Regulátory rastu rastlín sa používajú ako stratégia na zníženie tepelného stresu u rôznych plodín.

Produkcia ryže klesá v dôsledku zmeny klímy a jej premenlivosti v Kolumbii.Regulátory rastu rastlínsa používajú ako stratégia na zníženie tepelného stresu u rôznych plodín. Cieľom tejto štúdie bolo preto vyhodnotiť fyziologické účinky (vodivosť prieduchov, celkový obsah chlorofylu, pomer Fv/Fm dvoch komerčných genotypov ryže vystavených kombinovanému tepelnému stresu (vysoké denné a nočné teploty), teplota porastu a relatívny obsah vody) a biochemické premenné (obsah malondialdehydu (MDA) a kyseliny prolínovej). Prvý a druhý experiment sa uskutočnili s použitím rastlín dvoch genotypov ryže, Federrose 67 („F67“) a Federrose 2000 („F2000“). Oba experimenty sa analyzovali spoločne ako séria experimentov. Stanovené ošetrenia boli nasledovné: absolútna kontrola (AC) (rastliny ryže pestované pri optimálnych teplotách (denná/nočná teplota 30/25 °C)), kontrola tepelného stresu (SC) [rastliny ryže vystavené iba kombinovanému tepelnému stresu (40/25 °C). 30 °C)] a rastliny ryže boli stresované a dvakrát (5 dní pred a 5 dní po tepelnom strese) postriekané regulátormi rastu rastlín (stres + AUX, stres + BR, stres + CK alebo stres + GA). Postrek SA zvýšil celkový obsah chlorofylu v oboch odrodách (čerstvá hmotnosť rastlín ryže „F67“ a „F2000“ bola 3,25 a 3,65 mg/g) v porovnaní s rastlinami SC (čerstvá hmotnosť rastlín „F67“ bola 2,36 a 2,56 mg/g). U ryže „F2000“ a ryže „F2000“ listová aplikácia CK tiež vo všeobecnosti zlepšila vodivosť prieduchov rastlín ryže „F2000“ (499,25 oproti 150,60 mmol m-2 s) v porovnaní s kontrolou s tepelným stresom. V dôsledku tepelného stresu sa teplota koruny rastliny znížila o 2 – 3 °C a obsah MDA v rastlinách sa znížil. Index relatívnej tolerancie ukazuje, že listová aplikácia CK (97,69 %) a BR (60,73 %) môže pomôcť zmierniť problém kombinovaného tepelného stresu, najmä u rastlín ryže F2000. Záverom možno povedať, že listový postrek BR alebo CK možno považovať za agronomickú stratégiu, ktorá pomáha znižovať negatívne účinky podmienok kombinovaného tepelného stresu na fyziologické správanie rastlín ryže.
Ryža (Oryza sativa) patrí do čeľade Poaceae a je jednou z najviac pestovaných obilnín na svete spolu s kukuricou a pšenicou (Bajaj a Mohanty, 2005). Plocha pestovanej ryže je 617 934 hektárov a národná produkcia v roku 2020 bola 2 937 840 ton s priemerným výnosom 5,02 tony/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Globálne otepľovanie ovplyvňuje pestovanie ryže a vedie k rôznym typom abiotického stresu, ako sú vysoké teploty a obdobia sucha. Zmena klímy spôsobuje zvyšovanie globálnych teplôt; Predpokladá sa, že teploty v 21. storočí vzrastú o 1,0 – 3,7 °C, čo by mohlo zvýšiť frekvenciu a intenzitu tepelného stresu. Zvýšené teploty prostredia ovplyvnili ryžu a spôsobili pokles výnosov plodín o 6 – 7 %. Na druhej strane, zmena klímy vedie aj k nepriaznivým podmienkam prostredia pre plodiny, ako sú obdobia silného sucha alebo vysoké teploty v tropických a subtropických oblastiach. Okrem toho môžu variabilita javov, ako je El Niño, viesť k tepelnému stresu a zhoršiť poškodenie plodín v niektorých tropických oblastiach. V Kolumbii sa predpokladá, že teploty v oblastiach produkujúcich ryžu sa do roku 2050 zvýšia o 2 – 2,5 °C, čo zníži produkciu ryže a ovplyvní tok produktov na trhy a do dodávateľských reťazcov.
Väčšina ryžových plodín sa pestuje v oblastiach, kde sa teploty blížia k optimálnemu rozsahu pre rast plodín (Shah a kol., 2011). Bolo hlásené, že optimálne priemerné denné a nočné teploty prerast a vývoj ryžesú vo všeobecnosti 28 °C a 22 °C (Kilasi a kol., 2018; Calderón-Páez a kol., 2021). Teploty nad týmito prahovými hodnotami môžu spôsobiť obdobia mierneho až silného tepelného stresu počas citlivých štádií vývoja ryže (odnožovanie, kvetenie, kvitnutie a plniace zrno), čo negatívne ovplyvňuje úrodu zrna. Toto zníženie úrody je spôsobené najmä dlhými obdobiami tepelného stresu, ktoré ovplyvňujú fyziológiu rastlín. V dôsledku interakcie rôznych faktorov, ako je trvanie stresu a maximálna dosiahnutá teplota, môže tepelný stres spôsobiť celý rad nezvratných poškodení metabolizmu a vývoja rastlín.
Tepelný stres ovplyvňuje rôzne fyziologické a biochemické procesy v rastlinách. Fotosyntéza listov je jedným z procesov najviac náchylných na tepelný stres u rastlín ryže, pretože rýchlosť fotosyntézy sa znižuje o 50 %, keď denné teploty prekročia 35 °C. Fyziologické reakcie rastlín ryže sa líšia v závislosti od typu tepelného stresu. Napríklad rýchlosť fotosyntézy a vodivosť prieduchov sú inhibované, keď sú rastliny vystavené vysokým denným teplotám (33 – 40 °C) alebo vysokým denným a nočným teplotám (35 – 40 °C počas dňa, 28 – 30 °C). C znamená noc) (Lü a kol., 2013; Fahad a kol., 2016; Chaturvedi a kol., 2017). Vysoké nočné teploty (30 °C) spôsobujú miernu inhibíciu fotosyntézy, ale zvyšujú nočné dýchanie (Fahad a kol., 2016; Alvarado-Sanabria a kol., 2017). Bez ohľadu na stresové obdobie, tepelný stres ovplyvňuje aj obsah chlorofylu v listoch, pomer variabilnej fluorescencie chlorofylu k maximálnej fluorescencii chlorofylu (Fv/Fm) a aktiváciu Rubisco v rastlinách ryže (Cao a kol. 2009; Yin a kol. 2010). (Sanchez Reynoso a kol., 2014).
Biochemické zmeny sú ďalším aspektom adaptácie rastlín na tepelný stres (Wahid a kol., 2007). Obsah prolínu sa používa ako biochemický indikátor stresu rastlín (Ahmed a Hassan 2011). Prolín hrá dôležitú úlohu v metabolizme rastlín, pretože pôsobí ako zdroj uhlíka alebo dusíka a ako stabilizátor membrán za podmienok vysokej teploty (Sánchez-Reinoso a kol., 2014). Vysoké teploty tiež ovplyvňujú stabilitu membrán prostredníctvom peroxidácie lipidov, čo vedie k tvorbe malondialdehydu (MDA) (Wahid a kol., 2007). Preto sa obsah MDA používa aj na pochopenie štrukturálnej integrity bunkových membrán pri tepelnom strese (Cao a kol., 2009; Chavez-Arias a kol., 2018). Nakoniec, kombinovaný tepelný stres [37/30 °C (deň/noc)] zvýšil percento úniku elektrolytov a obsah malondialdehydu v ryži (Liu a kol., 2013).
Používanie regulátorov rastu rastlín (GR) sa hodnotilo ako faktor zmierňujúci negatívne účinky tepelného stresu, pretože tieto látky sa aktívne podieľajú na reakciách rastlín alebo fyziologických obranných mechanizmoch proti takémuto stresu (Peleg a Blumwald, 2011; Yin a kol., 2011; Ahmed a kol., 2015). Exogénna aplikácia genetických zdrojov mala pozitívny vplyv na toleranciu voči tepelnému stresu u rôznych plodín. Štúdie ukázali, že fytohormóny, ako sú giberelíny (GA), cytokiníny (CK), auxíny (AUX) alebo brassinosteroidy (BR), vedú k zvýšeniu rôznych fyziologických a biochemických premenných (Peleg a Blumwald, 2011; Yin a kol., Ren, 2011; Mitler a kol., 2012; Zhou a kol., 2014). V Kolumbii nebola exogénna aplikácia genetických zdrojov a jej vplyv na úrodu ryže úplne pochopená a študovaná. Predchádzajúca štúdia však ukázala, že postrekovanie BR na listy by mohlo zlepšiť toleranciu ryže zlepšením charakteristík výmeny plynov, obsahu chlorofylu alebo prolínu v listoch sadeníc ryže (Quintero-Calderón a kol., 2021).
Cytokiníny sprostredkúvajú reakcie rastlín na abiotické stresy vrátane tepelného stresu (Ha a kol., 2012). Okrem toho sa uvádza, že exogénna aplikácia CK môže znížiť tepelné poškodenie. Napríklad exogénna aplikácia zeatínu zvýšila rýchlosť fotosyntézy, obsah chlorofylu a a b a účinnosť transportu elektrónov u plazivej trávy (Agrotis estolonifera) počas tepelného stresu (Xu a Huang, 2009; Jespersen a Huang, 2015). Exogénna aplikácia zeatínu môže tiež zlepšiť antioxidačnú aktivitu, zvýšiť syntézu rôznych proteínov, znížiť poškodenie reaktívnymi formami kyslíka (ROS) a produkciu malondialdehydu (MDA) v rastlinných tkanivách (Chernyadyev, 2009; Yang a kol., 2009). , 2016; Kumar a kol., 2020).
Použitie kyseliny giberelínovej tiež preukázalo pozitívnu reakciu na tepelný stres. Štúdie ukázali, že biosyntéza GA sprostredkováva rôzne metabolické dráhy a zvyšuje toleranciu za podmienok vysokých teplôt (Alonso-Ramirez a kol. 2009; Khan a kol. 2020). Abdel-Nabi a kol. (2020) zistili, že postrek exogénnou GA (25 alebo 50 mg*L) na listy by mohol zvýšiť rýchlosť fotosyntézy a antioxidačnú aktivitu u teplom stresovaných oranžových rastlín v porovnaní s kontrolnými rastlinami. Bolo tiež pozorované, že exogénna aplikácia HA zvyšuje relatívny obsah vlhkosti, obsah chlorofylu a karotenoidov a znižuje peroxidáciu lipidov u datľovej palmy (Phoenix dactylifera) za tepelného stresu (Khan a kol., 2020). Auxín tiež hrá dôležitú úlohu v regulácii adaptívnych rastových reakcií na podmienky vysokých teplôt (Sun a kol., 2012; Wang a kol., 2016). Tento regulátor rastu pôsobí ako biochemický marker v rôznych procesoch, ako je syntéza alebo degradácia prolínu pri abiotickom strese (Ali a kol., 2007). Okrem toho AUX tiež zvyšuje antioxidačnú aktivitu, čo vedie k zníženiu MDA v rastlinách v dôsledku zníženej peroxidácie lipidov (Bielach a kol., 2017). Sergeev a kol. (2018) pozorovali, že v rastlinách hrachu siateho (Pisum sativum) pri tepelnom strese sa zvyšuje obsah prolínu – dimetylaminoetoxykarbonylmetyl)naftylchlórmetyléteru (TA-14). V tom istom experimente tiež pozorovali nižšie hladiny MDA v ošetrených rastlinách v porovnaní s rastlinami neošetrenými AUX.
Brassinosteroidy sú ďalšou triedou regulátorov rastu používaných na zmiernenie účinkov tepelného stresu. Ogweno a kol. (2008) uviedli, že exogénny postrek BR zvýšil čistú rýchlosť fotosyntézy, vodivosť prieduchov a maximálnu rýchlosť karboxylácie Rubisco u rastlín rajčiaka (Solanum lycopersicum) vystavených tepelnému stresu počas 8 dní. Postrek listov epibrassinosteroidmi môže zvýšiť čistú rýchlosť fotosyntézy uhorky (Cucumis sativus) vystavenej tepelnému stresu (Yu a kol., 2004). Okrem toho exogénna aplikácia BR oneskoruje degradáciu chlorofylu a zvyšuje účinnosť využívania vody a maximálny kvantový výťažok fotochémie PSII u rastlín vystavených tepelnému stresu (Holá a kol., 2010; Toussagunpanit a kol., 2015).
V dôsledku klimatických zmien a variability čelia plodiny ryže obdobiam vysokých denných teplôt (Lesk a kol., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). Pri fenotypizácii rastlín sa študovalo používanie fytonutrientov alebo biostimulantov ako stratégia na zmiernenie tepelného stresu v oblastiach pestovania ryže (Alvarado-Sanabria a kol., 2017; Calderón-Páez a kol., 2021; Quintero-Calderón a kol., 2021). Okrem toho je použitie biochemických a fyziologických premenných (teplota listov, vodivosť prieduchov, parametre fluorescencie chlorofylu, obsah chlorofylu a relatívnej vody, syntéza malondialdehydu a prolínu) spoľahlivým nástrojom na skríning rastlín ryže vystavených tepelnému stresu na lokálnej aj medzinárodnej úrovni (Sánchez-Reynoso a kol., 2014; Alvarado-Sanabria a kol., 2017; Výskum použitia listových fytohormonálnych postrekov v ryži na lokálnej úrovni však zostáva zriedkavý. Preto má štúdium fyziologických a biochemických reakcií aplikácie regulátorov rastu rastlín veľký význam pre návrh praktických agronomických stratégií pre riešenie negatívnych účinkov obdobia komplexného tepelného stresu v ryži. Cieľom tejto štúdie bolo preto vyhodnotiť fyziologické (vodivosť prieduchov, parametre fluorescencie chlorofylu a relatívny obsah vody) a biochemické účinky listovej aplikácie štyroch regulátorov rastu rastlín (AUX, CK, GA a BR). (Fotosyntetické pigmenty, obsah malondialdehydu a prolínu) Premenné v dvoch komerčných genotypoch ryže vystavených kombinovanému tepelnému stresu (vysoký denný/nočný čas) teploty).
V tejto štúdii boli vykonané dva nezávislé experimenty. Genotypy Federrose 67 (F67: genotyp vyvinutý pri vysokých teplotách počas posledného desaťročia) a Federrose 2000 (F2000: genotyp vyvinutý v poslednom desaťročí 20. storočia, ktorý vykazuje odolnosť voči vírusu bielych listov) boli použité prvýkrát. V prvom a druhom experimente boli použité semená. Oba genotypy sú kolumbijskými farmármi široko pestované. Semená boli zasiate do 10-litrových misiek (dĺžka 39,6 cm, šírka 28,8 cm, výška 16,8 cm) obsahujúcich piesčito-hlinitú pôdu s 2 % organickej hmoty. Do každej misiky bolo zasiatych päť predklíčených semien. Palety boli umiestnené v skleníku Fakulty poľnohospodárskych vied Národnej univerzity v Kolumbii, kampus v Bogote (43°50′56″ s. š., 74°04′051″ z. d.), v nadmorskej výške 2556 m nad morom (n. m.). m.) a boli vykonané od októbra do decembra 2019. Jeden experiment (Federroz 67) a druhý experiment (Federroz 2000) v rovnakej sezóne roku 2020.
Podmienky prostredia v skleníku počas každej pestovateľskej sezóny sú nasledovné: denná a nočná teplota 30/25 °C, relatívna vlhkosť 60 ~ 80 %, prirodzená fotoperióda 12 hodín (fotosynteticky aktívne žiarenie 1500 µmol (fotónov) m-2 s-). 1 na poludnie). Rastliny boli hnojené podľa obsahu každého prvku 20 dní po vzídení semien (DAE) podľa Sánchez-Reinoso a kol. (2019): 670 mg dusíka na rastlinu, 110 mg fosforu na rastlinu, 350 mg draslíka na rastlinu, 68 mg vápnika na rastlinu, 20 mg horčíka na rastlinu, 20 mg síry na rastlinu, 17 mg kremíka na rastlinu. Rastliny obsahujú 10 mg bóru na rastlinu, 17 mg medi na rastlinu a 44 mg zinku na rastlinu. Rastliny ryže boli v každom experimente udržiavané na úrovni až 47 DAE, keď počas tohto obdobia dosiahli fenologické štádium V5. Predchádzajúce štúdie ukázali, že toto fenologické štádium je vhodným časom na vykonanie štúdií tepelného stresu u ryže (Sánchez-Reinoso a kol., 2014; Alvarado-Sanabria a kol., 2017).
V každom experimente sa vykonali dve samostatné aplikácie regulátora rastu listov. Prvá sada listových postrekov fytohormónmi sa aplikovala 5 dní pred tepelným stresom (42 DAE), aby sa rastliny pripravili na environmentálny stres. Druhý listový postrek sa potom aplikoval 5 dní po vystavení rastlín stresovým podmienkam (52 ​​DAE). Použili sa štyri fytohormóny a vlastnosti každej účinnej látky postrekovanej v tejto štúdii sú uvedené v doplnkovej tabuľke 1. Koncentrácie použitých regulátorov rastu listov boli nasledovné: (i) Auxín (kyselina 1-naftyloctová: NAA) v koncentrácii 5 × 10⁻⁶ M (ii) 5 × 10–5 M giberelín (kyselina giberelová: NAA); GA3); (iii) Cytokinín (trans-zeatín) 1 × 10⁻⁶ M (iv) Brassinosteroidy [Spirostan-6-ón, 3,5-dihydroxy-, (3b,5a,25R)] 5 × 10⁻⁶; M. Tieto koncentrácie boli zvolené, pretože vyvolávajú pozitívne reakcie a zvyšujú odolnosť rastlín voči tepelnému stresu (Zahir a kol., 2001; Wen a kol., 2010; El-Bassiony a kol., 2012; Salehifar a kol., 2017). Rastliny ryže bez postrekov s regulátormi rastu rastlín boli ošetrené iba destilovanou vodou. Všetky rastliny ryže boli postrekované ručným postrekovačom. Na rastlinu sa aplikuje 20 ml H2O na zvlhčenie hornej a dolnej strany listov. Pri všetkých listových postrekoch sa použil poľnohospodársky adjuvant (Agrotin, Bayer CropScience, Kolumbia) v koncentrácii 0,1 % (v/v). Vzdialenosť medzi kvetináčom a postrekovačom je 30 cm.
Tepelné stresové ošetrenia boli vykonané 5 dní po prvom listovom postreku (47 DAE) v každom experimente. Rastliny ryže boli prenesené zo skleníka do rastovej komory s objemom 294 litrov (MLR-351H, Sanyo, IL, USA) za účelom vytvorenia tepelného stresu alebo udržania rovnakých podmienok prostredia (47 DAE). Kombinované tepelné stresové ošetrenie bolo vykonané nastavením komory na nasledujúce denné/nočné teploty: denná vysoká teplota [40 °C počas 5 hodín (od 11:00 do 16:00)] a nočné obdobie [30 °C počas 5 hodín], 8 dní po sebe (od 19:00 do 24:00). Stresová teplota a čas expozície boli vybrané na základe predchádzajúcich štúdií (Sánchez-Reynoso a kol. 2014; Alvarado-Sanabría a kol. 2017). Na druhej strane, skupina rastlín prenesených do rastovej komory bola udržiavaná v skleníku pri rovnakej teplote (30 °C cez deň / 25 °C v noci) počas 8 po sebe nasledujúcich dní.
Na konci experimentu boli získané nasledujúce skupiny ošetrení: (i) teplota rastu + aplikácia destilovanej vody [Absolútna kontrola (AC)], (ii) tepelný stres + aplikácia destilovanej vody [Kontrola tepelného stresu (SC)], (iii) tepelný stres + aplikácia auxínu (AUX), (iv) tepelný stres + aplikácia giberelínu (GA), (v) tepelný stres + aplikácia cytokinínov (CK) a (vi) tepelný stres + brassinosteroid (BR) Dodatok. Tieto skupiny ošetrení boli použité pre dva genotypy (F67 a F2000). Všetky ošetrenia boli vykonané v úplne randomizovanom dizajne s piatimi opakovaniami, pričom každé pozostávalo z jednej rastliny. Každá rastlina bola použitá na odčítanie premenných stanovených na konci experimentu. Experiment trval 55 dní v týždni.
Stomatálna vodivosť (gs) sa merala pomocou prenosného porozometra (SC-1, METER Group Inc., USA) v rozsahu od 0 do 1000 mmol m-2 s-1 s otvorom vzorkovacej komory 6,35 mm. Merania sa vykonávajú pripojením stomametrickej sondy k zrelému listu s plne rozvinutým hlavným výhonkom rastliny. Pri každom ošetrení sa hodnoty gs odčítali na troch listoch každej rastliny medzi 11:00 a 16:00 a spriemerovali sa.
RWC sa stanovila podľa metódy opísanej Ghoulamom a kol. (2002). Plne roztiahnutý list použitý na stanovenie g sa použil aj na meranie RWC. Čerstvá hmotnosť (FW) sa stanovila ihneď po zbere pomocou digitálnej váhy. Listy sa potom umiestnili do plastovej nádoby naplnenej vodou a nechali sa v tme pri izbovej teplote (22 °C) počas 48 hodín. Potom sa odvážili na digitálnej váhe a zaznamenala sa roztiahnutá hmotnosť (TW). Napučané listy sa sušili v peci pri teplote 75 °C počas 48 hodín a zaznamenala sa ich suchá hmotnosť (DW).
Relatívny obsah chlorofylu bol stanovený pomocou chlorofylmetra (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) a vyjadrený v jednotkách atLeaf (Dey a kol., 2016). Hodnoty maximálnej kvantovej účinnosti PSII (pomer Fv/Fm) boli zaznamenané pomocou kontinuálneho excitačného chlorofylového fluorimetra (Handy PEA, Hansatech Instruments, Spojené kráľovstvo). Listy boli pred meraniami Fv/Fm adaptované na tmu pomocou listových svoriek počas 20 minút (Restrepo-Diaz a Garces-Varon, 2013). Po aklimatizácii listov na tmu bola zmeraná základná línia (F0) a maximálna fluorescencia (Fm). Z týchto údajov bola vypočítaná variabilná fluorescencia (Fv = Fm – F0), pomer variabilnej fluorescencie k maximálnej fluorescencii (Fv/Fm), maximálny kvantový výťažok fotochémie PSII (Fv/F0) a pomer Fm/F0 (Baker, 2008; Lee a kol., 2017). Relatívny chlorofyl a fluorescencia chlorofylu sa merali na rovnakých listoch, aké sa použili na merania gs.
Ako biochemické premenné sa odobralo približne 800 mg čerstvej hmotnosti listov. Vzorky listov sa potom homogenizovali v tekutom dusíku a uskladnili na ďalšiu analýzu. Spektrometrická metóda použitá na odhad obsahu chlorofylu a, b a karotenoidov v tkanive je založená na metóde a rovniciach opísaných Wellburnom (1994). Vzorky tkaniva listov (30 mg) sa odobrali a homogenizovali v 3 ml 80 % acetónu. Vzorky sa potom centrifugovali (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, USA) pri 5000 ot./min. počas 10 minút, aby sa odstránili častice. Supernatant sa zriedil na konečný objem 6 ml pridaním 80 % acetónu (Sims a Gamon, 2002). Obsah chlorofylu sa stanovil pri 663 (chlorofyl a) a 646 (chlorofyl b) nm a karotenoidov pri 470 nm pomocou spektrofotometra (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA).
Na stanovenie peroxidácie membránových lipidov (MDA) bola použitá metóda s kyselinou tiobarbiturovou (TBA) opísaná Hodgesom a kol. (1999). Približne 0,3 g listového tkaniva bolo tiež homogenizovaných v tekutom dusíku. Vzorky boli centrifugované pri 5000 ot./min. a absorbancia bola meraná na spektrofotometri pri 440, 532 a 600 nm. Nakoniec bola koncentrácia MDA vypočítaná pomocou extinkčného koeficientu (157 M mL−1).
Obsah prolínu vo všetkých ošetreniach bol stanovený metódou opísanou Batesom a kol. (1973). K uskladnenej vzorke sa pridalo 10 ml 3 % vodného roztoku kyseliny sulfosalicylovej a prefiltrovalo sa cez filtračný papier Whatman (č. 2). Potom sa 2 ml tohto filtrátu nechali reagovať s 2 ml kyseliny ninydónovej a 2 ml ľadovej kyseliny octovej. Zmes sa na 1 hodinu umiestnila do vodného kúpeľa pri teplote 90 °C. Reakciu sa zastavila inkubáciou na ľade. Skúmavku dôkladne pretrepte pomocou vortexovej trepačky a výsledný roztok sa rozpustil v 4 ml toluénu. Absorbancia sa merala pri 520 nm pomocou rovnakého spektrofotometra, aký sa použil na kvantifikáciu fotosyntetických pigmentov (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA).
Metóda opísaná Gerhardsom a kol. (2016) na výpočet teploty koruny a CSI. Termálne fotografie boli zhotovené kamerou FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) s presnosťou ±2 °C na konci stresového obdobia. Na fotografovanie umiestnite za rastlinu biely povrch. Ako referenčné modely boli opäť považované dve továrne. Rastliny boli umiestnené na bielom povrchu; jedna bola potiahnutá poľnohospodárskym adjuvantom (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Kolumbia) na simuláciu otvorenia všetkých prieduchov [vlhký režim (Twet)] a druhá bol list bez akejkoľvek aplikácie [suchý režim (Tdry)] (Castro-Duque a kol., 2020). Vzdialenosť medzi kamerou a kvetináčom počas natáčania bola 1 m.
Index relatívnej tolerancie bol vypočítaný nepriamo pomocou stomatálnej vodivosti (gs) ošetrených rastlín v porovnaní s kontrolnými rastlinami (rastliny bez stresových ošetrení a s aplikovanými regulátormi rastu) na určenie tolerancie ošetrených genotypov hodnotených v tejto štúdii. RTI bol získaný pomocou rovnice adaptovanej z Chávez-Arias et al. (2020).
V každom experimente boli všetky vyššie uvedené fyziologické premenné stanovené a zaznamenané pri 55 DAE s použitím plne rozvinutých listov zozbieraných z hornej časti porastu. Okrem toho sa merania vykonávali v rastovej komore, aby sa zabránilo zmene podmienok prostredia, v ktorých rastliny rastú.
Dáta z prvého a druhého experimentu boli analyzované spoločne ako séria experimentov. Každá experimentálna skupina pozostávala z 5 rastlín a každá rastlina predstavovala experimentálnu jednotku. Bola vykonaná analýza rozptylu (ANOVA) (P ≤ 0,05). Ak sa zistili významné rozdiely, použil sa Tukeyho post hoc porovnávací test pri P ≤ 0,05. Na prevod percentuálnych hodnôt použite funkciu arkusínus. Dáta boli analyzované pomocou softvéru Statistix v 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) a vynesené do grafu pomocou SigmaPlot (verzia 10.0; Systat Software, San Jose, CA, USA). Analýza hlavných zložiek bola vykonaná pomocou softvéru InfoStat 2016 (Analysis Software, National University of Cordoba, Argentína) s cieľom identifikovať najlepšie regulátory rastu rastlín v rámci štúdie.
Tabuľka 1 sumarizuje ANOVA ukazujúcu experimenty, rôzne ošetrenia a ich interakcie s fotosyntetickými pigmentmi listov (chlorofyl a, b, celkový a karotenoidy), obsahom malondialdehydu (MDA) a prolínu a vodivosťou prieduchov. Vplyv gs, relatívneho obsahu vody (RWC), obsahu chlorofylu, parametrov fluorescencie chlorofylu alfa, teploty koruny (PCT) (°C), indexu stresu plodiny (CSI) a indexu relatívnej tolerancie rastlín ryže pri 55 DAE.
Tabuľka 1. Zhrnutie údajov ANOVA o fyziologických a biochemických premenných ryže medzi experimentmi (genotypy) a tepelným stresom.
Rozdiely (P ≤ 0,01) v interakciách fotosyntetických pigmentov listov, relatívnom obsahu chlorofylu (hodnoty Atleaf) a parametroch fluorescencie alfa-chlorofylu medzi experimentmi a ošetreniami sú uvedené v tabuľke 2. Vysoké denné a nočné teploty zvýšili celkový obsah chlorofylu a karotenoidov. Sadenice ryže bez akéhokoľvek listového postreku fytohormónmi (2,36 mg g-1 pre „F67“ a 2,56 mg g-1 pre „F2000“) v porovnaní s rastlinami pestovanými za optimálnych teplotných podmienok (2,67 mg g-1)) vykazovali nižší celkový obsah chlorofylu. V oboch experimentoch bol „F67“ 2,80 mg g-1 a „F2000“ 2,80 mg g-1. Okrem toho sadenice ryže ošetrené kombináciou postrekov AUX a GA v podmienkach tepelného stresu tiež vykazovali pokles obsahu chlorofylu v oboch genotypoch (AUX = 1,96 mg g-1 a GA = 1,45 mg g-1 pre „F67“; AUX = 1,96 mg g-1 a GA = 1,45 mg g-1 pre „F67“; AUX = 2,24 mg g-1 a GA = 1,43 mg g-1 (pre „F2000“) v podmienkach tepelného stresu. V podmienkach tepelného stresu viedlo ošetrenie listov BR k miernemu zvýšeniu tejto premennej v oboch genotypoch. Nakoniec, postrek listov CK vykazoval najvyššie hodnoty fotosyntetických pigmentov spomedzi všetkých ošetrení (ošetrenia AUX, GA, BR, SC a AC) v genotypoch F67 (3,24 mg g-1) a F2000 (3,65 mg g-1). Relatívny obsah chlorofylu (jednotka Atleaf) bol tiež znížený kombinovaným tepelným stresom. Najvyššie hodnoty boli zaznamenané aj u rastlín postriekaných CC v oboch genotypoch (41,66 pre „F67“ a 49,30 pre „F2000“). Pomery Fv a Fv/Fm vykazovali významné rozdiely medzi ošetreniami a kultivarmi (Tabuľka 2). Celkovo bol kultivar F67 menej náchylný na tepelný stres ako kultivar F2000. Pomery Fv a Fv/Fm utrpeli viac v druhom experimente. Stresované sadenice „F2000“, ktoré neboli postriekané žiadnymi fytohormónmi, mali najnižšie hodnoty Fv (2120,15) a pomery Fv/Fm (0,59), ale listový postrek CK pomohol tieto hodnoty obnoviť (Fv: 2591,89, pomer Fv/Fm: 0,73). , pričom sa dosiahli podobné hodnoty ako u rastlín „F2000“ pestovaných za optimálnych teplotných podmienok (Fv: 2955,35, pomer Fv/Fm: 0,73:0,72). Neboli zistené žiadne významné rozdiely v počiatočnej fluorescencii (F0), maximálnej fluorescencii (Fm), maximálnom fotochemickom kvantovom výťažku PSII (Fv/F0) a pomere Fm/F0. Nakoniec, BR vykazoval podobný trend ako pri CK (Fv 2545,06, pomer Fv/Fm 0,73).
Tabuľka 2. Vplyv kombinovaného tepelného stresu (40°/30°C deň/noc) na fotosyntetické pigmenty listov [celkový chlorofyl (Chl Total), chlorofyl a (Chl a), chlorofyl b (Chl b) a karotenoidy Cx+c], relatívny obsah chlorofylu (jednotka Atliff), parametre fluorescencie chlorofylu [počiatočná fluorescencia (F0), maximálna fluorescencia (Fm), variabilná fluorescencia (Fv), maximálna účinnosť PSII (Fv/Fm), fotochemický maximálny kvantový výťažok PSII (Fv/F0) a Fm/F0 v rastlinách dvoch genotypov ryže [Federrose 67 (F67) a Federrose 2000 (F2000)] 55 dní po vzídení (DAE)].
Relatívny obsah vody (RWC) v rôzne ošetrených rastlinách ryže vykazoval rozdiely (P ≤ 0,05) v interakcii medzi experimentálnymi a listovými ošetreniami (obr. 1A). Pri ošetrení SA boli zaznamenané najnižšie hodnoty pre oba genotypy (74,01 % pre F67 a 76,6 % pre F2000). V podmienkach tepelného stresu sa RWC rastlín ryže oboch genotypov ošetrených rôznymi fytohormónmi významne zvýšil. Celkovo listová aplikácia CK, GA, AUX alebo BR zvýšila RWC na hodnoty podobné hodnotám rastlín pestovaných za optimálnych podmienok počas experimentu. Absolútna kontrola a rastliny postrekované listom zaznamenali hodnoty okolo 83 % pre oba genotypy. Na druhej strane, gs tiež vykazoval významné rozdiely (P ≤ 0,01) v interakcii medzi experimentom a ošetrením (obr. 1B). Absolútna kontrolná rastlina (AC) tiež zaznamenala najvyššie hodnoty pre každý genotyp (440,65 mmol m-2s-1 pre F67 a 511,02 mmol m-2s-1 pre F2000). Rastliny ryže vystavené samotnému kombinovanému tepelnému stresu vykazovali najnižšie hodnoty gs pre oba genotypy (150,60 mmol m-2s-1 pre F67 a 171,32 mmol m-2s-1 pre F2000). Listové ošetrenie všetkými regulátormi rastu rastlín tiež zvýšilo g. Na rastlinách ryže F2000 postriekaných CC bol účinok listového postreku fytohormónmi zreteľnejší. Táto skupina rastlín nevykazovala žiadne rozdiely v porovnaní s rastlinami absolútnej kontroly (AC 511,02 a CC 499,25 mmol m-2s-1).
Obrázok 1. Vplyv kombinovaného tepelného stresu (40°/30°C deň/noc) na relatívny obsah vody (RWC) (A), vodivosť prieduchov (gs) (B), produkciu malondialdehydu (MDA) (C) a obsah prolínu (D) v rastlinách dvoch genotypov ryže (F67 a F2000) 55 dní po vzídení (DAE). Medzi hodnotené ošetrenia pre každý genotyp patrili: absolútna kontrola (AC), kontrola tepelného stresu (SC), tepelný stres + auxín (AUX), tepelný stres + giberelín (GA), tepelný stres + bunkový mitogén (CK) a tepelný stres + brassinosteroid (BR). Každý stĺpec predstavuje priemer ± štandardná chyba piatich údajových bodov (n = 5). Stĺpce nasledované rôznymi písmenami označujú štatisticky významné rozdiely podľa Tukeyho testu (P ≤ 0,05). Písmená so znamienkom rovnosti označujú, že priemer nie je štatisticky významný (≤ 0,05).
Obsah MDA (P ≤ 0,01) a prolínu (P ≤ 0,01) tiež vykazoval významné rozdiely v interakcii medzi experimentom a ošetrením fytohormónmi (obr. 1C, D). Zvýšená lipidová peroxidácia bola pozorovaná pri ošetrení SC u oboch genotypov (obrázok 1C), avšak rastliny ošetrené postrekom s regulátorom rastu listov vykazovali zníženú lipidovú peroxidáciu u oboch genotypov; Vo všeobecnosti použitie fytohormónov (CA, AUC, BR alebo GA) vedie k zníženiu lipidovej peroxidácie (obsahu MDA). Medzi rastlinami AC dvoch genotypov a rastlinami vystavenými tepelnému stresu a postriekanými fytohormónmi sa nezistili žiadne rozdiely (pozorované hodnoty FW v rastlinách „F67“ sa pohybovali od 4,38 do 6,77 µmol g-1 a v rastlinách FW „F2000“ sa „pozorované hodnoty“ pohybovali od 2,84 do 9,18 µmol g-1 (rastliny). Na druhej strane, syntéza prolínu v rastlinách „F67“ bola nižšia ako v rastlinách „F2000“ vystavených kombinovanému stresu, čo viedlo k zvýšeniu produkcie prolínu). V rastlinách ryže vystavených tepelnému stresu sa v oboch experimentoch pozorovalo, že podávanie týchto hormónov významne zvýšilo obsah aminokyselín v rastlinách F2000 (AUX a BR boli 30,44 a 18,34 µmol g-1) (Obr. 1G).
Účinky listového postreku regulátorom rastu rastlín a kombinovaného tepelného stresu na teplotu koruny rastlín a index relatívnej tolerancie (RTI) sú znázornené na obrázkoch 2A a B. Pre oba genotypy bola teplota koruny rastlín AC blízka 27 °C a pre rastliny SC okolo 28 °C. Bolo tiež pozorované, že listové ošetrenia CK a BR viedli k zníženiu teploty koruny o 2–3 °C v porovnaní s rastlinami SC (obrázok 2A). RTI vykazoval podobné správanie ako iné fyziologické premenné, pričom vykazoval významné rozdiely (P ≤ 0,01) v interakcii medzi experimentom a ošetrením (obrázok 2B). Rastliny SC vykazovali nižšiu toleranciu rastlín v oboch genotypoch (34,18 % a 33,52 % pre rastliny ryže „F67“ a „F2000“). Listová výživa fytohormónmi zlepšuje RTI u rastlín vystavených vysokému teplotnému stresu. Tento účinok bol výraznejší u rastlín „F2000“ postriekaných CC, u ktorých bol RTI 97,69. Na druhej strane, významné rozdiely sa pozorovali iba v indexe medze klzu (CSI) rastlín ryže v stresových podmienkach postreku listovým faktorom (P ≤ 0,01) (obr. 2B). Najvyššiu hodnotu indexu stresu (0,816) vykazovali iba rastliny ryže vystavené komplexnému tepelnému stresu. Keď boli rastliny ryže postrekované rôznymi fytohormónmi, index stresu bol nižší (hodnoty od 0,6 do 0,67). Nakoniec, rastlina ryže pestovaná za optimálnych podmienok mala hodnotu 0,138.
Obrázok 2. Vplyv kombinovaného tepelného stresu (40°/30°C deň/noc) na teplotu porastu (A), index relatívnej tolerancie (RTI) (B) a index stresu plodiny (CSI) (C) dvoch druhov rastlín. Komerčné genotypy ryže (F67 a F2000) boli podrobené rôznym tepelným ošetreniam. Ošetrenia hodnotené pre každý genotyp zahŕňali: absolútnu kontrolu (AC), kontrolu tepelného stresu (SC), tepelný stres + auxín (AUX), tepelný stres + giberelín (GA), tepelný stres + bunkový mitogén (CK) a tepelný stres + brassinosteroid (BR). Kombinovaný tepelný stres zahŕňa vystavenie rastlín ryže vysokým denným/nočným teplotám (40°/30°C deň/noc). Každý stĺpec predstavuje priemer ± štandardnú chybu piatich údajových bodov (n = 5). Stĺpce nasledované rôznymi písmenami označujú štatisticky významné rozdiely podľa Tukeyho testu (P ≤ 0,05). Písmená so znamienkom rovnosti označujú, že priemer nie je štatisticky významný (≤ 0,05).
Analýza hlavných komponentov (PCA) ukázala, že premenné hodnotené pri 55 DAE vysvetľujú 66,1 % fyziologických a biochemických reakcií rastlín ryže vystavených tepelnému stresu ošetrených postrekom rastovým regulátorom (obr. 3). Vektory predstavujú premenné a bodky predstavujú regulátory rastu rastlín (GR). Vektory gs, obsahu chlorofylu, maximálnej kvantovej účinnosti PSII (Fv/Fm) a biochemických parametrov (TCh1, MDA a prolín) sú v blízkych uhloch k začiatku súradnicového súradnicového systému, čo naznačuje vysokú koreláciu medzi fyziologickým správaním rastlín a ich premennou. Jedna skupina (V) zahŕňala sadenice ryže pestované pri optimálnej teplote (AT) a rastliny F2000 ošetrené CK a BA. Zároveň väčšina rastlín ošetrených GR tvorila samostatnú skupinu (IV) a ošetrenie GA v F2000 tvorilo samostatnú skupinu (II). Naproti tomu sadenice ryže vystavené tepelnému stresu (skupiny I a III) bez akéhokoľvek listového postreku fytohormónmi (oba genotypy boli SC) nachádzali v zóne oproti skupine V, čo demonštruje vplyv tepelného stresu na fyziológiu rastlín.
Obrázok 3. Biografická analýza účinkov kombinovaného tepelného stresu (40°/30°C deň/noc) na rastliny dvoch genotypov ryže (F67 a F2000) 55 dní po vzídení (DAE). Skratky: AC F67, absolútna kontrola F67; SC F67, tepelný stres, kontrola F67; AUX F67, tepelný stres + auxín F67; GA F67, tepelný stres + giberelín F67; CK F67, tepelný stres + bunkové delenie BR F67, tepelný stres + brassinosteroid. F67; AC F2000, absolútna kontrola F2000; SC F2000, tepelný stres, kontrola F2000; AUX F2000, tepelný stres + auxín F2000; GA F2000, tepelný stres + giberelín F2000; CK F2000, tepelný stres + cytokinín, BR F2000, tepelný stres + mosadzný steroid; F2000.
Premenné ako obsah chlorofylu, vodivosť prieduchov, pomer Fv/Fm, CSI, MDA, RTI a obsah prolínu môžu pomôcť pochopiť adaptáciu genotypov ryže a vyhodnotiť vplyv agronomických stratégií na tepelný stres (Sarsu a kol., 2018; Quintero-Calderon a kol., 2021). Cieľom tohto experimentu bolo vyhodnotiť vplyv aplikácie štyroch regulátorov rastu na fyziologické a biochemické parametre sadeníc ryže v komplexných podmienkach tepelného stresu. Testovanie sadeníc je jednoduchá a rýchla metóda na simultánne hodnotenie rastlín ryže v závislosti od veľkosti alebo stavu dostupnej infraštruktúry (Sarsu a kol. 2018). Výsledky tejto štúdie ukázali, že kombinovaný tepelný stres indukuje rôzne fyziologické a biochemické reakcie u dvoch genotypov ryže, čo naznačuje adaptačný proces. Tieto výsledky tiež naznačujú, že postreky listovými regulátormi rastu (hlavne cytokiníny a brassinosteroidy) pomáhajú ryži adaptovať sa na komplexný tepelný stres, pretože priaznivo ovplyvňuje najmä gs, RWC, pomer Fv/Fm, fotosyntetické pigmenty a obsah prolínu.
Aplikácia regulátorov rastu pomáha zlepšiť vodný stav rastlín ryže vystavených tepelnému stresu, ktorý môže byť spojený s vyšším stresom a nižšími teplotami v poraste. Táto štúdia ukázala, že medzi rastlinami „F2000“ (citlivý genotyp) mali rastliny ryže ošetrené primárne CK alebo BR vyššie hodnoty gs ​​a nižšie hodnoty PCT ako rastliny ošetrené SC. Predchádzajúce štúdie tiež ukázali, že gs a PCT sú presné fyziologické indikátory, ktoré dokážu určiť adaptívnu reakciu rastlín ryže a účinky agronomických stratégií na tepelný stres (Restrepo-Diaz a Garces-Varon, 2013; Sarsu a kol., 2018; Quintero). -Carr DeLong a kol., 2021). Listové CK alebo BR zvyšujú g v strese, pretože tieto rastlinné hormóny môžu podporovať otváranie prieduchov prostredníctvom syntetických interakcií s inými signálnymi molekulami, ako je ABA (promótor uzatvárania prieduchov v abiotickom strese) (Macková a kol., 2013; Zhou a kol., 2013). 2013). , 2014). Otvorenie prieduchov podporuje ochladzovanie listov a pomáha znižovať teplotu v korune (Sonjaroon a kol., 2018; Quintero-Calderón a kol., 2021). Z týchto dôvodov môže byť teplota v korune rastlín ryže postriekaných CK alebo BR nižšia pri kombinovanom tepelnom strese.
Vysoký teplotný stres môže znížiť obsah fotosyntetických pigmentov v listoch (Chen a kol., 2017; Ahammed a kol., 2018). V tejto štúdii, keď boli rastliny ryže vystavené tepelnému stresu a neboli postriekané žiadnymi regulátormi rastu rastlín, fotosyntetické pigmenty mali tendenciu klesať v oboch genotypoch (Tabuľka 2). Feng a kol. (2013) tiež zaznamenali významný pokles obsahu chlorofylu v listoch dvoch genotypov pšenice vystavených tepelnému stresu. Vystavenie vysokým teplotám často vedie k zníženému obsahu chlorofylu, čo môže byť spôsobené zníženou biosyntézou chlorofylu, degradáciou pigmentov alebo ich kombinovanými účinkami pri tepelnom strese (Fahad a kol., 2017). Rastliny ryže ošetrené hlavne CK a BA však zvýšili koncentráciu fotosyntetických pigmentov v listoch pri tepelnom strese. Podobné výsledky uviedli aj Jespersen a Huang (2015) a Suchsagunpanit a kol. (2015), ktorí pozorovali zvýšenie obsahu chlorofylu v listoch po aplikácii zeatínu a epibrassinosteroidných hormónov u tepelne stresovanej ryže a bengrassu. Rozumným vysvetlením, prečo CK a BR podporujú zvýšený obsah chlorofylu v listoch pri kombinovanom tepelnom strese, je to, že CK môže zvýšiť iniciáciu trvalej indukcie expresných promótorov (ako je promótor aktivujúci senescenciu (SAG12) alebo promótor HSP18) a znížiť stratu chlorofylu v listoch, oddialiť starnutie listov a zvýšiť odolnosť rastlín voči teplu (Liu a kol., 2020). BR môže chrániť chlorofyl v listoch a zvýšiť obsah chlorofylu v listoch aktiváciou alebo indukciou syntézy enzýmov zapojených do biosyntézy chlorofylu v stresových podmienkach (Sharma a kol., 2017; Siddiqui a kol., 2018). Nakoniec, dva fytohormóny (CK a BR) tiež podporujú expresiu proteínov tepelného šoku a zlepšujú rôzne metabolické adaptačné procesy, ako je zvýšená biosyntéza chlorofylu (Sharma a kol., 2017; Liu a kol., 2020).
Parametre fluorescencie chlorofylu a poskytujú rýchlu a nedeštruktívnu metódu, ktorá dokáže posúdiť toleranciu alebo adaptáciu rastlín na abiotické stresové podmienky (Chaerle a kol. 2007; Kalaji a kol. 2017). Parametre, ako je pomer Fv/Fm, sa používajú ako indikátory adaptácie rastlín na stresové podmienky (Alvarado-Sanabria a kol. 2017; Chavez-Arias a kol. 2020). V tejto štúdii vykazovali rastliny SC najnižšie hodnoty tejto premennej, prevažne rastliny ryže „F2000“. Yin a kol. (2010) tiež zistili, že pomer Fv/Fm listov ryže s najvyššou úrovňou odnožovania sa pri teplotách nad 35 °C významne znížil. Podľa Fenga a kol. (2013) nižší pomer Fv/Fm pri tepelnom strese naznačuje, že rýchlosť zachytávania a premeny excitačnej energie reakčným centrom PSII je znížená, čo naznačuje, že reakčné centrum PSII sa pri tepelnom strese rozpadá. Toto pozorovanie nám umožňuje dospieť k záveru, že poruchy fotosyntetického aparátu sú výraznejšie u citlivých odrôd (Fedearroz 2000) ako u rezistentných odrôd (Fedearroz 67).
Použitie CK alebo BR vo všeobecnosti zlepšilo výkon PSII v komplexných podmienkach tepelného stresu. Podobné výsledky dosiahli Suchsagunpanit a kol. (2015), ktorí pozorovali, že aplikácia BR zvýšila účinnosť PSII v tepelnom strese u ryže. Kumar a kol. (2020) tiež zistili, že rastliny cíceru ošetrené CK (6-benzyladenín) a vystavené tepelnému stresu zvýšili pomer Fv/Fm, pričom dospeli k záveru, že listová aplikácia CK aktiváciou cyklu zeaxantínového pigmentu podporuje aktivitu PSII. Okrem toho postrek listov BR podporil fotosyntézu PSII v kombinovaných stresových podmienkach, čo naznačuje, že aplikácia tohto fytohormónu viedla k zníženému rozptylu excitačnej energie antén PSII a podporila akumuláciu malých proteínov tepelného šoku v chloroplastoch (Ogweno a kol. 2008; Kothari a Lachowitz, 2021).
Obsah MDA a prolínu sa často zvyšuje, keď sú rastliny vystavené abiotickému stresu v porovnaní s rastlinami pestovanými v optimálnych podmienkach (Alvarado-Sanabria a kol., 2017). Predchádzajúce štúdie tiež ukázali, že hladiny MDA a prolínu sú biochemické indikátory, ktoré možno použiť na pochopenie adaptačného procesu alebo vplyvu agronomických postupov u ryže pri vysokých denných alebo nočných teplotách (Alvarado-Sanabria a kol., 2017; Quintero-Calderón a kol., 2021). Tieto štúdie tiež ukázali, že obsah MDA a prolínu mal tendenciu byť vyšší v rastlinách ryže vystavených vysokým teplotám v noci, respektíve počas dňa. Postrek CK a BR na listy však prispel k zníženiu MDA a zvýšeniu hladín prolínu, najmä v tolerantnom genotype (Federroz 67). Postrek CK môže podporovať nadmernú expresiu cytokinín oxidázy/dehydrogenázy, čím sa zvyšuje obsah ochranných zlúčenín, ako je betaín a prolín (Liu a kol., 2020). BR podporuje indukciu osmoprotektantov, ako je betaín, cukry a aminokyseliny (vrátane voľného prolínu), čím udržiava bunkovú osmotickú rovnováhu za mnohých nepriaznivých podmienok prostredia (Kothari a Lachowiec, 2021).
Index stresu plodín (CSI) a index relatívnej tolerancie (RTI) sa používajú na určenie, či hodnotené ošetrenia pomáhajú zmierniť rôzne stresy (abiotické a biotické) a majú pozitívny vplyv na fyziológiu rastlín (Castro-Duque a kol., 2020; Chavez-Arias a kol., 2020). Hodnoty CSI sa môžu pohybovať od 0 do 1, čo predstavuje nestresové a stresové podmienky (Lee a kol., 2010). Hodnoty CSI rastlín vystavených tepelnému stresu (SC) sa pohybovali od 0,8 do 0,9 (obrázok 2B), čo naznačuje, že rastliny ryže boli negatívne ovplyvnené kombinovaným stresom. Postrek listov hnojivom BC (0,6) alebo CK (0,6) však viedol najmä k poklesu tohto ukazovateľa v podmienkach abiotického stresu v porovnaní s rastlinami ryže SC. V rastlinách F2000 vykazoval RTI vyšší nárast pri použití CA (97,69 %) a BC (60,73 %) v porovnaní so SA (33,52 %), čo naznačuje, že tieto regulátory rastu rastlín tiež prispievajú k zlepšeniu reakcie ryže na toleranciu kompozície. Prehriatie. Tieto indexy boli navrhnuté na zvládnutie stresových podmienok u rôznych druhov. Štúdia, ktorú vykonali Lee a kol. (2010), ukázala, že CSI dvoch odrôd bavlny pri miernom vodnom strese bol približne 0,85, zatiaľ čo hodnoty CSI dobre zavlažovaných odrôd sa pohybovali od 0,4 do 0,6, z čoho vyplýva, že tento index je ukazovateľom adaptácie odrôd na vodu v stresových podmienkach. Okrem toho Chavez-Arias a kol. (2020) hodnotili účinnosť syntetických elicitorov ako komplexnej stratégie riadenia stresu u rastlín C. elegans a zistili, že rastliny postriekané týmito zlúčeninami vykazovali vyšší RTI (65 %). Na základe vyššie uvedeného možno CK a BR považovať za agronomické stratégie zamerané na zvýšenie tolerancie ryže voči komplexnému tepelnému stresu, pretože tieto regulátory rastu rastlín indukujú pozitívne biochemické a fyziologické reakcie.
V posledných rokoch sa výskum ryže v Kolumbii zameral na hodnotenie genotypov tolerantných voči vysokým denným alebo nočným teplotám pomocou fyziologických alebo biochemických znakov (Sánchez-Reinoso a kol., 2014; Alvarado-Sanabria a kol., 2021). V posledných rokoch sa však analýza praktických, ekonomických a ziskových technológií stala čoraz dôležitejšou pre navrhovanie integrovaného manažmentu plodín na zlepšenie účinkov komplexných období tepelného stresu v krajine (Calderón-Páez a kol., 2021; Quintero-Calderon a kol., 2021). Fyziologické a biochemické reakcie rastlín ryže na komplexný tepelný stres (40 °C cez deň/30 °C v noci) pozorované v tejto štúdii teda naznačujú, že postrek listov CK alebo BR môže byť vhodnou metódou manažmentu plodín na zmiernenie nepriaznivých účinkov. Vplyv období mierneho tepelného stresu. Tieto ošetrenia zlepšili toleranciu oboch genotypov ryže (nízky CSI a vysoký RTI), čo demonštruje všeobecný trend vo fyziologických a biochemických reakciách rastlín na kombinovaný tepelný stres. Hlavnou reakciou rastlín ryže bol pokles obsahu GC, celkového chlorofylu, chlorofylov α a β a karotenoidov. Okrem toho rastliny trpia poškodením PSII (znížené parametre fluorescencie chlorofylu, ako je pomer Fv/Fm) a zvýšenou peroxidáciou lipidov. Na druhej strane, keď bola ryža ošetrená CK a BR, tieto negatívne účinky sa zmiernili a obsah prolínu sa zvýšil (Obr. 4).
Obrázok 4. Koncepčný model účinkov kombinovaného tepelného stresu a listovej aplikácie regulátora rastu rastlín na rastliny ryže. Červené a modré šípky označujú negatívne alebo pozitívne účinky interakcie medzi tepelným stresom a listovou aplikáciou BR (brassinosteroid) a CK (cytokinín) na fyziologické a biochemické reakcie. gs: stomatálna vodivosť; Celkový Chl: celkový obsah chlorofylu; Chl α: obsah chlorofylu β; Cx+c: obsah karotenoidov;
Stručne povedané, fyziologické a biochemické reakcie v tejto štúdii naznačujú, že rastliny ryže Fedearroz 2000 sú náchylnejšie na obdobie komplexného tepelného stresu ako rastliny ryže Fedearroz 67. Všetky regulátory rastu hodnotené v tejto štúdii (auxíny, giberelíny, cytokiníny alebo brassinosteroidy) preukázali určitý stupeň kombinovaného zníženia tepelného stresu. Cytokiníny a brassinosteroidy však indukovali lepšiu adaptáciu rastlín, pretože oba regulátory rastu rastlín zvýšili obsah chlorofylu, parametre fluorescencie alfa-chlorofylu, gs a RWC v porovnaní s rastlinami ryže bez akejkoľvek aplikácie a tiež znížili obsah MDA a teplotu porastu. Stručne povedané, dospeli sme k záveru, že použitie regulátorov rastu rastlín (cytokinínov a brassinosteroidov) je užitočným nástrojom pri zvládaní stresových podmienok v plodinách ryže spôsobených silným tepelným stresom počas období vysokých teplôt.
Pôvodné materiály prezentované v štúdii sú súčasťou článku a ďalšie otázky môžete adresovať príslušnému autorovi.