De rijstproductie neemt af vanwege klimaatverandering en schommelingen in Colombia.Plantengroeiregulatorenzijn gebruikt als strategie om hittestress in verschillende gewassen te verminderen. Daarom was het doel van deze studie om de fysiologische effecten (stomatatale geleiding, stomatale geleiding, totaal chlorofylgehalte, Fv/Fm-verhouding van twee commerciële rijstgenotypes die werden blootgesteld aan gecombineerde hittestress (hoge dag- en nachttemperaturen), bladerdektemperatuur en relatief watergehalte) en biochemische variabelen (malondialdehyde (MDA) en prolinezuurgehalte) te evalueren. Het eerste en tweede experiment werden uitgevoerd met planten van respectievelijk twee rijstgenotypes Federrose 67 ("F67") en Federrose 2000 ("F2000"). Beide experimenten werden samen geanalyseerd als een reeks experimenten. De vastgestelde behandelingen waren als volgt: absolute controle (AC) (rijstplanten gekweekt bij optimale temperaturen (dag/nachttemperatuur 30/25°C)), hittestresscontrole (SC) [rijstplanten die alleen werden blootgesteld aan gecombineerde hittestress (40/25°C). 30 °C)], en rijstplanten werden tweemaal (5 dagen vóór en 5 dagen ná hittestress) bespoten met plantengroeiregulatoren (stress+AUX, stress+BR, stress+CK of stress+GA). Bespuiting met SA verhoogde het totale chlorofylgehalte van beide variëteiten (het verse gewicht van de rijstplanten "F67" en "F2000" was respectievelijk 3,25 en 3,65 mg/g) vergeleken met SC-planten (het verse gewicht van de "F67"-planten was respectievelijk 2,36 en 2,56 mg). g-1)" en rijst "F2000", verbeterde bladbemesting met CK over het algemeen ook de stomatale geleidbaarheid van rijst "F2000"-planten (499,25 versus 150,60 mmol m-2 s) vergeleken met de hittestresscontrole. Bij hittestress daalt de temperatuur van de plantenkroon met 2-3 °C en neemt het MDA-gehalte in de planten af. De relatieve tolerantie-index laat zien dat bladbespuiting met CK (97,69%) en BR (60,73%) kan helpen het probleem van gecombineerde hittestress te verlichten, met name bij F2000 rijstplanten. Concluderend kan bladbespuiting met BR of CK worden beschouwd als een agronomische strategie om de negatieve effecten van gecombineerde hittestress op het fysiologische gedrag van rijstplanten te verminderen.
Rijst (Oryza sativa) behoort tot de familie Poaceae en is, samen met maïs en tarwe, een van de meest verbouwde granen ter wereld (Bajaj en Mohanty, 2005). Het rijstareaal beslaat 617.934 hectare en de nationale productie bedroeg in 2020 2.937.840 ton, met een gemiddelde opbrengst van 5,02 ton/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
De opwarming van de aarde heeft invloed op rijstgewassen, wat leidt tot verschillende soorten abiotische stress, zoals hoge temperaturen en periodes van droogte. Klimaatverandering zorgt ervoor dat de temperaturen wereldwijd stijgen; de temperaturen zullen naar verwachting met 1,0-3,7 °C stijgen in de 21e eeuw, wat de frequentie en intensiteit van hittestress zou kunnen verhogen. Verhoogde omgevingstemperaturen hebben rijst beïnvloed, waardoor de oogstopbrengsten met 6-7% zijn afgenomen. Aan de andere kant leidt klimaatverandering ook tot ongunstige omgevingsomstandigheden voor gewassen, zoals periodes van ernstige droogte of hoge temperaturen in tropische en subtropische gebieden. Bovendien kunnen variabiliteitsgebeurtenissen zoals El Niño leiden tot hittestress en de gewasschade in sommige tropische gebieden verergeren. In Colombia zullen de temperaturen in rijstproducerende gebieden naar verwachting met 2-2,5 °C stijgen tegen 2050, waardoor de rijstproductie zal afnemen en de productstromen naar markten en toeleveringsketens zullen worden beïnvloed.
De meeste rijstgewassen worden verbouwd in gebieden waar de temperaturen dicht bij het optimale bereik voor gewasgroei liggen (Shah et al., 2011). Er is gerapporteerd dat de optimale gemiddelde dag- en nachttemperaturen voorrijstgroei en -ontwikkelingzijn over het algemeen respectievelijk 28°C en 22°C (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). Temperaturen boven deze drempels kunnen periodes van matige tot ernstige hittestress veroorzaken tijdens gevoelige stadia van de rijstontwikkeling (uitstoeling, anthese, bloei en korrelvulling), waardoor de graanopbrengst negatief wordt beïnvloed. Deze opbrengstvermindering is voornamelijk te wijten aan lange periodes van hittestress, die de fysiologie van de plant beïnvloeden. Vanwege de interactie van verschillende factoren, zoals de stressduur en de bereikte maximumtemperatuur, kan hittestress een reeks onomkeerbare schade aan het metabolisme en de ontwikkeling van de plant veroorzaken.
Hittestress beïnvloedt verschillende fysiologische en biochemische processen in planten. Fotosynthese in bladeren is een van de processen die het meest gevoelig is voor hittestress in rijstplanten, aangezien de fotosynthese met 50% afneemt bij een dagelijkse temperatuur boven de 35 °C. De fysiologische reacties van rijstplanten variëren afhankelijk van het type hittestress. Zo worden de fotosynthesesnelheid en de stomatale geleiding geremd wanneer planten worden blootgesteld aan hoge temperaturen overdag (33-40 °C) of hoge temperaturen overdag en 's nachts (35-40 °C overdag, 28-30 °C). C staat voor 's nachts (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). Hoge nachttemperaturen (30 °C) veroorzaken een matige remming van de fotosynthese, maar verhogen de nachtelijke ademhaling (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). Ongeacht de stressperiode heeft hittestress ook invloed op het chlorofylgehalte van bladeren, de verhouding tussen variabele chlorofylfluorescentie en maximale chlorofylfluorescentie (Fv/Fm) en de Rubisco-activering in rijstplanten (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010). ) Sanchez Reynoso et al., 2014).
Biochemische veranderingen zijn een ander aspect van de adaptatie van planten aan hittestress (Wahid et al., 2007). Het prolinegehalte is gebruikt als een biochemische indicator van plantenstress (Ahmed en Hassan 2011). Proline speelt een belangrijke rol in het metabolisme van planten omdat het werkt als een koolstof- of stikstofbron en als een membraanstabilisator onder hoge temperatuuromstandigheden (Sánchez-Reinoso et al., 2014). Hoge temperaturen beïnvloeden ook de membraanstabiliteit door lipideperoxidatie, wat leidt tot de vorming van malondialdehyde (MDA) (Wahid et al., 2007). Daarom is het MDA-gehalte ook gebruikt om de structurele integriteit van celmembranen onder hittestress te begrijpen ( Cao et al., 2009 ; Chavez-Arias et al., 2018 ). Ten slotte verhoogde gecombineerde hittestress [37/30°C (dag/nacht)] het percentage elektrolytlekkage en het malondialdehydegehalte in rijst (Liu et al., 2013).
Nederlands Het gebruik van plantengroeiregulatoren (GR's) is beoordeeld om de negatieve effecten van hittestress te verzachten, omdat deze stoffen actief betrokken zijn bij plantreacties of fysiologische afweermechanismen tegen dergelijke stress (Peleg en Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011 ; Ahmed et al., 2015). Exogene toepassing van genetische hulpbronnen heeft een positief effect gehad op hittestresstolerantie in verschillende gewassen. Studies hebben aangetoond dat fytohormonen zoals gibberellinen (GA), cytokininen (CK), auxinen (AUX) of brassinosteroïden (BR) leiden tot een toename van verschillende fysiologische en biochemische variabelen (Peleg en Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011 ; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014). In Colombia zijn exogene toepassing van genetische hulpbronnen en de impact ervan op rijstgewassen nog niet volledig begrepen en bestudeerd. Uit eerder onderzoek is echter gebleken dat bladbespuiting met BR de tolerantie voor rijst kan verbeteren door verbetering van de gasuitwisselingseigenschappen en het chlorofyl- of prolinegehalte van de bladeren van rijstzaailingen (Quintero-Calderón et al., 2021).
Cytokininen bemiddelen de reacties van planten op abiotische stress, waaronder hittestress (Ha et al., 2012). Daarnaast is gerapporteerd dat exogene toediening van CK thermische schade kan verminderen. Exogene toediening van zeatine verhoogde bijvoorbeeld de fotosynthesesnelheid, het chlorofyl a- en b-gehalte en de efficiëntie van het elektronentransport in kruipend struisgras (Agrotis estolonifera) tijdens hittestress (Xu en Huang, 2009; Jespersen en Huang, 2015). Exogene toediening van zeatine kan ook de antioxidantactiviteit verbeteren, de synthese van verschillende eiwitten versterken, schade door reactieve zuurstofsoorten (ROS) en de productie van malondialdehyde (MDA) in plantenweefsels verminderen (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009). , 2016; Kumar et al., 2020).
Het gebruik van gibberellinezuur heeft ook een positieve reactie op hittestress laten zien. Studies hebben aangetoond dat GA-biosynthese verschillende metabole processen bemiddelt en de tolerantie onder hoge temperaturen verhoogt (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi et al. (2020) ontdekten dat bladbespuiting met exogene GA (25 of 50 mg*L) de fotosynthesesnelheid en antioxidantactiviteit van sinaasappelplanten met hittestress kon verhogen in vergelijking met controleplanten. Er is ook waargenomen dat exogene toediening van HA het relatieve vochtgehalte, het chlorofyl- en carotenoïdegehalte verhoogt en lipideperoxidatie vermindert bij dadelpalmen (Phoenix dactylifera) onder hittestress (Khan et al., 2020). Auxine speelt ook een belangrijke rol bij het reguleren van adaptieve groeireacties op hoge temperaturen (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). Deze groeiregulator fungeert als een biochemische marker in verschillende processen, zoals de synthese of afbraak van proline onder abiotische stress (Ali et al. 2007). Daarnaast versterkt AUX ook de antioxiderende activiteit, wat leidt tot een afname van MDA in planten door verminderde lipideperoxidatie (Bielach et al., 2017). Sergeev et al. (2018) observeerden dat in erwtenplanten (Pisum sativum) onder hittestress het gehalte aan proline-dimethylaminoethoxycarbonylmethylnaftylchloromethylether (TA-14) toeneemt. In hetzelfde experiment observeerden ze ook lagere MDA-niveaus in behandelde planten in vergelijking met planten die niet met AUX waren behandeld.
Brassinosteroïden zijn een andere klasse groeiregulatoren die worden gebruikt om de effecten van hittestress te verzachten. Ogweno et al. (2008) rapporteerden dat exogene BR-bespuiting de netto fotosynthesesnelheid, stomatale geleiding en maximale Rubisco-carboxylering van tomatenplanten (Solanum lycopersicum) onder hittestress gedurende 8 dagen verhoogde. Bladbespuiting met epibrassinosteroïden kan de netto fotosynthesesnelheid van komkommerplanten (Cucumis sativus) onder hittestress verhogen (Yu et al., 2004). Bovendien vertraagt exogene toediening van BR de chlorofylafbraak en verhoogt het de efficiëntie van watergebruik en de maximale kwantumopbrengst van PSII-fotochemie in planten onder hittestress (Holá et al., 2010; Toussagunpanit et al., 2015).
Als gevolg van klimaatverandering en variabiliteit worden rijstgewassen geconfronteerd met periodes van hoge dagelijkse temperaturen (Lesk et al., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). Bij de fenotypering van planten is het gebruik van fytonutriënten of biostimulantia onderzocht als strategie om hittestress in rijstteeltgebieden te verminderen (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021). Bovendien is het gebruik van biochemische en fysiologische variabelen (bladtemperatuur, stomatale geleiding, chlorofylfluorescentieparameters, chlorofyl en relatief watergehalte, malondialdehyde en prolinesynthese) een betrouwbaar hulpmiddel voor het screenen van rijstplanten onder hittestress, zowel lokaal als internationaal (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; Onderzoek naar het gebruik van bladbespuitingen met fytohormonen in rijst op lokaal niveau blijft echter zeldzaam. Daarom is de studie van de fysiologische en biochemische reacties van de toepassing van plantengroeiregulatoren van groot belang voor het voorstellen van praktische agronomische strategieën hiervoor. het aanpakken van de negatieve effecten van een periode van complexe hittestress in rijst. Daarom was het doel van deze studie om de fysiologische (stomatatale geleiding, chlorofylfluorescentieparameters en relatief watergehalte) en biochemische effecten van bladbespuiting van vier plantengroeiregulatoren (AUX, CK, GA en BR) te evalueren. (Fotosynthetische pigmenten, malondialdehyde en prolinegehalte) Variabelen in twee commerciële rijstgenotypes die worden blootgesteld aan gecombineerde hittestress (hoge dag-/nachttemperaturen).
In deze studie werden twee onafhankelijke experimenten uitgevoerd. De genotypes Federrose 67 (F67: een genotype dat zich in het afgelopen decennium bij hoge temperaturen heeft ontwikkeld) en Federrose 2000 (F2000: een genotype dat in het laatste decennium van de 20e eeuw is ontwikkeld en resistentie vertoont tegen het wittebladvirus) werden voor het eerst gebruikt. zaden. en het tweede experiment. Beide genotypes worden op grote schaal geteeld door Colombiaanse boeren. De zaden werden gezaaid in trays van 10 liter (lengte 39,6 cm, breedte 28,8 cm, hoogte 16,8 cm) met zandleemgrond met 2% organische stof. In elke tray werden vijf voorgekiemde zaden geplant. De pallets werden geplaatst in de kas van de Faculteit Landbouwwetenschappen van de Nationale Universiteit van Colombia, campus Bogotá (43°50′56″ N, 74°04′051″ W), op een hoogte van 2556 m boven zeeniveau (boven zeeniveau). De proeven werden uitgevoerd van oktober tot en met december 2019. Eén experiment (Federroz 67) en een tweede experiment (Federroz 2000) vonden plaats in hetzelfde seizoen van 2020.
De omgevingsomstandigheden in de kas tijdens elk plantseizoen zijn als volgt: dag- en nachttemperatuur 30/25 °C, relatieve vochtigheid 60-80%, natuurlijke fotoperiode 12 uur (fotosynthetisch actieve straling 1500 µmol (fotonen) m-2 s-). 1 uur 's middags). De planten werden 20 dagen na zaadopkomst (DAE) bemest op basis van het gehalte aan elk element, volgens Sánchez-Reinoso et al. (2019): 670 mg stikstof per plant, 110 mg fosfor per plant, 350 mg kalium per plant, 68 mg calcium per plant, 20 mg magnesium per plant, 20 mg zwavel per plant, 17 mg silicium per plant. De planten bevatten 10 mg borium per plant, 17 mg koper per plant en 44 mg zink per plant. Rijstplanten werden in elk experiment tot 47 dagen per week (DAE) bewaard toen ze gedurende deze periode fenologisch stadium V5 bereikten. Eerdere studies hebben aangetoond dat dit fenologische stadium een geschikt moment is om hittestressstudies bij rijst uit te voeren (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
In elk experiment werden twee afzonderlijke toepassingen van de bladgroeiregulator uitgevoerd. De eerste set bladbespuitingen met fytohormonen werd 5 dagen vóór de hittestressbehandeling (42 dagen) toegepast om de planten voor te bereiden op omgevingsstress. Een tweede bladbespuiting werd vervolgens 5 dagen nadat de planten aan stressomstandigheden waren blootgesteld (52 dagen) uitgevoerd. Er werden vier fytohormonen gebruikt en de eigenschappen van elk actief ingrediënt dat in deze studie werd bespoten, staan vermeld in aanvullende tabel 1. De gebruikte concentraties bladgroeiregulatoren waren als volgt: (i) Auxine (1-naftylazijnzuur: NAA) in een concentratie van 5 × 10−5 M (ii) 5 × 10−5 M gibberelline (gibberellinezuur: NAA); GA3); (iii) Cytokinine (trans-zeatine) 1 × 10-5 M (iv) Brassinosteroïden [Spirostan-6-on, 3,5-dihydroxy-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. Deze concentraties werden gekozen omdat ze positieve reacties induceren en de plantresistentie tegen hittestress verhogen (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). Rijstplanten zonder enige plantengroeiregulerende sprays werden alleen behandeld met gedestilleerd water. Alle rijstplanten werden bespoten met een handsproeier. Breng 20 ml H2O aan op de plant om de boven- en onderkant van de bladeren te bevochtigen. Alle bladsprays gebruikten landbouwkundig adjuvans (Agrotin, Bayer CropScience, Colombia) bij 0,1% (v/v). De afstand tussen de pot en de sproeier bedraagt 30 cm.
Hittestressbehandelingen werden in elk experiment 5 dagen na de eerste bladbespuiting (47 dagen) toegediend. Rijstplanten werden vanuit de kas overgebracht naar een groeikamer van 294 liter (MLR-351H, Sanyo, IL, VS) om hittestress te creëren of dezelfde omgevingsomstandigheden te behouden (47 dagen). De gecombineerde hittestressbehandeling werd uitgevoerd door de kamer in te stellen op de volgende dag-/nachttemperaturen: hoge dagtemperatuur [40 °C gedurende 5 uur (van 11:00 tot 16:00 uur)] en nachttemperatuur [30 °C gedurende 5 uur]. Dit gebeurde 8 dagen achter elkaar (van 19:00 tot 24:00 uur). De stresstemperatuur en blootstellingstijd werden geselecteerd op basis van eerdere studies (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017). Daarentegen werd een groep planten overgebracht naar de groeikamer en gedurende 8 opeenvolgende dagen in de kas bij dezelfde temperatuur gehouden (30°C overdag/25°C 's nachts).
Aan het einde van het experiment werden de volgende behandelingsgroepen verkregen: (i) groeitemperatuurconditie + toediening van gedestilleerd water [Absolute controle (AC)], (ii) hittestressconditie + toediening van gedestilleerd water [Hittestresscontrole (SC)], (iii) condities hittestressconditie + auxinetoediening (AUX), (iv) hittestressconditie + gibberellinetoediening (GA), (v) hittestressconditie + cytokininetoediening (CK), en (vi) hittestressconditie + brassinosteroid (BR). Bijlage. Deze behandelingsgroepen werden gebruikt voor twee genotypes (F67 en F2000). Alle behandelingen werden uitgevoerd in een volledig gerandomiseerd ontwerp met vijf replicaties, elk bestaande uit één plant. Elke plant werd gebruikt om de variabelen af te lezen die aan het einde van het experiment waren bepaald. Het experiment duurde 55 DAE.
De stomatale geleidbaarheid (gs) werd gemeten met een draagbare porosometer (SC-1, METER Group Inc., VS) met een bereik van 0 tot 1000 mmol m-2 s-1, met een opening van 6,35 mm in de monsterkamer. De metingen worden uitgevoerd door een stomametersonde te bevestigen aan een volgroeid blad met de hoofdscheut van de plant volledig ontplooid. Voor elke behandeling werden tussen 11:00 en 16:00 uur gs-metingen uitgevoerd op drie bladeren van elke plant, waarvan het gemiddelde werd bepaald.
De RWC werd bepaald volgens de methode beschreven door Ghoulam et al. (2002). Het volledig geëxpandeerde vel dat gebruikt werd om g te bepalen, werd ook gebruikt om de RWC te meten. Het versgewicht (FW) werd direct na de oogst bepaald met een digitale weegschaal. De bladeren werden vervolgens in een plastic bak gevuld met water geplaatst en gedurende 48 uur in het donker bij kamertemperatuur (22 °C) bewaard. Weeg vervolgens op een digitale weegschaal en noteer het geëxpandeerde gewicht (TW). De gezwollen bladeren werden gedurende 48 uur in een oven gedroogd bij 75 °C en hun drooggewicht (DW) werd geregistreerd.
Het relatieve chlorofylgehalte werd bepaald met een chlorofylmeter (atLeafmeter, FT Green LLC, VS) en uitgedrukt in atLeaf-eenheden (Dey et al., 2016). De maximale kwantumrendementen (Fv/Fm-verhouding) van PSII werden gemeten met een continue excitatiechlorofylfluorimeter (Handy PEA, Hansatech Instruments, VK). De bladeren werden 20 minuten lang met bladklemmen aan het donker aangepast vóór de Fv/Fm-metingen (Restrepo-Diaz en Garces-Varon, 2013). Nadat de bladeren aan het donker waren gewend, werden de basislijn (F0) en de maximale fluorescentie (Fm) gemeten. Uit deze gegevens werden de variabele fluorescentie (Fv = Fm – F0), de verhouding tussen variabele fluorescentie en maximale fluorescentie (Fv/Fm), de maximale kwantumopbrengst van PSII-fotochemie (Fv/F0) en de Fm/F0-verhouding berekend (Baker, 2008; Lee et al., 2017). Relatieve chlorofyl- en chlorofylfluorescentiemetingen werden uitgevoerd op dezelfde bladeren die gebruikt werden voor gs-metingen.
Ongeveer 800 mg vers bladgewicht werd verzameld als biochemische variabelen. De bladmonsters werden vervolgens gehomogeniseerd in vloeibare stikstof en bewaard voor verdere analyse. De spectrometrische methode die gebruikt wordt om het chlorofyl a, b en carotenoïdengehalte in weefsel te schatten, is gebaseerd op de methode en vergelijkingen beschreven door Wellburn (1994). Bladweefselmonsters (30 mg) werden verzameld en gehomogeniseerd in 3 ml 80% aceton. De monsters werden vervolgens gecentrifugeerd (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, VS) bij 5000 tpm gedurende 10 minuten om deeltjes te verwijderen. Het supernatant werd verdund tot een eindvolume van 6 ml door toevoeging van 80% aceton (Sims en Gamon, 2002). Het chlorofylgehalte werd bepaald bij 663 (chlorofyl a) en 646 (chlorofyl b) nm, en carotenoïden bij 470 nm met behulp van een spectrofotometer (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, VS).
De thiobarbituurzuur (TBA)-methode, beschreven door Hodges et al. (1999), werd gebruikt om lipideperoxidatie (MDA) in membranen te bepalen. Ongeveer 0,3 g bladweefsel werd ook gehomogeniseerd in vloeibare stikstof. De monsters werden gecentrifugeerd met 5000 tpm en de absorptie werd gemeten met een spectrofotometer bij 440, 532 en 600 nm. Ten slotte werd de MDA-concentratie berekend met behulp van de extinctiecoëfficiënt (157 M ml−1).
Het prolinegehalte van alle behandelingen werd bepaald met behulp van de methode beschreven door Bates et al. (1973). Voeg 10 ml van een 3% waterige oplossing van sulfosalicylzuur toe aan het bewaarde monster en filtreer door Whatman-filterpapier (nr. 2). Vervolgens liet men 2 ml van dit filtraat reageren met 2 ml ninehydrisch zuur en 2 ml ijsazijn. Het mengsel werd gedurende 1 uur in een waterbad van 90 °C geplaatst. Stop de reactie door te incuberen op ijs. Schud het buisje krachtig met een vortexschudder en los de resulterende oplossing op in 4 ml tolueen. De absorptiewaarden werden bepaald bij 520 nm met dezelfde spectrofotometer die gebruikt werd voor de kwantificering van fotosynthetische pigmenten (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, VS).
De methode beschreven door Gerhards et al. (2016) om de temperatuur van het bladerdek en de CSI te berekenen. Thermische foto's werden gemaakt met een FLIR 2-camera (FLIR Systems Inc., Boston, MA, VS) met een nauwkeurigheid van ±2 °C aan het einde van de stressperiode. Plaats een wit oppervlak achter de plant voor de fotografie. Opnieuw werden twee fabrieken als referentiemodellen beschouwd. De planten werden op een wit oppervlak geplaatst; één was bedekt met een landbouwkundig adjuvans (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Colombia) om de opening van alle huidmondjes te simuleren [natte modus (Twet)], en de andere was een blad zonder enige toepassing [droge modus (Tdry)] (Castro-Duque et al., 2020). De afstand tussen de camera en de pot tijdens het filmen was 1 m.
De relatieve tolerantie-index werd indirect berekend met behulp van de stomatale geleidbaarheid (gs) van behandelde planten in vergelijking met controleplanten (planten zonder stressbehandeling en met groeiregulatoren) om de tolerantie te bepalen van de behandelde genotypes die in deze studie werden geëvalueerd. De RTI werd verkregen met behulp van een aangepaste vergelijking van Chávez-Arias et al. (2020).
In elk experiment werden alle bovengenoemde fysiologische variabelen bepaald en vastgelegd op 55 dagen na de geboorte (DAE) met behulp van volledig ontplooide bladeren verzameld uit het bovenste bladerdak. Daarnaast werden metingen uitgevoerd in een groeikamer om te voorkomen dat de omgevingsomstandigheden waarin de planten groeien, zouden veranderen.
Gegevens uit het eerste en tweede experiment werden samen geanalyseerd als een reeks experimenten. Elke experimentele groep bestond uit 5 planten en elke plant vormde een experimentele eenheid. Variantie-analyse (ANOVA) werd uitgevoerd (p ≤ 0,05). Wanneer significante verschillen werden gedetecteerd, werd de post-hoc vergelijkende toets van Tukey gebruikt bij p ≤ 0,05. Gebruik de arcsinusfunctie om percentagewaarden om te rekenen. De gegevens werden geanalyseerd met Statistix v 9.0 software (Analytical Software, Tallahassee, Florida, VS) en uitgezet met SigmaPlot (versie 10.0; Systat Software, San Jose, Californië, VS). De hoofdcomponentenanalyse werd uitgevoerd met InfoStat 2016 software (Analysis Software, Nationale Universiteit van Cordoba, Argentinië) om de beste onderzochte plantengroeiregulatoren te identificeren.
Tabel 1 vat de ANOVA samen met de experimenten, de verschillende behandelingen en hun interacties met fotosynthetische pigmenten in bladeren (chlorofyl a, b, totaal en carotenoïden), malondialdehyde (MDA) en prolinegehalte, en stomatale geleiding. Effect van gs, relatief watergehalte (RWC), chlorofylgehalte, chlorofyl-alfa-fluorescentieparameters, kroontemperatuur (PCT) (°C), gewasstressindex (CSI) en relatieve tolerantie-index van rijstplanten op 55 dagen na de teelt.
Tabel 1. Samenvatting van ANOVA-gegevens over fysiologische en biochemische variabelen van rijst tussen experimenten (genotypen) en hittestressbehandelingen.
Verschillen (P≤0,01) in interacties tussen bladfotosynthetische pigmenten, relatief chlorofylgehalte (Aleaf-waarden) en alfa-chlorofylfluorescentieparameters tussen experimenten en behandelingen worden weergegeven in tabel 2. Hoge dag- en nachttemperaturen verhoogden het totale chlorofyl- en carotenoïdegehalte. Rijstzaailingen zonder bladbespuiting met fytohormonen (2,36 mg g-1 voor "F67" en 2,56 mg g-1 voor "F2000") vertoonden een lager totaal chlorofylgehalte vergeleken met planten die onder optimale temperatuuromstandigheden waren gekweekt (2,67 mg g-1). In beide experimenten bedroeg het totale chlorofylgehalte voor "F67" 2,80 mg g-1 en voor "F2000" 2,80 mg g-1. Bovendien vertoonden rijstzaailingen die onder hittestress werden behandeld met een combinatie van AUX- en GA-sprays ook een afname van het chlorofylgehalte in beide genotypes (AUX = 1,96 mg g-1 en GA = 1,45 mg g-1 voor "F67"; AUX = 1,96 mg g-1 en GA = 1,45 mg g-1 voor "F67"; AUX = 2,24 mg) g-1 en GA = 1,43 mg g-1 (voor "F2000") onder hittestressomstandigheden. Onder hittestressomstandigheden resulteerde bladbehandeling met BR in een lichte toename van deze variabele in beide genotypes. Ten slotte vertoonde CK-bladspray de hoogste fotosynthetische pigmentwaarden van alle behandelingen (AUX-, GA-, BR-, SC- en AC-behandelingen) in genotypes F67 (3,24 mg g-1) en F2000 (3,65 mg g-1). Het relatieve gehalte aan chlorofyl (Aleaf-eenheid) werd ook verlaagd door gecombineerde hittestress. De hoogste waarden werden ook geregistreerd bij planten die met CC werden bespoten in beide genotypes (41,66 voor "F67" en 49,30 voor "F2000"). Fv- en Fv/Fm-verhoudingen lieten significante verschillen zien tussen behandelingen en cultivars (Tabel 2). Over het algemeen was cultivar F67 onder deze variabelen minder gevoelig voor hittestress dan cultivar F2000. De Fv- en Fv/Fm-verhoudingen leden er in het tweede experiment meer onder. Gestreste 'F2000'-zaailingen die niet met fytohormonen werden bespoten, hadden de laagste Fv-waarden (2120,15) en Fv/Fm-verhoudingen (0,59), maar bladbespuiting met CK hielp deze waarden te herstellen (Fv: 2591, 89, Fv/Fm-verhouding: 0,73). , met metingen die vergelijkbaar waren met die van "F2000"-planten die onder optimale temperatuuromstandigheden waren gekweekt (Fv: 2955,35, Fv/Fm-verhouding: 0,73:0,72). Er waren geen significante verschillen in de initiële fluorescentie (F0), maximale fluorescentie (Fm), maximale fotochemische kwantumopbrengst van PSII (Fv/F0) en Fm/F0-verhouding. Ten slotte vertoonde BR een vergelijkbare trend als waargenomen met CK (Fv 2545,06, Fv/Fm-verhouding 0,73).
Tabel 2. Effect van gecombineerde hittestress (40°/30°C dag/nacht) op fotosynthetische pigmenten van bladeren [totaal chlorofyl (Chl Total), chlorofyl a (Chl a), chlorofyl b (Chl b) en carotenoïden Cx+c] effect ], relatief chlorofylgehalte (Atliff-eenheid), chlorofylfluorescentieparameters (initiële fluorescentie (F0), maximale fluorescentie (Fm), variabele fluorescentie (Fv), maximale PSII-efficiëntie (Fv/Fm), fotochemische maximale kwantumopbrengst van PSII (Fv/F0 ) en Fm/F0 in planten van twee rijstgenotypes [Federrose 67 (F67) en Federrose 2000 (F2000)] 55 dagen na opkomst (DAE)).
Het relatieve watergehalte (RWC) van verschillend behandelde rijstplanten vertoonde verschillen (P ≤ 0,05) in de interactie tussen experimentele en bladbehandelingen (Fig. 1A). Bij behandeling met SA werden de laagste waarden geregistreerd voor beide genotypes (74,01% voor F67 en 76,6% voor F2000). Onder hittestress nam het RWC van rijstplanten van beide genotypes die met verschillende fytohormonen werden behandeld significant toe. Over het algemeen verhoogden bladtoepassingen van CK, GA, AUX of BR het RWC tot waarden die vergelijkbaar waren met die van planten die onder optimale omstandigheden tijdens het experiment werden gekweekt. Absolute controle en met blad bespoten planten registreerden waarden van ongeveer 83% voor beide genotypes. Aan de andere kant vertoonde gs ook significante verschillen (P ≤ 0,01) in de experiment-behandelingsinteractie (Fig. 1B). De absolute controle (AC) plant registreerde ook de hoogste waarden voor elk genotype (440,65 mmol m-2s-1 voor F67 en 511,02 mmol m-2s-1 voor F2000). Rijstplanten die alleen aan gecombineerde hittestress werden blootgesteld, vertoonden de laagste gs-waarden voor beide genotypes (150,60 mmol m-2s-1 voor F67 en 171,32 mmol m-2s-1 voor F2000). Bladbehandeling met alle plantengroeiregulatoren verhoogde ook de g. Op F2000 rijstplanten die met CC werden bespoten, was het effect van bladbespuiting met fytohormonen duidelijker. Deze groep planten vertoonde geen verschillen ten opzichte van de absolute controleplanten (AC 511,02 en CC 499,25 mmol m-2s-1).
Figuur 1. Effect van gecombineerde hittestress (40°/30°C dag/nacht) op relatief watergehalte (RWC) (A), stomatale geleidbaarheid (gs) (B), malondialdehyde (MDA) productie (C), en prolinegehalte. (D) in planten van twee rijstgenotypes (F67 en F2000) 55 dagen na opkomst (DAE). Behandelingen beoordeeld voor elk genotype omvatten: absolute controle (AC), hittestresscontrole (SC), hittestress + auxine (AUX), hittestress + gibberelline (GA), hittestress + celmitogeen (CK), en hittestress + brassinosteroïde. (BR). Elke kolom geeft het gemiddelde ± standaardfout van vijf datapunten weer (n = 5). Kolommen gevolgd door verschillende letters geven statistisch significante verschillen aan volgens de Tukey-test (P ≤ 0,05). Letters met een gelijkteken geven aan dat het gemiddelde niet statistisch significant is (≤ 0,05).
De MDA- (P ≤ 0,01) en proline- (P ≤ 0,01) gehaltes vertoonden ook significante verschillen in de interactie tussen experiment en fytohormoonbehandelingen (Fig. 1C, D). Bij SC-behandeling werd een verhoogde lipideperoxidatie waargenomen bij beide genotypes (Fig. 1C), maar planten behandeld met bladgroeiregulerende spray vertoonden een verminderde lipideperoxidatie bij beide genotypes. Over het algemeen leidt het gebruik van fytohormonen (CA, AUC, BR of GA) tot een afname van de lipideperoxidatie (MDA-gehalte). Er werden geen verschillen gevonden tussen AC-planten van twee genotypes en planten onder hittestress en bespoten met fytohormonen (waargenomen FW-waarden in "F67"-planten varieerden van 4,38-6,77 µmol g-1, en in FW "F2000"-planten "waargenomen waarden varieerden van 2,84 tot 9,18 µmol g-1 (planten). Aan de andere kant was de prolinesynthese in "F67"-planten lager dan in "F2000"-planten onder gecombineerde stress, wat leidde tot een toename van de prolineproductie. in hittegestreste rijstplanten werd in beide experimenten waargenomen dat de toediening van deze hormonen het aminozuurgehalte van F2000-planten aanzienlijk verhoogde (AUX en BR waren respectievelijk 30,44 en 18,34 µmol g-1) (Fig. 1G).
De effecten van bladgroeiregulerende bespuiting met planten en gecombineerde hittestress op de temperatuur van het bladerdak en de relatieve tolerantie-index (RTI) worden weergegeven in figuur 2A en B. Voor beide genotypes lag de temperatuur van het bladerdak van AC-planten dicht bij de 27 °C en die van SC-planten rond de 28 °C. WITH. Er werd ook waargenomen dat bladbehandelingen met CK en BR resulteerden in een daling van 2-3 °C in de temperatuur van het bladerdak in vergelijking met SC-planten (figuur 2A). RTI vertoonde vergelijkbaar gedrag als andere fysiologische variabelen, met significante verschillen (P ≤ 0,01) in de interactie tussen experiment en behandeling (figuur 2B). SC-planten vertoonden een lagere planttolerantie in beide genotypes (respectievelijk 34,18% en 33,52% voor "F67" en "F2000" rijstplanten). Bladvoeding met fytohormonen verbetert de RTI in planten die worden blootgesteld aan hoge temperatuurstress. Dit effect was sterker bij "F2000"-planten die met CC waren bespoten, waarbij de RTI 97,69 bedroeg. Aan de andere kant werden alleen significante verschillen waargenomen in de opbrengststressindex (CSI) van rijstplanten onder bladstress (P ≤ 0,01) (Fig. 2B). Alleen rijstplanten die aan complexe hittestress werden blootgesteld, vertoonden de hoogste stressindexwaarde (0,816). Bij bespoten rijstplanten met verschillende fytohormonen was de stressindex lager (waarden van 0,6 tot 0,67). Tot slot had de rijstplant die onder optimale omstandigheden was gegroeid een waarde van 0,138.
Figuur 2. Effecten van gecombineerde hittestress (40°/30°C dag/nacht) op de temperatuur van het bladerdek (A), de relatieve tolerantie-index (RTI) (B) en de gewasstressindex (CSI) (C) van twee plantensoorten. Commerciële rijstgenotypes (F67 en F2000) werden aan verschillende hittebehandelingen onderworpen. De behandelingen die voor elk genotype werden beoordeeld, omvatten: absolute controle (AC), hittestresscontrole (SC), hittestress + auxine (AUX), hittestress + gibberelline (GA), hittestress + celmitogeen (CK) en hittestress + brassinosteroïde (BR). Gecombineerde hittestress houdt in dat rijstplanten worden blootgesteld aan hoge dag/nachttemperaturen (40°/30°C dag/nacht). Elke kolom geeft het gemiddelde ± standaardfout weer van vijf datapunten (n = 5). Kolommen gevolgd door verschillende letters geven statistisch significante verschillen aan volgens de Tukey-toets (P ≤ 0,05). Letters met een gelijkteken geven aan dat het gemiddelde statistisch niet significant is (≤ 0,05).
Uit een principal component analysis (PCA) bleek dat de variabelen die bij 55 dagen groei werden beoordeeld, 66,1% van de fysiologische en biochemische reacties van hittegestreste rijstplanten die met groeiregulerende spray waren behandeld, verklaarden (fig. 3). Vectoren vertegenwoordigen variabelen en stippen vertegenwoordigen plantengroeiregulatoren (GR's). De vectoren van gs, chlorofylgehalte, maximale kwantumefficiëntie van PSII (Fv/Fm) en biochemische parameters (TChl, MDA en proline) staan onder een nauwe hoek ten opzichte van de oorsprong, wat wijst op een hoge correlatie tussen het fysiologische gedrag van planten en de variabele. Eén groep (V) bestond uit rijstzaailingen die waren gegroeid bij optimale temperatuur (AT) en F2000-planten die waren behandeld met CK en BA. Tegelijkertijd vormden de meeste planten die met GR waren behandeld een aparte groep (IV), en de behandeling met GA in F2000 vormde een aparte groep (II). Daarentegen bevonden hittestress-gevoelige rijstzaailingen (groepen I en III) zonder bladbespuiting met fytohormonen (beide genotypen waren SC) zich in een zone tegenover groep V, wat het effect van hittestress op de plantenfysiologie aantoont.
Figuur 3. Bigrafische analyse van de effecten van gecombineerde hittestress (40°/30°C dag/nacht) op planten van twee rijstgenotypes (F67 en F2000) 55 dagen na opkomst (DAE). Afkortingen: AC F67, absolute controle F67; SC F67, hittestresscontrole F67; AUX F67, hittestress + auxine F67; GA F67, hittestress + gibberelline F67; CK F67, hittestress + celdeling BR F67, hittestress + brassinosteroid. F67; AC F2000, absolute controle F2000; SC F2000, hittestresscontrole F2000; AUX F2000, hittestress + auxine F2000; GA F2000, hittestress + gibberelline F2000; CK F2000, hittestress + cytokinine, BR F2000, hittestress + messingsteroïde; F2000.
Variabelen zoals chlorofylgehalte, stomatale geleiding, Fv/Fm-verhouding, CSI, MDA, RTI en prolinegehalte kunnen helpen bij het begrijpen van de adaptatie van rijstgenotypes en het evalueren van de impact van agronomische strategieën onder hittestress (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). Het doel van dit experiment was om het effect te evalueren van de toepassing van vier groeiregulatoren op de fysiologische en biochemische parameters van rijstzaailingen onder complexe hittestressomstandigheden. Het testen van zaailingen is een eenvoudige en snelle methode voor gelijktijdige beoordeling van rijstplanten, afhankelijk van de grootte of conditie van de beschikbare infrastructuur (Sarsu et al., 2018). De resultaten van deze studie toonden aan dat gecombineerde hittestress verschillende fysiologische en biochemische reacties induceert in de twee rijstgenotypes, wat wijst op een adaptatieproces. Deze resultaten geven ook aan dat bladgroeiregulerende sprays (voornamelijk cytokininen en brassinosteroïden) rijst helpen zich aan te passen aan complexe hittestress, aangezien de plant voornamelijk gs, RWC, Fv/Fm-verhouding, fotosynthetische pigmenten en prolinegehalte beïnvloedt.
Toepassing van groeiregulatoren helpt de waterkwaliteit van rijstplanten te verbeteren bij hittestress, wat mogelijk verband houdt met hogere stress en lagere temperaturen van het bladerdak. Deze studie toonde aan dat onder de "F2000"-planten (gevoelig genotype) rijstplanten die primair met CK of BR werden behandeld, hogere gs-waarden en lagere PCT-waarden hadden dan planten die met SC werden behandeld. Eerdere studies hebben ook aangetoond dat gs en PCT nauwkeurige fysiologische indicatoren zijn die de adaptieve respons van rijstplanten en de effecten van agronomische strategieën op hittestress kunnen bepalen (Restrepo-Diaz en Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et al., 2021). Blad-CK of BR versterken de g-activiteit onder stress, omdat deze plantenhormonen het openen van huidmondjes kunnen bevorderen door synthetische interacties met andere signaalmoleculen zoals ABA (bevorderaar van het sluiten van huidmondjes onder abiotische stress) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). , 2014). Het openen van huidmondjes bevordert de afkoeling van het blad en helpt de temperatuur van het bladerdek te verlagen (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). Om deze redenen kan de temperatuur van het bladerdek van rijstplanten die met CK of BR zijn bespoten, lager zijn onder gecombineerde hittestress.
Hoge temperatuurstress kan het gehalte aan fotosynthetische pigmenten in bladeren verminderen (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). In deze studie, toen rijstplanten onder hittestress stonden en niet bespoten werden met plantengroeiregulatoren, neigden de fotosynthetische pigmenten in beide genotypes af te nemen (Tabel 2). Feng et al. (2013) rapporteerden ook een significante afname van het chlorofylgehalte in bladeren van twee tarwegenotypes die blootgesteld waren aan hittestress. Blootstelling aan hoge temperaturen resulteert vaak in een verlaagd chlorofylgehalte, wat te wijten kan zijn aan een verminderde chlorofylbiosynthese, afbraak van pigmenten, of hun gecombineerde effecten onder hittestress (Fahad et al., 2017). Rijstplanten die voornamelijk behandeld werden met CK en BA verhoogden echter de concentratie van fotosynthetische pigmenten in bladeren onder hittestress. Vergelijkbare resultaten werden ook gerapporteerd door Jespersen en Huang (2015) en Suchsagunpanit et al. (2015), die een toename van het bladchlorofylgehalte observeerden na toediening van zeatine en epibrassinosteroïdhormonen aan respectievelijk struisgras en rijst die aan hittestress zijn blootgesteld. Een redelijke verklaring voor waarom CK en BR een verhoogd bladchlorofylgehalte bevorderen onder gecombineerde hittestress, is dat CK de initiatie van aanhoudende inductie van expressiepromotoren (zoals de senescentie-activerende promotor (SAG12) of de HSP18-promotor) kan bevorderen en het chlorofylverlies in bladeren kan verminderen. , bladveroudering kan vertragen en de hittebestendigheid van planten kan verhogen (Liu et al., 2020). BR kan bladchlorofyl beschermen en het bladchlorofylgehalte verhogen door de synthese van enzymen die betrokken zijn bij de chlorofylbiosynthese onder stressomstandigheden te activeren of te induceren (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). Tot slot bevorderen twee fytohormonen (CK en BR) ook de expressie van hitteschokproteïnen en verbeteren ze verschillende metabolische aanpassingsprocessen, zoals een verhoogde chlorofylbiosynthese (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
Chlorofyl a-fluorescentieparameters bieden een snelle en niet-destructieve methode om de tolerantie of adaptatie van planten aan abiotische stressomstandigheden te beoordelen (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). Parameters zoals de Fv/Fm-verhouding zijn gebruikt als indicatoren voor de adaptatie van planten aan stressomstandigheden (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). In deze studie vertoonden SC-planten de laagste waarden van deze variabele, voornamelijk "F2000"-rijstplanten. Yin et al. (2010) ontdekten ook dat de Fv/Fm-verhouding van de rijstbladeren met de hoogste uitstoeling significant afnam bij temperaturen boven 35 °C. Volgens Feng et al. (2013) geeft de lagere Fv/Fm-verhouding onder hittestress aan dat de snelheid van excitatie-energieopname en -omzetting door het PSII-reactiecentrum afneemt, wat aangeeft dat het PSII-reactiecentrum onder hittestress desintegreert. Deze observatie maakt het mogelijk om te concluderen dat verstoringen in het fotosyntheseapparaat duidelijker aanwezig zijn bij gevoelige variëteiten (Fedearroz 2000) dan bij resistente variëteiten (Fedearroz 67).
Het gebruik van CK of BR verbeterde over het algemeen de prestaties van PSII onder complexe hittestressomstandigheden. Vergelijkbare resultaten werden verkregen door Suchsagunpanit et al. (2015), die opmerkten dat BR-toepassing de efficiëntie van PSII onder hittestress in rijst verhoogde. Kumar et al. (2020) ontdekten ook dat kikkererwtenplanten die behandeld werden met CK (6-benzyladenine) en onderworpen werden aan hittestress, de Fv/Fm-verhouding verhoogden, en concludeerden dat bladtoepassing van CK door activering van de zeaxanthine-pigmentcyclus de PSII-activiteit bevorderde. Bovendien bevorderde BR-bladspray de PSII-fotosynthese onder gecombineerde stressomstandigheden, wat aangeeft dat toepassing van dit fytohormoon resulteerde in een verminderde afvoer van excitatie-energie van PSII-antennes en de accumulatie van kleine hitteschokproteïnen in chloroplasten bevorderde (Ogweno et al. 2008; Kothari en Lachowitz ). , 2021).
MDA- en prolinegehaltes nemen vaak toe wanneer planten onder abiotische stress staan in vergelijking met planten die onder optimale omstandigheden groeien (Alvarado-Sanabria et al. 2017). Eerdere studies hebben ook aangetoond dat MDA- en prolinegehaltes biochemische indicatoren zijn die kunnen worden gebruikt om het aanpassingsproces of de impact van landbouwpraktijken in rijst bij hoge temperaturen overdag of 's nachts te begrijpen (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al. . , 2021). Deze studies toonden ook aan dat MDA- en prolinegehaltes de neiging hadden hoger te zijn in rijstplanten die respectievelijk 's nachts of overdag aan hoge temperaturen werden blootgesteld. Bladbespuiting met CK en BR droeg echter bij aan een afname van MDA en een toename van prolinegehaltes, voornamelijk bij het tolerante genotype (Federroz 67). CK-spray kan de overexpressie van cytokinine-oxidase/-dehydrogenase bevorderen, waardoor het gehalte aan beschermende verbindingen zoals betaïne en proline toeneemt (Liu et al., 2020). BR bevordert de inductie van osmoprotectanten zoals betaïne, suikers en aminozuren (waaronder vrije proline), waardoor de cellulaire osmotische balans onder veel ongunstige omgevingsomstandigheden behouden blijft (Kothari en Lachowiec, 2021).
De gewasstressindex (CSI) en de relatieve tolerantie-index (RTI) worden gebruikt om te bepalen of de geëvalueerde behandelingen verschillende stressfactoren (abiotisch en biotisch) helpen verminderen en een positief effect hebben op de fysiologie van de plant (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). De CSI-waarden kunnen variëren van 0 tot 1, wat respectievelijk staat voor niet-stressvolle en stressvolle omstandigheden (Lee et al., 2010). De CSI-waarden van hittegestreste (SC) planten varieerden van 0,8 tot 0,9 (Figuur 2B), wat aangeeft dat rijstplanten negatief werden beïnvloed door gecombineerde stress. Bladbespuiting met BC (0,6) of CK (0,6) leidde echter voornamelijk tot een daling van deze indicator onder abiotische stressomstandigheden in vergelijking met SC-rijstplanten. In F2000-planten vertoonde RTI een hogere toename bij gebruik van CA (97,69%) en BC (60,73%) in vergelijking met SA (33,52%), wat aangeeft dat deze plantengroeiregulatoren ook bijdragen aan het verbeteren van de reactie van rijst op de tolerantie van de samenstelling. Oververhitting. Deze indices zijn voorgesteld om stressomstandigheden bij verschillende soorten te beheersen. Een studie uitgevoerd door Lee et al. (2010) toonde aan dat de CSI van twee katoenvariëteiten onder matige waterstress ongeveer 0,85 was, terwijl de CSI-waarden van goed geïrrigeerde variëteiten varieerden van 0,4 tot 0,6, en concludeerde dat deze index een indicator is van de wateradaptatie van de variëteiten. stressvolle omstandigheden. Bovendien beoordeelden Chavez-Arias et al. (2020) de effectiviteit van synthetische elicitors als een uitgebreide stressmanagementstrategie bij C. elegans-planten en ontdekten dat planten die met deze verbindingen werden bespoten, een hogere RTI (65%) vertoonden. Op basis van het bovenstaande kunnen CK en BR worden beschouwd als agrarische strategieën die gericht zijn op het vergroten van de tolerantie van rijst voor complexe hittestress, omdat deze plantengroeiregulatoren positieve biochemische en fysiologische reacties teweegbrengen.
De afgelopen jaren heeft rijstonderzoek in Colombia zich gericht op de evaluatie van genotypen die bestand zijn tegen hoge dag- of nachttemperaturen, aan de hand van fysiologische of biochemische kenmerken (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021). De laatste jaren is de analyse van praktische, economische en winstgevende technologieën echter steeds belangrijker geworden om geïntegreerd gewasbeheer voor te stellen en zo de effecten van complexe periodes van hittestress in het land te verbeteren (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). De fysiologische en biochemische reacties van rijstplanten op complexe hittestress (40 °C overdag/30 °C 's nachts) die in deze studie zijn waargenomen, suggereren dan ook dat bladbespuiting met CK of BR een geschikte gewasbeheermethode kan zijn om nadelige effecten te beperken. Effect van periodes van matige hittestress. Deze behandelingen verbeterden de tolerantie van beide rijstgenotypen (lage CSI en hoge RTI), wat een algemene trend aantoont in de fysiologische en biochemische reacties van planten op gecombineerde hittestress. De belangrijkste reactie van rijstplanten was een afname van het gehalte aan GC, totaal chlorofyl, chlorofyllen α en β en carotenoïden. Daarnaast lijden planten aan PSII-schade (verminderde chlorofylfluorescentieparameters zoals de Fv/Fm-verhouding) en verhoogde lipideperoxidatie. Aan de andere kant, wanneer rijst werd behandeld met CK en BR, werden deze negatieve effecten verminderd en nam het prolinegehalte toe (fig. 4).
Figuur 4. Conceptueel model van de effecten van gecombineerde hittestress en bladbespuiting met plantengroeiregulator op rijstplanten. Rode en blauwe pijlen geven de negatieve of positieve effecten aan van de interactie tussen hittestress en bladbespuiting met BR (brassinosteroïde) en CK (cytokinine) op respectievelijk fysiologische en biochemische reacties. gs: stomatale geleidbaarheid; Totaal Chl: totaal chlorofylgehalte; Chl α: chlorofyl β-gehalte; Cx+c: carotenoïdegehalte;
Samenvattend geven de fysiologische en biochemische reacties in deze studie aan dat Fedearroz 2000-rijstplanten gevoeliger zijn voor een periode van complexe hittestress dan Fedearroz 67-rijstplanten. Alle in deze studie beoordeelde groeiregulatoren (auxinen, gibberellinen, cytokininen of brassinosteroïden) vertoonden een zekere mate van gecombineerde vermindering van hittestress. Cytokinine en brassinosteroïden induceerden echter een betere plantenadaptatie, aangezien beide plantengroeiregulatoren het chlorofylgehalte, de alfa-chlorofylfluorescentieparameters, gs en RWC verhoogden in vergelijking met rijstplanten zonder enige toepassing, en ook het MDA-gehalte en de bladerdektemperatuur verlaagden. Samenvattend concluderen we dat het gebruik van plantengroeiregulatoren (cytokininen en brassinosteroïden) een nuttig instrument is bij het beheersen van stressomstandigheden in rijstgewassen die worden veroorzaakt door ernstige hittestress tijdens perioden van hoge temperaturen.
De originele materialen die in het onderzoek worden gepresenteerd, zijn bij het artikel gevoegd. Voor meer informatie kunt u contact opnemen met de corresponderende auteurs.
Plaatsingstijd: 08-08-2024