen lipidiperoksidaatiolla, mikä johtaa malondialdehydin (MDA) muodostumiseen (Wahid et al., 2007). Siksi MDA-pitoisuutta on käytetty myös ymmärtämään solukalvojen rakenteellista eheyttä lämpöstressissä (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). Lopuksi yhdistetty lämpöstressi [37/30°C (päivä/yö)] lisäsi riisin elektrolyyttivuodon prosenttiosuutta ja malondialdehydipitoisuutta (Liu et al., 2013).
Kasvien kasvunsäätelyaineiden (GR:ien) käytön on arvioitu lieventävän lämpöstressin negatiivisia vaikutuksia, koska nämä aineet osallistuvat aktiivisesti kasvien reaktioihin tai fysiologisiin puolustusmekanismeihin tällaista stressiä vastaan ​​(Peleg ja Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). Geeniresurssien eksogeeninen käyttö on vaikuttanut positiivisesti eri viljelykasvien lämpöstressin sietokykyyn. Tutkimukset ovat osoittaneet, että fytohormonit, kuten gibberelliinit (GA), sytokiniinit (CK), auksiinit (AUX) tai brassinosteroidit (BR), johtavat useiden fysiologisten ja biokemiallisten muuttujien lisääntymiseen (Peleg ja Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011, Mit2u et al12; 2014). Kolumbiassa geneettisten resurssien ulkoista käyttöä ja sen vaikutusta riisinviljelyyn ei ole täysin ymmärretty eikä tutkittu. Aikaisempi tutkimus kuitenkin osoitti, että BR:n lehtiruiskutus voisi parantaa riisin sietokykyä parantamalla riisintaimien lehtien kaasunvaihto-ominaisuuksia, klorofylli- tai proliinipitoisuutta (Quintero-Calderón et al., 2021).
Sytokiniinit välittävät kasvien reaktioita abioottisiin stressiin, mukaan lukien lämpöstressiin (Ha et al., 2012). Lisäksi on raportoitu, että CK:n ulkoinen käyttö voi vähentää lämpövaurioita. Esimerkiksi zeatiinin eksogeeninen käyttö lisäsi fotosynteesinopeutta, klorofyllin a- ja b-pitoisuutta sekä elektronien kuljetustehokkuutta hiipivässä ruohossa (Agrotis estolonifera) lämpöstressin aikana (Xu ja Huang, 2009; Jespersen ja Huang, 2015). Zeatiinin eksogeeninen käyttö voi myös parantaa antioksidanttiaktiivisuutta, tehostaa eri proteiinien synteesiä, vähentää reaktiivisten happilajien (ROS) vaurioita ja malondialdehydin (MDA) tuotantoa kasvikudoksissa (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009). , 2016; Kumar et ai., 2020).
Gibberellihapon käyttö on myös osoittanut positiivisen vasteen lämpöstressiin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että GA-biosynteesi välittää erilaisia ​​aineenvaihduntareittejä ja lisää toleranssia korkeissa lämpötiloissa (Alonso-Ramirez ym. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi et ai. (2020) havaitsivat, että eksogeenisen GA:n (25 tai 50 mg*L) ruiskutus lehtiin voi lisätä fotosynteesinopeutta ja antioksidanttiaktiivisuutta lämpöstressissä olevissa appelsiinikasveissa verrattuna kontrollikasveihin. On myös havaittu, että HA:n ulkoinen käyttö lisää suhteellista kosteuspitoisuutta, klorofylli- ja karotenoidipitoisuuksia ja vähentää lipidiperoksidaatiota taatelipalmussa (Phoenix dactylifera) lämpöstressissä (Khan et al., 2020). Auksiinilla on myös tärkeä rooli säätelemällä adaptiivisia kasvuvasteita korkeisiin lämpötiloihin (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). Tämä kasvunsäätelijä toimii biokemiallisena merkkiaineena erilaisissa prosesseissa, kuten proliinisynteesissä tai hajoamisessa abioottisessa stressissä (Ali et al. 2007). Lisäksi AUX tehostaa myös antioksidanttiaktiivisuutta, mikä johtaa MDA:n laskuun kasveissa vähentyneen lipidiperoksidaation vuoksi (Bielach et al., 2017). Sergeev et ai. (2018) havaitsivat, että lämpöstressissä hernekasveissa (Pisum sativum) proliini-dimetyyliaminoetoksikarbonyylimetyyli)naftyylikloorimetyylieetterin (TA-14) pitoisuus kasvaa. Samassa kokeessa he havaitsivat myös alhaisempia MDA-tasoja käsitellyissä kasveissa verrattuna kasveihin, joita ei käsitelty AUX:lla.
Brassinosteroidit ovat toinen luokka kasvunsäätelyaineita, joita käytetään lieventämään lämpöstressin vaikutuksia. Ogweno et ai. (2008) raportoivat, että eksogeeninen BR-suihku lisäsi tomaattien (Solanum lycopersicum) kasvien fotosynteesin nettonopeutta, stomatalin konduktanssia ja maksiminopeutta lämpöstressissä olevien kasvien Rubisco-karboksylaatiossa 8 päivän ajan. Epibrassinosteroidien lehtiruiskutus voi lisätä kurkkukasvien (Cucumis sativus) nettofotosynteesinopeutta lämpöstressissä (Yu et al., 2004). Lisäksi BR:n eksogeeninen käyttö viivästyttää klorofyllin hajoamista ja lisää veden käytön tehokkuutta ja PSII-fotokemian maksimikvanttisatoa lämpöstressissä olevissa kasveissa (Holá et al., 2010; Toussagunpanit et al., 2015).
Ilmastonmuutoksen ja vaihtelun vuoksi riisisadot kohtaavat korkeita päivittäisiä lämpötiloja (Lesk et al., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). Kasvien fenotyyppisessä fytoravinteiden tai biostimulanttien käyttöä on tutkittu strategiana lievittää lämpöstressiä riisinviljelyalueilla (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021). Lisäksi biokemiallisten ja fysiologisten muuttujien (lehtien lämpötila, stomatalen konduktanssi, klorofyllin fluoresenssiparametrit, klorofyllin ja suhteellinen vesipitoisuus, malondialdehydin ja proliinin synteesi) käyttö on luotettava työkalu lämpöstressin alaisena olevien riisikasvien seulomiseen paikallisesti ja kansainvälisesti (Sánchez -Reynoso et al., Alvarado20-14; 2017 Tutkimus lehtien fytohormonaalisten suihkeiden käytöstä riisissä on kuitenkin edelleen harvinaista. klorofyllin fluoresenssiparametrit ja suhteellinen vesipitoisuus) sekä neljän kasvin kasvunsäätelijän (AUX, CK, GA ja BR) lehtien levittämisen biokemialliset vaikutukset. (Fotosynteettiset pigmentit, malondialdehydi- ja proliinipitoisuudet) Muuttujat kahdessa kaupallisessa riisin genotyypissä, jotka on alttiina yhdistettyyn lämpöstressiin (korkeat päivä-/yölämpötilat).
Tässä tutkimuksessa suoritettiin kaksi riippumatonta koetta. Genotyyppejä Federrose 67 (F67: genotyyppi, joka kehittyi korkeissa lämpötiloissa viimeisen vuosikymmenen aikana) ja Federrose 2000 (F2000: genotyyppi, joka kehitettiin 1900-luvun viimeisellä vuosikymmenellä ja osoittaa resistenssin valkolehtivirukselle) käytettiin ensimmäistä kertaa. siemeniä. ja toinen koe, vastaavasti. Kolumbialaiset viljelijät viljelevät laajasti molempia genotyyppejä. Siemenet kylvettiin 10 litran astioihin (pituus 39,6 cm, leveys 28,8 cm, korkeus 16,8 cm), jotka sisälsivät hiekkaista savimaata, jossa oli 2 % orgaanista ainesta. Jokaiseen tarjottimeen istutettiin viisi esiitettyä siementä. Lavat sijoitettiin Kolumbian kansallisen yliopiston maataloustieteiden tiedekunnan kasvihuoneeseen Bogotán kampuksella (43°50′56″ N, 74°04′051″ W), 2556 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella. m.) ja ne suoritettiin lokakuusta joulukuuhun 2019. Yksi koe (Federroz 67) ja toinen koe (Federroz 2000) samalla vuoden 2020 aikana.
Kasvihuoneen ympäristöolosuhteet kunkin istutuskauden aikana ovat seuraavat: päivä- ja yölämpötila 30/25°C, suhteellinen kosteus 60-80 %, luonnollinen valojakso 12 tuntia (fotosynteettisesti aktiivinen säteily 1500 µmol (fotonia) m-2 s-). 1 keskipäivällä). Kasveja lannoitettiin kunkin alkuaineen sisällön mukaan 20 päivää siementen syntymisen jälkeen (DAE), Sánchez-Reinoson et al. (2019): 670 mg typpeä per kasvi, 110 mg fosforia per kasvi, 350 mg kaliumia per kasvi, 68 mg kalsiumia per kasvi, 20 mg magnesiumia per kasvi, 20 mg rikkiä per kasvi, 17 mg per kasvi. Kasvit sisältävät 10 mg booria per kasvi, 17 mg kuparia per kasvi ja 44 mg sinkkiä per kasvi. Riisikasveja pidettiin aina 47 DAE:ssä kussakin kokeessa, kun ne saavuttivat fenologisen vaiheen V5 tänä aikana. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä fenologinen vaihe on sopiva aika suorittaa riisin lämpöstressitutkimuksia (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
Kussakin kokeessa suoritettiin kaksi erillistä lehtikasvusäätelijän käyttöä. Ensimmäinen sarja lehtien fytohormonisuihkeita levitettiin 5 päivää ennen lämpöstressikäsittelyä (42 DAE) kasvien valmistelemiseksi ympäristön stressiin. Toinen lehtisuihku annettiin sitten 5 päivää sen jälkeen, kun kasvit altistettiin stressiolosuhteille (52 DAE). Käytettiin neljää fytohormonia, ja kunkin tässä tutkimuksessa ruiskutetun vaikuttavan aineen ominaisuudet on lueteltu lisätaulukossa 1. Käytetyt lehtien kasvunsäätelyaineiden pitoisuudet olivat seuraavat: (i) Auksiini (1-naftyylietikkahappo: NAA) pitoisuutena 5 × 10−5 M (ii) 5 × 10–5 M N:giberellihappoa (giAAbb); GA3); (iii) sytokiniini (trans-zeatiini) 1 × 10-5 M (iv) Brassinosteroidit [spirostan-6-oni, 3,5-dihydroksi-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. Nämä pitoisuudet valittiin, koska ne aiheuttavat positiivisia vasteita ja lisäävät kasvien vastustuskykyä lämpöstressille (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). Riisikasvit, joissa ei ole kasvinkasvun säätelijäsuihkeita, käsiteltiin vain tislatulla vedellä. Kaikki riisikasvit ruiskutettiin käsiruiskulla. Levitä kasville 20 ml H2O:ta kostuttamaan lehtien ylä- ja alapinnat. Kaikissa lehtisuihkeissa käytettiin maatalousadjuvanttia (Agrotin, Bayer CropScience, Kolumbia) 0,1 % (v/v). Ruukun ja ruiskun välinen etäisyys on 30 cm.
Lämpöstressikäsittelyt annettiin 5 päivää ensimmäisen lehtisumutuksen (47 DAE) jälkeen kussakin kokeessa. Riisikasvit siirrettiin kasvihuoneesta 294 litran kasvukammioon (MLR-351H, Sanyo, IL, USA) lämpöstressin luomiseksi tai samojen ympäristöolosuhteiden ylläpitämiseksi (47 DAE). Yhdistetty lämpöstressikäsittely suoritettiin asettamalla kammio seuraaviin päivä/yölämpötiloihin: päivällä korkea lämpötila [40°C 5 tunnin ajan (klo 11.00-16.00)] ja yöjakso [30°C 5 tunnin ajan]. 8 päivää peräkkäin (klo 19.00-24.00). Stressilämpötila ja altistusaika valittiin aikaisempien tutkimusten perusteella (Sánchez-Reynoso ym. 2014; Alvarado-Sanabría ym. 2017). Toisaalta kasvatuskammioon siirrettyä kasviryhmää pidettiin kasvihuoneessa samassa lämpötilassa (30°C päivällä/25°C yöllä) 8 peräkkäisenä päivänä.
Kokeen lopussa saatiin seuraavat käsittelyryhmät: (i) kasvulämpötilaolosuhteet + tislatun veden käyttö [absoluuttinen kontrolli (AC)], (ii) lämpöstressitila + tislatun veden käyttö [Lämpöstressin hallinta (SC)], (iii) olosuhteet lämpöstressiolosuhteet + auksiinin käyttö (AUX), (iv) lämpöstressitila + gibberelliinin käyttö (vCK) -stressi (GA) lämpöstressitila + brassinosteroidi (BR) Liite. Näitä hoitoryhmiä käytettiin kahdelle genotyypille (F67 ja F2000). Kaikki hoidot suoritettiin täysin satunnaistetulla suunnitelmalla viidellä rinnakkaiskappaleella, joista jokainen koostui yhdestä kasvista. Jokaista kasvia käytettiin kokeen lopussa määritettyjen muuttujien lukemiseen. Kokeilu kesti 55 DAE.
Stomatal konduktanssi (gs) mitattiin käyttämällä kannettavaa porosometriä (SC-1, METER Group Inc., USA), joka vaihteli välillä 0 - 1000 mmol m-2 s-1, näytekammion aukon ollessa 6,35 mm. Mittaukset tehdään kiinnittämällä stomametrianturi kypsiin lehtiin, joissa kasvin pääverso on täysin laajentunut. Jokaisesta käsittelystä otettiin gs-lukemat kunkin kasvin kolmelta lehdeltä klo 11.00-16.00 ja niistä laskettiin keskiarvo.
RWC määritettiin menetelmällä, jonka ovat kuvanneet Ghoulam et ai. (2002). G:n määrittämiseen käytettyä täysin laajennettua arkkia käytettiin myös RWC:n mittaamiseen. Tuorepaino (FW) määritettiin välittömästi sadonkorjuun jälkeen käyttämällä digitaalista vaakaa. Lehdet laitettiin sitten vedellä täytettyyn muoviastiaan ja jätettiin pimeään huoneenlämpötilaan (22 °C) 48 tunniksi. Punnitse sitten digitaalisella vaa'alla ja tallenna laajennettu paino (TW). Turvonneita lehtiä kuivattiin uunissa 75 °C:ssa 48 tuntia ja niiden kuivapaino (DW) kirjattiin.
Suhteellinen klorofyllipitoisuus määritettiin klorofyllimittarilla (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) ja ilmaistiin atLeaf-yksiköissä (Dey et al., 2016). PSII:n maksimikvanttitehokkuuslukemat (Fv/Fm-suhde) tallennettiin käyttämällä jatkuvan virityksen klorofyllifluorimetriä (Handy PEA, Hansatech Instruments, UK). Lehdet mukautettiin tummaan käyttämällä lehtipuristimia 20 minuutin ajan ennen Fv/Fm-mittauksia (Restrepo-Diaz ja Garces-Varon, 2013). Kun lehdet olivat sopeutuneet tummiin, mitattiin perusviiva (F0) ja maksimifluoresenssi (Fm). Näistä tiedoista laskettiin muuttuva fluoresenssi (Fv = Fm – F0), muuttuvan fluoresenssin suhde maksimifluoresenssiin (Fv/Fm), PSII-fotokemian maksimikvanttisaanto (Fv/F0) ja suhde Fm/F0 (Baker, 2008; Lee et al., 2017). Suhteelliset klorofyllin ja klorofyllin fluoresenssilukemat otettiin samoista lehdistä, joita käytettiin gs-mittauksissa.
Biokemiallisiksi muuttujiksi kerättiin noin 800 mg lehtien tuorepainoa. Lehtinäytteet homogenisoitiin sitten nestetypessä ja säilytettiin lisäanalyysiä varten. Kudosten klorofylli a, b ja karotenoidipitoisuuden arvioimiseen käytetty spektrometrinen menetelmä perustuu Wellburnin (1994) kuvaamaan menetelmään ja yhtälöihin. Lehtikudosnäytteet (30 mg) kerättiin ja homogenisoitiin 3 ml:ssa 80-prosenttista asetonia. Sitten näytteet sentrifugoitiin (malli 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, USA) nopeudella 5000 rpm 10 minuuttia hiukkasten poistamiseksi. Supernatantti laimennettiin 6 ml:n lopulliseen tilavuuteen lisäämällä 80 % asetonia (Sims ja Gamon, 2002). Klorofyllipitoisuus määritettiin aallonpituudella 663 (klorofylli a) ja 646 (klorofylli b) nm ja karotenoidit 470 nm:ssä käyttämällä spektrofotometriä (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA).
Tiobarbituurihappo (TBA) -menetelmä, jonka ovat kuvanneet Hodges et ai. (1999) käytettiin arvioimaan kalvolipidiperoksidaatiota (MDA). Noin 0,3 g lehtikudosta homogenisoitiin myös nestetypessä. Näytteet sentrifugoitiin nopeudella 5000 rpm ja absorbanssi mitattiin spektrofotometrillä aallonpituudella 440, 532 ja 600 nm. Lopuksi MDA-pitoisuus laskettiin käyttämällä ekstinktiokerrointa (157 M ml-1).
Kaikkien hoitojen proliinipitoisuus määritettiin käyttämällä menetelmää, jonka ovat kuvanneet Bates et ai. (1973). Säilytettyyn näytteeseen lisätään 10 ml 3-prosenttista sulfosalisyylihapon vesiliuosta ja suodatetaan Whatman-suodatinpaperin (nro 2) läpi. Sitten 2 ml tätä suodosta saatettiin reagoimaan 2 ml:n ninhydrihappoa ja 2 ml:n kanssa jääetikkaa. Seos laitettiin vesihauteeseen 90 °C:seen 1 tunniksi. Pysäytä reaktio inkuboimalla jäillä. Ravista putkea voimakkaasti vortex-ravistelijalla ja liuotetaan saatu liuos 4 ml:aan tolueenia. Absorbanssilukemat määritettiin aallonpituudella 520 nm käyttämällä samaa spektrofotometriä, jota käytettiin fotosynteettisten pigmenttien kvantifiointiin (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA).
Gerhardsin et ai. (2016) latvoksen lämpötilan ja CSI:n laskemiseksi. Lämpövalokuvat otettiin FLIR 2 -kameralla (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) ±2 °C:n tarkkuudella stressijakson lopussa. Aseta valkoinen pinta kasvin taakse valokuvausta varten. Jälleen kaksi tehdasta katsottiin vertailumalleiksi. Kasvit asetettiin valkoiselle pinnalle; toinen oli päällystetty maatalousadjuvantilla (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Kolumbia) simuloimaan kaikkien stomien avautumista [märkätila (Twet)], ja toinen oli lehti ilman mitään levitystä [Dry mode (Tdry)] (Castro -Duque et al., 2020). Kameran ja ruukun välinen etäisyys kuvauksen aikana oli 1 m.
Suhteellinen toleranssiindeksi laskettiin epäsuorasti käyttämällä käsiteltyjen kasvien stomataalista konduktanssia (g) verrokkikasveihin verrattuna (kasvit, joissa ei ole stressikäsittelyä ja joissa on käytetty kasvunsäätelyaineita) tässä tutkimuksessa arvioitujen käsiteltyjen genotyyppien sietokyvyn määrittämiseksi. RTI saatiin käyttämällä yhtälöä, joka on mukautettu julkaisusta Chávez-Arias et ai. (2020).
Jokaisessa kokeessa kaikki edellä mainitut fysiologiset muuttujat määritettiin ja kirjattiin 55 DAE:ssä käyttämällä täysin laajentuneita lehtiä, jotka oli kerätty ylemmästä katosta. Lisäksi mittauksia tehtiin kasvukammiossa, jotta kasvien kasvuympäristön olosuhteet eivät muutu.
Ensimmäisen ja toisen kokeen tiedot analysoitiin yhdessä koesarjana. Jokainen koeryhmä koostui viidestä kasvista ja jokainen kasvi muodosti koeyksikön. Varianssianalyysi (ANOVA) suoritettiin (P < 0,05). Kun merkittäviä eroja havaittiin, käytettiin Tukeyn post hoc -vertailutestiä arvolla P < 0,05. Käytä arcsinifunktiota prosenttiarvojen muuntamiseen. Tiedot analysoitiin käyttämällä Statistix v 9.0 -ohjelmistoa (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) ja piirrettiin käyttämällä SigmaPlotia (versio 10.0; Systat Software, San Jose, CA, USA). Pääkomponenttianalyysi suoritettiin InfoStat 2016 -ohjelmistolla (Analysis Software, National University of Cordoba, Argentiina) parhaiden tutkittavien kasvien kasvunsäätelyaineiden tunnistamiseksi.
Taulukossa 1 on yhteenveto ANOVA:sta, joka esittää kokeet, erilaiset käsittelyt ja niiden vuorovaikutukset lehtien fotosynteettisten pigmenttien (klorofylli a, b, kokonaismäärä ja karotenoidit), malondialdehydi- (MDA) ja proliinipitoisuuden sekä stomatalisen johtavuuden kanssa. gs:n vaikutus, suhteellinen vesipitoisuus. (RWC), klorofyllipitoisuus, klorofylli alfa-fluoresenssiparametrit, kruunun lämpötila (PCT) (°C), sadon stressiindeksi (CSI) ja riisikasvien suhteellinen toleranssiindeksi 55 DAE:ssä.
Taulukko 1. Yhteenveto ANOVA-tiedoista riisin fysiologisista ja biokemiallisista muuttujista kokeiden (genotyyppien) ja lämpöstressikäsittelyjen välillä.
Erot (P≤0,01) lehtien fotosynteettisten pigmenttien vuorovaikutuksissa, suhteellisessa klorofyllipitoisuudessa (Atleaf-lukemat) ja alfaklorofyllin fluoresenssiparametreissa kokeiden ja hoitojen välillä on esitetty taulukossa 2. Korkeat päivä- ja yölämpötilat lisäsivät klorofyllin ja karotenoidin kokonaispitoisuutta. Riisin taimet, joissa ei ollut kasvihormonien lehtiruiskutusta (2,36 mg g-1 F67:lle ja 2,56 mg g-1 F2000:lle) verrattuna optimaalisissa lämpötiloissa kasvatettuihin kasveihin (2,67 mg g -1)) osoittivat alhaisempaa kokonaisklorofyllipitoisuutta. Molemmissa kokeissa "F67" oli 2,80 mg g-1 ja "F2000" oli 2,80 mg g-1. Lisäksi riisintaimet, joita oli käsitelty AUX- ja GA-suihkeiden yhdistelmällä lämpöstressin alaisena, osoittivat myös klorofyllipitoisuuden laskua molemmissa genotyypeissä (AUX = 1,96 mg g-1 ja GA = 1,45 mg g-1 "F67":lle; AUX = 1,96 mg g-1 ja GAUX = 1,45 mg g-1, kun "A6F4"; mg) g-1 ja GA = 1,43 mg g-1 ("F2000") lämpöstressiolosuhteissa. Lämpöstressiolosuhteissa lehtien käsittely BR:llä johti tämän muuttujan lievään nousuun molemmissa genotyypeissä. Lopuksi CK-lehtisuihke osoitti korkeimmat fotosynteettiset pigmenttiarvot kaikista hoidoista (AUX-, GA-, BR-, SC- ja AC-hoidot) genotyypeissä F67 (3,24 mg g-1) ja F2000 (3,65 mg g-1). Myös klorofyllin suhteellista pitoisuutta (Atleaf-yksikkö) pienensi yhdistetty lämpöstressi. Korkeimmat arvot kirjattiin myös CC:llä ruiskutetuissa kasveissa molemmissa genotyypeissä (41,66 "F67" ja 49,30 "F2000"). Fv- ja Fv/Fm-suhteet osoittivat merkittäviä eroja käsittelyjen ja lajikkeiden välillä (taulukko 2). Kaiken kaikkiaan näiden muuttujien joukossa lajike F67 oli vähemmän herkkä lämpöstressille kuin lajike F2000. Fv- ja Fv/Fm-suhteet kärsivät enemmän toisessa kokeessa. Rasittuneilla 'F2000'-taimilla, joita ei ruiskutettu millään fytohormoneilla, oli alhaisimmat Fv-arvot (2120,15) ja Fv/Fm-suhteet (0,59), mutta lehtiruiskutus CK:lla auttoi palauttamaan nämä arvot (Fv: 2591, 89, Fv/Fm3: suhde). , jotka saavat samanlaisia ​​lukemia kuin optimaalisissa lämpötilaolosuhteissa kasvatetuilla F2000-kasveilla (Fv: 2955,35, Fv/Fm-suhde: 0,73:0,72). Alkufluoresenssissa (F0), maksimifluoresenssissa (Fm), PSII:n maksimaalisessa fotokemiallisessa kvanttisaatossa (Fv/F0) ja Fm/F0-suhteessa ei ollut merkittäviä eroja. Lopuksi BR osoitti samanlaista suuntausta kuin havaittiin CK:lla (Fv 2545,06, Fv/Fm-suhde 0,73).
Taulukko 2. Yhdistetyn lämpöstressin (40°/30°C päivä/yö) vaikutus lehtien fotosynteettisiin pigmentteihin [kokonaisklorofylli (Chl Total), klorofylli a (Chl a), klorofylli b (Chl b) ja karotenoidit Cx+c] vaikutus ], suhteellinen klorofyllipitoisuus (Atliff-fluoresenssi-0), klorofylliyksikkö maksimifluoresenssi (Fm), muuttuva fluoresenssi (Fv), maksimaalinen PSII-tehokkuus (Fv/Fm), PSII:n fotokemiallinen enimmäiskvanttisaanto (Fv/F0) ja Fm/F0 kahden riisin genotyypin kasveissa [Federrose 67 (F67) ja Federrose 2000 syntymisen jälkeen (F2000 päivää)].
Erilailla käsiteltyjen riisikasvien suhteellinen vesipitoisuus (RWC) osoitti eroja (P ≤ 0,05) kokeellisen ja lehtikäsittelyn vuorovaikutuksessa (kuva 1A). SA:lla hoidettuna molemmille genotyypeille kirjattiin alhaisimmat arvot (74,01 % F67:lle ja 76,6 % F2000:lle). Lämpöstressiolosuhteissa eri fytohormoneilla käsiteltyjen molempien genotyyppien riisikasvien RWC nousi merkittävästi. Kaiken kaikkiaan CK:n, GA:n, AUX:n tai BR:n lehdet lisäsivät RWC:tä arvoihin, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin kokeen aikana optimaalisissa olosuhteissa kasvatettujen kasvien arvot. Absoluuttiset kontrollit ja lehtiruiskutetut kasvit kirjasivat molemmille genotyypeille noin 83 %. Toisaalta gs osoitti myös merkittäviä eroja (P < 0,01) kokeen ja hoidon vuorovaikutuksessa (kuvio 1B). Absoluuttinen kontrollikasvi (AC) kirjasi myös korkeimmat arvot kullekin genotyypille (440,65 mmol m-2s-1 F67:lle ja 511,02 mmol m-2s-1 F2000:lle). Pelkästään yhdistetylle lämpöstressille altistetuilla riisikasveilla oli alhaisimmat gs-arvot molemmille genotyypeille (150,60 mmol m-2s-1 F67:lle ja 171,32 mmol m-2s-1 F2000:lle). Lehtikäsittely kaikilla kasvien kasvunsäätelyaineilla lisäsi myös g. CC:llä ruiskutetuissa F2000-riisin kasveissa kasvihormonien lehtiruiskutuksen vaikutus oli selvempi. Tämä kasviryhmä ei osoittanut eroja absoluuttisiin kontrollikasveihin verrattuna (AC 511,02 ja CC 499,25 mmol m-2s-1).
Kuva 1. Yhdistetyn lämpöstressin (40°/30°C päivä/yö) vaikutus suhteelliseen vesipitoisuuteen (RWC) (A), stomatalin konduktanssiin (gs) (B), malondialdehydin (MDA) tuotantoon (C) ja proliinipitoisuuteen. (D) kahden riisin genotyypin (F67 ja F2000) kasveissa 55 päivää itämisen jälkeen (DAE). Kullekin genotyypille arvioituihin hoitoihin kuuluivat: absoluuttinen kontrolli (AC), lämpöstressin hallinta (SC), lämpöstressi + auksiin (AUX), lämpöstressi + gibberelliini (GA), lämpöstressi + solumitogeeni (CK) ja lämpöstressi + brassinosteroidi. (BR). Jokainen sarake edustaa viiden datapisteen keskiarvoa ± keskivirhe (n = 5). Sarakkeet, joita seuraa eri kirjaimet, osoittavat tilastollisesti merkitseviä eroja Tukeyn testin mukaan (P ≤ 0,05). Kirjaimet, joissa on yhtäläisyysmerkki, osoittavat, että keskiarvo ei ole tilastollisesti merkitsevä (≤ 0,05).
MDA (P ≤ 0,01) ja proliini (P ≤ 0,01) pitoisuudet osoittivat myös merkittäviä eroja kokeen ja fytohormonikäsittelyjen välisessä vuorovaikutuksessa (kuvio 1C, D). Lisääntynyt lipidiperoksidaatio havaittiin SC-käsittelyllä molemmissa genotyypeissä (kuvio 1C), kuitenkin lehtien kasvunsäätelijäsuihkeella käsitellyt kasvit osoittivat vähentynyttä lipidiperoksidaatiota molemmissa genotyypeissä; Yleensä fytohormonien (CA, AUC, BR tai GA) käyttö johtaa lipidiperoksidaatioon (MDA-pitoisuuden) vähenemiseen. Kahden genotyypin AC-kasvien ja lämpöstressin alaisena ja fytohormoneilla ruiskutettujen kasvien välillä ei havaittu eroja (havaitut FW-arvot F67-kasveilla vaihtelivat välillä 4,38-6,77 µmol g-1 ja FW-kasveilla F2000-havaitut arvot vaihtelivat välillä 2,84-9 µmol,1 g-1). proliinisynteesi "F67"-kasveissa oli alhaisempi kuin "F2000"-kasveissa yhdistetyssä stressissä, mikä johti proliinituotannon kasvuun lämpöstressissä olevissa riisikasveissa, molemmissa kokeissa havaittiin, että näiden hormonien antaminen lisäsi merkittävästi F2000-kasvien aminohappopitoisuutta (AUX ja BR olivat vastaavasti 30.44-18molF.18. 1G).
Lehdistökasvien kasvunsäätelijäsuihkun ja yhdistetyn lämpöstressin vaikutukset kasvin latvuslämpötilaan ja suhteelliseen toleranssiindeksiin (RTI) on esitetty kuvissa 2A ja B. Molemmilla genotyypeillä AC-kasvien latvuslämpötila oli lähellä 27°C ja SC-kasveilla noin 28°C. KANSSA. Havaittiin myös, että lehtien käsittelyt CK:lla ja BR:llä johtivat 2–3 °C:n laskuun latvuslämpötilassa verrattuna SC-kasveihin (kuva 2A). RTI osoitti samanlaista käyttäytymistä kuin muut fysiologiset muuttujat osoittaen merkittäviä eroja (P < 0,01) kokeen ja hoidon välisessä vuorovaikutuksessa (kuvio 2B). SC-kasveilla oli pienempi kasvien sietokyky molemmissa genotyypeissä (34,18 % ja 33,52 % "F67" ja "F2000" riisikasveille, vastaavasti). Fytohormonien ruokinta lehtien avulla parantaa RTI:tä kasveissa, jotka ovat alttiina korkealle lämpötilastressille. Tämä vaikutus oli selvempi CC:llä ruiskutetuissa F2000-kasveissa, joissa RTI oli 97,69. Toisaalta merkittäviä eroja havaittiin vain riisikasvien tuottostressiindeksissä (CSI) lehtien ruiskutusstressiolosuhteissa (P ≤ 0,01) (kuva 2B). Ainoastaan ​​monimutkaiselle lämpöstressille altistetuille riisikasveille oli korkein stressiindeksiarvo (0,816). Kun riisikasveja ruiskutettiin erilaisilla fytohormoneilla, stressiindeksi oli pienempi (arvot 0,6 - 0,67). Lopuksi optimaalisissa olosuhteissa kasvatetun riisikasvin arvo oli 0,138.
Kuva 2. Yhdistetyn lämpöstressin (40°/30°C päivä/yö) vaikutukset katon lämpötilaan (A), suhteelliseen toleranssiindeksiin (RTI) (B) ja viljelystressiindeksiin (CSI) (C) kahden kasvilajin osalta. Kaupalliset riisin genotyypit (F67 ja F2000) altistettiin erilaisille lämpökäsittelyille. Kullekin genotyypille arvioituihin hoitoihin kuuluivat: absoluuttinen kontrolli (AC), lämpöstressin hallinta (SC), lämpöstressi + auksiin (AUX), lämpöstressi + gibberelliini (GA), lämpöstressi + solumitogeeni (CK) ja lämpöstressi + brassinosteroidi. (BR). Yhdistetty lämpöstressi sisältää riisikasvien altistamisen korkeille päivä/yölämpötiloille (40°/30°C päivä/yö). Jokainen sarake edustaa viiden datapisteen keskiarvoa ± keskivirhe (n = 5). Sarakkeet, joita seuraa eri kirjaimet, osoittavat tilastollisesti merkitseviä eroja Tukeyn testin mukaan (P ≤ 0,05). Kirjaimet, joissa on yhtäläisyysmerkki, osoittavat, että keskiarvo ei ole tilastollisesti merkitsevä (≤ 0,05).
Pääkomponenttianalyysi (PCA) paljasti, että 55 DAE:ssä arvioidut muuttujat selittivät 66,1 % kasvunsäätelijäsuihkeella käsiteltyjen lämpökuormitettujen riisinkasvien fysiologisista ja biokemiallisista vasteista (kuvio 3). Vektorit edustavat muuttujia ja pisteet kasvikasvun säätelyaineita (GR). Gs:n, klorofyllipitoisuuden, PSII:n maksimikvanttitehokkuuden (Fv/Fm) ja biokemiallisten parametrien (TChl, MDA ja proliini) vektorit ovat läheisessä kulmassa origoon nähden, mikä viittaa korkeaan korrelaatioon kasvien ja kasvien fysiologisen käyttäytymisen välillä. muuttuja. Yksi ryhmä (V) sisälsi optimaalisessa lämpötilassa (AT) kasvatetut riisintaimet ja CK:lla ja BA:lla käsitellyt F2000-kasvit. Samaan aikaan suurin osa GR:llä käsitellyistä kasveista muodosti erillisen ryhmän (IV) ja käsittely GA:lla F2000:ssa muodosti erillisen ryhmän (II). Sitä vastoin lämpökuormitetut riisin taimet (ryhmät I ja III) ilman kasvihormonien lehtiruiskutusta (molemmat genotyypit olivat SC) sijaitsivat ryhmää V vastakkaisella vyöhykkeellä, mikä osoitti lämpöstressin vaikutuksen kasvin fysiologiaan. .
Kuva 3. Bigraafinen analyysi yhdistetyn lämpöstressin (40°/30°C päivä/yö) vaikutuksista kahden riisin genotyypin (F67 ja F2000) kasveihin 55 päivän kuluttua itämisestä (DAE). Lyhenteet: AC F67, absoluuttinen kontrolli F67; SC F67, lämpörasituksen hallinta F67; AUX F67, lämpöstressi + auxiini F67; GA F67, lämpöstressi + gibberelliini F67; CK F67, lämpöstressi + solujen jakautuminen BR F67, lämpöstressi + brassinosteroidi. F67; AC F2000, absoluuttinen ohjaus F2000; SC F2000, Heat Stress Control F2000; AUX F2000, lämpöstressi + auxiini F2000; GA F2000, lämpöstressi + gibberelliini F2000; CK F2000, lämpöstressi + sytokiniini, BR F2000, lämpöstressi + messinkisteroidi; F2000.
Muuttujat, kuten klorofyllipitoisuus, stomatalin konduktanssi, Fv/Fm-suhde, CSI, MDA, RTI ja proliinipitoisuus, voivat auttaa ymmärtämään riisin genotyyppien sopeutumista ja arvioimaan agronomisten strategioiden vaikutusta lämpöstressissä (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). Tämän kokeen tarkoituksena oli arvioida neljän kasvunsäätäjän käytön vaikutusta riisintaimien fysiologisiin ja biokemiallisiin parametreihin monimutkaisissa lämpöstressiolosuhteissa. Taimien testaus on yksinkertainen ja nopea menetelmä riisin kasvien samanaikaiseen arviointiin käytettävissä olevan infrastruktuurin koosta tai kunnosta riippuen (Sarsu ym. 2018). Tämän tutkimuksen tulokset osoittivat, että yhdistetty lämpöstressi aiheuttaa erilaisia ​​fysiologisia ja biokemiallisia vasteita kahdessa riisin genotyypissä, mikä viittaa sopeutumisprosessiin. Nämä tulokset osoittavat myös, että lehtikasvua säätelevät suihkeet (pääasiassa sytokiniinit ja brassinosteroidit) auttavat riisiä sopeutumaan monimutkaiseen lämpöstressiin, koska suosio vaikuttaa pääasiassa gs-, RWC-, Fv/Fm-suhteeseen, fotosynteettisiin pigmentteihin ja proliinipitoisuuteen.
Kasvunsäätelyaineiden käyttö auttaa parantamaan riisin kasvien veden tilaa lämpöstressissä, mikä voi liittyä korkeampaan stressiin ja alhaisempiin kasvien latvuslämpötiloihin. Tämä tutkimus osoitti, että "F2000" (herkkä genotyyppi) kasveista pääasiassa CK:lla tai BR:llä käsitellyillä riisikasveilla oli korkeammat gs-arvot ja alhaisemmat PCT-arvot kuin SC:llä käsitellyillä kasveilla. Aiemmat tutkimukset ovat myös osoittaneet, että gs ja PCT ovat tarkkoja fysiologisia indikaattoreita, jotka voivat määrittää riisikasvien adaptiivisen vasteen ja agronomisten strategioiden vaikutukset lämpöstressiin (Restrepo-Diaz ja Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et ai., 2021). Lehden CK tai BR tehostavat g:tä stressin alaisena, koska nämä kasvihormonit voivat edistää avautumista synteettisten vuorovaikutusten kautta muiden signalointimolekyylien, kuten ABA:n (avanteen sulkemisen edistäjä abioottisessa stressissä) kanssa (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). 2013). ). , 2014). Stomatalin avautuminen edistää lehtien jäähtymistä ja auttaa alentamaan latvojen lämpötiloja (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). Näistä syistä CK:lla tai BR:llä ruiskutettujen riisinkasvien latvuslämpötila voi olla alhaisempi yhdistetyssä lämpöstressissä.
Korkea lämpötilastressi voi vähentää lehtien fotosynteettistä pigmenttiä (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). Tässä tutkimuksessa, kun riisikasvit olivat lämpöstressissä eikä niitä ruiskutettu millään kasvin kasvunsäätimellä, fotosynteettisillä pigmenteillä oli taipumus vähentyä molemmissa genotyypeissä (taulukko 2). Feng et ai. (2013) raportoivat myös kahden lämpöstressille altistuneen vehnägenotyypin lehtien klorofyllipitoisuuden merkittävästä laskusta. Altistuminen korkeille lämpötiloille johtaa usein alentuneeseen klorofyllipitoisuuteen, mikä voi johtua vähentyneestä klorofyllin biosynteesin, pigmenttien hajoamisen tai niiden yhteisvaikutuksista lämpöstressissä (Fahad et al., 2017). Pääasiassa CK:lla ja BA:lla käsitellyt riisikasvit lisäsivät kuitenkin lehtien fotosynteettisten pigmenttien pitoisuutta lämpöstressissä. Samanlaisia ​​tuloksia raportoivat myös Jespersen ja Huang (2015) ja Suchsagunpanit et al. (2015), jotka havaitsivat lehtien klorofyllipitoisuuden lisääntymisen zeatiini- ja epibrassinosteroidihormonien käytön jälkeen lämpöstressin saaneessa ruohossa ja riisissä. Kohtuullinen selitys sille, miksi CK ja BR edistävät lisääntynyttä lehtien klorofyllipitoisuutta yhdistetyssä lämpöstressissä, on se, että CK voi tehostaa ekspressiopromoottorien (kuten vanhenemista aktivoivan promoottorin (SAG12) tai HSP18-promoottorin) jatkuvan induktion alkamista ja vähentää klorofyllin häviämistä lehdissä. , viivästyttää lehtien vanhenemista ja lisää kasvien lämmönkestävyyttä (Liu et al., 2020). BR voi suojata lehtien klorofylliä ja lisätä lehtien klorofyllipitoisuutta aktivoimalla tai indusoimalla klorofyllin biosynteesiin osallistuvien entsyymien synteesiä stressiolosuhteissa (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). Lopuksi kaksi fytohormonia (CK ja BR) edistävät myös lämpösokkiproteiinien ilmentymistä ja parantavat erilaisia ​​metabolisia sopeutumisprosesseja, kuten lisääntynyttä klorofyllin biosynteesiä (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
Klorofylli a:n fluoresenssiparametrit tarjoavat nopean ja ei-tuhoavan menetelmän, jolla voidaan arvioida kasvien sietokykyä tai sopeutumista abioottisiin stressiolosuhteisiin (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). Parametreja, kuten Fv/Fm-suhdetta, on käytetty indikaattoreina kasvien sopeutumisesta stressiolosuhteisiin (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). Tässä tutkimuksessa SC-kasvit, pääasiassa "F2000"-riisikasvit, osoittivat tämän muuttujan alhaisimpia arvoja. Yin et al. (2010) havaitsivat myös, että korkeimmin orastuvien riisinlehtien Fv/Fm-suhde laski merkittävästi yli 35 °C:n lämpötiloissa. Fengin et al. (2013) mukaan alhaisempi Fv/Fm-suhde lämpöstressin aikana osoittaa, että PSII-reaktiokeskuksen viritysenergian talteenotto- ja muuntamisnopeus hidastuu, mikä osoittaa, että PSII-reaktiokeskus hajoaa lämpöstressin aikana. Tämän havainnon perusteella voimme päätellä, että fotosynteesijärjestelmän häiriöt ovat selvempiä herkillä lajikkeilla (Fedearroz 2000) kuin resistenteillä lajikkeilla (Fedearroz 67).
CK:n tai BR:n käyttö paransi yleensä PSII:n suorituskykyä monimutkaisissa lämpöstressiolosuhteissa. Samanlaisia ​​tuloksia saivat Suchsagunpanit et ai. (2015), joka havaitsi, että BR-sovellus lisäsi PSII:n tehokkuutta riisin lämpöstressissä. Kumar et ai. (2020) havaitsivat myös, että CK:lla (6-bentsyyliadeniinilla) käsitellyt ja lämpöstressille altistetut kikhernekasvit lisäsivät Fv/Fm-suhdetta ja päättelivät, että CK:n levittäminen lehtiin aktivoimalla zeaksantiinipigmenttikiertoa edisti PSII-aktiivisuutta. Lisäksi BR-lehtisuihke suosi PSII-fotosynteesiä yhdistetyissä stressiolosuhteissa, mikä osoittaa, että tämän fytohormonin käyttö johti PSII-antennien viritysenergian vähentymiseen ja edisti pienten lämpöshokkiproteiinien kertymistä kloroplasteihin (Ogweno et al. 2008; Lachowi Kothari ja Lachowi Kothari). , 2021).
MDA- ja proliinipitoisuudet kasvavat usein, kun kasvit ovat abioottisessa stressissä verrattuna optimaalisissa olosuhteissa kasvatettuihin kasveihin (Alvarado-Sanabria et al. 2017). Aiemmat tutkimukset ovat myös osoittaneet, että MDA- ja proliinitasot ovat biokemiallisia indikaattoreita, joiden avulla voidaan ymmärtää riisin sopeutumisprosessia tai agronomisten käytäntöjen vaikutusta päivä- tai yön korkeissa lämpötiloissa (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al., 2021). Nämä tutkimukset osoittivat myös, että MDA- ja proliinipitoisuudet olivat yleensä korkeampia riisikasveissa, jotka altistettiin korkeille lämpötiloille yöllä tai päivällä. CK:n ja BR:n lehtiruiskutus vaikutti kuitenkin MDA:n laskuun ja proliinitasojen nousuun, pääasiassa tolerantissa genotyypissä (Federroz 67). CK-suihke voi edistää sytokiniinioksidaasin/dehydrogenaasin yli-ilmentymistä, mikä lisää suojaavien yhdisteiden, kuten betaiinin ja proliinin, pitoisuutta (Liu et al., 2020). BR edistää osmoprotektanttien, kuten betaiinin, sokereiden ja aminohappojen (mukaan lukien vapaa proliini) induktiota, ylläpitäen solujen osmoottista tasapainoa monissa haitallisissa ympäristöolosuhteissa (Kothari ja Lachowiec, 2021).
Cropstress-indeksiä (CSI) ja suhteellista toleranssiindeksiä (RTI) käytetään sen määrittämiseen, auttavatko arvioitavat hoidot lievittämään erilaisia ​​rasituksia (abioottisia ja bioottisia) ja onko niillä positiivinen vaikutus kasvien fysiologiaan (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). CSI-arvot voivat vaihdella välillä 0 - 1, jotka edustavat ei-stressiä ja vastaavasti stressiolosuhteita (Lee et al., 2010). Lämpöstressoituneiden (SC) kasvien CSI-arvot vaihtelivat välillä 0,8-0,9 (kuva 2B), mikä osoittaa, että yhdistetty stressi vaikutti negatiivisesti riisikasveihin. BC:n (0,6) tai CK:n (0,6) lehtiruiskutus johti kuitenkin pääasiassa tämän indikaattorin laskuun abioottisissa stressiolosuhteissa verrattuna SC-riisin kasveihin. F2000-kasveissa RTI osoitti suurempaa nousua käytettäessä CA:ta (97,69 %) ja BC:tä (60,73 %) verrattuna SA:han (33,52 %), mikä osoittaa, että nämä kasvien kasvunsääteet parantavat myös riisin vastetta koostumuksen sietokykyyn. Ylikuumentua. Näitä indeksejä on ehdotettu hallitsemaan stressiolosuhteita eri lajeissa. Lee et al. (2010) osoitti, että kahden kohtalaisen vesistressin alaisen puuvillalajikkeen CSI oli noin 0,85, kun taas hyvin kasteltujen lajikkeiden CSI-arvot vaihtelivat välillä 0,4-0,6, jolloin tämä indeksi on indikaattori lajikkeiden vesisopeutumisesta. stressaavia olosuhteita. Lisäksi Chavez-Arias et ai. (2020) arvioivat synteettisten elisitoreiden tehokkuuden kattavana stressinhallintastrategiana C. elegans -kasveissa ja havaitsivat, että näillä yhdisteillä ruiskutettujen kasvien RTI oli korkeampi (65 %). Edellä esitetyn perusteella CK:ta ja BR:tä voidaan pitää agronomisina strategioina, joilla pyritään lisäämään riisin sietokykyä monimutkaiselle lämpöstressille, koska nämä kasvien kasvunsäätelijät indusoivat positiivisia biokemiallisia ja fysiologisia vasteita.
Viime vuosina Kolumbian riisitutkimus on keskittynyt korkeita päivä- tai yölämpötiloja kestävien genotyyppien arvioimiseen käyttämällä fysiologisia tai biokemiallisia ominaisuuksia (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021). Käytännön, taloudellisten ja kannattavien teknologioiden analysoinnista on kuitenkin viime vuosina tullut yhä tärkeämpää ehdottaakseen integroitua sadonhoitoa, joka parantaa monimutkaisten lämpöstressijaksojen vaikutuksia maassa (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). Siten tässä tutkimuksessa havaitut riisin kasvien fysiologiset ja biokemialliset vasteet monimutkaiseen lämpöstressiin (40 °C päivä/30 °C yö) viittaavat siihen, että lehtiruiskutus CK:lla tai BR:llä voi olla sopiva sadonhoitomenetelmä haittavaikutusten lieventämiseksi. Kohtalaisen lämpöstressin jaksojen vaikutus. Nämä hoidot paransivat molempien riisin genotyyppien (matala CSI ja korkea RTI) sietokykyä osoittaen yleistä suuntausta kasvien fysiologisissa ja biokemiallisissa vasteissa yhdistetyssä lämpöstressissä. Riisikasvien pääreaktio oli GC:n, kokonaisklorofyllin, klorofyllien α ja β sekä karotenoidien pitoisuuden lasku. Lisäksi kasvit kärsivät PSII-vaurioista (alentuneet klorofyllin fluoresenssiparametrit, kuten Fv/Fm-suhde) ja lisääntyneestä lipidiperoksidaatiosta. Toisaalta, kun riisiä käsiteltiin CK:lla ja BR:llä, nämä negatiiviset vaikutukset lieventyivät ja proliinipitoisuus kasvoi (kuvio 4).
Kuva 4. Käsitteellinen malli yhdistetyn lämpöstressin ja lehtikasvien kasvua säätelevän ruiskutuksen vaikutuksista riisikasveihin. Punaiset ja siniset nuolet osoittavat lämpöstressin ja BR:n (brassinosteroidin) ja CK:n (sytokiniinin) lehtien levittämisen välisen vuorovaikutuksen negatiivisia tai positiivisia vaikutuksia fysiologisiin ja biokemiallisiin vasteisiin, vastaavasti. gs: stomataalinen konduktanssi; Yhteensä Chl: kokonaisklorofyllipitoisuus; Chl a: klorofylli-p-pitoisuus; Cx+c: karotenoidipitoisuus;
Yhteenvetona voidaan todeta, että tämän tutkimuksen fysiologiset ja biokemialliset vasteet osoittavat, että Fedearroz 2000 -riisin kasvit ovat alttiimpia monimutkaiselle lämpöstressille kuin Fedearroz 67 -riisin kasvit. Kaikki tässä tutkimuksessa arvioidut kasvunsäätelijät (auksiinit, gibberelliinit, sytokiniinit tai brassinosteroidit) osoittivat jonkinasteista yhdistettyä lämpöstressin vähenemistä. Sytokiniinit ja brassinosteroidit indusoivat kuitenkin parempaa kasvien sopeutumista, koska molemmat kasvien kasvunsäätelijät lisäsivät klorofyllipitoisuutta, alfa-klorofyllin fluoresenssiparametreja, gs:ää ja RWC:tä verrattuna riisikasveihin ilman levitystä, ja myös alensivat MDA-pitoisuutta ja latvuslämpötilaa. Yhteenvetona toteamme, että kasvien kasvunsäätelyaineiden (sytokiniinit ja brassinosteroidit) käyttö on hyödyllinen työkalu riisinsatojen stressiolosuhteiden hallinnassa, jotka johtuvat vakavasta lämpöstressistä korkeiden lämpötilojen aikana.
Tutkimuksessa esitellyt alkuperäiset materiaalit sisältyvät artikkeliin ja lisätiedustelut voi osoittaa vastaavalle kirjoittajalle.