A rizstermelés csökken a klímaváltozás és a vidék változékonysága miatt Kolumbiában.Növénynövekedés-szabályozók...stratégiaként alkalmazták a hőstressz csökkentésére különböző növényekben. Ezért a tanulmány célja két kereskedelmi forgalomban kapható rizs genotípus fiziológiai hatásainak (sztómavezető képesség, sztómavezető képesség, teljes klorofilltartalom, Fv/Fm arány) és biokémiai változóinak (malondialdehid (MDA) és prolinsavtartalom) értékelése volt kombinált hőstressznek kitéve (magas nappali és éjszakai hőmérséklet), lombkorona hőmérséklete és relatív víztartalom) és biokémiai változóinak (malondialdehid (MDA) és prolinsav-tartalom) értékelése. Az első és a második kísérletet két rizs genotípus, a Federrose 67 („F67”) és a Federrose 2000 („F2000”) növényeivel végezték. Mindkét kísérletet együttesen, kísérletsorozatként elemezték. A megállapított kezelések a következők voltak: abszolút kontroll (AC) (optimális hőmérsékleten (nappali/éjszakai hőmérséklet 30/25°C) termesztett rizsnövények), hőstressz-kontroll (SC) [csak kombinált hőstressznek kitett rizsnövények (40/25°C). 30°C)], és a rizsnövényeket stressz alá helyezték, majd kétszer (5 nappal a hőstressz előtt és 5 nappal utána) növényi növekedésszabályozókkal (stressz+AUX, stressz+BR, stressz+CK vagy stressz+GA) permetezték. Az SA-val történő permetezés mindkét fajta teljes klorofilltartalmát növelte (az „F67″ és az „F2000″” rizsnövények friss tömege 3,25, illetve 3,65 mg/g volt) az SC növényekhez képest (az „F67″ növények friss tömege 2,36, illetve 2,56 mg/g volt). g-1)” és az „F2000″ rizs esetében a CK lombtrágyázása általában javította az „F2000″” rizsnövények sztómavezető képességét (499,25 vs. 150,60 mmol m-2 s) a hőstressz-kontrollhoz képest. A hőstressz hatására a növény koronájának hőmérséklete 2–3 °C-kal csökkent, és a növények MDA-tartalma is csökkent. A relatív toleranciaindex azt mutatja, hogy a CK (97,69%) és a BR (60,73%) lombtrágyázása segíthet enyhíteni a kombinált hőstressz problémáját, főként az F2000-es rizsnövényeknél. Összefoglalva, a BR vagy CK lombtrágyázása agronómiai stratégiának tekinthető, amely segít csökkenteni a kombinált hőstressz negatív hatásait a rizsnövények fiziológiai viselkedésére.
A rizs (Oryza sativa) a Poaceae családba tartozik, és a kukorica és a búza mellett a világ egyik leggyakrabban termesztett gabonanövénye (Bajaj és Mohanty, 2005). A rizstermesztő terület 617 934 hektár, az országos termelés 2020-ban 2 937 840 tonna volt, átlagosan 5,02 tonna/ha hozammal (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
A globális felmelegedés hatással van a rizstermésre, ami különféle abiotikus stresszhez vezet, mint például a magas hőmérséklet és az aszályos időszakok. Az éghajlatváltozás a globális hőmérséklet emelkedését okozza; A hőmérséklet a 21. században várhatóan 1,0–3,7°C-kal fog emelkedni, ami növelheti a hőstressz gyakoriságát és intenzitását. A megnövekedett környezeti hőmérséklet hatással volt a rizsre, ami a terméshozamok 6–7%-os csökkenését okozta. Másrészt az éghajlatváltozás kedvezőtlen környezeti feltételeket is teremt a növények számára, például súlyos aszályos időszakokat vagy magas hőmérsékletet a trópusi és szubtrópusi régiókban. Ezenkívül az olyan változékonysági események, mint az El Niño, hőstresszhez vezethetnek és súlyosbíthatják a terméskárokat egyes trópusi régiókban. Kolumbiában a rizstermő területeken a hőmérséklet várhatóan 2–2,5°C-kal emelkedik 2050-re, ami csökkenti a rizstermelést és befolyásolja a termékáramlást a piacokra és az ellátási láncokba.
A legtöbb rizsnövényt olyan területeken termesztik, ahol a hőmérséklet közel van a növénynövekedés optimális tartományához (Shah et al., 2011). A jelentések szerint az optimális átlagos nappali és éjszakai hőmérséklet arizs növekedése és fejlődéseáltalában 28°C, illetve 22°C (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). Az ezen küszöbértékek feletti hőmérsékletek közepes vagy súlyos hőstressz időszakokat okozhatnak a rizsfejlődés érzékeny szakaszaiban (bokorképződés, virágzás, virágzás és szemtelítődés), ezáltal negatívan befolyásolva a szemtermést. Ez a terméshozam-csökkenés főként a hosszú hőstressz időszakoknak köszönhető, amelyek befolyásolják a növény fiziológiáját. Különböző tényezők, például a stressz időtartama és az elért maximális hőmérséklet kölcsönhatása miatt a hőstressz visszafordíthatatlan károsodást okozhat a növények anyagcseréjében és fejlődésében.
A hőstressz számos fiziológiai és biokémiai folyamatot érint a növényekben. A levélfotoszintézis az egyik legérzékenyebb folyamat a rizsnövényekben, mivel a fotoszintézis sebessége 50%-kal csökken, ha a napi hőmérséklet meghaladja a 35°C-ot. A rizsnövények fiziológiai válaszai a hőstressz típusától függően változnak. Például a fotoszintézis sebessége és a sztómavezető képessége gátolt, ha a növények magas nappali hőmérsékletnek (33–40°C) vagy magas nappali és éjszakai hőmérsékletnek (nappal 35–40°C, 28–30°C) vannak kitéve. C jelentése éjszaka) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). A magas éjszakai hőmérséklet (30°C) mérsékelten gátolja a fotoszintézist, de fokozza az éjszakai légzést (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). A stressz időszakától függetlenül a hőstressz befolyásolja a levél klorofilltartalmát, a klorofill változó fluoreszcenciájának és a maximális klorofill fluoreszcencia arányát (Fv/Fm), valamint a Rubisco-aktivációt rizsnövényekben (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010). Sanchez Reynoso et al., 2014).
A biokémiai változások a növények hőstresszhez való alkalmazkodásának egy másik aspektusát jelentik (Wahid et al., 2007). A prolintartalmat a növényi stressz biokémiai indikátoraként használták (Ahmed és Hassan 2011). A prolin fontos szerepet játszik a növények anyagcseréjében, mivel szén- vagy nitrogénforrásként, valamint membránstabilizátorként működik magas hőmérsékleti körülmények között (Sánchez-Reinoso et al., 2014). A magas hőmérséklet a lipidperoxidáción keresztül a membrán stabilitását is befolyásolja, ami malondialdehid (MDA) képződéséhez vezet (Wahid et al., 2007). Ezért az MDA-tartalmat a sejtmembránok hőstressz alatti szerkezeti integritásának megértésére is felhasználták (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). Végül a kombinált hőstressz [37/30°C (nappal/éjszaka)] növelte az elektrolitszivárgás százalékos arányát és a malondialdehid-tartalmat a rizsben (Liu et al., 2013).
A növényi növekedésszabályozók (GR) használatát a hőstressz negatív hatásainak enyhítésére vizsgálták, mivel ezek az anyagok aktívan részt vesznek a növények stresszel szembeni válaszaiban vagy fiziológiai védekező mechanizmusaiban (Peleg és Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). A genetikai erőforrások exogén alkalmazása pozitív hatással volt a hőstressz-tűrő képességre különböző növényekben. Tanulmányok kimutatták, hogy a fitohormonok, mint például a gibberellinek (GA), citokininek (CK), auxinok (AUX) vagy brasszinoszteroidok (BR), különböző fiziológiai és biokémiai változók növekedéséhez vezetnek (Peleg és Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014). Kolumbiában a genetikai erőforrások exogén alkalmazását és annak a rizsnövényekre gyakorolt hatását még nem teljesen értették és tanulmányozták. Egy korábbi tanulmány azonban kimutatta, hogy a BR lombtrágyázása javíthatja a rizs toleranciáját azáltal, hogy javítja a rizspalánta leveleinek gázcsere-jellemzőit, klorofill- vagy prolintartalmát (Quintero-Calderón et al., 2021).
A citokininek közvetítik a növények válaszát az abiotikus stresszekre, beleértve a hőstresszet is (Ha et al., 2012). Ezenkívül beszámoltak arról, hogy a CK exogén alkalmazása csökkentheti a hőkárosodást. Például a zeatin exogén alkalmazása növelte a fotoszintézis sebességét, a klorofill a és b tartalmát, valamint az elektrontranszport hatékonyságát a kúszóhajlatú perje (Agrotis estolonifera) esetében hőstressz alatt (Xu és Huang, 2009; Jespersen és Huang, 2015). A zeatin exogén alkalmazása javíthatja az antioxidáns aktivitást, fokozhatja a különböző fehérjék szintézisét, csökkentheti a reaktív oxigénfajták (ROS) károsodását és a malondialdehid (MDA) termelését a növényi szövetekben (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009). , 2016; Kumar et al., 2020).
A gibberellinsav használata szintén pozitív reakciót mutatott a hőstresszre. Tanulmányok kimutatták, hogy a GA bioszintézise különböző metabolikus útvonalakat közvetít, és növeli a toleranciát magas hőmérsékleti viszonyok között (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi és munkatársai (2020) kimutatták, hogy az exogén GA (25 vagy 50 mg*L) lombtrágyázása növelheti a fotoszintézis sebességét és az antioxidáns aktivitást a hőstresszes narancs növényekben a kontroll növényekhez képest. Azt is megfigyelték, hogy a HA exogén alkalmazása növeli a relatív nedvességtartalmat, a klorofill- és karotinoid-tartalmat, és csökkenti a lipidperoxidációt a datolyapálmában (Phoenix dactylifera) hőstressz alatt (Khan et al., 2020). Az auxin szintén fontos szerepet játszik a magas hőmérsékleti viszonyokra adott adaptív növekedési válaszok szabályozásában (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). Ez a növekedésszabályozó biokémiai markerként működik különböző folyamatokban, például a prolin szintézisében vagy az abiotikus stressz alatti lebontásban (Ali et al. 2007). Ezenkívül az AUX fokozza az antioxidáns aktivitást is, ami a lipidperoxidáció csökkenése miatt a növények MDA-szintjének csökkenéséhez vezet (Bielach et al., 2017). Sergeev és munkatársai (2018) megfigyelték, hogy a hőstressz alatt álló borsó növényekben (Pisum sativum) megnő a prolin-dimetilaminoetoxikarbonilmetil)naftilklórmetil-éter (TA-14) tartalma. Ugyanebben a kísérletben alacsonyabb MDA-szintet figyeltek meg a kezelt növényekben az AUX-szal nem kezelt növényekhez képest.
A brasszinoszteroidok a növekedésszabályozók egy másik osztályába tartoznak, amelyeket a hőstressz hatásainak enyhítésére használnak. Ogweno és munkatársai (2008) arról számoltak be, hogy az exogén BR permetezés 8 napig növelte a paradicsom (Solanum lycopersicum) növények nettó fotoszintézisének sebességét, sztómavezető képességét és a Rubisco-karboxilezés maximális sebességét hőstressz alatt. Az epibrasszinoszteroidok lombtrágyázása növelheti az uborka (Cucumis sativus) növények nettó fotoszintézisének sebességét hőstressz alatt (Yu és munkatársai, 2004). Ezenkívül a BR exogén alkalmazása késlelteti a klorofill lebomlását, növeli a vízfelhasználás hatékonyságát és a PSII fotokémia maximális kvantumhozamát a hőstressz alatt álló növényekben (Holá és munkatársai, 2010; Toussagunpanit és munkatársai, 2015).
Az éghajlatváltozás és a változékonyság miatt a rizstermesztések napi magas hőmérsékletű időszakokkal szembesülnek (Lesk et al., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). A növényi fenotipizálás során a fitonutriensek vagy biostimulánsok használatát a hőstressz mérséklésére szolgáló stratégiaként tanulmányozták a rizstermő területeken (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021). Ezenkívül a biokémiai és fiziológiai változók (levélhőmérséklet, sztómavezetőképesség, klorofill fluoreszcencia paraméterek, klorofill és relatív víztartalom, malondialdehid és prolin szintézis) használata megbízható eszköz a rizsnövények helyi és nemzetközi hőstressz alatti szűrésére (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; A rizs lombtrágyázási fitohormonális permetezésének helyi szintű kutatása azonban továbbra is ritka. Ezért a növényi növekedésszabályozók alkalmazásának fiziológiai és biokémiai reakcióinak vizsgálata nagy jelentőséggel bír a gyakorlati agronómiai stratégiák javaslata szempontjából. A komplex hőstressz időszakának negatív hatásainak kezelése a rizsben. Ezért a tanulmány célja négy növényi növekedésszabályozó (AUX, CK, GA és BR) lombtrágyázásának fiziológiai (sztómavezetőképesség, klorofill fluoreszcencia paraméterek és relatív víztartalom) és biokémiai hatásainak értékelése volt. (fotoszintetikus pigmentek, malondialdehid és prolin tartalom) Változók két kereskedelmi forgalomban kapható rizs genotípusban, amelyeket kombinált hőstressznek tettek ki (magas nappali/éjszakai hőmérséklet).
Ebben a tanulmányban két független kísérletet végeztek. A Federrose 67 (F67: az elmúlt évtizedben magas hőmérsékleten kialakult genotípus) és a Federrose 2000 (F2000: a 20. század utolsó évtizedében kialakult genotípus, amely rezisztenciát mutat a fehér levélvírussal szemben) genotípusokat először használták. A magokat a második kísérletben, illetve a másodikban használták. Mindkét genotípust széles körben termesztik kolumbiai gazdák. A magokat 10 literes tálcákba (hosszúság 39,6 cm, szélesség 28,8 cm, magasság 16,8 cm) vetették, amelyek 2% szerves anyagot tartalmazó homokos vályogtalajt tartalmaztak. Minden tálcába öt előcsíráztatott magot ültettek. A raklapokat a Kolumbiai Nemzeti Egyetem Mezőgazdaságtudományi Karának üvegházában helyezték el, Bogotá campusán (É. sz. 43°50′56″, Ny. sz. 74°04′051″), 2556 m tengerszint feletti magasságban. m.) és 2019 októbere és decembere között kerültek végrehajtásra. Egy kísérlet (Federroz 67) és egy második kísérlet (Federroz 2000) 2020 ugyanazon szezonjában.
Az üvegházban az egyes ültetési időszakokban a környezeti feltételek a következők: nappali és éjszakai hőmérséklet 30/25°C, relatív páratartalom 60~80%, természetes fotoperiódus 12 óra (fotoszintetikusan aktív sugárzás 1500 µmol (foton) m-2 s-). 1 délben). A növényeket a magok kelése után 20 nappal (DAE) az egyes elemek tartalmának megfelelően trágyázták Sánchez-Reinoso és munkatársai (2019) szerint: 670 mg nitrogén növényenként, 110 mg foszfor növényenként, 350 mg kálium növényenként, 68 mg kalcium növényenként, 20 mg magnézium növényenként, 20 mg kén növényenként, 17 mg szilícium növényenként. A növények növényenként 10 mg bórt, 17 mg rezet és 44 mg cinket tartalmaznak. A rizsnövényeket minden kísérletben legfeljebb 47 DAE-n tartották, amikor ebben az időszakban elérték a V5 fenológiai stádiumot. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy ez a fenológiai szakasz megfelelő időpont a rizs hőstressz-vizsgálatainak elvégzésére (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
Minden kísérletben két külön alkalmazást végeztek a levélnövekedés-szabályozóval. Az első lombtrágyázási sorozatot a hőstressz kezelés (42 DAE) előtt 5 nappal alkalmazták, hogy felkészítsék a növényeket a környezeti stresszre. A második lombtrágyázást 5 nappal azután végezték, hogy a növényeket stressz körülményeknek tették ki (52 DAE). Négy fitohormont alkalmaztak, és az egyes permetezett hatóanyagok tulajdonságait ebben a vizsgálatban az 1. kiegészítő táblázat tartalmazza. A felhasznált levélnövekedés-szabályozók koncentrációi a következők voltak: (i) Auxin (1-naftil-ecetsav: NAA) 5 × 10−5 M koncentrációban (ii) 5 × 10–5 M gibberellin (gibberellinsav: NAA); GA3); (iii) Citokinin (transz-zeatin) 1 × 10-5 M (iv) Brasszinoszteroidok [Spirostan-6-on, 3,5-dihidroxi-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. Ezeket a koncentrációkat azért választottuk, mert pozitív válaszreakciókat váltanak ki és növelik a növények hőstresszel szembeni ellenálló képességét (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). A növényi növekedésszabályozóval nem permetezett rizsnövényeket csak desztillált vízzel kezeltük. Minden rizsnövényt kézi permetezővel permeteztünk. 20 ml H2O-t juttattunk a növényre a levelek felső és alsó felületének nedvesítése érdekében. Minden lombtrágyázáshoz 0,1% (v/v) koncentrációjú mezőgazdasági adjuvánst (Agrotin, Bayer CropScience, Kolumbia) használtunk. A cserép és a permetező közötti távolság 30 cm.
A hőstressz kezeléseket minden kísérletben az első lombtrágyázás (47 DAE) után 5 nappal alkalmazták. A rizsnövényeket az üvegházból egy 294 literes növekedési kamrába (MLR-351H, Sanyo, IL, USA) helyezték át a hőstressz létrehozása vagy azonos környezeti feltételek fenntartása (47 DAE) érdekében. Kombinált hőstressz kezelést végeztek a kamra következő nappali/éjszakai hőmérsékleteinek beállításával: nappali magas hőmérséklet [40°C 5 órán át (11:00-tól 16:00-ig)] és éjszakai időszak [30°C 5 órán át] 8 egymást követő napon (19:00-tól 24:00-ig). A stressz hőmérsékletét és az expozíciós időt korábbi tanulmányok (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017) alapján választották ki. Másrészt a nevelőkamrába átvitt növények egy csoportját 8 egymást követő napon át azonos hőmérsékleten (nappal 30°C/éjszaka 25°C) tartották az üvegházban.
A kísérlet végén a következő kezelési csoportokat kaptuk: (i) növekedési hőmérséklet + desztillált víz alkalmazása [Abszolút kontroll (AC)], (ii) hőstressz + desztillált víz alkalmazása [Hőstressz kontroll (SC)], (iii) hőstressz + auxin alkalmazás (AUX), (iv) hőstressz + gibberellin alkalmazás (GA), (v) hőstressz + citokinin alkalmazás (CK), és (vi) hőstressz + brasszinoszteroid (BR) Függelék. Ezeket a kezelési csoportokat két genotípus (F67 és F2000) esetében alkalmaztuk. Minden kezelést teljesen randomizált elrendezésben végeztünk öt ismétléssel, amelyek mindegyike egy növényből állt. Minden növényt felhasználtunk a kísérlet végén meghatározott változók leolvasására. A kísérlet 55 napos korig tartott.
A sztómavezető képességet (gs) hordozható porozométerrel (SC-1, METER Group Inc., USA) mérték 0 és 1000 mmol m-2 s-1 közötti tartományban, 6,35 mm-es mintavételi kamranyílással. A méréseket úgy végezték, hogy egy sztómaméter-szondát egy teljesen kifejlett főhajtású, kifejlett levélhez csatlakoztattak. Minden kezeléshez 11:00 és 16:00 óra között minden növény három levelén gs-értékeket mértek, és átlagolták az eredményeket.
Az RWC-t Ghoulam és munkatársai (2002) által leírt módszer szerint határoztuk meg. A g meghatározásához használt, teljesen kitágult lapot az RWC mérésére is használtuk. A friss tömeget (FW) a betakarítás után azonnal meghatároztuk digitális mérleg segítségével. A leveleket ezután egy vízzel teli műanyag edénybe helyeztük, és 48 órán át sötétben, szobahőmérsékleten (22°C) hagytuk. Ezután digitális mérlegen lemértük, és feljegyeztük a kitágult tömeget (TW). A duzzadt leveleket 48 órán át 75°C-on szárítottuk, és feljegyeztük a száraz tömegüket (DW).
A relatív klorofilltartalmat klorofillmérővel (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) határoztuk meg, és atLeaf egységben fejeztük ki (Dey et al., 2016). A PSII maximális kvantumhatásfokát (Fv/Fm arány) folyamatos gerjesztésű klorofill-fluoriméterrel (Handy PEA, Hansatech Instruments, Egyesült Királyság) rögzítettük. A leveleket 20 percig sötétadaptációval tartottuk levélszorítókkal az Fv/Fm mérések előtt (Restrepo-Diaz és Garces-Varon, 2013). Miután a levelek sötéthez szoktak, megmértük az alapértéket (F0) és a maximális fluoreszcenciát (Fm). Ezekből az adatokból kiszámítottuk a változó fluoreszcenciát (Fv = Fm – F0), a változó fluoreszcencia és a maximális fluoreszcencia arányát (Fv/Fm), a PSII fotokémia maximális kvantumhozamát (Fv/F0) és az Fm/F0 arányt (Baker, 2008; Lee et al., 2017). A relatív klorofill- és klorofill-fluoreszcencia-leolvasásokat ugyanazokon a leveleken végeztük, amelyeket a gs mérésekhez használtunk.
Körülbelül 800 mg friss levéltömeget gyűjtöttek biokémiai változóként. A levélmintákat folyékony nitrogénben homogenizálták és további elemzés céljából tárolták. A szövetek klorofill a, b és karotinoid tartalmának becslésére használt spektrometriás módszer a Wellburn (1994) által leírt módszeren és egyenleteken alapul. 30 mg levélszövetmintát gyűjtöttek és 3 ml 80%-os acetonban homogenizáltak. A mintákat ezután centrifugálták (420101 modell, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, USA) 5000 fordulat/perc sebességgel 10 percig a részecskék eltávolítása érdekében. A felülúszót 80%-os aceton hozzáadásával 6 ml végtérfogatra hígították (Sims és Gamon, 2002). A klorofilltartalmat 663 (klorofill a) és 646 (klorofill b) nm-en, a karotinoidok tartalmát pedig 470 nm-en határozták meg spektrofotométerrel (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA).
A membrán lipidperoxidáció (MDA) meghatározására Hodges és munkatársai (1999) által leírt tiobarbitursav (TBA) módszert alkalmazták. Körülbelül 0,3 g levélszövetet homogenizáltak folyékony nitrogénben. A mintákat 5000 fordulat/perc sebességgel centrifugálták, és az abszorbanciát spektrofotométeren 440, 532 és 600 nm hullámhosszon mérték. Végül az MDA-koncentrációt az extinkciós koefficiens (157 M mL−1) segítségével számították ki.
Az összes kezelés prolintartalmát Bates és munkatársai (1973) által leírt módszerrel határoztuk meg. Adjunk 10 ml 3%-os vizes szulfoszalicilsav-oldatot a tárolt mintához, és szűrjük át Whatman szűrőpapíron (2. sz.). Ezután a szűrlet 2 ml-ét 2 ml ninhidrogénsavval és 2 ml jégecettel reagáltatjuk. Az elegyet 1 órán át 90°C-os vízfürdőbe helyezzük. A reakciót jégen történő inkubálással állítjuk le. A csövet erőteljesen rázzuk össze vortex-rázóval, és a kapott oldatot 4 ml toluolban oldjuk fel. Az abszorbancia-leolvasásokat 520 nm-en mérjük ugyanazzal a spektrofotométerrel, amelyet a fotoszintetikus pigmentek mennyiségi meghatározására használnak (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA).
A Gerhards és munkatársai (2016) által leírt módszer a lombkorona hőmérsékletének és a CSI kiszámítására. A stresszperiódus végén FLIR 2 kamerával (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) hőkamerás felvételeket készítettek ±2°C pontossággal. A fényképezéshez helyezzen egy fehér felületet a növény mögé. Ismét két gyárat tekintettek referenciamodellnek. A növényeket fehér felületre helyezték; az egyiket mezőgazdasági adjuvánssal (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Kolumbia) vonták be, hogy szimulálják az összes gázcserenyílás kinyílását [nedves mód (Twet)], a másik pedig egy levél volt, bármilyen kezelés nélkül [száraz mód (Tdry)] (Castro-Duque et al., 2020). A kamera és a cserép közötti távolság a filmezés során 1 m volt.
A relatív toleranciaindexet közvetett módon számítottuk ki a kezelt növények sztómakonduktanciájának (g) felhasználásával a kontrollnövényekhez (stresszkezelés nélküli és növekedésszabályozókkal kezelt növények) képest, hogy meghatározzuk a vizsgálatban értékelt kezelt genotípusok toleranciáját. Az RTI-t Chávez-Arias és munkatársai (2020) által adaptált egyenlettel kaptuk meg.
Minden kísérletben a fent említett összes fiziológiai változót 55 napos korban határoztuk meg és rögzítettük a felső lombkoronából gyűjtött, teljesen kifejlődött levelek felhasználásával. Ezenkívül a méréseket egy növekedési kamrában végeztük, hogy elkerüljük a növények növekedésének környezeti feltételeinek megváltoztatását.
Az első és a második kísérlet adatait együttesen, kísérletsorozatként elemeztük. Minden kísérleti csoport 5 növényből állt, és minden növény egy kísérleti egységet alkotott. Varianciaanalízist (ANOVA) végeztünk (P ≤ 0,05). Amikor szignifikáns különbséget észleltünk, Tukey-féle post hoc összehasonlító tesztet alkalmaztunk P ≤ 0,05 értéknél. A százalékos értékek átváltásához arcus szinusz függvényt használtunk. Az adatokat a Statistix v 9.0 szoftverrel (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) elemeztük, és a SigmaPlot (10.0 verzió; Systat Software, San Jose, CA, USA) segítségével ábrázoltuk. A főkomponens-elemzést az InfoStat 2016 szoftverrel (Analysis Software, National University of Cordoba, Argentína) végeztük a vizsgált legjobb növényi növekedésszabályozók azonosítása érdekében.
Az 1. táblázat összefoglalja az ANOVA-t, amely bemutatja a kísérleteket, a különböző kezeléseket és azok kölcsönhatásait a levél fotoszintetikus pigmentekkel (klorofill a, b, összes és karotinoidok), a malondialdehid (MDA) és a prolin tartalommal, valamint a sztómavezető képességgel. A g-k, a relatív víztartalom (RWC), a klorofilltartalom, a klorofill alfa fluoreszcencia paraméterek, a koronahőmérséklet (PCT) (°C), a növényi stresszindex (CSI) és a rizsnövények relatív toleranciaindexének hatása 55 DAE-n.
1. táblázat. A rizs fiziológiai és biokémiai változóira vonatkozó ANOVA adatok összefoglalása a kísérletek (genotípusok) és a hőstressz-kezelések között.
A kísérletek és a kezelések közötti levél fotoszintetikus pigment kölcsönhatások, relatív klorofilltartalom (Atleaf leolvasások) és alfa-klorofill fluoreszcencia paraméterek közötti különbségeket (P≤0,01) a 2. táblázat mutatja. A magas nappali és éjszakai hőmérséklet növelte a teljes klorofill- és karotinoid-tartalmat. A fitohormonokkal nem permetezett (2,36 mg g-1 az „F67” és 2,56 mg g-1 az „F2000” esetében) rizspalánták alacsonyabb teljes klorofill-tartalmat mutattak az optimális hőmérsékleti körülmények között termesztett növényekhez (2,67 mg g-1) képest. Mindkét kísérletben az „F67” és az „F2000” esetében is 2,80 mg g-1 volt a teljes klorofilltartalom. Ezenkívül a hőstressz alatt álló AUX és GA permetezések kombinációjával kezelt rizspalánták mindkét genotípusban a klorofilltartalom csökkenését mutatták (AUX = 1,96 mg g-1 és GA = 1,45 mg g-1 az „F67” esetében; AUX = 1,96 mg g-1 és GA = 1,45 mg g-1 az „F67” esetében; AUX = 2,24 mg) g-1 és GA = 1,43 mg g-1 („F2000”) hőstressz körülmények között. Hőstressz körülmények között a BR-rel végzett lombtrágyázás mindkét genotípusban enyhe növekedést eredményezett ebben a változóban. Végül a CK lombtrágya mutatta a legmagasabb fotoszintetikus pigmentértékeket az összes kezelés (AUX, GA, BR, SC és AC kezelések) közül az F67 (3,24 mg g-1) és az F2000 (3,65 mg g-1) genotípusokban. A klorofill relatív tartalmát (Atleaf egység) a kombinált hőstressz szintén csökkentette. A legmagasabb értékeket mindkét genotípusban a CC-vel permetezett növényeknél mérték (41,66 az „F67” esetében és 49,30 az „F2000” esetében). Az Fv és az Fv/Fm arányok szignifikáns különbségeket mutattak a kezelések és a fajták között (2. táblázat). Összességében ezen változók közül az F67 fajta kevésbé volt érzékeny a hőstresszre, mint az F2000 fajta. Az Fv és az Fv/Fm arányok jobban romlottak a második kísérletben. A stresszes 'F2000′ palánták, amelyeket semmilyen fitohormonnal nem permeteztek, mutatták a legalacsonyabb Fv-értékeket (2120,15) és Fv/Fm arányokat (0,59), de a CK-val történő lombtrágyázás segített helyreállítani ezeket az értékeket (Fv: 2591, 89, Fv/Fm arány: 0,73). , hasonló értékeket kapva, mint amelyeket az optimális hőmérsékleti körülmények között nevelt „F2000” növényeken rögzítettek (Fv: 2955,35, Fv/Fm arány: 0,73:0,72). Nem volt szignifikáns különbség a kezdeti fluoreszcencia (F0), a maximális fluoreszcencia (Fm), a PSII maximális fotokémiai kvantumhozamában (Fv/F0) és az Fm/F0 arányban. Végül, a BR hasonló trendet mutatott, mint amit a CK esetében megfigyeltek (Fv 2545,06, Fv/Fm arány 0,73).
2. táblázat. A kombinált hőstressz (40°C/30°C nappal/éjszaka) hatása a levél fotoszintetikus pigmentjeire [teljes klorofill (Chl Total), klorofill a (Chl a), klorofill b (Chl b) és karotinoidok Cx+c] hatás], relatív klorofilltartalom (Atliff-egység), klorofill fluoreszcencia paraméterek (kezdeti fluoreszcencia (F0), maximális fluoreszcencia (Fm), változó fluoreszcencia (Fv), maximális PSII hatékonyság (Fv/Fm), a PSII fotokémiai maximális kvantumhozama (Fv/F0) és Fm/F0 két rizs genotípusú növényben [Federrose 67 (F67) és Federrose 2000 (F2000)] a kelés után 55 nappal (DAE)].
A különbözőképpen kezelt rizsnövények relatív víztartalma (RWC) eltérést mutatott (P ≤ 0,05) a kísérleti és a lombtrágyázási kezelések kölcsönhatásában (1A. ábra). SA-val kezelve mindkét genotípusnál a legalacsonyabb értékeket regisztrálták (74,01% az F67 és 76,6% az F2000 esetében). Hőstressz körülmények között a különböző fitohormonokkal kezelt mindkét genotípusú rizsnövények RWC-je szignifikánsan megnőtt. Összességében a CK, GA, AUX vagy BR lombtrágyázása az RWC-t a kísérlet során optimális körülmények között termesztett növények értékeihez hasonló értékekre növelte. Az abszolút kontroll és a lombtrágyázott növények mindkét genotípusnál körülbelül 83%-os értékeket regisztráltak. Másrészt a gs szintén szignifikáns különbségeket mutatott (P ≤ 0,01) a kísérlet-kezelés interakcióban (1B. ábra). Az abszolút kontroll (AC) növény szintén a legmagasabb értékeket mutatta mindkét genotípus esetében (440,65 mmol m-2s-1 az F67 és 511,02 mmol m-2s-1 az F2000 esetében). A kombinált hőstressznek kitett rizsnövények mutatták a legalacsonyabb gs értékeket mindkét genotípus esetében (150,60 mmol m-2s-1 az F67 és 171,32 mmol m-2s-1 az F2000 esetében). Az összes növényi növekedésszabályozóval végzett lombtrágyázás szintén növelte a g értéket. A CC-vel permetezett F2000 rizsnövényeken a fitohormonokkal történő lombtrágyázás hatása nyilvánvalóbb volt. Ez a növénycsoport nem mutatott különbséget az abszolút kontrollnövényekhez képest (AC 511,02 és CC 499,25 mmol m-2s-1).
1. ábra. A kombinált hőstressz (40°/30°C nappal/éjszaka) hatása a relatív víztartalomra (RWC) (A), a sztómavezető képességre (gs) (B), a malondialdehid (MDA) termelésre (C) és a prolintartalomra (D) két rizs genotípus (F67 és F2000) növényeiben a kelés után 55 nappal (DAE). Az egyes genotípusok esetében értékelt kezelések a következők voltak: abszolút kontroll (AC), hőstressz-kontroll (SC), hőstressz + auxin (AUX), hőstressz + gibberellin (GA), hőstressz + sejtmitogén (CK) és hőstressz + brasszinoszteroid (BR). Minden oszlop öt adatpont átlagát ± standard hibát jelöli (n = 5). A különböző betűkkel jelölt oszlopok statisztikailag szignifikáns különbségeket jeleznek a Tukey-teszt szerint (P ≤ 0,05). Az egyenlőségjellel jelölt betűk azt jelzik, hogy az átlag statisztikailag nem szignifikáns (≤ 0,05).
Az MDA (P ≤ 0,01) és a prolin (P ≤ 0,01) tartalom szintén szignifikáns különbséget mutatott a kísérleti és a fitohormon-kezelések közötti kölcsönhatásban (1C., D. ábra). Mindkét genotípusnál fokozott lipidperoxidációt figyeltek meg az SC kezeléssel (1C. ábra), azonban a levélnövekedés-szabályozó permetezéssel kezelt növényeknél mindkét genotípusnál csökkent lipidperoxidációt tapasztaltak; Általánosságban elmondható, hogy a fitohormonok (CA, AUC, BR vagy GA) használata a lipidperoxidáció (MDA-tartalom) csökkenéséhez vezet. Nem találtak különbséget a két genotípusú AC növények és a hőstressz alatt álló, fitohormonokkal permetezett növények között (a megfigyelt FW értékek az „F67” növényeknél 4,38–6,77 µmol g-1, az FW „F2000” növényeknél pedig 2,84 és 9,18 µmol g-1 között mozogtak). Másrészt a prolinszintézis az „F67” növényekben alacsonyabb volt, mint az „F2000” növényekben kombinált stressz alatt, ami a prolintermelés növekedéséhez vezetett. A hőstresszes rizsnövényeknél mindkét kísérletben megfigyelték, hogy ezen hormonok adagolása jelentősen növelte az F2000 növények aminosavtartalmát (az AUX és a BR 30,44, illetve 18,34 µmol g-1 volt) (1G. ábra).
A lombkorona növekedésszabályozóval történő permetezés és a kombinált hőstressz hatását a növények lombkorona hőmérsékletére és a relatív toleranciaindexre (RTI) a 2A. és B. ábra mutatja. Mindkét genotípus esetében az AC növények lombkorona hőmérséklete közel 27°C, az SC növényeké pedig körülbelül 28°C volt. WITH. Azt is megfigyelték, hogy a CK-val és BR-rel végzett lombkoronakezelések a lombkorona hőmérsékletének 2-3°C-os csökkenését eredményezték az SC növényekhez képest (2A. ábra). Az RTI hasonló viselkedést mutatott, mint más fiziológiai változók, szignifikáns különbségeket mutatva (P ≤ 0,01) a kísérlet és a kezelés közötti kölcsönhatásban (2B. ábra). Az SC növények mindkét genotípusban alacsonyabb növényi toleranciát mutattak (34,18%, illetve 33,52% az „F67” és az „F2000” rizs növények esetében). A fitohormonok lombtrágyázása javítja az RTI-t a magas hőmérsékleti stressznek kitett növényekben. Ez a hatás kifejezettebb volt a CC-vel permetezett „F2000” növényeknél, amelyeknél az RTI 97,69 volt. Másrészt viszont szignifikáns különbségeket csak a rizsnövények hozamstressz-indexében (CSI) figyeltek meg lombtrágyázási stressz körülmények között (P ≤ 0,01) (2B. ábra). Csak a komplex hőstressznek kitett rizsnövények mutatták a legmagasabb stresszindex értéket (0,816). Amikor a rizsnövényeket különböző fitohormonokkal permetezték, a stresszindex alacsonyabb volt (0,6 és 0,67 közötti értékek). Végül az optimális körülmények között termesztett rizsnövény értéke 0,138 volt.
2. ábra. A kombinált hőstressz (40°/30°C nappal/éjjel) hatása két növényfaj lombkorona-hőmérsékletére (A), relatív toleranciaindexére (RTI) (B) és növényi stresszindexére (CSI) (C). A kereskedelmi forgalomban kapható rizs genotípusokat (F67 és F2000) különböző hőkezeléseknek vetették alá. Az egyes genotípusok esetében értékelt kezelések a következők voltak: abszolút kontroll (AC), hőstressz-kontroll (SC), hőstressz + auxin (AUX), hőstressz + gibberellin (GA), hőstressz + sejtmitogén (CK) és hőstressz + brasszinoszteroid (BR). A kombinált hőstressz magában foglalja a rizsnövények magas nappali/éjszakai hőmérsékletnek (40°/30°C nappal/éjjel) való kitételét. Minden oszlop öt adatpont átlagát ± standard hibáját jelöli (n = 5). A különböző betűkkel jelölt oszlopok statisztikailag szignifikáns különbségeket jeleznek a Tukey-teszt szerint (P ≤ 0,05). Az egyenlőségjellel jelölt betűk azt jelzik, hogy az átlag statisztikailag nem szignifikáns (≤ 0,05).
A főkomponens-analízis (PCA) kimutatta, hogy az 55 DAE-nél mért változók a növekedésszabályozó permetezéssel kezelt hőstresszes rizsnövények fiziológiai és biokémiai válaszainak 66,1%-át magyarázták (3. ábra). A vektorok a változókat, a pontok pedig a növényi növekedésszabályozókat (GR) jelölik. A gs, a klorofilltartalom, a PSII maximális kvantumhatékonysága (Fv/Fm) és a biokémiai paraméterek (TChl, MDA és prolin) vektorai közel helyezkednek el az origóhoz, ami a növények fiziológiai viselkedése és azok közötti magas korrelációt jelzi. Az egyik csoportba (V) optimális hőmérsékleten (AT) nevelt rizspalánták és CK-val és BA-val kezelt F2000 növények tartoztak. Ugyanakkor a GR-rel kezelt növények többsége külön csoportot (IV) alkotott, az F2000-ben GA-val kezelt növények pedig külön csoportot (II) alkottak. Ezzel szemben a fitohormonok lombtrágyázása nélküli hőstresszes rizspalánták (I. és III. csoport) (mindkét genotípus SC volt) az V. csoporttal ellentétes zónában helyezkedtek el, ami a hőstressz növényi fiziológiára gyakorolt hatását mutatja.
3. ábra. A kombinált hőstressz (40°C/30°C nappal/éjjel) hatásának bigrafikus elemzése két rizs genotípus (F67 és F2000) növényein a kelés után 55 nappal (DAE). Rövidítések: AC F67, abszolút kontroll F67; SC F67, hőstressz kontroll F67; AUX F67, hőstressz + auxin F67; GA F67, hőstressz + gibberellin F67; CK F67, hőstressz + sejtosztódás BR F67, hőstressz + brasszinoszteroid. F67; AC F2000, abszolút kontroll F2000; SC F2000, hőstressz kontroll F2000; AUX F2000, hőstressz + auxin F2000; GA F2000, hőstressz + gibberellin F2000; CK F2000, hőstressz + citokinin, BR F2000, hőstressz + brasszinoszteroid; F2000.
Az olyan változók, mint a klorofilltartalom, a sztómavezető képesség, az Fv/Fm arány, a CSI, az MDA, az RTI és a prolintartalom segíthetnek megérteni a rizs genotípusok adaptációját és értékelni az agronómiai stratégiák hatását hőstressz alatt (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). A kísérlet célja négy növekedésszabályozó alkalmazásának hatása volt a rizspalánták fiziológiai és biokémiai paramétereire komplex hőstressz körülmények között. A palántavizsgálat egy egyszerű és gyors módszer a rizsnövények egyidejű értékelésére a rendelkezésre álló infrastruktúra méretétől vagy állapotától függően (Sarsu et al. 2018). A tanulmány eredményei azt mutatták, hogy a kombinált hőstressz eltérő fiziológiai és biokémiai válaszokat vált ki a két rizs genotípusban, ami egy adaptációs folyamatra utal. Ezek az eredmények azt is jelzik, hogy a lombozat növekedésszabályozó permetezések (főként citokininek és brasszinoszteroidok) segítik a rizst az összetett hőstresszhez való alkalmazkodásban, mivel a kedvező hatás főként a gs-re, az RWC-re, az Fv/Fm arányra, a fotoszintetikus pigmentekre és a prolintartalomra van hatással.
A növekedésszabályozók alkalmazása javítja a rizsnövények vízháztartását hőstressz alatt, ami összefüggésben lehet a magasabb stresszel és az alacsonyabb lombkorona-hőmérséklettel. Ez a tanulmány kimutatta, hogy az „F2000” (fogékony genotípusú) növények közül az elsősorban CK-val vagy BR-rel kezelt rizsnövények magasabb gs-értékeket és alacsonyabb PCT-értékeket mutattak, mint az SC-vel kezelt növények. Korábbi tanulmányok azt is kimutatták, hogy a gs és a PCT pontos fiziológiai indikátorok, amelyek meghatározhatják a rizsnövények adaptív válaszát és az agronómiai stratégiák hatását a hőstresszre (Restrepo-Diaz és Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et al., 2021). A levél CK vagy BR fokozza a g-t stressz alatt, mivel ezek a növényi hormonok más jelátviteli molekulákkal, például az ABA-val (a sztómazáródás elősegítője abiotikus stressz alatt) való szintetikus kölcsönhatásokon keresztül elősegíthetik a sztómanyílások nyitását (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). ). , 2014). A sztómák nyílása elősegíti a levelek lehűlését és segít csökkenteni a lombkorona hőmérsékletét (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). Ezen okok miatt a CK-val vagy BR-rel permetezett rizsnövények lombkorona hőmérséklete alacsonyabb lehet kombinált hőstressz alatt.
A magas hőmérsékleti stressz csökkentheti a levelek fotoszintetikus pigmenttartalmát (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). Ebben a tanulmányban, amikor a rizsnövényeket hőstressznek vetették alá, és nem permetezték őket semmilyen növényi növekedésszabályozóval, a fotoszintetikus pigmentek mennyisége mindkét genotípusban csökkent (2. táblázat). Feng és munkatársai (2013) szintén jelentős klorofilltartalom-csökkenésről számoltak be két, hőstressznek kitett búza genotípus leveleiben. A magas hőmérsékletnek való kitettség gyakran a klorofilltartalom csökkenéséhez vezet, ami a klorofillbioszintézis csökkenésének, a pigmentek lebomlásának vagy ezek hőstressz alatti együttes hatásának tudható be (Fahad et al., 2017). A főként CK-val és BA-val kezelt rizsnövények azonban növelték a levél fotoszintetikus pigmentjeinek koncentrációját hőstressz alatt. Hasonló eredményekről számoltak be Jespersen és Huang (2015), valamint Suchsagunpanit és munkatársai (2015) is, akik a levél klorofilltartalmának növekedését figyelték meg zeatin és epibrasszinoszteroid hormonok alkalmazását követően hőstresszes közegben, illetve rizsben. Egy ésszerű magyarázat arra, hogy a CK és a BR miért segíti elő a levél klorofilltartalmának növekedését kombinált hőstressz alatt, az, hogy a CK fokozhatja az expressziós promoterek (például az öregedést aktiváló promoter (SAG12) vagy a HSP18 promoter) tartós indukciójának megindulását, és csökkentheti a klorofillveszteséget a levelekben, késleltetheti a levél öregedését és növelheti a növények hőállóságát (Liu et al., 2020). A BR védheti a levél klorofillt és növelheti a levél klorofilltartalmát azáltal, hogy aktiválja vagy indukálja a klorofillbioszintézisben részt vevő enzimek szintézisét stressz körülmények között (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). Végül két fitohormon (CK és BR) szintén elősegíti a hősokkfehérjék expresszióját, és javítja a különböző metabolikus adaptációs folyamatokat, például a fokozott klorofillbioszintézist (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
A klorofill-a fluoreszcencia paraméterei gyors és roncsolásmentes módszert kínálnak a növények abiotikus stresszhez való toleranciájának vagy alkalmazkodásának felmérésére (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). Az olyan paramétereket, mint az Fv/Fm arány, a növények stresszhez való alkalmazkodásának indikátoraként használták (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). Ebben a vizsgálatban az SC növények mutatták a változó legalacsonyabb értékeit, túlnyomórészt az „F2000” rizsnövények. Yin és munkatársai (2010) azt is megállapították, hogy a legmagasabb bokrosodási fokú rizslevelek Fv/Fm aránya jelentősen csökkent 35°C feletti hőmérsékleten. Feng és munkatársai (2013) szerint a hőstressz alatti alacsonyabb Fv/Fm arány azt jelzi, hogy a PSII reakcióközpont általi gerjesztési energia befogásának és átalakításának sebessége csökken, ami azt jelzi, hogy a PSII reakcióközpont hőstressz alatt szétesik. Ez a megfigyelés arra enged következtetni, hogy a fotoszintetikus apparátus zavarai kifejezettebbek az érzékeny fajtákban (Fedearroz 2000), mint a rezisztens fajtákban (Fedearroz 67).
A CK vagy a BR használata általában fokozta a PSII teljesítményét komplex hőstressz körülmények között. Hasonló eredményeket kaptak Suchsagunpanit és munkatársai (2015), akik megfigyelték, hogy a BR alkalmazása növelte a PSII hatékonyságát hőstressz alatt rizsben. Kumar és munkatársai (2020) azt is megállapították, hogy a CK-val (6-benzil-adenin) kezelt és hőstressznek kitett csicseriborsó növényeknél megnőtt az Fv/Fm arány, arra a következtetésre jutva, hogy a CK lombtrágyázása a zeaxantin pigmentciklus aktiválásával elősegítette a PSII aktivitását. Ezenkívül a BR levélpermet kombinált stressz körülmények között is elősegítette a PSII fotoszintézisét, ami azt jelzi, hogy ennek a fitohormonnak az alkalmazása a PSII csápjainak gerjesztési energiájának csökkenéséhez vezetett, és elősegítette a kis hősokkfehérjék felhalmozódását a kloroplasztokban (Ogweno és munkatársai, 2008; Kothari és Lachowitz). , 2021).
Az MDA- és prolintartalom gyakran megnő, amikor a növények abiotikus stressz alatt vannak, az optimális körülmények között termesztett növényekhez képest (Alvarado-Sanabria et al. 2017). Korábbi tanulmányok azt is kimutatták, hogy az MDA- és a prolinszint biokémiai indikátorok, amelyek felhasználhatók a rizs adaptációs folyamatának vagy agronómiai gyakorlatok hatásának megértésére nappali vagy éjszakai magas hőmérséklet esetén (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al., 2021). Ezek a tanulmányok azt is kimutatták, hogy az MDA- és a prolintartalom általában magasabb volt azokban a rizsnövényekben, amelyeket éjszaka, illetve nappal magas hőmérsékletnek tettek ki. A CK és BR lombtrágyázása azonban hozzájárult az MDA csökkenéséhez és a prolinszint növekedéséhez, főként a toleráns genotípusban (Federroz 67). A CK permet elősegítheti a citokinin-oxidáz/dehidrogenáz túltermelését, ezáltal növelve a védő vegyületek, például a betain és a prolin tartalmát (Liu et al., 2020). A BR elősegíti az ozmoprotektánsok, például a betain, a cukrok és az aminosavak (beleértve a szabad prolint) indukcióját, fenntartva a sejtek ozmotikus egyensúlyát számos kedvezőtlen környezeti körülmény között (Kothari és Lachowiec, 2021).
A növényi stressz indexet (CSI) és a relatív tolerancia indexet (RTI) használják annak meghatározására, hogy az értékelt kezelések segítenek-e enyhíteni a különböző stresszeket (abiotikus és biotikus), és pozitív hatással vannak-e a növényélettanra (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). A CSI-értékek 0 és 1 között mozoghatnak, ami rendre a nem stresszes, illetve a stresszes körülményeket jelenti (Lee et al., 2010). A hőstresszes (SC) növények CSI-értékei 0,8 és 0,9 között mozogtak (2B. ábra), ami azt jelzi, hogy a rizsnövényeket negatívan befolyásolta a kombinált stressz. A BC (0,6) vagy CK (0,6) lombtrágyázása azonban főként ennek a mutatónak a csökkenéséhez vezetett abiotikus stressz körülmények között az SC rizsnövényekhez képest. Az F2000 növényekben az RTI nagyobb növekedést mutatott a CA (97,69%) és a BC (60,73%) használatakor az SA-hoz (33,52%) képest, ami arra utal, hogy ezek a növényi növekedésszabályozók hozzájárulnak a rizs összetétel-toleranciájának javításához is. Túlmelegedés. Ezeket az indexeket különböző fajok stresszhelyzeteinek kezelésére javasolták. Lee és munkatársai (2010) által végzett tanulmány kimutatta, hogy két gyapotfajta CSI-értéke mérsékelt vízstressz alatt körülbelül 0,85 volt, míg a jól öntözött fajták CSI-értékei 0,4 és 0,6 között mozogtak, ami arra a következtetésre jutott, hogy ez az index a fajták vízhez való alkalmazkodásának mutatója stresszes körülmények között. Ezenkívül Chavez-Arias és munkatársai (2020) a szintetikus elicitorok hatékonyságát értékelték átfogó stresszkezelési stratégiaként a C. elegans növényekben, és azt találták, hogy az ezekkel a vegyületekkel permetezett növények magasabb RTI-t mutattak (65%). A fentiek alapján a CK és a BR agronómiai stratégiáknak tekinthetők, amelyek célja a rizs komplex hőstresszel szembeni toleranciájának növelése, mivel ezek a növényi növekedésszabályozók pozitív biokémiai és fiziológiai válaszokat váltanak ki.
Az elmúlt néhány évben a kolumbiai rizskutatás a magas nappali vagy éjszakai hőmérsékleteket toleráló genotípusok fiziológiai vagy biokémiai tulajdonságok felhasználásával történő értékelésére összpontosított (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021). Az elmúlt néhány évben azonban a gyakorlati, gazdaságos és jövedelmező technológiák elemzése egyre fontosabbá vált az integrált növénytermesztés javaslataihoz az országban tapasztalható komplex hőstressz-periódusok hatásainak javítása érdekében (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). Így a rizsnövények komplex hőstresszre (40°C nappal/30°C éjszaka) adott fiziológiai és biokémiai válaszai, amelyeket ebben a vizsgálatban megfigyeltek, arra utalnak, hogy a CK-val vagy BR-rel történő lombtrágyázás megfelelő növénytermesztési módszer lehet a káros hatások enyhítésére. A mérsékelt hőstressz időszakainak hatása. Ezek a kezelések javították mindkét rizsgenotípus toleranciáját (alacsony CSI és magas RTI), ami általános tendenciát mutat a növények fiziológiai és biokémiai válaszaiban kombinált hőstressz esetén. A rizsnövények fő reakciója a GC-tartalom, a teljes klorofill, az α és β klorofillok, valamint a karotinoidok tartalmának csökkenése volt. Ezenkívül a növények PSII-károsodást szenvednek (a klorofill fluoreszcencia paramétereinek, például az Fv/Fm aránynak a csökkenése) és a lipidperoxidáció fokozódását. Másrészt, amikor a rizst CK-val és BR-rel kezelték, ezek a negatív hatások enyhültek, és a prolintartalom megnőtt (4. ábra).
4. ábra. A kombinált hőstressz és lombtrágyázás hatásának koncepcionális modellje rizsnövényeken. A piros és kék nyilak a hőstressz és a BR (brasszinoszteroid) és CK (citokinin) lombtrágyázása közötti kölcsönhatás negatív vagy pozitív hatását jelzik a fiziológiai, illetve biokémiai válaszokra. gs: sztómakonduktancia; Teljes klorofilltartalom; Chl α: klorofill β tartalom; Cx+c: karotinoidtartalom;
Összefoglalva, a jelen tanulmányban kapott fiziológiai és biokémiai válaszok azt mutatják, hogy a Fedearroz 2000 rizsnövények fogékonyabbak a komplex hőstressz időszakaira, mint a Fedearroz 67 rizsnövények. A vizsgálatban értékelt összes növekedésszabályozó (auxinok, gibberellinek, citokininek vagy brasszinoszteroidok) bizonyos mértékű kombinált hőstressz-csökkenést mutatott. A citokinin és a brasszinoszteroidok azonban jobb növényadaptációt indukáltak, mivel mindkét növényi növekedésszabályozó növelte a klorofilltartalmat, az alfa-klorofill fluoreszcencia paramétereket, a gs-t és az RWC-t a kezelés nélküli rizsnövényekhez képest, valamint csökkentette az MDA-tartalmat és a lombkorona hőmérsékletét. Összefoglalva, arra a következtetésre jutottunk, hogy a növényi növekedésszabályozók (citokininek és brasszinoszteroidok) használata hasznos eszköz a rizsnövényekben a magas hőmérsékletű időszakokban súlyos hőstressz által okozott stresszállapotok kezelésében.
A tanulmányban bemutatott eredeti anyagok a cikkhez mellékeltek, további kérdésekkel a levelező szerzőhöz lehet fordulni.
Közzététel ideje: 2024. augusztus 8.