تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی به عنوان راهکاری برای کاهش تنش گرما در محصولات مختلف مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

تولید برنج به دلیل تغییرات اقلیمی و تنوع در کلمبیا رو به کاهش است.تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهیبه عنوان یک استراتژی برای کاهش تنش گرما در محصولات مختلف استفاده شده‌اند. بنابراین، هدف از این مطالعه ارزیابی اثرات فیزیولوژیکی (هدایت روزنه‌ای، هدایت روزنه‌ای، محتوای کلروفیل کل، نسبت Fv/Fm دو ژنوتیپ تجاری برنج تحت تنش گرمای ترکیبی (دمای بالای روز و شب)، دمای سایبان و محتوای نسبی آب) و متغیرهای بیوشیمیایی (مالون دی آلدئید (MDA) و محتوای اسید پرولینیک) بود. آزمایش‌های اول و دوم به ترتیب با استفاده از گیاهان دو ژنوتیپ برنج Federrose 67 ("F67") و Federrose 2000 ("F2000") انجام شد. هر دو آزمایش به صورت یک سری آزمایش با هم تجزیه و تحلیل شدند. تیمارهای تعیین شده به شرح زیر بودند: کنترل مطلق (AC) (گیاهان برنج که در دماهای بهینه (دمای روز/شب 30/25 درجه سانتیگراد) رشد کردند)، کنترل تنش گرما (SC) [گیاهان برنج که فقط تحت تنش گرمای ترکیبی (40/25 درجه سانتیگراد) قرار گرفتند]. [30°C)]، و گیاهان برنج تحت تنش قرار گرفتند و دو بار (5 روز قبل و 5 روز بعد از تنش گرما) با تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی (تنش+AUX، تنش+BR، تنش+CK یا تنش+GA) اسپری شدند. اسپری کردن با SA، محتوای کلروفیل کل هر دو رقم (وزن تر گیاهان برنج "F67" و "F2000" به ترتیب 3.25 و 3.65 میلی‌گرم بر گرم) در مقایسه با گیاهان SC (وزن تر گیاهان "F67" 2.36 و 2.56 میلی‌گرم بر گرم) و برنج "F2000" افزایش داد. محلول‌پاشی CK همچنین به طور کلی هدایت روزنه‌ای گیاهان برنج "F2000" را در مقایسه با کنترل تنش گرما بهبود بخشید (499.25 در مقابل 150.60 میلی‌مول در متر مربع ثانیه). در تنش گرما، دمای تاج گیاه 2 تا 3 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد و محتوای MDA در گیاهان کاهش می‌یابد. شاخص تحمل نسبی نشان می‌دهد که محلول‌پاشی برگی CK (97.69%) و BR (60.73%) می‌تواند به کاهش مشکل تنش گرمایی ترکیبی، عمدتاً در گیاهان برنج F2000، کمک کند. در نتیجه، محلول‌پاشی برگی BR یا CK می‌تواند به عنوان یک استراتژی زراعی برای کمک به کاهش اثرات منفی شرایط تنش گرمایی ترکیبی بر رفتار فیزیولوژیکی گیاهان برنج در نظر گرفته شود.
برنج (Oryza sativa) متعلق به خانواده گندمیان است و در کنار ذرت و گندم یکی از غلات پرکشت در جهان است (Bajaj and Mohanty, 2005). سطح زیر کشت برنج 617,934 هکتار است و تولید ملی آن در سال 2020، 2,937,840 تن با میانگین عملکرد 5.02 تن در هکتار بوده است (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
گرمایش جهانی بر محصولات برنج تأثیر می‌گذارد و منجر به انواع مختلف تنش‌های غیرزیستی مانند دمای بالا و دوره‌های خشکسالی می‌شود. تغییرات اقلیمی باعث افزایش دمای جهانی می‌شود. پیش‌بینی می‌شود دما در قرن بیست و یکم ۱.۰ تا ۳.۷ درجه سانتیگراد افزایش یابد که می‌تواند فراوانی و شدت تنش گرمایی را افزایش دهد. افزایش دمای محیط بر برنج تأثیر گذاشته و باعث کاهش ۶ تا ۷ درصدی بازده محصول شده است. از سوی دیگر، تغییرات اقلیمی همچنین منجر به شرایط نامساعد محیطی برای محصولات کشاورزی، مانند دوره‌های خشکسالی شدید یا دمای بالا در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری می‌شود. علاوه بر این، رویدادهای متغیری مانند ال نینو می‌تواند منجر به تنش گرمایی شود و آسیب به محصولات را در برخی از مناطق گرمسیری تشدید کند. در کلمبیا، پیش‌بینی می‌شود دما در مناطق تولید برنج تا سال ۲۰۵۰، ۲ تا ۲.۵ درجه سانتیگراد افزایش یابد که این امر تولید برنج را کاهش داده و بر جریان محصول به بازارها و زنجیره‌های تأمین تأثیر می‌گذارد.
بیشتر محصولات برنج در مناطقی کشت می‌شوند که دما نزدیک به محدوده بهینه برای رشد محصول است (شاه و همکاران، ۲۰۱۱). گزارش شده است که میانگین بهینه دمای روز و شب برایرشد و نمو برنجبه طور کلی به ترتیب 28 درجه سانتیگراد و 22 درجه سانتیگراد هستند (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). دمای بالاتر از این آستانه‌ها می‌تواند باعث دوره‌های تنش گرمایی متوسط ​​تا شدید در مراحل حساس رشد برنج (پنجه‌زنی، گرده افشانی، گلدهی و پر شدن دانه) شود و در نتیجه بر عملکرد دانه تأثیر منفی بگذارد. این کاهش عملکرد عمدتاً به دلیل دوره‌های طولانی تنش گرمایی است که بر فیزیولوژی گیاه تأثیر می‌گذارد. به دلیل تعامل عوامل مختلف، مانند مدت زمان تنش و حداکثر دمای رسیده، تنش گرمایی می‌تواند طیف وسیعی از آسیب‌های جبران‌ناپذیر را به متابولیسم و ​​رشد گیاه وارد کند.
تنش گرما بر فرآیندهای مختلف فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در گیاهان تأثیر می‌گذارد. فتوسنتز برگ یکی از فرآیندهایی است که بیشترین حساسیت را به تنش گرما در گیاهان برنج دارد، زیرا وقتی دمای روزانه از 35 درجه سانتیگراد بیشتر شود، میزان فتوسنتز 50٪ کاهش می‌یابد. پاسخ‌های فیزیولوژیکی گیاهان برنج بسته به نوع تنش گرما متفاوت است. به عنوان مثال، هنگامی که گیاهان در معرض دمای بالای روز (33-40 درجه سانتیگراد) یا دمای بالای روز و شب (35-40 درجه سانتیگراد در طول روز، 28-30 درجه سانتیگراد) قرار می‌گیرند، میزان فتوسنتز و هدایت روزنه‌ای مهار می‌شود (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). دمای بالای شب (30 درجه سانتیگراد) باعث مهار متوسط ​​فتوسنتز می‌شود اما تنفس شبانه را افزایش می‌دهد (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). صرف نظر از دوره تنش، تنش گرما همچنین بر محتوای کلروفیل برگ، نسبت فلورسانس متغیر کلروفیل به فلورسانس حداکثر کلروفیل (Fv/Fm) و فعال‌سازی روبیسکو در گیاهان برنج تأثیر می‌گذارد (Cao و همکاران، ۲۰۰۹؛ Yin و همکاران، ۲۰۱۰). (سانچز رینوسو و همکاران، ۲۰۱۴).
تغییرات بیوشیمیایی یکی دیگر از جنبه‌های سازگاری گیاه با تنش گرما است (Wahid et al., 2007). محتوای پرولین به عنوان یک شاخص بیوشیمیایی تنش گیاه مورد استفاده قرار گرفته است (Ahmed and Hassan 2011). پرولین نقش مهمی در متابولیسم گیاه ایفا می‌کند زیرا به عنوان منبع کربن یا نیتروژن و به عنوان تثبیت‌کننده غشا در شرایط دمای بالا عمل می‌کند (Sánchez-Reinoso et al., 2014). دمای بالا همچنین از طریق پراکسیداسیون لیپید بر پایداری غشا تأثیر می‌گذارد و منجر به تشکیل مالون دی آلدئید (MDA) می‌شود (Wahid et al., 2007). بنابراین، از محتوای MDA نیز برای درک یکپارچگی ساختاری غشاهای سلولی تحت تنش گرما استفاده شده است (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). در نهایت، تنش گرمایی ترکیبی [37/30 درجه سانتیگراد (روز/شب)] درصد نشت الکترولیت و محتوای مالون دی آلدئید را در برنج افزایش داد (Liu et al., 2013).
استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی (GRs) برای کاهش اثرات منفی تنش گرما ارزیابی شده است، زیرا این مواد به طور فعال در پاسخ‌های گیاه یا مکانیسم‌های دفاعی فیزیولوژیکی در برابر چنین تنشی نقش دارند (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). کاربرد برون‌زا منابع ژنتیکی تأثیر مثبتی بر تحمل تنش گرما در محصولات مختلف داشته است. مطالعات نشان داده‌اند که فیتوهورمون‌هایی مانند جیبرلین‌ها (GA)، سیتوکینین‌ها (CK)، اکسین‌ها (AUX) یا براسینواستروئیدها (BR) منجر به افزایش متغیرهای مختلف فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی می‌شوند (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014). در کلمبیا، کاربرد برون‌زا منابع ژنتیکی و تأثیر آن بر محصولات برنج به طور کامل درک و مطالعه نشده است. با این حال، یک مطالعه قبلی نشان داد که اسپری برگی BR می‌تواند با بهبود ویژگی‌های تبادل گاز، محتوای کلروفیل یا پرولین برگ‌های گیاهچه برنج، تحمل برنج را بهبود بخشد (Quintero-Calderón et al., 2021).
سیتوکینین‌ها واسطه پاسخ‌های گیاه به تنش‌های غیرزیستی، از جمله تنش گرما هستند (Ha et al., 2012). علاوه بر این، گزارش شده است که کاربرد خارجی CK می‌تواند آسیب حرارتی را کاهش دهد. به عنوان مثال، کاربرد خارجی زئاتین باعث افزایش سرعت فتوسنتز، محتوای کلروفیل a و b و راندمان انتقال الکترون در علف هرز خزنده (Agrotis estolonifera) در طول تنش گرما شد (Xu and Huang, 2009; Jespersen and Huang, 2015). کاربرد خارجی زئاتین همچنین می‌تواند فعالیت آنتی‌اکسیدانی را بهبود بخشد، سنتز پروتئین‌های مختلف را افزایش دهد، آسیب گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) و تولید مالون دی آلدئید (MDA) را در بافت‌های گیاهی کاهش دهد (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009). ، 2016; Kumar et al., 2020).
استفاده از اسید جیبرلیک نیز پاسخ مثبتی به تنش گرما نشان داده است. مطالعات نشان داده‌اند که بیوسنتز GA واسطه مسیرهای متابولیکی مختلف است و تحمل را در شرایط دمای بالا افزایش می‌دهد (Alonso-Ramirez و همکاران، ۲۰۰۹؛ Khan و همکاران، ۲۰۲۰). Abdel-Nabi و همکاران (۲۰۲۰) دریافتند که محلول‌پاشی برگی GA خارجی (۲۵ یا ۵۰ میلی‌گرم در لیتر) می‌تواند سرعت فتوسنتز و فعالیت آنتی‌اکسیدانی را در گیاهان پرتقال تحت تنش گرما در مقایسه با گیاهان کنترل افزایش دهد. همچنین مشاهده شده است که کاربرد خارجی HA باعث افزایش رطوبت نسبی، محتوای کلروفیل و کاروتنوئید و کاهش پراکسیداسیون لیپید در نخل خرما (Phoenix dactylifera) تحت تنش گرما می‌شود (Khan و همکاران، ۲۰۲۰). اکسین همچنین نقش مهمی در تنظیم پاسخ‌های رشد تطبیقی ​​به شرایط دمای بالا ایفا می‌کند (Sun و همکاران، ۲۰۱۲؛ Wang و همکاران، ۲۰۱۶). این تنظیم‌کننده رشد به عنوان یک نشانگر بیوشیمیایی در فرآیندهای مختلفی مانند سنتز یا تجزیه پرولین تحت تنش غیرزیستی عمل می‌کند (Ali et al. 2007). علاوه بر این، AUX فعالیت آنتی‌اکسیدانی را نیز افزایش می‌دهد که منجر به کاهش MDA در گیاهان به دلیل کاهش پراکسیداسیون لیپید می‌شود (Bielach et al., 2017). Sergeev و همکاران (2018) مشاهده کردند که در گیاهان نخود فرنگی (Pisum sativum) تحت تنش گرمایی، محتوای پرولین - دی متیل آمینو اتوکسی کربونیل متیل) نفتیل کلرو متیل اتر (TA-14) افزایش می‌یابد. در همان آزمایش، آنها همچنین سطوح پایین‌تر MDA را در گیاهان تیمار شده در مقایسه با گیاهانی که با AUX تیمار نشده بودند، مشاهده کردند.
براسینواستروئیدها دسته دیگری از تنظیم‌کننده‌های رشد هستند که برای کاهش اثرات تنش گرما استفاده می‌شوند. اوگنو و همکاران (2008) گزارش دادند که اسپری برون‌زا BR، سرعت فتوسنتز خالص، هدایت روزنه‌ای و حداکثر سرعت کربوکسیلاسیون روبیسکو را در گیاهان گوجه‌فرنگی (Solanum lycopersicum) تحت تنش گرما به مدت 8 روز افزایش می‌دهد. اسپری برگی اپی‌براسینواستروئیدها می‌تواند سرعت فتوسنتز خالص گیاهان خیار (Cucumis sativus) را تحت تنش گرما افزایش دهد (Yu و همکاران، 2004). علاوه بر این، کاربرد برون‌زا BR، تخریب کلروفیل را به تأخیر می‌اندازد و راندمان مصرف آب و حداکثر عملکرد کوانتومی فتوشیمی PSII را در گیاهان تحت تنش گرما افزایش می‌دهد (Holá و همکاران، 2010؛ Toussagunpanit و همکاران، 2015).
به دلیل تغییرات اقلیمی و تنوع، محصولات برنج با دوره‌هایی با دمای بالای روزانه مواجه می‌شوند (لسک و همکاران، 2016؛ گارس، 2020؛ فدراروز (Federación Nacional de Arroceros)، 2021). در فنوتیپ گیاهی، استفاده از مواد مغذی گیاهی یا محرک های زیستی به عنوان یک استراتژی برای کاهش استرس گرمایی در مناطق برنج مورد مطالعه قرار گرفته است (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021). علاوه بر این، استفاده از متغیرهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی (دمای برگ، رسانایی روزنه، پارامترهای فلورسانس کلروفیل، کلروفیل و محتوای نسبی آب، سنتز مالون دی آلدئید و پرولین) ابزاری قابل اعتماد برای غربالگری گیاهان برنج تحت تنش گرما در سطح محلی و بین‌المللی است (Sánchez-Reynoso و همکاران، 2014؛ Alvarado-Sanabria و همکاران، 2017؛ با این حال، تحقیقات در مورد استفاده از اسپری‌های فیتوهورمونی برگی در برنج در سطح محلی همچنان نادر است. بنابراین، مطالعه واکنش‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی کاربرد تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی برای پیشنهاد استراتژی‌های زراعی عملی برای این منظور از اهمیت زیادی برخوردار است. پرداختن به اثرات منفی یک دوره تنش گرمایی پیچیده در برنج. بنابراین، هدف از این مطالعه ارزیابی اثرات فیزیولوژیکی (رسانایی روزنه، پارامترهای فلورسانس کلروفیل و محتوای نسبی آب) و بیوشیمیایی محلول‌پاشی برگی چهار تنظیم‌کننده رشد گیاهی (AUX، CK، GA و BR) بود. (رنگدانه‌های فتوسنتزی، مالون دی آلدئید و متغیرهای محتوای پرولین در دو ژنوتیپ تجاری برنج که تحت تنش گرمایی ترکیبی (دمای بالای روز/شب) قرار گرفته‌اند.
در این مطالعه، دو آزمایش مستقل انجام شد. ژنوتیپ‌های Federrose 67 (F67: ژنوتیپی که در دماهای بالا در طول دهه گذشته توسعه یافته است) و Federrose 2000 (F2000: ژنوتیپی که در دهه گذشته قرن بیستم توسعه یافته و در برابر ویروس برگ سفید مقاوم است) برای اولین بار در آزمایش بذر و آزمایش دوم به ترتیب استفاده شدند. هر دو ژنوتیپ به طور گسترده توسط کشاورزان کلمبیایی کشت می‌شوند. بذرها در سینی‌های 10 لیتری (طول 39.6 سانتی‌متر، عرض 28.8 سانتی‌متر، ارتفاع 16.8 سانتی‌متر) حاوی خاک لوم شنی با 2٪ ماده آلی کاشته شدند. پنج بذر از قبل جوانه زده در هر سینی کاشته شد. پالت‌ها در گلخانه دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه ملی کلمبیا، پردیس بوگوتا (43°50′56″ شمالی، 74°04′051″ غربی)، در ارتفاع 2556 متری از سطح دریا (asl) قرار داده شدند. م.) و از اکتبر تا دسامبر ۲۰۱۹ انجام شد. یک آزمایش (فدرروز ۶۷) و آزمایش دوم (فدرروز ۲۰۰۰) در همان فصل ۲۰۲۰.
شرایط محیطی گلخانه در طول هر فصل کاشت به شرح زیر است: دمای روز و شب 30/25 درجه سانتیگراد، رطوبت نسبی 60 تا 80 درصد، دوره نوری طبیعی 12 ساعت (تابش فعال فتوسنتزی 1500 میکرومول (فوتون) در متر مربع بر ثانیه). 1 در ظهر. گیاهان 20 روز پس از ظهور بذر (DAE) بر اساس محتوای هر عنصر کوددهی شدند، طبق گفته سانچز-رینوسو و همکاران (2019): 670 میلی گرم نیتروژن در هر گیاه، 110 میلی گرم فسفر در هر گیاه، 350 میلی گرم پتاسیم در هر گیاه، 68 میلی گرم کلسیم در هر گیاه، 20 میلی گرم منیزیم در هر گیاه، 20 میلی گرم گوگرد در هر گیاه، 17 میلی گرم سیلیکون در هر گیاه. گیاهان حاوی 10 میلی گرم بور در هر گیاه، 17 میلی گرم مس در هر گیاه و 44 میلی گرم روی در هر گیاه هستند. گیاهان برنج در هر آزمایش تا 47 روز پس از ظهور بذر در این دوره کوددهی شدند. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که این مرحله فنولوژیکی زمان مناسبی برای انجام مطالعات تنش گرمایی در برنج است (Sánchez-Reinoso و همکاران، ۲۰۱۴؛ Alvarado-Sanabria و همکاران، ۲۰۱۷).
در هر آزمایش، دو بار جداگانه از تنظیم‌کننده رشد برگ استفاده شد. اولین سری اسپری‌های فیتوهورمون برگی 5 روز قبل از تیمار تنش گرمایی (42 روز پس از شروع تنش) برای آماده‌سازی گیاهان برای تنش محیطی اعمال شد. سپس 5 روز پس از قرار گرفتن گیاهان در معرض شرایط تنش (52 روز پس از شروع تنش)، اسپری برگی دوم انجام شد. از چهار فیتوهورمون استفاده شد و خواص هر ماده فعال اسپری شده در این مطالعه در جدول تکمیلی 1 فهرست شده است. غلظت‌های تنظیم‌کننده‌های رشد برگ مورد استفاده به شرح زیر بود: (i) اکسین (1-نفتیل استیک اسید: NAA) با غلظت 5 × 10−5 مولار (ii) 5 × 10−5 مولار جیبرلین (جیبرلیک اسید: NAA)؛ GA3)؛ (iii) سیتوکینین (ترانس-زیاتین) 1 × 10-5 مولار (iv) براسینواستروئیدها [اسپیروستان-6-اون، 3،5-دی هیدروکسی-، (3b، 5a، 25R)] 5 × 10-5؛ مولار. این غلظت‌ها به این دلیل انتخاب شدند که باعث ایجاد پاسخ‌های مثبت و افزایش مقاومت گیاه در برابر تنش گرما می‌شوند (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehfar et al., 2017). گیاهان برنج بدون هیچ گونه اسپری تنظیم‌کننده رشد گیاهی، فقط با آب مقطر تیمار شدند. همه گیاهان برنج با یک اسپری دستی اسپری شدند. 20 میلی‌لیتر H2O را روی گیاه بمالید تا سطوح بالایی و پایینی برگ‌ها مرطوب شوند. در همه اسپری‌های برگی از مواد کمکی کشاورزی (Agrotin، Bayer CropScience، کلمبیا) با غلظت 0.1٪ (v/v) استفاده شد. فاصله بین گلدان و سمپاش 30 سانتی متر است.
تیمارهای تنش گرمایی 5 روز پس از اولین محلول‌پاشی برگی (47 روز پس از کاشت) در هر آزمایش اعمال شدند. گیاهان برنج از گلخانه به یک محفظه رشد 294 لیتری (MLR-351H، سانیو، ایلینوی، ایالات متحده آمریکا) منتقل شدند تا تنش گرمایی ایجاد شود یا شرایط محیطی یکسانی حفظ شود (47 روز پس از کاشت). تیمار ترکیبی تنش گرمایی با تنظیم محفظه بر روی دماهای روز/شب زیر انجام شد: دمای بالای روز [40 درجه سانتیگراد به مدت 5 ساعت (از ساعت 11:00 تا 16:00)] و دوره شب [30 درجه سانتیگراد به مدت 5 ساعت]. 8 روز متوالی (از ساعت 19:00 تا 24:00). دمای تنش و زمان قرارگیری در معرض تنش بر اساس مطالعات قبلی انتخاب شدند (Sánchez-Reynoso و همکاران، 2014؛ Alvarado-Sanabría و همکاران، 2017). از سوی دیگر، گروهی از گیاهان منتقل شده به اتاقک رشد، به مدت ۸ روز متوالی در گلخانه با دمای یکسان (۳۰ درجه سانتیگراد در روز / ۲۵ درجه سانتیگراد در شب) نگهداری شدند.
در پایان آزمایش، گروه‌های تیماری زیر به دست آمدند: (۱) شرایط دمای رشد + کاربرد آب مقطر [کنترل مطلق (AC)]، (۲) شرایط تنش گرمایی + کاربرد آب مقطر [کنترل تنش گرمایی (SC)]، (۳) شرایط تنش گرمایی + کاربرد اکسین (AUX)، (۴) شرایط تنش گرمایی + کاربرد جیبرلین (GA)، (۵) شرایط تنش گرمایی + کاربرد سیتوکینین (CK) و (۶) شرایط تنش گرمایی + براسینواستروئید (BR). پیوست. این گروه‌های تیماری برای دو ژنوتیپ (F67 و F2000) استفاده شدند. همه تیمارها در یک طرح کاملاً تصادفی با پنج تکرار، هر کدام شامل یک گیاه، انجام شدند. از هر گیاه برای خواندن متغیرهای تعیین شده در پایان آزمایش استفاده شد. این آزمایش ۵۵ روز پس از کاشت به طول انجامید.
رسانایی روزنه (gs) با استفاده از یک تخلخل‌سنج قابل حمل (SC-1، METER Group Inc.، ایالات متحده آمریکا) در محدوده 0 تا 1000 میلی‌مول بر متر مربع بر ثانیه، با دیافراگم محفظه نمونه 6.35 میلی‌متر اندازه‌گیری شد. اندازه‌گیری‌ها با اتصال یک پروب استومامتر به یک برگ بالغ با شاخه اصلی گیاه که کاملاً باز شده بود، انجام شد. برای هر تیمار، خوانش‌های g روی سه برگ از هر گیاه بین ساعت 11:00 تا 16:00 انجام و میانگین آنها محاسبه شد.
محتوای نسبی آب برگ (RWC) طبق روش شرح داده شده توسط Ghoulam و همکاران (2002) تعیین شد. از برگه کاملاً منبسط شده‌ای که برای تعیین g استفاده شده بود، برای اندازه‌گیری محتوای نسبی آب برگ نیز استفاده شد. وزن تازه (FW) بلافاصله پس از برداشت با استفاده از ترازوی دیجیتال تعیین شد. سپس برگ‌ها در یک ظرف پلاستیکی پر از آب قرار داده شدند و به مدت 48 ساعت در تاریکی در دمای اتاق (22 درجه سانتیگراد) قرار گرفتند. سپس با ترازوی دیجیتال وزن شده و وزن منبسط شده (TW) ثبت شد. برگ‌های متورم به مدت 48 ساعت در دمای 75 درجه سانتیگراد در فر خشک شدند و وزن خشک آنها (DW) ثبت شد.
محتوای نسبی کلروفیل با استفاده از دستگاه کلروفیل‌متر (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) تعیین و بر حسب واحدهای atLeaf بیان شد (Dey et al., 2016). حداکثر راندمان کوانتومی فتوسیستم II (نسبت Fv/Fm) با استفاده از یک فلوریمتر کلروفیل تحریک پیوسته (Handy PEA, Hansatech Instruments, UK) ثبت شد. برگ‌ها به مدت 20 دقیقه قبل از اندازه‌گیری Fv/Fm با استفاده از گیره‌های برگ به تاریکی عادت داده شدند (Restrepo-Diaz and Garces-Varon, 2013). پس از سازگاری برگ‌ها با تاریکی، فلورسانس پایه (F0) و فلورسانس حداکثر (Fm) اندازه‌گیری شد. از این داده‌ها، فلورسانس متغیر (Fv = Fm – F0)، نسبت فلورسانس متغیر به فلورسانس حداکثر (Fv/Fm)، حداکثر بازده کوانتومی فتوشیمی PSII (Fv/F0) و نسبت Fm/F0 محاسبه شدند (Baker, 2008; Lee et al. ., 2017). قرائت‌های نسبی کلروفیل و فلورسانس کلروفیل روی همان برگ‌هایی که برای اندازه‌گیری gs استفاده شده بودند، انجام شد.
تقریباً 800 میلی‌گرم از وزن تازه برگ به عنوان متغیرهای بیوشیمیایی جمع‌آوری شد. سپس نمونه‌های برگ در نیتروژن مایع همگن‌سازی و برای تجزیه و تحلیل بیشتر ذخیره شدند. روش طیف‌سنجی مورد استفاده برای تخمین محتوای کلروفیل a، b و کاروتنوئید بافت بر اساس روش و معادلات شرح داده شده توسط Wellburn (1994) است. نمونه‌های بافت برگ (30 میلی‌گرم) جمع‌آوری و در 3 میلی‌لیتر استون 80٪ همگن‌سازی شدند. سپس نمونه‌ها (مدل 420101، Becton Dickinson Primary Care Diagnostics، ایالات متحده آمریکا) با سرعت 5000 دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شدند تا ذرات حذف شوند. محلول رویی با اضافه کردن استون 80٪ به حجم نهایی 6 میلی‌لیتر رقیق شد (Sims and Gamon, 2002). محتوای کلروفیل در طول موج‌های 663 (کلروفیل a) و 646 (کلروفیل b) نانومتر و کاروتنوئیدها در طول موج 470 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA) تعیین شد.
روش تیوباربیتوریک اسید (TBA) که توسط هاجز و همکاران (1999) شرح داده شده است، برای ارزیابی پراکسیداسیون لیپید غشایی (MDA) استفاده شد. تقریباً 0.3 گرم از بافت برگ نیز در نیتروژن مایع همگن شد. نمونه‌ها با سرعت 5000 دور در دقیقه سانتریفیوژ شدند و جذب نوری آنها با استفاده از اسپکتروفتومتر در طول موج‌های 440، 532 و 600 نانومتر اندازه‌گیری شد. در نهایت، غلظت MDA با استفاده از ضریب خاموشی (157 میلی‌لیتر بر لیتر) محاسبه شد.
محتوای پرولین تمام تیمارها با استفاده از روش شرح داده شده توسط بیتس و همکاران (1973) تعیین شد. 10 میلی‌لیتر از محلول آبی 3٪ اسید سولفوسالیسیلیک را به نمونه ذخیره شده اضافه کرده و از طریق کاغذ صافی واتمن (شماره 2) فیلتر کنید. سپس 2 میلی‌لیتر از این محلول فیلتر شده با 2 میلی‌لیتر اسید نین هیدریک و 2 میلی‌لیتر اسید استیک گلاسیال واکنش داده شد. مخلوط به مدت 1 ساعت در حمام آب با دمای 90 درجه سانتیگراد قرار داده شد. واکنش را با انکوباسیون روی یخ متوقف کنید. لوله را با استفاده از یک شیکر ورتکس به شدت تکان دهید و محلول حاصل را در 4 میلی‌لیتر تولوئن حل کنید. قرائت‌های جذب در طول موج 520 نانومتر با استفاده از همان اسپکتروفتومتر مورد استفاده برای تعیین مقدار رنگدانه‌های فتوسنتزی (Spectronic BioMate 3 UV-Vis، Thermo، Madison، WI، USA) تعیین شدند.
روشی که توسط گرهاردز و همکاران (۲۰۱۶) برای محاسبه دمای سایبان و CSI شرح داده شده است. عکس‌های حرارتی با دوربین FLIR 2 (FLIR Systems Inc.، بوستون، MA، ایالات متحده آمریکا) با دقت ±۲ درجه سانتیگراد در پایان دوره تنش گرفته شد. برای عکاسی، یک سطح سفید پشت گیاه قرار دهید. دوباره، دو کارخانه به عنوان مدل‌های مرجع در نظر گرفته شدند. گیاهان روی یک سطح سفید قرار داده شدند. یکی با یک ماده کمکی کشاورزی (Agrotin، Bayer CropScience، بوگوتا، کلمبیا) برای شبیه‌سازی باز شدن همه روزنه‌ها [حالت مرطوب (Twet)] پوشش داده شد و دیگری یک برگ بدون هیچ گونه کاربردی [حالت خشک (Tdry)] بود (Castro-Duque و همکاران، ۲۰۲۰). فاصله بین دوربین و گلدان در طول فیلمبرداری ۱ متر بود.
شاخص تحمل نسبی به طور غیرمستقیم با استفاده از هدایت روزنه‌ای (gs) گیاهان تیمار شده در مقایسه با گیاهان کنترل (گیاهان بدون تیمار تنش و با استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد) محاسبه شد تا میزان تحمل ژنوتیپ‌های تیمار شده مورد ارزیابی در این مطالعه تعیین شود. RTI با استفاده از معادله‌ای اقتباس شده از چاوز-آریاس و همکاران (2020) به دست آمد.
در هر آزمایش، تمام متغیرهای فیزیولوژیکی ذکر شده در بالا در ۵۵ روز پس از کاشت با استفاده از برگ‌های کاملاً توسعه‌یافته جمع‌آوری‌شده از تاج پوشش بالایی تعیین و ثبت شدند. علاوه بر این، اندازه‌گیری‌ها در یک محفظه رشد انجام شد تا از تغییر شرایط محیطی که گیاهان در آن رشد می‌کنند، جلوگیری شود.
داده‌های حاصل از آزمایش‌های اول و دوم به صورت یک سری آزمایش با هم تجزیه و تحلیل شدند. هر گروه آزمایشی شامل 5 گیاه بود و هر گیاه یک واحد آزمایشی را تشکیل می‌داد. تجزیه و تحلیل واریانس (ANOVA) انجام شد (P ≤ 0.05). هنگامی که تفاوت‌های معنی‌داری مشاهده شد، از آزمون مقایسه‌ای تعقیبی توکی در P ≤ 0.05 استفاده شد. برای تبدیل مقادیر درصد از تابع arcsine استفاده کنید. داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار Statistix v 9.0 (نرم‌افزار تحلیلی، تالاهاسی، فلوریدا، ایالات متحده آمریکا) تجزیه و تحلیل و با استفاده از SigmaPlot (نسخه 10.0؛ نرم‌افزار Systat، سن خوزه، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا) رسم شدند. تجزیه و تحلیل مؤلفه‌های اصلی با استفاده از نرم‌افزار InfoStat 2016 (نرم‌افزار تجزیه و تحلیل، دانشگاه ملی کوردوبا، آرژانتین) برای شناسایی بهترین تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی مورد مطالعه انجام شد.
جدول 1 خلاصه‌ای از آنالیز واریانس (ANOVA) را نشان می‌دهد که آزمایش‌ها، تیمارهای مختلف و برهمکنش‌های آنها با رنگدانه‌های فتوسنتزی برگ (کلروفیل a، b، کل و کاروتنوئیدها)، محتوای مالون دی آلدئید (MDA) و پرولین و هدایت روزنه‌ای را نشان می‌دهد. تأثیر gs، محتوای نسبی آب (RWC)، محتوای کلروفیل، پارامترهای فلورسانس آلفا کلروفیل، دمای طوقه (PCT) (°C)، شاخص تنش زراعی (CSI) و شاخص تحمل نسبی گیاهان برنج در 55 روز پس از کاشت.
جدول 1. خلاصه داده‌های ANOVA در مورد متغیرهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی برنج بین آزمایش‌ها (ژنوتیپ‌ها) و تیمارهای تنش گرمایی.
تفاوت‌ها (P≤0.01) در برهمکنش‌های رنگدانه‌های فتوسنتزی برگ، محتوای نسبی کلروفیل (قرائت برگ) و پارامترهای فلورسانس آلفا-کلروفیل بین آزمایش‌ها و تیمارها در جدول 2 نشان داده شده است. دمای بالای روز و شب، محتوای کلروفیل کل و کاروتنوئید را افزایش داد. نهال‌های برنج بدون هیچ گونه اسپری برگی هورمون‌های گیاهی (2.36 میلی‌گرم در گرم برای "F67" و 2.56 میلی‌گرم در گرم برای "F2000") در مقایسه با گیاهانی که در شرایط دمایی بهینه (2.67 میلی‌گرم در گرم) رشد کرده بودند، محتوای کلروفیل کل کمتری نشان دادند. در هر دو آزمایش، "F67" 2.80 میلی‌گرم در گرم و "F2000" 2.80 میلی‌گرم در گرم بود. علاوه بر این، نهال‌های برنج تحت تنش گرما که با ترکیبی از اسپری‌های AUX و GA تحت تنش گرما تیمار شده بودند، کاهش محتوای کلروفیل را در هر دو ژنوتیپ نشان دادند (AUX = 1.96 میلی‌گرم در گرم و GA = 1.45 میلی‌گرم در گرم برای "F67"؛ AUX = 1.96 میلی‌گرم در گرم و GA = 1.45 میلی‌گرم در گرم برای "F67"؛ AUX = 2.24 میلی‌گرم در گرم و GA = 1.43 میلی‌گرم در گرم (برای "F2000")). در شرایط تنش گرما، تیمار برگی با BR منجر به افزایش جزئی این متغیر در هر دو ژنوتیپ شد. در نهایت، اسپری برگی CK بالاترین مقادیر رنگدانه‌های فتوسنتزی را در بین تمام تیمارها (تیمارهای AUX، GA، BR، SC و AC) در ژنوتیپ‌های F67 (3.24 میلی‌گرم در گرم) و F2000 (3.65 میلی‌گرم در گرم) نشان داد. محتوای نسبی کلروفیل (واحد Aleaf) نیز توسط تنش گرمایی ترکیبی کاهش یافت. بالاترین مقادیر نیز در گیاهانی که با CC در هر دو ژنوتیپ اسپری شده بودند، ثبت شد (41.66 برای "F67" و 49.30 برای "F2000"). نسبت‌های Fv و Fv/Fm تفاوت معنی‌داری را بین تیمارها و ارقام نشان دادند (جدول 2). به طور کلی، در بین این متغیرها، رقم F67 نسبت به رقم F2000 حساسیت کمتری به تنش گرمایی داشت. نسبت‌های Fv و Fv/Fm در آزمایش دوم بیشتر آسیب دیدند. نهال‌های 'F2000' تحت تنش که با هیچ فیتوهورمونی اسپری نشده بودند، کمترین مقادیر Fv (2120.15) و نسبت‌های Fv/Fm (0.59) را داشتند، اما اسپری برگی با CK به بازیابی این مقادیر کمک کرد (Fv: 2591، 89، نسبت Fv/Fm: 0.73). ، قرائت‌هایی مشابه با قرائت‌های ثبت‌شده روی گیاهان "F2000" که تحت شرایط دمایی بهینه رشد یافته بودند، دریافت کردند (Fv: 2955.35، نسبت Fv/Fm: 0.73:0.72). هیچ تفاوت معنی‌داری در فلورسانس اولیه (F0)، حداکثر فلورسانس (Fm)، حداکثر بازده کوانتومی فتوشیمیایی PSII (Fv/F0) و نسبت Fm/F0 وجود نداشت. در نهایت، BR روند مشابهی را نشان داد که با CK مشاهده شد (Fv 2545.06، نسبت Fv/Fm 0.73).
جدول 2. اثر تنش گرمایی ترکیبی (روز/شب 40 درجه/30 درجه سانتیگراد) بر رنگدانه‌های فتوسنتزی برگ [اثر کلروفیل کل (Chl Total)، کلروفیل a (Chl a)، کلروفیل b (Chl b) و کاروتنوئیدهای Cx+c]، محتوای نسبی کلروفیل (واحد Atliff)، پارامترهای فلورسانس کلروفیل (فلورسانس اولیه (F0)، حداکثر فلورسانس (Fm)، فلورسانس متغیر (Fv)، حداکثر راندمان PSII (Fv/Fm)، حداکثر عملکرد کوانتومی فتوشیمیایی PSII (Fv/F0) و Fm/F0 در گیاهان دو ژنوتیپ برنج [Federrose 67 (F67) و Federrose 2000 (F2000)] 55 روز پس از سبز شدن (DAE)].
محتوای نسبی آب (RWC) گیاهان برنج تحت تیمارهای مختلف، تفاوت‌هایی (P ≤ 0.05) را در برهمکنش بین تیمارهای آزمایشی و محلول‌پاشی نشان داد (شکل 1A). هنگامی که با SA تیمار شدند، کمترین مقادیر برای هر دو ژنوتیپ ثبت شد (74.01٪ برای F67 و 76.6٪ برای F2000). در شرایط تنش گرما، RWC گیاهان برنج هر دو ژنوتیپ تحت تیمار با هورمون‌های گیاهی مختلف به طور قابل توجهی افزایش یافت. به طور کلی، محلول‌پاشی CK، GA، AUX یا BR، RWC را به مقادیری مشابه با گیاهان رشد یافته در شرایط بهینه در طول آزمایش افزایش داد. گیاهان کنترل مطلق و محلول‌پاشی شده، مقادیری حدود 83٪ را برای هر دو ژنوتیپ ثبت کردند. از سوی دیگر، gs نیز تفاوت‌های معنی‌داری (P ≤ 0.01) را در برهمکنش آزمایش-درمان نشان داد (شکل 1B). گیاه شاهد مطلق (AC) نیز بالاترین مقادیر را برای هر ژنوتیپ ثبت کرد (440.65 میلی‌مول در متر مربع ثانیه برای F67 و 511.02 میلی‌مول در متر مربع ثانیه برای F2000). گیاهان برنجی که به تنهایی تحت تنش گرمایی ترکیبی قرار گرفتند، کمترین مقادیر gs را برای هر دو ژنوتیپ نشان دادند (150.60 میلی‌مول در متر مربع ثانیه برای F67 و 171.32 میلی‌مول در متر مربع ثانیه برای F2000). تیمار برگی با همه تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی نیز g را افزایش داد. در گیاهان برنج F2000 که با CC اسپری شده بودند، اثر اسپری برگی با فیتوهورمون‌ها آشکارتر بود. این گروه از گیاهان هیچ تفاوتی در مقایسه با گیاهان شاهد مطلق (AC 511.02 و CC 499.25 میلی‌مول در متر مربع ثانیه) نشان ندادند.
شکل 1. تأثیر تنش گرمایی ترکیبی (روز/شب 40 درجه/30 درجه سانتیگراد) بر محتوای نسبی آب (RWC) (A)، هدایت روزنه‌ای (gs) (B)، تولید مالون دی آلدئید (MDA) (C) و محتوای پرولین (D) در گیاهان دو ژنوتیپ برنج (F67 و F2000) در 55 روز پس از سبز شدن (DAE). تیمارهای ارزیابی شده برای هر ژنوتیپ شامل: کنترل مطلق (AC)، کنترل تنش گرمایی (SC)، تنش گرمایی + اکسین (AUX)، تنش گرمایی + جیبرلین (GA)، تنش گرمایی + میتوژن سلولی (CK) و تنش گرمایی + براسینواستروئید (BR) بود. هر ستون نشان دهنده میانگین ± خطای استاندارد پنج نقطه داده (n = 5) است. ستون‌هایی که با حروف متفاوت دنبال می‌شوند، تفاوت‌های آماری معنی‌داری را طبق آزمون توکی نشان می‌دهند (P ≤ 0.05). حروف با علامت مساوی نشان می‌دهند که میانگین از نظر آماری معنی‌دار نیست (≤ 0.05).
محتوای MDA (P ≤ 0.01) و پرولین (P ≤ 0.01) نیز تفاوت‌های معنی‌داری را در برهمکنش بین آزمایش و تیمارهای فیتوهورمونی نشان داد (شکل 1C، D). افزایش پراکسیداسیون لیپید با تیمار SC در هر دو ژنوتیپ مشاهده شد (شکل 1C)، با این حال گیاهانی که با اسپری تنظیم‌کننده رشد برگ تیمار شدند، کاهش پراکسیداسیون لیپید را در هر دو ژنوتیپ نشان دادند. به طور کلی، استفاده از فیتوهورمون‌ها (CA، AUC، BR یا GA) منجر به کاهش پراکسیداسیون لیپید (محتوای MDA) می‌شود. هیچ تفاوتی بین گیاهان AC دو ژنوتیپ و گیاهان تحت تنش گرما و گیاهانی که با هورمون‌های گیاهی اسپری شده بودند، مشاهده نشد (مقادیر وزن خشک مشاهده شده در گیاهان "F67" از 4.38 تا 6.77 میکرومول در گرم و در گیاهان FW "F2000" از 2.84 تا 9.18 میکرومول در گرم متغیر بود). از سوی دیگر، سنتز پرولین در گیاهان "F67" تحت تنش ترکیبی کمتر از گیاهان "F2000" بود که منجر به افزایش تولید پرولین شد. در گیاهان برنج تحت تنش گرما، در هر دو آزمایش مشاهده شد که تجویز این هورمون‌ها به طور قابل توجهی محتوای اسید آمینه گیاهان F2000 را افزایش داد (AUX و BR به ترتیب 30.44 و 18.34 میکرومول در گرم بودند) (شکل 1G).
اثرات اسپری تنظیم‌کننده رشد گیاه برگی و تنش گرمایی ترکیبی بر دمای سایه‌انداز گیاه و شاخص تحمل نسبی (RTI) در شکل‌های 2A و B نشان داده شده است. برای هر دو ژنوتیپ، دمای سایه‌انداز گیاهان AC نزدیک به 27 درجه سانتیگراد و دمای سایه‌انداز گیاهان SC حدود 28 درجه سانتیگراد بود. با. همچنین مشاهده شد که تیمارهای برگی با CK و BR منجر به کاهش 2 تا 3 درجه سانتیگرادی دمای سایه‌انداز در مقایسه با گیاهان SC شد (شکل 2A). RTI رفتار مشابهی با سایر متغیرهای فیزیولوژیکی نشان داد و تفاوت‌های معنی‌داری (P ≤ 0.01) در تعامل بین آزمایش و تیمار نشان داد (شکل 2B). گیاهان SC تحمل گیاهی کمتری را در هر دو ژنوتیپ نشان دادند (به ترتیب 34.18٪ و 33.52٪ برای گیاهان برنج "F67" و "F2000". تغذیه برگی با فیتوهورمون‌ها RTI را در گیاهانی که در معرض تنش دمای بالا قرار دارند، بهبود می‌بخشد. این اثر در گیاهان "F2000" که با CC اسپری شده بودند، بارزتر بود، که در آن RTI 97.69 بود. از سوی دیگر، تفاوت‌های معنی‌داری فقط در شاخص تنش عملکرد (CSI) گیاهان برنج تحت شرایط تنش پاشش برگی مشاهده شد (P ≤ 0.01) (شکل 2B). فقط گیاهان برنجی که تحت تنش گرمایی پیچیده قرار گرفتند، بالاترین مقدار شاخص تنش (0.816) را نشان دادند. هنگامی که گیاهان برنج با فیتوهورمون‌های مختلف اسپری شدند، شاخص تنش پایین‌تر بود (مقادیر از 0.6 تا 0.67). در نهایت، گیاه برنجی که در شرایط بهینه رشد کرده بود، مقدار 0.138 را داشت.
شکل 2. اثرات تنش گرمایی ترکیبی (40 درجه/30 درجه سانتیگراد روز/شب) بر دمای سایه‌انداز (A)، شاخص تحمل نسبی (RTI) (B) و شاخص تنش محصول (CSI) (C) دو گونه گیاهی. ژنوتیپ‌های تجاری برنج (F67 و F2000) تحت تیمارهای گرمایی مختلفی قرار گرفتند. تیمارهای ارزیابی شده برای هر ژنوتیپ شامل: کنترل مطلق (AC)، کنترل تنش گرمایی (SC)، تنش گرمایی + اکسین (AUX)، تنش گرمایی + جیبرلین (GA)، تنش گرمایی + میتوژن سلولی (CK) و تنش گرمایی + براسینواستروئید (BR) بود. تنش گرمایی ترکیبی شامل قرار دادن گیاهان برنج در معرض دماهای بالای روز/شب (40 درجه/30 درجه سانتیگراد روز/شب) است. هر ستون نشان دهنده میانگین ± خطای استاندارد پنج نقطه داده (n = 5) است. ستون‌هایی که با حروف متفاوت دنبال می‌شوند، تفاوت‌های آماری معنی‌داری را طبق آزمون توکی نشان می‌دهند (P ≤ 0.05). حروف با علامت مساوی نشان می‌دهند که میانگین از نظر آماری معنی‌دار نیست (≤ 0.05).
تجزیه و تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA) نشان داد که متغیرهای ارزیابی شده در 55 روز پس از کاشت، 66.1٪ از پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهان برنج تحت تنش گرمایی تیمار شده با اسپری تنظیم‌کننده‌های رشد را توضیح می‌دهند (شکل 3). بردارها نشان‌دهنده متغیرها و نقطه‌ها نشان‌دهنده تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی (GRs) هستند. بردارهای gs، محتوای کلروفیل، حداکثر راندمان کوانتومی PSII (Fv/Fm) و پارامترهای بیوشیمیایی (TChl، MDA و پرولین) در زوایای نزدیک به مبدا قرار دارند که نشان‌دهنده همبستگی بالای بین رفتار فیزیولوژیکی گیاهان و آنها است. یک گروه (V) شامل نهال‌های برنج رشد یافته در دمای مطلوب (AT) و گیاهان F2000 تیمار شده با CK و BA بود. در همان زمان، اکثر گیاهان تیمار شده با GR یک گروه جداگانه (IV) و تیمار با GA در F2000 یک گروه جداگانه (II) تشکیل دادند. در مقابل، نهال‌های برنج تحت تنش گرما (گروه‌های I و III) بدون هیچ گونه اسپری برگی هورمون‌های گیاهی (هر دو ژنوتیپ SC بودند) در منطقه‌ای مخالف گروه V قرار گرفتند که نشان دهنده تأثیر تنش گرما بر فیزیولوژی گیاه است.
شکل 3. تجزیه و تحلیل بیوگرافی اثرات تنش گرمایی ترکیبی (40 درجه/30 درجه سانتیگراد روز/شب) بر روی گیاهان دو ژنوتیپ برنج (F67 و F2000) در 55 روز پس از سبز شدن (DAE). اختصارات: AC F67، کنترل مطلق F67؛ SC F67، کنترل تنش گرمایی F67؛ AUX F67، تنش گرمایی + اکسین F67؛ GA F67، تنش گرمایی + جیبرلین F67؛ CK F67، تنش گرمایی + تقسیم سلولی BR F67، تنش گرمایی + براسینواستروئید. F67؛ AC F2000، کنترل مطلق F2000؛ SC F2000، کنترل تنش گرمایی F2000؛ AUX F2000، تنش گرمایی + اکسین F2000؛ GA F2000، تنش گرمایی + جیبرلین F2000؛ CK F2000، تنش گرمایی + سیتوکینین، BR F2000، تنش گرمایی + استروئید برنجی؛ F2000.
متغیرهایی مانند محتوای کلروفیل، هدایت روزنه‌ای، نسبت Fv/Fm، CSI، MDA، RTI و محتوای پرولین می‌توانند به درک سازگاری ژنوتیپ‌های برنج و ارزیابی تأثیر استراتژی‌های زراعی تحت تنش گرما کمک کنند (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). هدف از این آزمایش ارزیابی تأثیر کاربرد چهار تنظیم‌کننده رشد بر پارامترهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی نهال‌های برنج تحت شرایط پیچیده تنش گرما بود. آزمایش نهال روشی ساده و سریع برای ارزیابی همزمان گیاهان برنج بسته به اندازه یا وضعیت زیرساخت‌های موجود است (Sarsu et al. 2018). نتایج این مطالعه نشان داد که تنش گرمای ترکیبی، پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متفاوتی را در دو ژنوتیپ برنج القا می‌کند که نشان‌دهنده یک فرآیند سازگاری است. این نتایج همچنین نشان می‌دهد که اسپری‌های تنظیم‌کننده رشد برگی (عمدتاً سیتوکینین‌ها و براسینواستروئیدها) به برنج کمک می‌کنند تا با تنش گرمایی پیچیده سازگار شود، زیرا این امر عمدتاً بر gs، RWC، نسبت Fv/Fm، رنگدانه‌های فتوسنتزی و محتوای پرولین تأثیر می‌گذارد.
استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد به بهبود وضعیت آب گیاهان برنج تحت تنش گرما کمک می‌کند، که ممکن است با تنش بالاتر و دمای پایین‌تر سایبان گیاه مرتبط باشد. این مطالعه نشان داد که در میان گیاهان "F2000" (ژنوتیپ حساس)، گیاهان برنجی که در درجه اول با CK یا BR تیمار شدند، مقادیر gs بالاتر و مقادیر PCT پایین‌تری نسبت به گیاهان تیمار شده با SC داشتند. مطالعات قبلی همچنین نشان داده‌اند که gs و PCT شاخص‌های فیزیولوژیکی دقیقی هستند که می‌توانند پاسخ سازگاری گیاهان برنج و اثرات استراتژی‌های زراعی بر تنش گرما را تعیین کنند (Restrepo-Diaz and Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et al., 2021). CK یا BR برگ، gs را تحت تنش افزایش می‌دهند زیرا این هورمون‌های گیاهی می‌توانند از طریق تعاملات مصنوعی با سایر مولکول‌های سیگنالینگ مانند ABA (محرک بسته شدن روزنه‌ها تحت تنش غیرزیستی) باعث باز شدن روزنه‌ها شوند (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). ). ، ۲۰۱۴). باز شدن روزنه‌ها باعث خنک شدن برگ‌ها شده و به کاهش دمای سایبان کمک می‌کند (Sonjaroon و همکاران، ۲۰۱۸؛ Quintero-Calderón و همکاران، ۲۰۲۱). به همین دلایل، دمای سایبان گیاهان برنجی که با CK یا BR اسپری شده‌اند، ممکن است تحت تنش گرمایی ترکیبی پایین‌تر باشد.
تنش دمای بالا می‌تواند محتوای رنگدانه‌های فتوسنتزی برگ‌ها را کاهش دهد (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). در این مطالعه، هنگامی که گیاهان برنج تحت تنش گرما قرار گرفتند و با هیچ تنظیم‌کننده رشد گیاهی اسپری نشدند، رنگدانه‌های فتوسنتزی در هر دو ژنوتیپ تمایل به کاهش داشتند (جدول 2). فنگ و همکاران (2013) نیز کاهش قابل توجهی در محتوای کلروفیل در برگ‌های دو ژنوتیپ گندم در معرض تنش گرما گزارش کردند. قرار گرفتن در معرض دمای بالا اغلب منجر به کاهش محتوای کلروفیل می‌شود که ممکن است به دلیل کاهش بیوسنتز کلروفیل، تخریب رنگدانه‌ها یا اثرات ترکیبی آنها تحت تنش گرما باشد (Fahad et al., 2017). با این حال، گیاهان برنجی که عمدتاً با CK و BA تیمار شدند، غلظت رنگدانه‌های فتوسنتزی برگ را تحت تنش گرما افزایش دادند. نتایج مشابهی نیز توسط Jespersen و Huang (2015) و Suchsagunpanit و همکاران گزارش شده است. (2015)، که افزایش محتوای کلروفیل برگ را پس از استفاده از هورمون‌های زئاتین و اپی‌براسینواستروئید به ترتیب در بنت‌گراس و برنج تحت تنش گرما مشاهده کردند. یک توضیح منطقی برای اینکه چرا CK و BR باعث افزایش محتوای کلروفیل برگ تحت تنش گرمایی ترکیبی می‌شوند این است که CK ممکن است شروع القای پایدار پیش‌برنده‌های بیان (مانند پیش‌برنده فعال‌کننده پیری (SAG12) یا پیش‌برنده HSP18) را افزایش داده و از دست دادن کلروفیل در برگ‌ها را کاهش دهد، پیری برگ را به تأخیر بیندازد و مقاومت گیاه را در برابر گرما افزایش دهد (Liu و همکاران، 2020). BR می‌تواند با فعال کردن یا القای سنتز آنزیم‌های دخیل در بیوسنتز کلروفیل در شرایط تنش، از کلروفیل برگ محافظت کرده و محتوای کلروفیل برگ را افزایش دهد (Sharma و همکاران، 2017؛ Siddiqui و همکاران، 2018). در نهایت، دو فیتوهورمون (CK و BR) نیز بیان پروتئین‌های شوک حرارتی را افزایش داده و فرآیندهای مختلف سازگاری متابولیکی، مانند افزایش بیوسنتز کلروفیل را بهبود می‌بخشند (شارما و همکاران، ۲۰۱۷؛ لیو و همکاران، ۲۰۲۰).
پارامترهای فلورسانس کلروفیل a روشی سریع و غیرمخرب ارائه می‌دهند که می‌تواند تحمل یا سازگاری گیاه را با شرایط تنش غیرزیستی ارزیابی کند (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). پارامترهایی مانند نسبت Fv/Fm به عنوان شاخص‌های سازگاری گیاه با شرایط تنش استفاده شده‌اند (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). در این مطالعه، گیاهان SC کمترین مقادیر این متغیر را نشان دادند، که عمدتاً گیاهان برنج "F2000" بودند. یین و همکاران (2010) همچنین دریافتند که نسبت Fv/Fm برگ‌های برنج با بالاترین پنجه‌زنی در دماهای بالاتر از 35 درجه سانتیگراد به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. طبق گفته فنگ و همکاران (2013)، نسبت Fv/Fm پایین‌تر تحت تنش گرما نشان می‌دهد که میزان جذب و تبدیل انرژی تحریک توسط مرکز واکنش PSII کاهش می‌یابد، که نشان می‌دهد مرکز واکنش PSII تحت تنش گرما از هم می‌پاشد. این مشاهده به ما اجازه می‌دهد نتیجه بگیریم که اختلالات در دستگاه فتوسنتزی در گونه‌های حساس (Fedearroz 2000) نسبت به گونه‌های مقاوم (Fedearroz 67) بارزتر است.
استفاده از CK یا BR به طور کلی عملکرد PSII را در شرایط تنش گرمایی پیچیده افزایش داد. نتایج مشابهی توسط Suchsagunpanit و همکاران (2015) به دست آمد که مشاهده کردند کاربرد BR باعث افزایش کارایی PSII تحت تنش گرمایی در برنج می‌شود. Kumar و همکاران (2020) نیز دریافتند که گیاهان نخود تحت تیمار با CK (6-بنزیل‌آدنین) و تحت تنش گرمایی، نسبت Fv/Fm را افزایش دادند و نتیجه گرفتند که محلول‌پاشی CK با فعال کردن چرخه رنگدانه زآگزانتین، فعالیت PSII را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، اسپری برگ BR فتوسنتز PSII را در شرایط تنش ترکیبی بهبود بخشید، که نشان می‌دهد کاربرد این هورمون گیاهی منجر به کاهش اتلاف انرژی تحریک آنتن‌های PSII و افزایش تجمع پروتئین‌های شوک حرارتی کوچک در کلروپلاست‌ها شده است (Ogweno و همکاران 2008؛ Kothari و Lachowitz). , 2021).
محتوای MDA و پرولین اغلب زمانی که گیاهان تحت تنش غیرزیستی قرار می‌گیرند، در مقایسه با گیاهانی که در شرایط بهینه رشد می‌کنند، افزایش می‌یابد (Alvarado-Sanabria و همکاران، 2017). مطالعات قبلی نیز نشان داده‌اند که سطوح MDA و پرولین، شاخص‌های بیوشیمیایی هستند که می‌توانند برای درک فرآیند سازگاری یا تأثیر شیوه‌های زراعی در برنج تحت دمای بالای روز یا شب مورد استفاده قرار گیرند (Alvarado-Sanabria و همکاران، 2017؛ Quintero-Calderón و همکاران، 2021). این مطالعات همچنین نشان دادند که محتوای MDA و پرولین در گیاهان برنجی که به ترتیب در شب یا در طول روز در معرض دمای بالا قرار می‌گیرند، بیشتر است. با این حال، اسپری برگی CK و BR به کاهش MDA و افزایش سطح پرولین، عمدتاً در ژنوتیپ متحمل (Federroz 67) کمک کرد. اسپری CK می‌تواند بیان بیش از حد سیتوکینین اکسیداز/دهیدروژناز را افزایش دهد و در نتیجه محتوای ترکیبات محافظتی مانند بتائین و پرولین را افزایش دهد (Liu و همکاران، 2020). BR باعث القای محافظت‌کننده‌های اسمزی مانند بتائین، قندها و اسیدهای آمینه (از جمله پرولین آزاد) می‌شود و تعادل اسمزی سلولی را در بسیاری از شرایط نامساعد محیطی حفظ می‌کند (Kothari and Lachowiec, 2021).
شاخص تنش محصول (CSI) و شاخص تحمل نسبی (RTI) برای تعیین اینکه آیا تیمارهای مورد ارزیابی به کاهش تنش‌های مختلف (غیرزیستی و زیستی) کمک می‌کنند و تأثیر مثبتی بر فیزیولوژی گیاه دارند یا خیر، استفاده می‌شوند (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). مقادیر CSI می‌تواند از 0 تا 1 متغیر باشد که به ترتیب نشان‌دهنده شرایط بدون تنش و تنش است (Lee et al., 2010). مقادیر CSI گیاهان تحت تنش گرمایی (SC) از 0.8 تا 0.9 متغیر بود (شکل 2B)، که نشان می‌دهد گیاهان برنج تحت تأثیر منفی تنش ترکیبی قرار گرفته‌اند. با این حال، محلول‌پاشی BC (0.6) یا CK (0.6) عمدتاً منجر به کاهش این شاخص در شرایط تنش غیرزیستی در مقایسه با گیاهان برنج SC شد. در گیاهان F2000، RTI هنگام استفاده از CA (97.69٪) و BC (60.73٪) در مقایسه با SA (33.52٪) افزایش بیشتری نشان داد، که نشان می‌دهد این تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی نیز در بهبود پاسخ برنج به تحمل ترکیب نقش دارند. گرمای بیش از حد. این شاخص‌ها برای مدیریت شرایط تنش در گونه‌های مختلف پیشنهاد شده‌اند. مطالعه‌ای که توسط لی و همکاران (2010) انجام شد نشان داد که CSI دو رقم پنبه تحت تنش آبی متوسط ​​حدود 0.85 بود، در حالی که مقادیر CSI ارقام آبیاری شده خوب از 0.4 تا 0.6 متغیر بود و نتیجه گرفتند که این شاخص، شاخصی از سازگاری ارقام با آب در شرایط تنش‌زا است. علاوه بر این، چاوز-آریاس و همکاران (2020) اثربخشی الیسیتورهای مصنوعی را به عنوان یک استراتژی جامع مدیریت تنش در گیاهان C. elegans ارزیابی کردند و دریافتند که گیاهانی که با این ترکیبات اسپری شده‌اند، RTI بالاتری (65٪) نشان می‌دهند. بر اساس موارد فوق، CK و BR را می‌توان به عنوان استراتژی‌های زراعی با هدف افزایش تحمل برنج به تنش گرمایی پیچیده در نظر گرفت، زیرا این تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی پاسخ‌های بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی مثبتی را القا می‌کنند.
در چند سال گذشته، تحقیقات برنج در کلمبیا بر ارزیابی ژنوتیپ‌های متحمل به دمای بالای روز یا شب با استفاده از صفات فیزیولوژیکی یا بیوشیمیایی متمرکز شده است (Sánchez-Reinoso و همکاران، 2014؛ Alvarado-Sanabria و همکاران، 2021). با این حال، در چند سال گذشته، تجزیه و تحلیل فناوری‌های عملی، اقتصادی و سودآور برای پیشنهاد مدیریت یکپارچه محصول به منظور بهبود اثرات دوره‌های پیچیده تنش گرما در کشور به طور فزاینده‌ای اهمیت یافته است (Calderón-Páez و همکاران، 2021؛ Quintero-Calderon و همکاران، 2021). بنابراین، پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهان برنج به تنش گرمای پیچیده (40 درجه سانتیگراد در روز / 30 درجه سانتیگراد در شب) که در این مطالعه مشاهده شد، نشان می‌دهد که محلول‌پاشی برگی با CK یا BR ممکن است یک روش مناسب مدیریت محصول برای کاهش اثرات نامطلوب باشد. تأثیر دوره‌های تنش گرمای متوسط. این تیمارها تحمل هر دو ژنوتیپ برنج (CSI پایین و RTI بالا) را بهبود بخشیدند و روند کلی در پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه تحت تنش گرمایی ترکیبی را نشان دادند. پاسخ اصلی گیاهان برنج کاهش محتوای GC، کلروفیل کل، کلروفیل‌های α و β و کاروتنوئیدها بود. علاوه بر این، گیاهان از آسیب PSII (کاهش پارامترهای فلورسانس کلروفیل مانند نسبت Fv/Fm) و افزایش پراکسیداسیون لیپید رنج می‌برند. از سوی دیگر، هنگامی که برنج با CK و BR تیمار شد، این اثرات منفی کاهش یافت و محتوای پرولین افزایش یافت (شکل 4).
شکل ۴. مدل مفهومی اثرات تنش گرمایی ترکیبی و محلول‌پاشی تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی بر روی گیاهان برنج. فلش‌های قرمز و آبی به ترتیب اثرات منفی یا مثبت برهمکنش بین تنش گرمایی و محلول‌پاشی BR (براسینواستروئید) و CK (سیتوکینین) را بر پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی نشان می‌دهند. gs: رسانایی روزنه‌ای؛ Total Chl: محتوای کلروفیل کل؛ Chl α: محتوای کلروفیل β؛ Cx+c: محتوای کاروتنوئید؛
به طور خلاصه، پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در این مطالعه نشان می‌دهد که گیاهان برنج Fedearroz 2000 نسبت به گیاهان برنج Fedearroz 67 نسبت به دوره‌ای از تنش گرمایی پیچیده حساس‌تر هستند. همه تنظیم‌کننده‌های رشد ارزیابی شده در این مطالعه (اکسین‌ها، جیبرلین‌ها، سیتوکینین‌ها یا براسینواستروئیدها) تا حدودی کاهش تنش گرمایی ترکیبی را نشان دادند. با این حال، سیتوکینین و براسینواستروئیدها سازگاری بهتری را در گیاه ایجاد کردند، زیرا هر دو تنظیم‌کننده رشد گیاه، محتوای کلروفیل، پارامترهای فلورسانس آلفا-کلروفیل، gs و RWC را در مقایسه با گیاهان برنج بدون هیچ گونه کاربردی افزایش دادند و همچنین محتوای MDA و دمای کانوپی را کاهش دادند. به طور خلاصه، نتیجه می‌گیریم که استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد گیاه (سیتوکینین‌ها و براسینواستروئیدها) ابزاری مفید در مدیریت شرایط تنش در محصولات برنج ناشی از تنش گرمایی شدید در دوره‌های دمای بالا است.
مطالب اصلی ارائه شده در این مطالعه به همراه مقاله ارائه شده است و سوالات بیشتر را می‌توان با نویسنده مسئول در میان گذاشت.