Kasvunsäätelijöitä on käytetty strategiana vähentää lämpöstressiä useilla viljelykasveilla

Riisintuotanto on laskussa Kolumbiassa ilmastonmuutoksen ja vaihtelun vuoksi.Kasvien kasvunsäätelijäton käytetty strategiana lämpöstressin vähentämiseksi eri viljelykasveilla. Siksi tämän tutkimuksen tavoitteena oli arvioida kahden kaupallisen riisin genotyypin fysiologisia vaikutuksia (ilmarakojen konduktanssi, ilmarakojen konduktanssi, kokonaisklorofyllipitoisuus, Fv/Fm-suhde), jotka altistettiin yhdistetylle lämpöstressille (korkeat päivä- ja yölämpötilat), latvustuksen lämpötila ja suhteellinen vesipitoisuus) ja biokemiallisia muuttujia (malondialdehydi (MDA) ja proliinihappopitoisuus). Ensimmäinen ja toinen koe tehtiin käyttämällä kahden riisin genotyypin kasveja, Federrose 67 ("F67") ja Federrose 2000 ("F2000"). Molempia kokeita analysoitiin yhdessä koesarjana. Käytetyt käsittelyt olivat seuraavat: absoluuttinen kontrolli (AC) (riisikasvit, joita kasvatettiin optimaalisissa lämpötiloissa (päivä-/yölämpötila 30/25 °C)), lämpöstressin torjunta (SC) [riisikasvit, joita altistettiin vain yhdistetylle lämpöstressille (40/25 °C). 30 °C)], ja riisikasveja stressattiin ja ruiskutettiin kasvunsäätelyaineilla (stressi+AUX, stressi+BR, stressi+CK tai stressi+GA) kahdesti (5 päivää ennen lämpöstressiä ja 5 päivää sen jälkeen). SA-ruiskutus lisäsi molempien lajikkeiden kokonaisklorofyllipitoisuutta (riisikasvien ”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). CK:n lehtilevitys paransi yleisesti riisin ”F2000″ kasvien ilmarakojen johtavuutta (499,25 vs. 150,60 mmol m⁻² s) verrattuna lämpöstressin hillitsemiseen. Lämpöstressin vaikutuksesta kasvin latvuksen lämpötila laskee 2–3 °C ja kasvien MDA-pitoisuus laskee. Suhteellinen sietokykyindeksi osoittaa, että CK:n (97,69 %) ja BR:n (60,73 %) lehtiin ruiskuttaminen voi auttaa lievittämään yhdistetyn lämpöstressin ongelmaa pääasiassa F2000-riisikasveilla. Yhteenvetona voidaan todeta, että BR:n tai CK:n lehtiin ruiskuttamista voidaan pitää agronomisena strategiana, jolla voidaan vähentää yhdistetyn lämpöstressin kielteisiä vaikutuksia riisikasvien fysiologiseen käyttäytymiseen.
Riisi (Oryza sativa) kuuluu Poaceae-heimoon ja on yksi maailman viljellyimmistä viljoista maissin ja vehnän ohella (Bajaj ja Mohanty, 2005). Riisin viljelyala on 617 934 hehtaaria, ja kansallinen tuotanto vuonna 2020 oli 2 937 840 tonnia keskimääräisen sadon ollessa 5,02 tonnia/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Ilmaston lämpeneminen vaikuttaa riisikasveihin, mikä johtaa erilaisiin abioottisiin stressitekijöihin, kuten korkeisiin lämpötiloihin ja kuivuusjaksoihin. Ilmastonmuutos aiheuttaa maapallon lämpötilojen nousua; Lämpötilojen ennustetaan nousevan 1,0–3,7 °C 2000-luvulla, mikä voi lisätä lämpöstressin esiintymistiheyttä ja voimakkuutta. Kohonneet ympäristön lämpötilat ovat vaikuttaneet riisiin ja aiheuttaneet satojen laskun 6–7 %. Toisaalta ilmastonmuutos johtaa myös epäsuotuisiin ympäristöolosuhteisiin viljelykasveille, kuten vakaviin kuivuusjaksoihin tai korkeisiin lämpötiloihin trooppisilla ja subtrooppisilla alueilla. Lisäksi vaihtelutapahtumat, 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 riisintuotantoa ja vaikuttaa tuotevirtoihin markkinoille ja toimitusketjuihin.
Useimmat riisikasvit viljellään alueilla, joilla lämpötilat ovat lähellä viljelykasvien kasvulle optimaalista lämpötila-aluetta (Shah et al., 2011). On raportoitu, että optimaaliset keskimääräiset päivä- ja yölämpötilatriisin kasvu ja kehitysovat yleensä 28 °C ja 22 °C (Kilasi ym., 2018; Calderón-Páez ym., 2021). Näitä kynnysarvoja korkeammat lämpötilat voivat aiheuttaa kohtalaisen tai vakavan lämpöstressin jaksoja riisin herkissä kehitysvaiheissa (orsiminen, kukinta, kukinta ja jyvien täyttyminen) ja vaikuttaa siten negatiivisesti jyväsatoon. Tämä sadon väheneminen johtuu pääasiassa pitkistä lämpöstressijaksoista, jotka vaikuttavat kasvin fysiologiaan. Eri tekijöiden, kuten stressin keston ja saavutetun maksimilämpötilan, vuorovaikutuksen vuoksi lämpöstressi voi aiheuttaa peruuttamattomia vaurioita kasvien aineenvaihdunnalle ja kehitykselle.
Lämpöstressi vaikuttaa kasvien useisiin fysiologisiin ja biokemiallisiin prosesseihin. Lehtien fotosynteesi on yksi riisikasvien lämpöstressille alttiimmista prosesseista, sillä fotosynteesin nopeus hidastuu 50 %, kun päivän lämpötila ylittää 35 °C. Riisikasvien fysiologiset vasteet vaihtelevat lämpöstressin tyypin mukaan. Esimerkiksi fotosynteesinopeus ja ilmarakojen konduktanssi estyvät, kun kasvit altistetaan korkeille päivälämpötiloille (33–40 °C) tai korkeille päivä- ja yölämpötiloille (35–40 °C päivällä, 28–30 °C). C tarkoittaa yötä) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). Korkeat yölämpötilat (30 °C) aiheuttavat kohtalaista fotosynteesin estoa, mutta lisäävät yöhengitystä (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). Stressijaksosta riippumatta lämpöstressi vaikuttaa myös lehtien klorofyllipitoisuuteen, klorofyllimuuttuvan fluoresenssin ja maksimaalisen klorofyllifluoresenssin suhteeseen (Fv/Fm) sekä Rubisco-aktivaatioon riisikasveissa (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010). Sanchez Reynoso et al., 2014).
Biokemialliset muutokset ovat toinen osa kasvien sopeutumista lämpöstressiin (Wahid et al., 2007). Proliinipitoisuutta on käytetty kasvistressin biokemiallisena indikaattorina (Ahmed ja Hassan 2011). Proliinilla on tärkeä rooli kasvien aineenvaihdunnassa, koska se toimii hiilen tai typen lähteenä ja kalvon stabiloijana korkeissa lämpötiloissa (Sánchez-Reinoso et al., 2014). Korkeat lämpötilat vaikuttavat myös kalvon vakauteen lipidiperoksidaation kautta, mikä johtaa malondialdehydin (MDA) muodostumiseen (Wahid et al., 2007). Siksi MDA-pitoisuutta on käytetty myös solukalvojen rakenteellisen eheyden ymmärtämiseen lämpöstressin aikana (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). Lopuksi yhdistetty lämpöstressi [37/30 °C (päivä/yö)] lisäsi elektrolyyttivuodon prosenttiosuutta ja malondialdehydipitoisuutta riisissä (Liu et al., 2013).
Kasvunsäätelyaineiden (GR) käyttöä on arvioitu lämpöstressin kielteisten vaikutusten lieventämiseksi, koska nämä aineet osallistuvat aktiivisesti kasvien vasteisiin tai fysiologisiin puolustusmekanismeihin tällaista stressiä vastaan ​​(Peleg ja Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). Geenivarojen eksogeenisella käytöllä on ollut positiivinen vaikutus lämpöstressin sietokykyyn useilla viljelykasveilla. Tutkimukset ovat osoittaneet, että kasvihormonit, 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; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014). Kolumbiassa geenivarojen eksogeenista käyttöä ja sen vaikutusta riisikasveihin ei ole täysin ymmärretty ja tutkittu. Aiempi tutkimus kuitenkin osoitti, että BR:n lehtien ruiskuttaminen voi parantaa riisin sietokykyä parantamalla riisin taimien lehtien kaasunvaihto-ominaisuuksia, klorofylli- tai proliinipitoisuutta (Quintero-Calderón et al., 2021).
Sytokiniinit välittävät kasvien reaktioita abioottisiin stressitekijöihin, mukaan lukien lämpöstressi (Ha et al., 2012). Lisäksi on raportoitu, että CK:n ulkoinen käyttö voi vähentää lämpövaurioita. Esimerkiksi zeatiinin ulkoinen käyttö lisäsi fotosynteesinopeutta, klorofylli a- ja b-pitoisuuksia sekä elektronin kuljetustehokkuutta rönsyröllissä (Agrotis estolonifera) lämpöstressin aikana (Xu ja Huang, 2009; Jespersen ja Huang, 2015). Zeatiinin ulkoinen käyttö voi myös parantaa antioksidanttiaktiivisuutta, tehostaa erilaisten proteiinien synteesiä, vähentää reaktiivisten happilajien (ROS) vaurioita ja malondialdehydin (MDA) tuotantoa kasvikudoksissa (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009). , 2016; Kumar et al., 2020).
Gibberelliinihapon käyttö on myös osoittanut positiivista vastetta lämpöstressiin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että GA-biosynteesi välittää useita aineenvaihduntareittejä ja lisää sietokykyä korkeissa lämpötiloissa (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi et al. (2020) havaitsivat, että eksogeenisen GA:n (25 tai 50 mg*l) lehtiin ruiskuttaminen voi lisätä fotosynteesinopeutta ja antioksidanttiaktiivisuutta lämpöstressissä olevissa appelsiinikasveissa verrattuna kontrollikasveihin. On myös havaittu, että HA:n eksogeeninen käyttö lisää suhteellista kosteuspitoisuutta, klorofylli- ja karotenoidipitoisuuksia ja vähentää lipidiperoksidaatiota taatelipalmussa (Phoenix dactylifera) lämpöstressin alaisena (Khan et al., 2020). Auksiinilla on myös tärkeä rooli korkeiden lämpötilojen mukautuvien kasvuvasteiden säätelyssä (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). Tämä kasvunsäätely toimii biokemiallisena markkerina useissa prosesseissa, kuten proliinin synteesissä tai hajoamisessa abioottisessa stressissä (Ali et al. 2007). Lisäksi AUX tehostaa antioksidanttiaktiivisuutta, mikä johtaa MDA:n vähenemiseen kasveissa lipidiperoksidaation vähenemisen vuoksi (Bielach et al., 2017). Sergeev et al. (2018) havaitsivat, että hernekasveissa (Pisum sativum) lämpöstressin alaisena proliinin – 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 kasvunsäätelijöitä, joita käytetään lämpöstressin vaikutusten lieventämiseen. Ogweno ym. (2008) raportoivat, että eksogeeninen BR-ruiskutus lisäsi tomaatti- (Solanum lycopersicum) kasvien nettofotosynteesinopeutta, ilmarakojen johtavuutta ja Rubisco-karboksylaation maksiminopeutta lämpöstressin alaisena 8 päivän ajan. Epibrassinosteroidien lehtiruiskutus voi lisätä kurkku- (Cucumis sativus) kasvien nettofotosynteesinopeutta lämpöstressin alaisena (Yu ym., 2004). Lisäksi BR:n eksogeeninen käyttö hidastaa klorofyllin hajoamista ja lisää vedenkäytön tehokkuutta ja PSII-fotokemian maksimaalista kvanttisaantoa lämpöstressin alaisina olevilla kasveilla (Holá ym., 2010; Toussagunpanit ym., 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, ilmarakojen konduktanssi, klorofyllin fluoresenssiparametrit, klorofylli ja suhteellinen vesipitoisuus, malondialdehydi- ja proliinisynteesi) käyttö on luotettava työkalu riisikasvien seulontaan lämpöstressin alaisena paikallisesti ja kansainvälisesti (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; Lehtifytohormonaalisten ruiskutusten käyttöä riisissä paikallisella tasolla on kuitenkin edelleen vähän. Siksi kasvunsäätelyaineiden fysiologisten ja biokemiallisten reaktioiden tutkiminen on erittäin tärkeää käytännön agronomisten strategioiden ehdottamisen kannalta. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida neljän kasvunsäätelyaineen (AUX, CK, GA ja BR) lehtien kautta tapahtuvan levityksen fysiologisia (ilmarakojen konduktanssi, klorofyllin fluoresenssiparametrit ja suhteellinen vesipitoisuus) ja biokemiallisia vaikutuksia. (Fotosynteettiset pigmentit, malondialdehydi- ja proliinipitoisuudet) Muuttujat kahdessa kaupallisessa riisin genotyypissä, jotka altistettiin yhdistetylle lämpöstressille (korkea päivä-/yölämpötilat).
Tässä tutkimuksessa suoritettiin kaksi toisistaan ​​riippumatonta koetta. Genotyyppejä Federrose 67 (F67: viimeisen vuosikymmenen aikana korkeissa lämpötiloissa kehittynyt genotyyppi) ja Federrose 2000 (F2000: 1900-luvun viimeisellä vuosikymmenellä kehittynyt genotyyppi, joka osoittaa vastustuskykyä valkolehtivirukselle) käytettiin ensimmäistä kertaa. Molempia genotyyppejä viljelevät laajalti kolumbialaiset maanviljelijät. Siemenet kylvettiin 10 litran tarjottimiin (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 esiitäytettyä siementä. Lavat sijoitettiin Kolumbian kansallisen yliopiston maataloustieteiden tiedekunnan kasvihuoneeseen Bogotán kampuksella (43°50′56″ N, 74°04′051″ W) 2556 metrin korkeudelle merenpinnasta. m.) ja ne suoritettiin lokakuusta joulukuuhun 2019. Yksi koe (Federroz 67) ja toinen koe (Federroz 2000) samalla kaudella vuonna 2020.
Kasvihuoneen ympäristöolosuhteet ovat kunkin istutuskauden aikana seuraavat: päivä- ja yölämpötila 30/25 °C, suhteellinen kosteus 60–80 %, luonnollinen valojakso 12 tuntia (fotosynteettisesti aktiivinen säteily 1500 µmol (fotoneja) m-2 s-). 1 keskipäivällä). Kasveja lannoitettiin kunkin alkuaineen pitoisuuden mukaan 20 päivää siementen itämisen jälkeen (DAE) Sánchez-Reinoso et al. (2019) mukaan: 670 mg typpeä kasvia kohden, 110 mg fosforia kasvia kohden, 350 mg kaliumia kasvia kohden, 68 mg kalsiumia kasvia kohden, 20 mg magnesiumia kasvia kohden, 20 mg rikkiä kasvia kohden, 17 mg piitä kasvia kohden. Kasvit sisältävät 10 mg booria kasvia kohden, 17 mg kuparia kasvia kohden ja 44 mg sinkkiä kasvia kohden. Riisikasveja pidettiin yllä enintään 47 DAE:ssä kussakin kokeessa, kun ne saavuttivat fenologisen vaiheen V5 tänä aikana. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä fenologinen vaihe on sopiva aika riisin lämpöstressitutkimusten suorittamiseen (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
Jokaisessa kokeessa tehtiin kaksi erillistä lehtien kasvunsäätelyaineen levityskertaa. Ensimmäinen lehtien fytohormoniruiskutuskerta tehtiin viisi päivää ennen lämpöstressikäsittelyä (42 DAE) kasvien valmistelemiseksi ympäristöstressiin. Toinen lehtien ruiskutuskerta tehtiin viisi päivää sen jälkeen, kun kasvit olivat altistuneet 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 gibberelliini (gibberelliinihappo: NAA); 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, joille ei ollut annettu kasvunsäätelyaineita, käsiteltiin pelkästään tislatulla vedellä. Kaikki riisikasvit ruiskutettiin käsikäyttöisellä ruiskulla. Levitä 20 ml vettä kasviin lehtien ylä- ja alapintojen kostuttamiseksi. Kaikissa lehtisumutteissa käytettiin maatalouden apuainetta (Agrotin, Bayer CropScience, Kolumbia) 0,1 % (v/v). Ruukun ja ruiskun välinen etäisyys on 30 cm.
Lämpöstressikäsittelyt annettiin kussakin kokeessa viisi päivää ensimmäisen lehtisumutteen (47 DAE) jälkeen. Riisin taimet siirrettiin kasvihuoneesta 294 litran kasvatuskaappiin (MLR-351H, Sanyo, IL, USA) lämpöstressin aikaansaamiseksi tai samojen ympäristöolosuhteiden ylläpitämiseksi (47 DAE). Yhdistetty lämpöstressikäsittely suoritettiin asettamalla kaappi seuraaviin päivä-/yölämpötiloihin: päiväajan korkein lämpötila [40 °C 5 tuntia (klo 11.00–16.00)] ja yöjakso [30 °C 5 tuntia] 8 päivää peräkkäin (klo 19.00–24.00). Stressilämpötila ja altistusaika valittiin aiempien tutkimusten perusteella (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017). Toisaalta kasvukammioon siirrettyjä kasveja pidettiin kasvihuoneessa samassa lämpötilassa (30 °C päivällä / 25 °C yöllä) 8 peräkkäisen päivän ajan.
Kokeen lopussa saatiin seuraavat käsittelyryhmät: (i) kasvulämpötila + tislatun veden levitys [absoluuttinen kontrolli (AC)], (ii) lämpöstressi + tislatun veden levitys [lämpöstressin kontrolli (SC)], (iii) olosuhteet lämpöstressi + auksiinin levitys (AUX), (iv) lämpöstressi + gibbereliinin levitys (GA), (v) lämpöstressi + sytokiniinin levitys (CK) ja (vi) lämpöstressi + brassinosteroidi (BR) appendiitti. Näitä käsittelyryhmiä käytettiin kahdelle genotyypille (F67 ja F2000). Kaikki käsittelyt suoritettiin täysin satunnaistetussa asetelmassa viidellä toistolla, joista jokainen koostui yhdestä kasvista. Jokaista kasvia käytettiin kokeen lopussa määritettyjen muuttujien lukemiseen. Koe kesti 55 päivää työpäivää.
Ilmarakojen konduktanssi (g) mitattiin kannettavalla porosometrillä (SC-1, METER Group Inc., USA) välillä 0–1000 mmol m-2 s-1, näytekammion aukon ollessa 6,35 mm. Mittaukset tehdään kiinnittämällä ilmarakomittarin anturi kypsään lehteen, jonka kasvin pääverso on täysin laajentunut. Jokaista käsittelyä varten gs-lukemat otettiin kunkin kasvin kolmelta lehdeltä klo 11.00–16.00 välisenä aikana ja laskettiin keskiarvo.
RWC määritettiin Ghoulamin ym. (2002) kuvaaman menetelmän mukaisesti. Täysin laajentunutta levyä, jota käytettiin gramman painon määrittämiseen, käytettiin myös RWC:n mittaamiseen. Tuorepaino (FW) määritettiin heti sadonkorjuun jälkeen digitaalivaa'alla. Lehdet laitettiin sitten vedellä täytettyyn muovisäiliöön ja jätettiin pimeään huoneenlämpöön (22 °C) 48 tunniksi. Sitten lehdet punnittiin digitaalivaa'alla ja laajentunut paino (TW) kirjattiin muistiin. Turvonneet lehdet kuivattiin uunissa 75 °C:ssa 48 tuntia ja niiden kuivapaino (DW) kirjattiin muistiin.
Suhteellinen klorofyllipitoisuus määritettiin klorofyllimittarilla (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) ja ilmaistiin atLeaf-yksiköinä (Dey et al., 2016). PSII:n maksimaalisen kvanttitehokkuuden lukemat (Fv/Fm-suhde) tallennettiin jatkuvatoimisella klorofyllifluorimetrillä (Handy PEA, Hansatech Instruments, Iso-Britannia). Lehtiä sopeutettiin pimeään lehtipihtien avulla 20 minuutin ajan ennen Fv/Fm-mittauksia (Restrepo-Diaz ja Garces-Varon, 2013). Kun lehdet olivat tottuneet pimeään, mitattiin lähtötaso (F0) ja maksimaalinen fluoresenssi (Fm). Näistä tiedoista laskettiin muuttuva fluoresenssi (Fv = Fm – F0), muuttuvan fluoresenssin suhde maksimaaliseen fluoresenssiin (Fv/Fm), PSII-fotokemian maksimaalinen kvanttituotto (Fv/F0) ja suhde Fm/F0 (Baker, 2008; Lee et al., 2017). Suhteelliset klorofylli- ja klorofyllifluoresenssilukemat otettiin samoista lehdistä, joita käytettiin gs-mittauksiin.
Biokemiallisiksi muuttujiksi kerättiin noin 800 mg lehtien tuorepainoa. Lehtinäytteet homogenisoitiin nestemäisessä typessä ja säilytettiin jatkoanalyysiä varten. Kudoksen klorofylli a:n, b:n ja karotenoidien pitoisuuden arvioimiseksi käytetty spektrometrinen menetelmä perustuu Wellburnin (1994) kuvaamaan menetelmään ja yhtälöihin. Lehtikudosnäytteet (30 mg) kerättiin ja homogenisoitiin 3 ml:ssa 80-prosenttista asetonia. Näytteet sentrifugoitiin sitten (malli 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, USA) nopeudella 5000 rpm 10 minuutin ajan hiukkasten poistamiseksi. Supernatantti laimennettiin lopulliseen tilavuuteen 6 ml lisäämällä 80-prosenttista asetonia (Sims ja Gamon, 2002). Klorofyllipitoisuus määritettiin aallonpituuksilla 663 (klorofylli a) ja 646 (klorofylli b) nm ja karotenoidipitoisuus 470 nm:ssä spektrofotometrillä (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA).
Hodgesin ym. (1999) kuvaamaa tiobarbituurihappomenetelmää (TBA) käytettiin kalvolipidiperoksidaation (MDA) arviointiin. Noin 0,3 g lehtikudosta homogenisoitiin myös nestemäisessä typessä. Näytteet sentrifugoitiin nopeudella 5000 rpm ja absorbanssi mitattiin spektrofotometrillä aallonpituuksilla 440, 532 ja 600 nm. Lopuksi MDA-pitoisuus laskettiin käyttämällä ekstinktiokerrointa (157 M ml−1).
Kaikkien käsittelyjen proliinipitoisuus määritettiin Batesin ym. (1973) kuvaamalla menetelmällä. Säilytettyyn näytteeseen lisättiin 10 ml 3-prosenttista sulfosalisyylihapon vesiliuosta ja suodatettiin Whatman-suodatinpaperin (nro 2) läpi. Sitten 2 ml tätä suodosta saatettiin reagoimaan 2 ml:n kanssa ninvetyhappoa ja 2 ml:n kanssa jääetikkaa. Seos asetettiin vesihauteeseen 90 °C:ssa 1 tunniksi. Reaktio pysäytettiin inkuboimalla jäillä. Ravista putkea voimakkaasti vortex-ravistimella ja liuota tuloksena oleva liuos 4 ml:aan tolueenia. Absorbanssiarvot määritettiin 520 nm:ssä käyttäen samaa spektrofotometriä, jota käytettiin fotosynteettisten pigmenttien kvantifiointiin (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA).
Gerhardsin ym. (2016) kuvaama menetelmä latvustuksen lämpötilan ja CSI:n laskemiseksi. Lämpökuvat otettiin FLIR 2 -kameralla (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) ±2 °C:n tarkkuudella stressijakson lopussa. Aseta valkoinen pinta kasvin taakse valokuvausta varten. Jälleen kahta tehdasta pidettiin referenssimalleina. Kasvit asetettiin valkoiselle pinnalle; toinen päällystettiin maanviljelyyn tarkoitetulla apuaineella (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Kolumbia) kaikkien ilmarakojen avautumisen simuloimiseksi [märkätila (Twet)], ja toinen oli lehti ilman mitään käsittelyä [kuivatila (Tdry)] (Castro-Duque ym., 2020). Kameran ja ruukun välinen etäisyys kuvauksen aikana oli 1 m.
Suhteellinen toleranssi-indeksi laskettiin epäsuorasti käyttämällä käsiteltyjen kasvien ilmarakojen konduktanssia (g) verrattuna kontrollikasveihin (kasvit ilman stressikäsittelyjä ja kasvunsäätelijöitä) tässä tutkimuksessa arvioitujen käsiteltyjen genotyyppien toleranssin määrittämiseksi. RTI saatiin käyttämällä Chávez-Arias et al. (2020) -julkaisusta mukautettua yhtälöä.
Jokaisessa kokeessa määritettiin ja tallennettiin kaikki edellä mainitut fysiologiset muuttujat 55 DAE:n kohdalla käyttäen täysin laajentuneita lehtiä, jotka oli kerätty latvuston yläosasta. Lisäksi mittaukset tehtiin kasvukammiossa, jotta vältettiin kasvien kasvuympäristön muutokset.
Ensimmäisen ja toisen kokeen tiedot analysoitiin yhdessä koesarjana. Kukin koeryhmä koostui viidestä kasvista, ja jokainen kasvi muodosti kokeellisen yksikön. Varianssianalyysi (ANOVA) suoritettiin (P ≤ 0,05). Kun havaittiin merkittäviä eroja, käytettiin Tukeyn post hoc -vertailutestiä arvolla P ≤ 0,05. Prosenttiarvojen muuntamiseen käytettiin arcussinifunktiota. Tiedot analysoitiin Statistix v 9.0 -ohjelmistolla (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) ja piirrettiin SigmaPlot-ohjelmalla (versio 10.0; Systat Software, San Jose, CA, USA). Pääkomponenttianalyysi suoritettiin InfoStat 2016 -ohjelmistolla (Analysis Software, National University of Cordoba, Argentiina) parhaiden tutkittavien kasvien kasvunsäätelijöiden tunnistamiseksi.
Taulukossa 1 on yhteenveto ANOVAsta, joka näyttää kokeet, eri käsittelyt ja niiden vuorovaikutukset lehtien fotosynteettisten pigmenttien (klorofylli a, b, kokonaismäärä ja karotenoidit), malondialdehydin (MDA) ja proliinipitoisuuden sekä ilmarakojen konduktanssin kanssa. Syttyvien pigmenttien, suhteellisen vesipitoisuuden (RWC), klorofyllipitoisuuden, klorofylli alfan fluoresenssiparametrien, latvuslämpötilan (PCT) (°C), sadon stressiindeksin (CSI) ja riisikasvien suhteellisen sietokykyindeksin vaikutus 55 DAE:n jälkeen.
Taulukko 1. Yhteenveto ANOVA-tiedoista riisin fysiologisista ja biokemiallisista muuttujista kokeiden (genotyypit) ja lämpöstressikäsittelyjen välillä.
Taulukossa 2 on esitetty kokeiden ja käsittelyjen väliset erot (P≤0,01) lehtien fotosynteettisten pigmenttien vuorovaikutuksissa, suhteellisessa klorofyllipitoisuudessa (Atleaf-lukemat) ja alfa-klorofyllin fluoresenssiparametreissa. Korkeat päivä- ja yölämpötilat lisäsivät klorofyllin ja karotenoidien kokonaispitoisuuksia. Riisin taimet, joihin ei ollut ruiskutettu fytohormoneja (2,36 mg g-1 "F67":lle ja 2,56 mg g-1 "F2000":lle) verrattuna optimaalisissa lämpötilaolosuhteissa kasvatettuihin kasveihin (2,67 mg g-1), osoittivat alhaisempaa klorofyllin kokonaispitoisuutta. Molemmissa kokeissa "F67":n ja "F2000":n pitoisuus oli 2,80 mg g-1. Lisäksi riisin taimet, joita käsiteltiin AUX- ja GA-sumutteiden 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 GA = 1,45 mg g-1 "F67":lle; AUX = 2,24 mg) g-1 ja GA = 1,43 mg g-1 ("F2000":lle) lämpöstressin olosuhteissa. Lämpöstressin olosuhteissa BR-lehtikäsittely johti tämän muuttujan lievään nousuun molemmissa genotyypeissä. Lopuksi CK-lehtikäsittely osoitti korkeimmat fotosynteettisen pigmentin arvot kaikista käsittelyistä (AUX, GA, BR, SC ja AC-käsittelyt) genotyypeissä F67 (3,24 mg g-1) ja F2000 (3,65 mg g-1). Myös klorofyllin suhteellinen pitoisuus (Atleaf-yksikkö) laski yhdistetyn lämpöstressin vaikutuksesta. Myös korkeimmat arvot kirjattiin molemmissa genotyypeissä CC:llä ruiskutetuilla kasveilla (41,66 "F67":llä ja 49,30 "F2000":llä). Fv- ja Fv/Fm-suhteissa oli merkittäviä eroja käsittelyjen ja lajikkeiden välillä (taulukko 2). Kaiken kaikkiaan näistä muuttujista lajike F67 oli vähemmän altis lämpöstressille kuin lajike F2000. Fv- ja Fv/Fm-suhteet kärsivät enemmän toisessa kokeessa. Stressissä olleilla 'F2000'-taimeilla, joita ei ruiskutettu fytohormoneilla, oli alhaisimmat Fv-arvot (2120,15) ja Fv/Fm-suhteet (0,59), mutta CK:lla ruiskutettu lehtiin nämä arvot auttoi palauttamaan (Fv: 2591, 89, Fv/Fm-suhde: 0,73). , saaden samanlaisia ​​lukemia kuin optimaalisissa lämpötilaolosuhteissa kasvatetuilla ”F2000”-kasveilla (Fv: 2955,35, Fv/Fm-suhde: 0,73:0,72). Alkuperäisessä fluoresenssissa (F0), maksimifluoresenssissa (Fm), PSII:n maksimifotokemiallisessa kvanttisaannossa (Fv/F0) ja Fm/F0-suhteessa ei ollut merkittäviä eroja. Lopuksi BR osoitti samanlaista trendiä kuin CK:lla havaittiin (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-yksikkö), klorofyllin fluoresenssiparametrit (alkufluoresenssi (F0), maksimifluoresenssi (Fm), vaihteleva fluoresenssi (Fv), maksimaalinen PSII-tehokkuus (Fv/Fm), PSII:n fotokemiallinen maksimaalinen kvanttisaanto (Fv/F0) ja Fm/F0 kahden riisin genotyypin kasveissa [Federrose 67 (F67) ja Federrose 2000 (F2000)] 55 päivää itämisen jälkeen (DAE)).
Eri tavoin käsiteltyjen riisikasvien suhteellinen vesipitoisuus (RWC) erosi (P ≤ 0,05) kokeellisten ja lehtikäsittelyjen vuorovaikutuksessa (kuva 1A). SA-käsittelyssä molemmilla genotyypeillä kirjattiin alhaisimmat arvot (74,01 % F67:llä ja 76,6 % F2000:lla). Lämpöstressiolosuhteissa eri fytohormoneilla käsiteltyjen molempien genotyyppien riisikasvien RWC kasvoi merkittävästi. Kaiken kaikkiaan CK:n, GA:n, AUX:n tai BR:n lehtikäsittelyt nostivat RWC:n arvoihin, jotka olivat samankaltaisia ​​kuin optimaalisissa olosuhteissa kokeen aikana kasvatettujen kasvien arvot. Absoluuttisella kontrollilla ja lehtiin ruiskutetuilla kasveilla kirjattiin noin 83 %:n arvot molemmilla genotyypeillä. Toisaalta myös gs:t osoittivat merkittäviä eroja (P ≤ 0,01) kokeen ja käsittelyn vuorovaikutuksessa (kuva 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 altistetut riisikasvit osoittivat alhaisimmat gs-arvot molemmille genotyypeille (150,60 mmol m-2s-1 F67:lle ja 171,32 mmol m-2s-1 F2000:lle). Lehtikäsittely kaikilla kasvunsäätelyaineilla lisäsi myös g:tä. CC:llä ruiskutetuilla F2000-riisikasveilla fytohormoneilla ruiskuttamisen vaikutus oli selvempi. Tässä kasviryhmässä ei havaittu eroja absoluuttiseen kontrollikasviin 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), ilmarakojen konduktanssiin (gs) (B), malondialdehydin (MDA) tuotantoon (C) ja proliinipitoisuuteen (D) kahden riisigenotyypin (F67 ja F2000) kasveissa 55 päivää itämisen jälkeen (DAE). Kunkin genotyypin arvioituihin käsittelyihin kuuluivat: absoluuttinen kontrolli (AC), lämpöstressin kontrolli (SC), lämpöstressi + auksiini (AUX), lämpöstressi + gibberelliini (GA), lämpöstressi + solumitogeeni (CK) ja lämpöstressi + brassinosteroidi (BR). Jokainen sarake edustaa viiden datapisteen keskiarvoa ± keskivirhe (n = 5). Eri kirjaimilla merkityt sarakkeet osoittavat tilastollisesti merkitseviä eroja Tukeyn testin mukaan (P ≤ 0,05). Yhtäläisyysmerkillä merkityt kirjaimet osoittavat, että keskiarvo ei ole tilastollisesti merkitsevä (≤ 0,05).
Myös MDA- (P ≤ 0,01) ja proliinin (P ≤ 0,01) pitoisuudet erosivat merkittävästi kokeen ja fytohormonikäsittelyjen vuorovaikutuksessa (kuva 1C, D). Molemmissa genotyypeissä havaittiin lisääntynyttä lipidiperoksidaatiota SC-käsittelyn yhteydessä (kuva 1C), mutta lehtien kasvunsäätelijäsumutteella käsitellyillä kasveilla havaittiin vähentynyttä lipidiperoksidaatiota molemmissa genotyypeissä. Yleisesti ottaen fytohormonien (CA, AUC, BR tai GA) käyttö johtaa lipidiperoksidaation (MDA-pitoisuuden) vähenemiseen. Kahden genotyypin AC-kasvien ja lämpöstressin alaisten ja fytohormoneilla ruiskutettujen kasvien välillä ei havaittu eroja (havaitut FW-arvot "F67"-kasveilla vaihtelivat välillä 4,38–6,77 µmol g-1 ja FW "F2000"-kasveilla havaitut arvot vaihtelivat välillä 2,84–9,18 µmol g-1). Toisaalta proliinin synteesi "F67"-kasveissa oli alhaisempi kuin yhdistetyn stressin alaisina olevilla "F2000"-kasveilla, mikä johti proliinin tuotannon lisääntymiseen. Lämpöstressin alaisina olleissa riisikasveissa havaittiin molemmissa kokeissa, että näiden hormonien anto lisäsi merkittävästi F2000-kasvien aminohappopitoisuutta (AUX ja BR olivat 30,44 ja 18,34 µmol g-1) (kuva 1G).
Lehtikäsittelyn, jossa kasveja käsiteltiin kasvunsäätelijällä, ja yhdistetyn lämpöstressin vaikutukset kasvien latvuslämpötilaan ja suhteelliseen sietokykyyn (RTI), on esitetty kuvissa 2A ja B. Molempien genotyyppien osalta AC-kasvien latvuslämpötila oli lähellä 27 °C ja SC-kasvien noin 28 °C. Havaittiin myös, että CK- ja BR-lehtikäsittelyt laskivat latvuslämpötilaa 2–3 °C SC-kasveihin verrattuna (kuva 2A). RTI käyttäytyi samalla tavalla kuin muut fysiologiset muuttujat, ja kokeen ja käsittelyn välisessä vuorovaikutuksessa oli merkittäviä eroja (P ≤ 0,01) (kuva 2B). SC-kasvit osoittivat alhaisempaa kasvien sietokykyä molemmissa genotyypeissä (34,18 % ja 33,52 % "F67"- ja "F2000"-riisikasveilla). Fytohormonien lehtikäsittely parantaa RTI:tä korkean lämpötilastressin kokeissa kasveissa. Tämä vaikutus oli selvempi CC-kasveilla ruiskutetuissa "F2000"-kasveissa, joissa RTI oli 97,69. Toisaalta merkittäviä eroja havaittiin vain riisikasvien satojännitysindeksissä (CSI) lehtien ruiskutusstressiolosuhteissa (P ≤ 0,01) (kuva 2B). Vain monimutkaiselle lämpöstressille alttiilla riisikasveilla oli korkein stressi-indeksin arvo (0,816). Kun riisikasveja ruiskutettiin erilaisilla fytohormoneilla, stressi-indeksi oli alhaisempi (arvot 0,6–0,67). Lopuksi optimaalisissa olosuhteissa kasvatetulla riisikasvilla oli arvo 0,138.
Kuva 2. Yhdistetyn lämpöstressin (40°/30°C päivä/yö) vaikutukset kahden kasvilajin latvuston lämpötilaan (A), suhteelliseen sietokykyindeksiin (RTI) (B) ja satojännitysindeksiin (CSI) (C). Kaupalliset riisin genotyypit (F67 ja F2000) altistettiin erilaisille lämpökäsittelyille. Kunkin genotyypin osalta arvioituihin käsittelyihin kuuluivat: absoluuttinen kontrolli (AC), lämpöstressin kontrolli (SC), lämpöstressi + auksiini (AUX), lämpöstressi + gibberelliini (GA), lämpöstressi + solumitogeeni (CK) ja lämpöstressi + brassinosteroidi (BR). Yhdistetty lämpöstressi tarkoittaa riisikasvien altistamista korkeille päivä-/yölämpötiloille (40°/30°C päivä/yö). Jokainen sarake edustaa viiden datapisteen keskiarvoa ± keskivirhettä (n = 5). Eri kirjaimilla merkityt sarakkeet osoittavat tilastollisesti merkitseviä eroja Tukeyn testin mukaan (P ≤ 0,05). Yhtäläisyysmerkillä merkityt kirjaimet osoittavat, että keskiarvo ei ole tilastollisesti merkitsevä (≤ 0,05).
Pääkomponenttianalyysi (PCA) paljasti, että 55 DAE:n kohdalla arvioidut muuttujat selittivät 66,1 % kasvunsäätelijäsumutteella käsiteltyjen lämpöstressin alaisten riisikasvien fysiologisista ja biokemiallisista vasteista (kuva 3). Vektorit edustavat muuttujia ja pisteet kasvunsäätelijöitä (GR). G-muuttujien, klorofyllipitoisuuden, PSII:n maksimaalisen kvanttitehokkuuden (Fv/Fm) ja biokemiallisten parametrien (TChl, MDA ja proliini) vektorit ovat lähellä lähtöpistettä, mikä osoittaa korkeaa korrelaatiota kasvien fysiologisen käyttäytymisen ja niiden muuttujan välillä. Yksi ryhmä (V) sisälsi optimaalisessa lämpötilassa (AT) kasvatettuja riisin taimia ja CK:lla ja BA:lla käsiteltyjä F2000-kasveja. Samaan aikaan suurin osa GR:llä käsitellyistä kasveista muodosti erillisen ryhmän (IV), ja GA-käsittely F2000-ryhmässä muodosti erillisen ryhmän (II). Sitä vastoin lämpöstressin alaiset riisin taimet (ryhmät I ja III), joita ei käsitelty fytohormonien lehtisumutteella (molemmat genotyypit olivat SC), sijaitsivat ryhmän V vastakkaisella vyöhykkeellä, mikä osoittaa lämpöstressin vaikutuksen kasvifysiologiaan.
Kuva 3. Yhdistetyn lämpöstressin (40°/30°C päivä/yö) vaikutusten bigraafinen analyysi kahden riisigenotyypin (F67 ja F2000) kasveihin 55 päivää taimettumisen jälkeen (DAE). Lyhenteet: AC F67, absoluuttinen kontrolli F67; SC F67, lämpöstressin kontrolli F67; AUX F67, lämpöstressi + auksiini F67; GA F67, lämpöstressi + gibberelliini F67; CK F67, lämpöstressi + solunjakautuminen BR F67, lämpöstressi + brassinosteroidi. F67; AC F2000, absoluuttinen kontrolli F2000; SC F2000, lämpöstressin kontrolli F2000; AUX F2000, lämpöstressi + auksiini F2000; GA F2000, lämpöstressi + gibberelliini F2000; CK F2000, lämpöstressi + sytokiniini, BR F2000, lämpöstressi + messinkisteroidi; F2000.
Muuttujat, kuten klorofyllipitoisuus, ilmarakojen 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 kasvunsäätelyn vaikutusta riisin taimien fysiologisiin ja biokemiallisiin parametreihin monimutkaisissa lämpöstressiolosuhteissa. Taimien testaus on yksinkertainen ja nopea menetelmä riisin taimien samanaikaiseen arviointiin käytettävissä olevan infrastruktuurin koosta tai kunnosta riippuen (Sarsu et al. 2018). Tutkimuksen tulokset osoittivat, että yhdistetty lämpöstressi aiheuttaa erilaisia ​​fysiologisia ja biokemiallisia vasteita kahdessa riisin genotyypissä, mikä viittaa sopeutumisprosessiin. Nämä tulokset osoittavat myös, että lehtien kasvunsäätelyaineilla (pääasiassa sytokiniineilla ja brassinosteroideilla) tehdyt ruiskutukset auttavat riisiä sopeutumaan monimutkaiseen lämpöstressiin, sillä suosio vaikuttaa pääasiassa gs:ään, RWC:hen, Fv/Fm-suhteeseen, fotosynteettisiin pigmentteihin ja proliinipitoisuuteen.
Kasvunsäätelyaineiden käyttö auttaa parantamaan riisikasvien vedenpitoa lämpöstressin aikana, mikä voi liittyä suurempaan stressiin ja alhaisempiin kasvien latvuston lämpötiloihin. Tämä tutkimus osoitti, että "F2000" (alttiiden genotyyppien) 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 sopeutumisvasteen ja agronomisten strategioiden vaikutukset lämpöstressiin (Restrepo-Diaz ja Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et al., 2021). Lehtien CK tai BR lisäävät g:tä stressin aikana, koska nämä kasvihormonit voivat edistää ilmarakojen avautumista synteettisten vuorovaikutusten kautta muiden signalointimolekyylien, kuten ABA:n (ilmarakojen sulkeutumisen edistäjä abioottisessa stressissä) kanssa (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). ). , 2014). Ilmarakojen avautuminen edistää lehtien jäähtymistä ja auttaa alentamaan latvustuksen lämpötilaa (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). Näistä syistä CK:lla tai BR:llä ruiskutettujen riisikasvien latvustuksen lämpötila voi olla alhaisempi yhdistetyn lämpöstressin alaisena.
Korkea lämpötilastressi voi vähentää lehtien fotosynteettisten pigmenttien määrää (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). Tässä tutkimuksessa, kun riisikasvit olivat lämpöstressin alaisia ​​eikä niitä ruiskutettu kasvunsäätelyaineilla, fotosynteettiset pigmentit yleensä vähenivät molemmissa genotyypeissä (taulukko 2). Feng et al. (2013) raportoivat myös merkittävän klorofyllipitoisuuden laskun kahden lämpöstressille altistetun vehnägenotyypin lehdissä. Altistuminen korkeille lämpötiloille johtaa usein klorofyllipitoisuuden vähenemiseen, mikä voi johtua klorofyllin biosynteesin vähenemisestä, pigmenttien hajoamisesta tai näiden yhteisvaikutuksista lämpöstressin aikana (Fahad et al., 2017). Pääasiassa CK:lla ja BA:lla käsitellyt riisikasvit kuitenkin lisäsivät lehtien fotosynteettisten pigmenttien pitoisuutta lämpöstressin alaisena. Samanlaisia ​​tuloksia raportoivat myös Jespersen ja Huang (2015) sekä Suchsagunpanit et al. (2015), jotka havaitsivat lehtien klorofyllipitoisuuden lisääntymistä zeatiinin ja epibrassinosteroidihormonien levittämisen jälkeen lämpöstressin alaisena olevassa ruiskaunotarohkassa ja riisissä. Kohtuullinen selitys sille, miksi CK ja BR edistävät lehtien klorofyllipitoisuuden nousua yhdistetyn lämpöstressin aikana, on se, että CK voi tehostaa ilmentymispromoottoreiden (kuten vanhenemista aktivoivan promoottorin (SAG12) tai HSP18-promoottorin) pitkäkestoisen induktion käynnistymistä ja vähentää klorofyllin hävikkiä lehdissä, hidastaa lehtien vanhenemista ja lisätä 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 kasvihormonia (CK ja BR) edistävät myös lämpöshokkiproteiinien ilmentymistä ja parantavat erilaisia ​​aineenvaihdunnallisia 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 yleisesti paransi PSII:n suorituskykyä monimutkaisissa lämpöstressiolosuhteissa. Samanlaisia ​​tuloksia saivat Suchsagunpanit ym. (2015), jotka havaitsivat, että BR:n levitys lisäsi PSII:n tehokkuutta riisin lämpöstressissä. Kumar ym. (2020) havaitsivat myös, että CK:lla (6-bentsyyliadeniini) käsitellyt ja lämpöstressille altistetut kikhernekasvit lisäsivät Fv/Fm-suhdetta. Tämä päätteli, että CK:n lehtiin levittäminen aktivoimalla zeaksantiinipigmenttisykliä edisti PSII:n aktiivisuutta. Lisäksi BR-lehtisumute suosi PSII:n fotosynteesiä yhdistetyissä stressiolosuhteissa, mikä osoittaa, että tämän kasvihormonin levitys vähensi PSII-antennien viritysenergian hävikkiä ja edisti pienten lämpöshokkiproteiinien kertymistä kloroplasteihin (Ogweno ym. 2008; Kothari ja Lachowitz). , 2021).
MDA:n ja proliinin pitoisuudet usein lisääntyvät abioottisen stressin alaisena verrattuna optimaalisissa olosuhteissa kasvatettuihin kasveihin (Alvarado-Sanabria et al. 2017). Aiemmat tutkimukset ovat myös osoittaneet, että MDA:n ja proliinin pitoisuudet ovat biokemiallisia indikaattoreita, joita voidaan käyttää ymmärtämään riisin sopeutumisprosessia tai viljelykäytäntöjen vaikutusta päivä- tai yöaikaisissa korkeissa lämpötiloissa (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al., 2021). Nämä tutkimukset osoittivat myös, että MDA:n ja proliinin pitoisuudet olivat yleensä korkeampia riisikasveilla, jotka altistettiin korkeille lämpötiloille yöllä tai päivällä. CK:n ja BR:n lehtisumutus kuitenkin osaltaan vähensi MDA:ta ja lisäsi proliinitasoja, pääasiassa tolerantissa genotyypissä (Federroz 67). CK-ruiskutus voi edistää sytokiniinioksidaasin/dehydrogenaasin yliekspressiota, mikä lisää suojaavien yhdisteiden, kuten betaiinin ja proliinin, pitoisuutta (Liu et al., 2020). BR edistää osmoprotektanttien, kuten betaiinin, sokereiden ja aminohappojen (mukaan lukien vapaan proliinin), induktiota ja ylläpitää solujen osmoottista tasapainoa monissa epäsuotuisissa ympäristöolosuhteissa (Kothari ja Lachowiec, 2021).
Kasvisstressi-indeksiä (CSI) ja suhteellista sietokykyindeksiä (RTI) käytetään määrittämään, auttavatko arvioitavat käsittelyt lieventämään erilaisia ​​stressitekijöitä (abioottisia ja bioottisia) ja onko niillä positiivinen vaikutus kasvin fysiologiaan (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). CSI-arvot voivat vaihdella välillä 0–1, mikä edustaa vastaavasti stressittömiä ja stressiolosuhteita (Lee et al., 2010). Lämpöstressissä (SC) olevien 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) lehtien ruiskutus johti kuitenkin pääasiassa tämän indikaattorin laskuun abioottisissa stressiolosuhteissa verrattuna SC-riisikasveihin. F2000-kasveilla RTI-arvo nousi enemmän käytettäessä CA:ta (97,69 %) ja BC:tä (60,73 %) verrattuna SA:han (33,52 %), mikä osoittaa, että nämä kasvien kasvunsäätelyaineet myös parantavat riisin sietokykyä koostumuksen ylikuumenemiseen. Näitä indeksejä on ehdotettu stressitekijöiden hallintaan eri lajeilla. Lee et al. (2010) teki tutkimuksen, joka osoitti, että kahden puuvillalajikkeen CSI-arvo kohtalaisessa vesistressissä oli noin 0,85, kun taas hyvin kasteltujen lajikkeiden CSI-arvot vaihtelivat 0,4:n ja 0,6:n välillä. Tämä päätteli, että tämä indeksi on indikaattori lajikkeiden veden sopeutumisesta stressaaviin olosuhteisiin. Lisäksi Chavez-Arias et al. (2020) arvioivat synteettisten elisiittorien tehokkuutta kokonaisvaltaisena stressinhallintastrategiana C. elegans -kasveissa ja havaitsivat, että näillä yhdisteillä ruiskutetuilla kasveilla oli korkeampi RTI-arvo (65 %). Edellä esitetyn perusteella CK:ta ja BR:ää voidaan pitää agronomisina strategioina, joilla pyritään lisäämään riisin sietokykyä monimutkaiselle lämpöstressille, koska nämä kasvien kasvunsäätelyaineet indusoivat positiivisia biokemiallisia ja fysiologisia vasteita.
Viime vuosina riisintutkimus Kolumbiassa on keskittynyt korkeita päivä- tai yölämpötiloja sietävien genotyyppien arviointiin fysiologisten tai biokemiallisten ominaisuuksien avulla (Sánchez-Reinoso ym., 2014; Alvarado-Sanabria ym., 2021). Viime vuosina käytännöllisten, taloudellisten ja kannattavien teknologioiden analysointi on kuitenkin tullut yhä tärkeämmäksi integroidun viljelyn ehdottamiseksi maan monimutkaisten lämpöstressijaksojen vaikutusten parantamiseksi (Calderón-Páez ym., 2021; Quintero-Calderon ym., 2021). Siten tässä tutkimuksessa havaitut riisikasvien fysiologiset ja biokemialliset vasteet monimutkaiseen lämpöstressiin (40 °C päivä/30 °C yö) viittaavat siihen, että lehtien ruiskutus CK:lla tai BR:llä voi olla sopiva viljelymenetelmä haitallisten vaikutusten lieventämiseksi. Kohtalaisen lämpöstressin jaksojen vaikutus. Nämä käsittelyt paransivat molempien riisin genotyyppien sietokykyä (alhainen CSI ja korkea RTI), mikä osoittaa yleisen trendin kasvien fysiologisissa ja biokemiallisissa vasteissa yhdistetyn lämpöstressin aikana. Riisikasvien pääasiallinen vaste oli GC:n, kokonaisklorofyllin, klorofyllien α ja β sekä karotenoidien pitoisuuden lasku. Lisäksi kasvit kärsivät PSII-vaurioista (klorofyllin fluoresenssiparametrien, kuten Fv/Fm-suhteen, lasku) ja lipidiperoksidaation lisääntymisestä. Toisaalta, kun riisiä käsiteltiin CK:lla ja BR:llä, nämä negatiiviset vaikutukset lievenivät ja proliinipitoisuus kasvoi (kuva 4).
Kuva 4. Käsitteellinen malli yhdistetyn lämpöstressin ja lehtien kasvunsäätelyaineen ruiskutuksen vaikutuksista riisikasveihin. Punaiset ja siniset nuolet osoittavat lämpöstressin ja BR:n (brassinosteroidi) ja CK:n (sytokiniini) lehtien ruiskutuksen välisen vuorovaikutuksen negatiiviset tai positiiviset vaikutukset fysiologisiin ja biokemiallisiin vasteisiin. gs: ilmarakojen konduktanssi; Total Chl: klorofyllin kokonaispitoisuus; Chl α: klorofylli β:n pitoisuus; Cx+c: karotenoidipitoisuus;
Yhteenvetona voidaan todeta, että tämän tutkimuksen fysiologiset ja biokemialliset vasteet osoittavat, että Fedearroz 2000 -riisikasvit ovat alttiimpia monimutkaiselle lämpöstressille kuin Fedearroz 67 -riisikasvit. Kaikki tässä tutkimuksessa arvioidut kasvunsäätelyaineet (auksiinit, gibberelliinit, sytokiniinit tai brassinosteroidit) osoittivat jonkinasteista yhdistettyä lämpöstressin vähenemistä. Sytokiniini ja brassinosteroidit kuitenkin paransivat kasvien sopeutumista, koska molemmat kasvunsäätelyaineet lisäsivät klorofyllipitoisuutta, alfa-klorofyllin fluoresenssiparametreja, gs:ää ja RWC:tä verrattuna riisikasveihin, joihin ei ollut käsitelty mitään, ja ne myös alensivat MDA-pitoisuutta ja latvustuksen lämpötilaa. Yhteenvetona voidaan todeta, että kasvunsäätelyaineiden (sytokiniinien ja brassinosteroidien) käyttö on hyödyllinen työkalu riisikasvien stressiolosuhteiden hallinnassa, jotka johtuvat voimakkaasta lämpöstressistä korkeiden lämpötilojen aikana.
Tutkimuksessa esitetyt alkuperäiset materiaalit ovat artikkelin mukana, ja lisätiedustelut voi osoittaa vastaavalle kirjoittajalle.