تنظیم کننده های رشد گیاهی به عنوان یک استراتژی برای کاهش تنش گرمایی در محصولات مختلف استفاده شده است

تولید برنج به دلیل تغییرات آب و هوایی و تنوع در کلمبیا در حال کاهش است.تنظیم کننده های رشد گیاهیبه عنوان یک استراتژی برای کاهش تنش گرمایی در محصولات مختلف استفاده شده است. بنابراین، هدف از این مطالعه ارزیابی اثرات فیزیولوژیکی (رسانایی روزنه‌ای، هدایت روزنه‌ای، محتوای کلروفیل کل، نسبت Fv/Fm دو ژنوتیپ تجاری برنج تحت تنش گرمایی ترکیبی (دمای بالا در روز و شب)، دمای تاج پوشش و محتوای نسبی آب) و متغیرهای بیوشیمیایی (محتوای مالون‌دی‌آلدئید) و پرولینیک اسید (MDA) بود. آزمایش اول و دوم به ترتیب با استفاده از گیاهان دو ژنوتیپ برنج Federrose 67 (F67) و Federrose 2000 (F2000) انجام شد. هر دو آزمایش با هم به عنوان یک سری آزمایش تجزیه و تحلیل شدند. تیمارهای ایجاد شده به شرح زیر بودند: کنترل مطلق (AC) (گیاهان برنج در دمای بهینه (دمای روز/شب 30/25 درجه سانتیگراد))، کنترل تنش گرمایی (SC) [گیاهان برنج تنها تحت تنش حرارتی ترکیبی (40/25 درجه سانتیگراد) قرار گرفتند. 30 درجه سانتی گراد)]، و بوته های برنج تحت تنش قرار گرفتند و دو بار (5 روز قبل و 5 روز بعد از تنش گرمایی) با تنظیم کننده های رشد گیاهی (تنش+AUX، تنش+BR، استرس+CK یا تنش+GA) اسپری شدند. سمپاشی با SA باعث افزایش محتوای کلروفیل کل هر دو رقم (وزن تر بوته های برنج "F67" و "F2000" به ترتیب 3.25 و 3.65 میلی گرم در گرم بود) در مقایسه با گیاهان SC (وزن تر گیاهان "F67" 2.36 و 2.15 گرم برنج بود). "F2000"، محلول پاشی CK همچنین به طور کلی هدایت روزنه ای گیاهان "F2000" برنج (499.25 در مقابل 150.60 میلی مول در متر مربع) را در مقایسه با کنترل تنش گرمایی بهبود بخشید. تنش گرمایی، دمای تاج گیاه 2-3 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و محتوای MDA در گیاهان کاهش می یابد. شاخص تحمل نسبی نشان می دهد که محلول پاشی CK (97.69٪) و BR (60.73٪) می تواند به کاهش مشکل گرمای ترکیبی کمک کند. تنش به طور عمده در گیاهان برنج F2000. در نتیجه، محلول پاشی BR یا CK را می توان به عنوان یک استراتژی زراعی برای کمک به کاهش اثرات منفی شرایط تنش گرمایی ترکیبی بر رفتار فیزیولوژیکی گیاه برنج در نظر گرفت.
برنج (Oryza sativa) متعلق به خانواده Poaceae است و یکی از غلات کشت شده در جهان همراه با ذرت و گندم است (باجاج و موهانتی، 2005). سطح زیر کشت برنج 617934 هکتار است و تولید ملی در سال 2020 برابر با 2937840 تن با میانگین عملکرد 5.02 تن در هکتار بوده است (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros)، 2021).
گرمایش زمین بر محصولات برنج تأثیر می گذارد و منجر به انواع مختلفی از تنش های غیر زنده مانند دماهای بالا و دوره های خشکسالی می شود. تغییرات آب و هوایی باعث افزایش دمای جهانی می شود. پیش بینی می شود که دما در قرن بیست و یکم بین 1.0 تا 3.7 درجه سانتی گراد افزایش یابد که می تواند فرکانس و شدت تنش گرمایی را افزایش دهد. افزایش دمای محیطی برنج را تحت تاثیر قرار داده و باعث کاهش 6 تا 7 درصدی عملکرد محصول شده است. از سوی دیگر، تغییرات اقلیمی همچنین منجر به شرایط محیطی نامطلوب برای محصولات کشاورزی می شود، مانند دوره های خشکسالی شدید یا درجه حرارت بالا در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری. علاوه بر این، رویدادهای تغییرپذیری مانند ال نینو می تواند منجر به تنش گرمایی و تشدید خسارت محصول در برخی مناطق گرمسیری شود. در کلمبیا، پیش‌بینی می‌شود که دمای مناطق تولید برنج تا سال 2050 بین 2 تا 2.5 درجه سانتی‌گراد افزایش یابد، که تولید برنج را کاهش می‌دهد و بر جریان محصول به بازارها و زنجیره‌های تامین تأثیر می‌گذارد.
بیشتر محصولات برنج در مناطقی که دما نزدیک به محدوده بهینه رشد محصول است رشد می کنند (شاه و همکاران، 2011). گزارش شده است که میانگین بهینه دمای روز و شب برایرشد و نمو برنجبه طور کلی 28 درجه سانتیگراد و 22 درجه سانتیگراد هستند (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). دمای بالاتر از این آستانه می‌تواند باعث دوره‌های تنش گرمایی متوسط ​​تا شدید در طول مراحل حساس رشد برنج (پنجه‌زنی، گرده‌افشانی، گل‌دهی و پر شدن دانه) شود و در نتیجه بر عملکرد دانه تأثیر منفی بگذارد. این کاهش عملکرد عمدتاً به دلیل دوره های طولانی تنش گرمایی است که بر فیزیولوژی گیاه تأثیر می گذارد. تنش گرمایی به دلیل تأثیر متقابل عوامل مختلف مانند مدت زمان تنش و حداکثر دمای بدست آمده، می‌تواند باعث آسیب‌های جبران‌ناپذیری به متابولیسم و ​​نمو گیاه شود.
تنش گرمایی بر فرآیندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی مختلف گیاهان تأثیر می گذارد. فتوسنتز برگ یکی از فرآیندهای حساس به تنش گرمایی در گیاهان برنج است، زیرا سرعت فتوسنتز زمانی که دمای روزانه بیش از 35 درجه سانتیگراد باشد 50 درصد کاهش می یابد. پاسخ های فیزیولوژیکی گیاهان برنج بسته به نوع تنش گرمایی متفاوت است. برای مثال، سرعت فتوسنتز و هدایت روزنه‌ای زمانی که گیاهان در معرض دمای بالای روز (33 تا 40 درجه سانتی‌گراد) یا دمای بالای روز و شب (35 تا 40 درجه سانتی‌گراد در طول روز، 28 تا 30 درجه سانتی‌گراد) قرار می‌گیرند، مهار می‌شوند. C به معنای شب است) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). دمای بالای شب (30 درجه سانتیگراد) باعث مهار متوسط ​​فتوسنتز می شود اما تنفس شبانه را افزایش می دهد (فهاد و همکاران، 2016؛ آلوارادو-سانابریا و همکاران، 2017). صرف نظر از دوره تنش، تنش گرمایی بر محتوای کلروفیل برگ، نسبت فلورسانس متغیر کلروفیل به حداکثر فلورسانس کلروفیل (Fv/Fm) و فعال شدن روبیسکو در گیاهان برنج نیز تأثیر می گذارد (Cao et al. 2009; Yin et al.). ) سانچز رینوسو و همکاران، 2014).
تغییرات بیوشیمیایی جنبه دیگری از سازگاری گیاه با تنش گرمایی است (وحید و همکاران، 2007). محتوای پرولین به عنوان شاخص بیوشیمیایی تنش گیاهی استفاده شده است (احمد و حسن 2011). پرولین نقش مهمی در متابولیسم گیاه ایفا می کند زیرا به عنوان منبع کربن یا نیتروژن و به عنوان تثبیت کننده غشاء تحت شرایط دمای بالا عمل می کند (Sánchez-Reinoso et al., 2014). دماهای بالا همچنین از طریق پراکسیداسیون لیپیدی بر پایداری غشاء تأثیر می گذارد و منجر به تشکیل مالون دی آلدئید (MDA) می شود (وحید و همکاران، 2007). بنابراین، محتوای MDA نیز برای درک یکپارچگی ساختاری غشای سلولی تحت تنش گرمایی استفاده شده است (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). در نهایت، تنش گرمایی ترکیبی [37/30 درجه سانتی گراد (روز/شب)] درصد نشت الکترولیت و محتوای مالون دی آلدئید را در برنج افزایش داد (لیو و همکاران، 2013).
استفاده از تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی (GRs) برای کاهش اثرات منفی تنش گرمایی ارزیابی شده است، زیرا این مواد به طور فعال در پاسخ‌های گیاه یا مکانیسم‌های دفاعی فیزیولوژیکی در برابر این تنش نقش دارند (پلگ و بلوموالد، 2011؛ ​​یین و همکاران، 2011؛ ​​احمد و همکاران، 2015). کاربرد برون زا از منابع ژنتیکی تأثیر مثبتی بر تحمل تنش گرمایی در گیاهان مختلف داشته است. مطالعات نشان داده اند که فیتوهورمون هایی مانند جیبرلین ها (GA)، سیتوکینین ها (CK)، اکسین ها (AUX) یا براسینوستروئیدها (BR) منجر به افزایش متغیرهای مختلف فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی می شوند (Peleg and Blumwald، 2011؛ ​​Yin et al. Ren, 2011; 2014). در کلمبیا، کاربرد برون زا از منابع ژنتیکی و تأثیر آن بر محصولات برنج به طور کامل درک و مطالعه نشده است. با این حال، مطالعه قبلی نشان داد که محلول‌پاشی BR می‌تواند تحمل برنج را با بهبود ویژگی‌های تبادل گاز، کلروفیل یا محتوای پرولین برگ‌های نهال برنج بهبود بخشد (Quintero-Calderón et al., 2021).
سیتوکینین ها واسطه پاسخ های گیاه به تنش های غیر زنده، از جمله تنش گرمایی هستند (ها و همکاران، 2012). علاوه بر این، گزارش شده است که کاربرد خارجی CK می تواند آسیب حرارتی را کاهش دهد. به عنوان مثال، کاربرد خارجی زاتین باعث افزایش سرعت فتوسنتز، محتوای کلروفیل a و b و کارایی انتقال الکترون در علف خزنده (Agrotis estolonifera) در طول تنش گرمایی شد (Xu and Huang، 2009؛ Jespersen and Huang، 2015). کاربرد خارجی زاتین همچنین می تواند فعالیت آنتی اکسیدانی را بهبود بخشد، سنتز پروتئین های مختلف را افزایش دهد، آسیب گونه های فعال اکسیژن (ROS) و تولید مالون دی آلدئید (MDA) را در بافت های گیاهی کاهش دهد (Chernyadyev, 2009؛ Yang et al., 2009). , 2016; کومار و همکاران، 2020).
استفاده از اسید جیبرلیک نیز پاسخ مثبتی به استرس گرمایی نشان داده است. مطالعات نشان داده اند که بیوسنتز GA مسیرهای متابولیکی مختلف را واسطه می کند و تحمل را در شرایط دمای بالا افزایش می دهد (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). عبدالنبی و همکاران (2020) دریافتند که محلول‌پاشی GA اگزوژن (25 یا 50 میلی‌گرم در لیتر) می‌تواند سرعت فتوسنتز و فعالیت آنتی‌اکسیدانی را در گیاهان پرتقال تحت تنش گرمایی در مقایسه با گیاهان شاهد افزایش دهد. همچنین مشاهده شده است که کاربرد اگزوژن HA باعث افزایش رطوبت نسبی، محتوای کلروفیل و کاروتنوئید و کاهش پراکسیداسیون لیپیدی در نخل خرما (Phoenix dactylifera) تحت تنش گرمایی می شود (Khan et al., 2020). اکسین همچنین نقش مهمی در تنظیم پاسخ‌های رشد سازگار به شرایط دمای بالا ایفا می‌کند (سان و همکاران، 2012؛ وانگ و همکاران، 2016). این تنظیم کننده رشد به عنوان یک نشانگر بیوشیمیایی در فرآیندهای مختلف مانند سنتز پرولین یا تخریب تحت استرس غیرزیستی عمل می کند (Ali et al. 2007). علاوه بر این، AUX همچنین فعالیت آنتی اکسیدانی را افزایش می دهد، که منجر به کاهش MDA در گیاهان به دلیل کاهش پراکسیداسیون لیپیدی می شود (Bielach et al., 2017). سرگیف و همکاران (2018) مشاهده کردند که در گیاهان نخود (Pisum sativum) تحت تنش گرمایی، محتوای پرولین - دی متیل آمینواتوکسی کربونیل متیل) نفتیل کلرومتیل اتر (TA-14) افزایش می یابد. در همان آزمایش، آنها همچنین سطوح کمتری از MDA را در گیاهان تیمار شده در مقایسه با گیاهانی که با AUX تیمار نشده بودند مشاهده کردند.
براسینوستروئیدها دسته دیگری از تنظیم کننده های رشد هستند که برای کاهش اثرات استرس گرمایی استفاده می شوند. اوگونو و همکاران (2008) گزارش داد که اسپری BR اگزوژن سرعت خالص فتوسنتزی، هدایت روزنه ای و حداکثر سرعت کربوکسیلاسیون روبیسکو را در گیاهان گوجه فرنگی (Solanum lycopersicum) تحت تنش گرمایی به مدت 8 روز افزایش داد. محلول پاشی اپی براسینوستروئیدها می تواند نرخ خالص فتوسنتزی گیاهان خیار (Cucumis sativus) را تحت تنش گرمایی افزایش دهد (Yu et al., 2004). علاوه بر این، کاربرد برون زا از BR تخریب کلروفیل را به تاخیر می اندازد و کارایی مصرف آب و حداکثر بازده کوانتومی فتوشیمی PSII را در گیاهان تحت تنش گرمایی افزایش می دهد (Holá et al., 2010; Toussagunpanit et al., 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، هدایت روزنه، پارامترهای فلورسانس کلروفیل، کلروفیل و محتوای نسبی آب، سنتز مالون دی آلدئید و پرولین) ابزاری قابل اعتماد برای غربال گیاهان برنج تحت تنش گرمایی در سطح محلی و بین‌المللی است (Sánchez21. و همکاران، 2017، تحقیقات در مورد استفاده از اسپری های گیاهی در برنج در سطح محلی نادر است (رسانایی روزنه ای، پارامترهای فلورسانس کلروفیل و محتوای نسبی آب) و اثرات بیوشیمیایی محلول پاشی چهار تنظیم کننده رشد گیاهی (AUX، CK، GA و BR). (رنگدانه های فتوسنتزی، محتویات مالون دی آلدئید و پرولین) متغیرها در دو ژنوتیپ تجاری برنج تحت تنش گرمایی ترکیبی (دمای بالا در روز و شب).
در این مطالعه دو آزمایش مستقل انجام شد. ژنوتیپ های Federrose 67 (F67: ژنوتیپ توسعه یافته در دماهای بالا در طول دهه گذشته) و Federrose 2000 (F2000: ژنوتیپ توسعه یافته در دهه آخر قرن بیستم که مقاومت در برابر ویروس برگ سفید را نشان می دهد) برای اولین بار مورد استفاده قرار گرفتند. دانه ها و آزمایش دوم به ترتیب. هر دو ژنوتیپ به طور گسترده توسط کشاورزان کلمبیایی کشت می شوند. بذرها در سینی های 10 لیتری (طول 39.6 سانتی متر، عرض 28.8 سانتی متر، ارتفاع 16.8 سانتی متر) حاوی خاک لومی شنی با 2 درصد ماده آلی کاشته شدند. در هر سینی پنج بذر از قبل جوانه زده کاشته شد. پالت ها در گلخانه دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه ملی کلمبیا، پردیس بوگوتا (43°50′56″ شمالی، 74°04′051″ غربی)، در ارتفاع ۲۵۵۶ متری از سطح دریا (asl) قرار گرفتند. متر) و از اکتبر تا دسامبر 2019 انجام شد. یک آزمایش (Federroz 67) و آزمایش دوم (Federroz 2000) در همان فصل 2020.
شرایط محیطی گلخانه در 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) m-2 s-). 1 ظهر). طبق گفته Sánchez-Reinoso و همکاران، گیاهان بر اساس محتوای هر عنصر 20 روز پس از ظهور بذر (DAE) بارور شدند. (2019): 670 میلی گرم نیتروژن در هر بوته، 110 میلی گرم فسفر در بوته، 350 میلی گرم پتاسیم در بوته، 68 میلی گرم کلسیم در هر بوته، 20 میلی گرم منیزیم در هر بوته، 20 میلی گرم گوگرد در هر بوته، 17 میلی گرم سیلیکون در هر بوته. این گیاهان حاوی 10 میلی گرم بور در هر بوته، 17 میلی گرم مس در هر بوته و 44 میلی گرم روی در هر بوته هستند. بوته های برنج در هر آزمایش زمانی که در این دوره به مرحله فنولوژیکی V5 رسیدند تا 47 DAE نگهداری شدند. مطالعات قبلی نشان داده اند که این مرحله فنولوژیکی زمان مناسبی برای انجام مطالعات تنش گرمایی در برنج است (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
در هر آزمایش، دو کاربرد جداگانه از تنظیم کننده رشد برگ انجام شد. اولین مجموعه از محلول پاشی های هورمون گیاهی 5 روز قبل از تیمار تنش حرارتی (42 DAE) برای آماده سازی گیاهان برای تنش های محیطی استفاده شد. سپس محلول پاشی دوم 5 روز پس از قرار گرفتن گیاهان در شرایط تنش (52 DAE) انجام شد. چهار هورمون گیاهی مورد استفاده قرار گرفت و خواص هر ماده فعال اسپری شده در این مطالعه در جدول تکمیلی 1 ذکر شده است. غلظت تنظیم کننده های رشد برگ مورد استفاده به شرح زیر بود: (i) اکسین (1-نفتیل استیک اسید: NAA) در غلظت 5 × 10-5 مولار (i10-5 M × giberellic 5) NAA)؛ GA3)؛ (iii) سیتوکینین (ترانس زاتین) 1 × 10-5 M (IV) براسینو استروئیدها [اسپیروستان-6-ون، 3،5-دی هیدروکسی-، (3b،5a،25R)] 5 × 10-5. M. این غلظت‌ها به این دلیل انتخاب شدند که پاسخ‌های مثبت را القا می‌کنند و مقاومت گیاه را به تنش گرمایی افزایش می‌دهند (ظاهر و همکاران، 2001؛ ون و همکاران، 2010؛ ال-باسیونی و همکاران، 2012؛ صالحی فر و همکاران، 2017). گیاهان برنج بدون هیچ گونه اسپری تنظیم کننده رشد گیاه تنها با آب مقطر تیمار شدند. تمام بوته های برنج با سمپاش دستی سمپاشی شدند. 20 میلی لیتر H2O را به گیاه بمالید تا سطح بالایی و پایینی برگ ها مرطوب شود. همه محلول پاشی ها از ادجوانت کشاورزی (Agrotin، Bayer CropScience، کلمبیا) در 0.1٪ (v/v) استفاده کردند. فاصله بین گلدان و سمپاش 30 سانتی متر است.
تیمارهای تنش گرمایی 5 روز پس از اولین محلول پاشی (47 DAE) در هر آزمایش انجام شد. گیاهان برنج از گلخانه به محفظه رشد 294 لیتری (MLR-351H, Sanyo, IL, USA) برای ایجاد تنش گرمایی یا حفظ شرایط محیطی یکسان (47 DAE) منتقل شدند. تیمار تنش گرمایی ترکیبی با تنظیم محفظه بر روی دماهای روز/شب زیر انجام شد: دمای بالا در روز [40 درجه سانتی گراد به مدت 5 ساعت (از ساعت 11:00 تا 16:00)] و دوره شب [30 درجه سانتی گراد به مدت 5 ساعت]. 8 روز متوالی (از ساعت 19:00 الی 24:00). دمای استرس و زمان قرار گرفتن در معرض بر اساس مطالعات قبلی انتخاب شدند (Sánchez-Reynoso و همکاران 2014؛ Alvarado-Sanabría و همکاران 2017). از طرف دیگر، گروهی از گیاهان منتقل شده به اتاقک رشد به مدت 8 روز متوالی در دمای یکسان (30 درجه سانتیگراد در روز / 25 درجه سانتیگراد در شب) در گلخانه نگهداری شدند.
در پایان آزمایش، گروه‌های تیمار زیر بدست آمد: (i) شرایط دمای رشد + کاربرد آب مقطر [کنترل مطلق (AC)]، (ب) شرایط تنش گرمایی + کاربرد آب مقطر [کنترل تنش گرمایی (SC)]، (iii) شرایط شرایط تنش گرمایی + کاربرد اکسین (AUX)، (IV) شرایط تنش گرمایی + شرایط تنش گرمایی + شرایط تنش گرمایی شرایط استرس گرمایی + ضمیمه براسینوستروئید (BR). این گروه های تیمار برای دو ژنوتیپ (F67 و F2000) مورد استفاده قرار گرفتند. تمامی تیمارها در قالب طرح کاملاً تصادفی با پنج تکرار و هر تکرار شامل یک بوته انجام شد. از هر گیاه برای خواندن متغیرهای تعیین شده در پایان آزمایش استفاده شد. آزمایش 55 DAE به طول انجامید.
رسانایی روزنه ای (gs) با استفاده از یک تخلخل سنج قابل حمل (SC-1، METER Group Inc.، USA) در محدوده 0 تا 1000 میلی مول در متر مربع s-1، با دیافراگم محفظه نمونه 6.35 میلی متر اندازه گیری شد. اندازه گیری ها با اتصال یک پروب روزنه سنج به یک برگ بالغ با شاخه اصلی گیاه کاملاً منبسط شده انجام می شود. برای هر تیمار، قرائت gs بر روی سه برگ هر بوته بین ساعت 11:00 تا 16:00 گرفته شد و به طور میانگین محاسبه شد.
RWC با توجه به روش توصیف شده توسط Ghoulam و همکاران تعیین شد. (2002). ورق کاملا منبسط شده مورد استفاده برای تعیین g نیز برای اندازه گیری RWC استفاده شد. وزن تازه (FW) بلافاصله پس از برداشت با استفاده از ترازوی دیجیتال تعیین شد. سپس برگها را در ظرف پلاستیکی پر از آب قرار داده و به مدت 48 ساعت در تاریکی در دمای اتاق (22 درجه سانتیگراد) قرار دادند. سپس روی ترازو دیجیتال وزن کنید و وزن منبسط شده (TW) را ثبت کنید. برگهای متورم شده به مدت 48 ساعت در دمای 75 درجه سانتیگراد در آون خشک شدند و وزن خشک آنها (DW) ثبت شد.
محتوای کلروفیل نسبی با استفاده از کلروفیل متر (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) تعیین شد و در واحدهای atLeaf بیان شد (Dey et al., 2016). خوانش حداکثر بازده کوانتومی PSII (نسبت Fv/Fm) با استفاده از فلورمتر کلروفیل تحریک پیوسته (Handy PEA، Hansatech Instruments، UK) ثبت شد. برگها با استفاده از گیره برگ به مدت 20 دقیقه قبل از اندازه گیری Fv/Fm با تاریکی سازگار شدند (Restrepo-Diaz و Garces-Varon، 2013). پس از انطباق تاریک برگها، خط پایه (F0) و حداکثر فلورسانس (Fm) اندازه گیری شد. از این داده ها، فلورسانس متغیر (Fv = Fm – F0)، نسبت فلورسانس متغیر به فلورسانس حداکثر (Fv/Fm)، حداکثر بازده کوانتومی فوتوشیمی PSII (Fv/F0) و نسبت Fm/F0 محاسبه شد (Baker, 2008;et, 2008). قرائت‌های نسبی کلروفیل و فلورسانس کلروفیل روی همان برگ‌هایی که برای اندازه‌گیری gs استفاده می‌شوند، گرفته شد.
تقریباً 800 میلی گرم از وزن تر برگ به عنوان متغیرهای بیوشیمیایی جمع آوری شد. سپس نمونه های برگ در نیتروژن مایع همگن شدند و برای تجزیه و تحلیل بیشتر ذخیره شدند. روش طیف سنجی مورد استفاده برای تخمین محتوای کلروفیل a، b و کاروتنوئید بافت بر اساس روش و معادلات توصیف شده توسط Wellburn (1994) است. نمونه های بافت برگ (30 میلی گرم) جمع آوری و در 3 میلی لیتر استون 80 درصد همگن شدند. سپس نمونه ها (مدل 420101، Becton Dickinson Primary Care Diagnostics، USA) در 5000 دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شدند تا ذرات حذف شوند. مایع رویی با افزودن 80 درصد استون به حجم نهایی 6 میلی لیتر رقیق شد (Sims and Gamon, 2002). محتوای کلروفیل در طول موج 663 (کلروفیل a) و 646 (کلروفیل b) نانومتر و کاروتنوئیدها در طول موج 470 نانومتر با استفاده از اسپکتروفتومتر (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA) تعیین شد.
روش تیوباربیتوریک اسید (TBA) توصیف شده توسط Hodges و همکاران. (1999) برای ارزیابی پراکسیداسیون لیپید غشا (MDA) استفاده شد. تقریباً 0.3 گرم از بافت برگ نیز در نیتروژن مایع همگن شد. نمونه ها با دور 5000 سانتریفیوژ و جذب بر روی اسپکتروفتومتر در طول موج های 440، 532 و 600 نانومتر اندازه گیری شد. در نهایت، غلظت MDA با استفاده از ضریب خاموشی (157 M mL-1) محاسبه شد.
محتوای پرولین تمام تیمارها با استفاده از روش توصیف شده توسط بیتس و همکاران تعیین شد. (1973). 10 میلی لیتر محلول آبی 3 درصد اسید سولفوسالیسیلیک را به نمونه ذخیره شده اضافه کنید و از طریق کاغذ صافی واتمن (شماره 2) فیلتر کنید. سپس 2 میلی لیتر از این فیلتر با 2 میلی لیتر اسید نین هیدریک و 2 میلی لیتر اسید استیک گلاسیال واکنش داده شد. مخلوط به مدت 1 ساعت در حمام آب در دمای 90 درجه سانتیگراد قرار داده شد. واکنش را با انکوباسیون روی یخ متوقف کنید. لوله را با استفاده از لرزاننده ورتکس به شدت تکان دهید و محلول حاصل را در 4 میلی لیتر تولوئن حل کنید. قرائت جذب در 520 نانومتر با استفاده از همان اسپکتروفتومتر مورد استفاده برای تعیین کمیت رنگدانه های فتوسنتزی (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA) تعیین شد.
روش توصیف شده توسط گرهاردز و همکاران. (2016) برای محاسبه دمای سایبان و CSI. عکس های حرارتی با دوربین FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) با دقت 2± درجه سانتی گراد در پایان دوره استرس گرفته شد. برای عکاسی یک سطح سفید پشت گیاه قرار دهید. مجدداً دو کارخانه به عنوان مدل مرجع در نظر گرفته شدند. گیاهان روی یک سطح سفید قرار گرفتند. یکی با یک ادجوانت کشاورزی (Agrotin، Bayer CropScience، بوگوتا، کلمبیا) برای شبیه سازی باز شدن همه روزنه ها [حالت مرطوب (Twet)] پوشانده شد، و دیگری یک برگ بدون هیچ کاربرد [حالت خشک (Tdry)] بود (Castro-Duque et al., 2020). فاصله بین دوربین و گلدان در حین فیلمبرداری 1 متر بود.
شاخص تحمل نسبی به طور غیرمستقیم با استفاده از رسانایی روزنه ای گیاهان تیمار شده در مقایسه با گیاهان شاهد (گیاهان بدون تیمار تنش و با اعمال تنظیم کننده رشد) برای تعیین تحمل ژنوتیپ های تیمار شده در این مطالعه محاسبه شد. RTI با استفاده از یک معادله اقتباس شده از چاوز-آریاس و همکاران به دست آمد. (2020).
در هر آزمایش، تمام متغیرهای فیزیولوژیکی ذکر شده در بالا با استفاده از برگ‌های کاملاً منبسط شده جمع‌آوری‌شده از تاج پوشش فوقانی در 55 DAE تعیین و ثبت شدند. علاوه بر این، برای جلوگیری از تغییر شرایط محیطی که گیاهان در آن رشد می کنند، اندازه گیری ها در یک اتاقک رشد انجام شد.
داده های آزمایش اول و دوم با هم به عنوان یک سری آزمایش تجزیه و تحلیل شدند. هر گروه آزمایشی شامل 5 بوته و هر بوته یک واحد آزمایشی را تشکیل می‌داد. آنالیز واریانس (ANOVA) انجام شد (05/0 ≤ P). هنگامی که تفاوت های معنی داری تشخیص داده شد، از آزمون مقایسه ای تعقیبی توکی در 05/0 ≤ P استفاده شد. برای تبدیل مقادیر درصد از تابع آرکسین استفاده کنید. داده ها با استفاده از نرم افزار Statistix v 9.0 (Analytic Software, Tallahassee, FL, USA) تجزیه و تحلیل شد و با استفاده از SigmaPlot (نسخه 10.0؛ Systat Software, San Jose, CA, USA) رسم شد. تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی با استفاده از نرم افزار InfoStat 2016 (نرم افزار تجزیه و تحلیل، دانشگاه ملی کوردوبا، آرژانتین) برای شناسایی بهترین تنظیم کننده های رشد گیاه مورد مطالعه انجام شد.
جدول 1 خلاصه ای از ANOVA را نشان می دهد که آزمایش ها، تیمارهای مختلف، و برهمکنش آنها با رنگدانه های فتوسنتزی برگ (کلروفیل a، b، کل و کاروتنوئیدها)، مالون دی آلدئید (MDA) و محتوای پرولین، و هدایت روزنه ای را نشان می دهد. اثر gs، محتوای نسبی آب. (RWC)، محتوای کلروفیل، پارامترهای فلورسانس کلروفیل آلفا، دمای طوقه (PCT) (°C)، شاخص تنش محصول (CSI) و شاخص تحمل نسبی گیاهان برنج در 55 DAE.
جدول 1. خلاصه داده های ANOVA بر روی متغیرهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی برنج بین آزمایش ها (ژنوتیپ ها) و تیمارهای تنش گرمایی.
تفاوت (P≤0.01) در فعل و انفعالات رنگدانه فتوسنتزی برگ، محتوای کلروفیل نسبی (خوانش های Atleaf)، و پارامترهای فلورسانس آلفا کلروفیل بین آزمایش ها و تیمارها در جدول 2 نشان داده شده است. دمای بالا در روز و شب باعث افزایش محتوای کلروفیل و کارتن کل شد. نهال‌های برنج بدون محلول‌پاشی فیتوهورمون‌ها (36/2 میلی‌گرم در گرم برای «F67» و 56/2 میلی‌گرم در گرم برای «F2000») در مقایسه با گیاهانی که در شرایط دمایی بهینه رشد کرده‌اند (67/2 میلی‌گرم در گرم بر گرم) درصد کلروفیل کل کمتری را نشان دادند. در هر دو آزمایش، "F67" 2.80 میلی گرم در گرم و "F2000" 2.80 میلی گرم در گرم بود. علاوه بر این، نهال‌های برنج تیمار شده با ترکیبی از اسپری‌های AUX و GA تحت تنش گرمایی نیز کاهش محتوای کلروفیل را در هر دو ژنوتیپ نشان دادند (AUX = 1.96 میلی‌گرم در گرم در 1 و GA = 1.45 میلی‌گرم در گرم برای "F67"؛ AUX = 1.96 میلی‌گرم در گرم در گرما 1 و GA5 = 1.96 میلی‌گرم در گرم‌گرم 1 و GA5 = 1.96 میلی‌گرم در گرم در هر دو ژنوتیپ. AUX = 2.24 mg) g-1 و GA = 1.43 mg g-1 (برای "F2000") تحت شرایط تنش گرمایی. در شرایط تنش گرمایی، محلول‌پاشی با BR منجر به افزایش جزئی در این متغیر در هر دو ژنوتیپ شد. در نهایت، محلول‌پاشی CK بالاترین مقادیر رنگدانه 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 Atleaf) نیز با تنش گرمایی ترکیبی کاهش یافت. همچنین بیشترین مقدار در گیاهان سمپاشی شده با CC در هر دو ژنوتیپ (41.66 برای "F67" و 49.30 برای "F2000" ثبت شد. نسبت Fv و Fv/Fm تفاوت معنی داری را بین تیمارها و ارقام نشان داد (جدول 2). در مجموع، در بین این متغیرها، رقم F67 نسبت به رقم F2000 کمتر به تنش گرمایی حساس بود. نسبت های Fv و Fv/Fm در آزمایش دوم بیشتر متحمل شدند. نهال‌های تنش‌شده «F2000» که با هیچ‌گونه هورمون گیاهی سمپاشی نشدند، کمترین مقادیر Fv (2120.15) و نسبت Fv/Fm (0.59) را داشتند، اما محلول‌پاشی با CK به بازیابی این مقادیر کمک کرد (Fv: 2591، 89 m , Fv: 03io). ، دریافت قرائت هایی مشابه با خوانش های ثبت شده در گیاهان "F2000" که تحت شرایط دمایی بهینه رشد کرده اند (Fv: 2955.35، نسبت Fv/Fm: 0.73: 0.72). تفاوت معنی داری 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 با CK نشان داد (Fv 2545.06، نسبت Fv/Fm 0.73).
جدول 2. اثر تنش گرمایی ترکیبی (40 درجه/30 درجه سانتی گراد روز/شب) بر رنگدانه های فتوسنتزی برگ [کلروفیل کل (Chl Total)، کلروفیل a (Chl a)، کلروفیل b (Chlb) و اثر کاروتنوئیدها Cx+c]، محتوای کلروفیل نسبی (کلروفیل کلروفیل)، کلروفیل نسبی (کلروفیل کلروفیل) پارامترها (فلورسانس اولیه (F0)، حداکثر فلورسانس (Fm)، فلورسانس متغیر (Fv)، حداکثر بازده PSII (Fv/Fm)، حداکثر بازده کوانتومی فتوشیمیایی PSII (Fv/F0) و Fm/F0 در گیاهان دو ژنوتیپ برنج (Federeross7) و 60Fed (60Fed) (F2000)] 55 روز پس از ظهور (DAE)).
محتوای نسبی آب (RWC) گیاهان برنج با تیمارهای متفاوت تفاوت‌هایی (05/0 ≤ P) را در تعامل بین تیمارهای آزمایشی و محل‌پاشی نشان داد (شکل 1A). هنگام تیمار با SA، کمترین مقادیر برای هر دو ژنوتیپ (74.01٪ برای F67 و 76.6٪ برای F2000) ثبت شد. در شرایط تنش گرمایی، RWC گیاه برنج هر دو ژنوتیپ تیمار شده با فیتوهورمون‌های مختلف به‌طور معنی‌داری افزایش یافت. به طور کلی، کاربردهای محلول پاشی CK، GA، AUX یا BR RWC را به مقادیری مشابه گیاهانی که در شرایط بهینه در طول آزمایش رشد کرده بودند، افزایش داد. گیاهان شاهد مطلق و محلول پاشی شده مقادیری در حدود 83 درصد را برای هر دو ژنوتیپ ثبت کردند. از سوی دیگر، gs نیز تفاوت معنی‌داری (01/0 ≤ P) در تعامل آزمایش-درمان نشان داد (شکل 1B). گیاه شاهد مطلق (AC) نیز بالاترین مقادیر را برای هر ژنوتیپ ثبت کرد (440.65 mmol m-2s-1 برای F67 و 511.02 mmol m-2s-1 برای F2000). گیاهان برنج تحت تنش حرارتی ترکیبی به تنهایی کمترین مقادیر gs را برای هر دو ژنوتیپ نشان دادند (150.60 mmol m-2s-1 برای F67 و 171.32 mmol m-2s-1 برای F2000). محلول پاشی با کلیه تنظیم کننده های رشد گیاه نیز گرم را افزایش داد. بر روی بوته‌های برنج F2000 سمپاشی شده با CC، اثر محلول‌پاشی با فیتوهورمون‌ها مشهودتر بود. این گروه از گیاهان در مقایسه با گیاهان شاهد مطلق (AC 511.02 و CC 499.25 mmol m-2s-1) تفاوتی نشان ندادند.
شکل 1. اثر تنش گرمایی ترکیبی (40 درجه/30 درجه سانتیگراد روز/شب) بر محتوای نسبی آب (RWC) (A)، هدایت روزنه ای (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 استرس گرمایی (SC)، استرس گرمایی + اکسین (AUX)، استرس گرمایی + جیبرلین (GA)، استرس گرمایی + میتوژن سلولی (CK) و استرس گرمایی + براسینوستروئید بود. (BR). هر ستون نشان دهنده میانگین ± خطای استاندارد پنج نقطه داده است (n = 5). ستون هایی که با حروف مختلف دنبال می شوند، تفاوت های آماری معنی داری را بر اساس آزمون توکی نشان می دهند (05/0 ≤ P). حروف با علامت مساوی نشان می دهد که میانگین از نظر آماری معنی دار نیست (≤ 0.05).
محتوای MDA (P ≤ 0.01) و پرولین (P ≤ 0.01) نیز تفاوت معنی داری را در تعامل بین تیمارهای آزمایش و هورمون گیاهی نشان داد (شکل 1C، D). افزایش پراکسیداسیون لیپیدی با تیمار SC در هر دو ژنوتیپ مشاهده شد (شکل 1C)، با این حال گیاهان تیمار شده با اسپری تنظیم کننده رشد برگ کاهش پراکسیداسیون لیپیدی را در هر دو ژنوتیپ نشان دادند. به طور کلی، استفاده از هورمون های گیاهی (CA، AUC، BR یا GA) منجر به کاهش پراکسیداسیون لیپیدی (محتوای MDA) می شود. هیچ تفاوتی بین گیاهان AC دو ژنوتیپ و گیاهان تحت تنش گرمایی و اسپری‌شده با هورمون‌های گیاهی یافت نشد (مقادیر FW مشاهده‌شده در گیاهان "F67" بین 4.38-6.77 µmol g-1 بود و در گیاهان "F2000" FW "مقادیر مشاهده‌شده بر روی 84 تا 1.1.92 گرم در لیتر بود). از سوی دیگر، سنتز پرولین در گیاهان "F67" کمتر از گیاهان "F2000" تحت تنش ترکیبی بود که منجر به افزایش تولید پرولین در گیاهان برنج تحت تنش گرمایی شد، در هر دو آزمایش مشاهده شد که تجویز این هورمون‌ها به طور قابل توجهی باعث افزایش محتوای اسید آمینه گیاهان F2000 و 4.8 میکرومتر شد. g-1) به ترتیب (شکل 1G).
اثرات اسپری تنظیم کننده رشد گیاه برگی و تنش حرارتی ترکیبی بر دمای تاج پوشش گیاه و شاخص تحمل نسبی (RTI) در شکل های 2A و B نشان داده شده است. برای هر دو ژنوتیپ، دمای تاج پوشش گیاهان AC نزدیک به 27 درجه سانتی گراد و گیاهان SC حدود 28 درجه سانتی گراد بود. با. همچنین مشاهده شد که تیمارهای محلول پاشی با CK و BR منجر به کاهش 2-3 درجه سانتی گراد در دمای تاج پوشش در مقایسه با گیاهان SC شد (شکل 2A). RTI رفتار مشابهی با سایر متغیرهای فیزیولوژیکی از خود نشان داد، که تفاوت‌های قابل‌توجهی (01/0 ≤ P) را در تعامل بین آزمایش و درمان نشان داد (شکل 2B). گیاهان SC تحمل کمتری را در هر دو ژنوتیپ نشان دادند (به ترتیب برای گیاهان برنج "F67" و "F2000" 34.18٪ و 33.52٪). تغذیه برگی با فیتوهورمون ها RTI را در گیاهانی که در معرض تنش دمایی بالا قرار دارند، بهبود می بخشد. این اثر در گیاهان "F2000" سمپاشی شده با CC، که در آنها RTI 97.69 بود، بارزتر بود. از سوی دیگر، تفاوت معنی‌داری تنها در شاخص تنش عملکرد (CSI) بوته‌های برنج تحت شرایط تنش محلول‌پاشی فاکتور برگی (P ≤ 0.01) مشاهده شد (شکل 2B). تنها بوته های برنج تحت تنش گرمایی پیچیده بیشترین مقدار شاخص تنش (816/0) را نشان دادند. هنگامی که گیاهان برنج با فیتوهورمون های مختلف سمپاشی شدند، شاخص تنش کمتر بود (مقادیر از 0.6 تا 0.67). در نهایت، بوته برنج کشت شده در شرایط بهینه دارای مقدار 0.138 بود.
شکل 2. اثرات تنش گرمایی ترکیبی (40 درجه/30 درجه سانتیگراد روز/شب) بر دمای تاج پوشش (A)، شاخص تحمل نسبی (RTI) (B) و شاخص تنش محصول (CSI) (C) دو گونه گیاهی. ژنوتیپ های برنج تجاری (F67 و F2000) تحت تیمارهای حرارتی مختلف قرار گرفتند. تیمارهای ارزیابی شده برای هر ژنوتیپ شامل: کنترل مطلق (AC)، کنترل استرس گرمایی (SC)، استرس گرمایی + اکسین (AUX)، استرس گرمایی + جیبرلین (GA)، استرس گرمایی + میتوژن سلولی (CK) و استرس گرمایی + براسینوستروئید بود. (BR). تنش گرمایی ترکیبی شامل قرار گرفتن گیاهان برنج در معرض دمای بالای روز/شب (40 درجه/30 درجه سانتیگراد در روز/شب) است. هر ستون نشان دهنده میانگین ± خطای استاندارد پنج نقطه داده است (n = 5). ستون هایی که با حروف مختلف دنبال می شوند، تفاوت های آماری معنی داری را بر اساس آزمون توکی نشان می دهند (05/0 ≤ P). حروف با علامت مساوی نشان می دهد که میانگین از نظر آماری معنی دار نیست (≤ 0.05).
تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی (PCA) نشان داد که متغیرهای ارزیابی شده در 55 DAE 66.1 درصد از پاسخ های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهان برنج تحت تنش گرمایی تیمار شده با اسپری تنظیم کننده رشد را توضیح می دهند (شکل 3). بردارها نشان دهنده متغیرها و نقاط نشان دهنده تنظیم کننده های رشد گیاه (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 بالایی بین رفتار فیزیولوژیکی گیاهان و آنها است. متغیر یک گروه (V) شامل نهال های برنج رشد یافته در دمای بهینه (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 گرمایی (گروه‌های I و III) بدون هیچ گونه محلول‌پاشی از هورمون‌های گیاهی (هر دو ژنوتیپ SC بودند) در ناحیه مقابل گروه V قرار گرفتند که نشان‌دهنده اثر تنش گرمایی بر فیزیولوژی گیاه است. .
شکل 3. تجزیه و تحلیل بیوگرافی اثرات تنش حرارتی ترکیبی (40°/30 درجه سانتی گراد در روز/شب) بر روی گیاهان دو ژنوتیپ برنج (F67 و F2000) در 55 روز پس از سبز شدن (DAE). اختصارات: AC F67، مطلق کنترل F67; SC F67، کنترل استرس حرارتی F67; AUX F67، استرس گرمایی + اکسین F67; GA F67، استرس گرمایی + جیبرلین F67؛ CK F67، استرس گرمایی + تقسیم سلولی BR F67، استرس گرمایی + براسینوستروئید. F67; AC F2000، کنترل مطلق F2000; SC F2000، کنترل استرس حرارتی F2000; AUX F2000، استرس گرمایی + اکسین F2000; GA F2000، استرس گرمایی + جیبرلین F2000؛ CK F2000، استرس گرمایی + سیتوکینین، BR F2000، استرس 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 گرمایی کمک کنند (سارسو و همکاران، 2018؛ Quintero-Calderon و همکاران). هدف از این آزمایش، بررسی تأثیر کاربرد چهار تنظیم کننده رشد بر پارامترهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی نهال برنج در شرایط تنش گرمایی پیچیده بود. آزمایش نهال یک روش ساده و سریع برای ارزیابی همزمان گیاهان برنج بسته به اندازه یا وضعیت زیرساخت های موجود است (سارسو و همکاران 2018). نتایج این مطالعه نشان داد که تنش گرمایی ترکیبی واکنش‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متفاوتی را در دو ژنوتیپ برنج ایجاد می‌کند که نشان‌دهنده یک فرآیند سازگاری است. این نتایج همچنین نشان می‌دهد که اسپری‌های تنظیم‌کننده رشد برگی (عمدتاً سیتوکینین‌ها و براسینو استروئیدها) به برنج کمک می‌کنند تا با تنش گرمایی پیچیده سازگار شوند، زیرا به نفع عمدتاً بر gs، RWC، نسبت Fv/Fm، رنگدانه‌های فتوسنتزی و محتوای پرولین تأثیر می‌گذارد.
استفاده از تنظیم کننده های رشد به بهبود وضعیت آب گیاه برنج تحت تنش گرمایی کمک می کند که ممکن است با تنش بالاتر و دمای تاج پوشش گیاه کمتر همراه باشد. این مطالعه نشان داد که در بین گیاهان "F2000" (ژنوتیپ حساس)، گیاهان برنج تیمار شده عمدتاً با CK یا BR نسبت به گیاهان تیمار شده با SC دارای مقادیر gs بالاتر و مقادیر PCT کمتری بودند. مطالعات قبلی همچنین نشان داده‌اند که gs و PCT شاخص‌های فیزیولوژیکی دقیقی هستند که می‌توانند پاسخ تطبیقی ​​گیاهان برنج و اثرات استراتژی‌های زراعی بر تنش گرمایی را تعیین کنند (Restrepo-Diaz و Garces-Varon، 2013؛ Sarsu و همکاران، 2018؛ Quintero). -کار دلونگ و همکاران، 2021). برگ CK یا BR گرم را تحت تنش افزایش می‌دهد زیرا این هورمون‌های گیاهی می‌توانند باز شدن روزنه را از طریق فعل و انفعالات مصنوعی با مولکول‌های سیگنال‌دهنده دیگر مانند ABA (محرک بسته شدن روزنه تحت استرس غیرزیستی) افزایش دهند (Macková و همکاران، 2013؛ ژو و همکاران، 2013). 2013). ). ، 2014). باز شدن روزنه باعث خنک شدن برگ می شود و به کاهش دمای تاج پوشش کمک می کند (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). به این دلایل، دمای تاج گیاهان برنج اسپری شده با CK یا BR ممکن است تحت تنش گرمایی ترکیبی کمتر 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 یک روش سریع و غیر مخرب ارائه می دهد که می تواند 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 شاخص سازگاری گیاه با شرایط تنش استفاده شده است (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 بالاترین پنجه برگ برنج در دماهای بالاتر از 35 درجه سانتیگراد به طور قابل توجهی کاهش یافت. به گفته فنگ و همکاران. (2013)، نسبت Fv/Fm کمتر تحت تنش گرمایی نشان می‌دهد که سرعت جذب و تبدیل انرژی تحریک توسط مرکز واکنش PSII کاهش می‌یابد، که نشان می‌دهد مرکز واکنش PSII تحت تنش گرمایی متلاشی می‌شود. این مشاهدات به ما امکان می دهد نتیجه بگیریم که اختلالات در دستگاه فتوسنتزی در گونه های حساس (Fedearroz 2000) نسبت به گونه های مقاوم (Fedearroz 67) بارزتر است.
استفاده از CK یا BR عموماً عملکرد PSII را در شرایط پیچیده تنش گرمایی افزایش داد. نتایج مشابهی توسط Suchsagunpanit و همکاران به دست آمد. (2015)، که مشاهده کردند که کاربرد BR کارایی PSII را تحت تنش گرمایی در برنج افزایش داد. کومار و همکاران (2020) همچنین دریافت که گیاهان نخود تیمار شده با CK (6-بنزیلادنین) و تحت تنش گرمایی نسبت Fv/Fm را افزایش دادند و نتیجه گرفتند که محلول پاشی CK با فعال کردن چرخه رنگدانه زآگزانتین باعث افزایش فعالیت PSII می شود. علاوه بر این، اسپری برگ BR فتوسنتز PSII را در شرایط تنش ترکیبی مورد علاقه قرار داد، که نشان می‌دهد کاربرد این هورمون گیاهی منجر به کاهش اتلاف انرژی تحریک آنتن‌های PSII و افزایش تجمع پروتئین‌های شوک حرارتی کوچک در کلروپلاست‌ها می‌شود (Ogweno و همکاران 2008؛ Lachow Kothari و). ، 2021).
محتوای MDA و پرولین اغلب زمانی که گیاهان تحت تنش غیرزیستی هستند در مقایسه با گیاهانی که در شرایط بهینه رشد می کنند افزایش می یابد (Alvarado-Sanabria et al. 2017). مطالعات قبلی همچنین نشان داده‌اند که سطوح MDA و پرولین شاخص‌های بیوشیمیایی هستند که می‌توانند برای درک فرآیند سازگاری یا تأثیر اعمال زراعی در برنج در دمای بالا در روز یا شب استفاده شوند (آلوارادو-سانابریا و همکاران، 2017؛ کوینترو-کالدرون و همکاران، 2021). این مطالعات همچنین نشان داد که محتوای MDA و پرولین به ترتیب در گیاهان برنجی که در معرض دماهای بالا در شب یا در روز قرار دارند، بیشتر است. با این حال، محلول‌پاشی CK و BR به کاهش MDA و افزایش سطح پرولین، عمدتاً در ژنوتیپ متحمل (Federroz 67) کمک کرد. اسپری CK می تواند بیان بیش از حد سیتوکینین اکسیداز/دهیدروژناز را افزایش دهد و در نتیجه محتوای ترکیبات محافظ مانند بتائین و پرولین را افزایش دهد (Liu et al., 2020). BR القای محافظت کننده های اسمزی مانند بتائین، قندها و اسیدهای آمینه (از جمله پرولین آزاد) را تقویت می کند، تعادل اسمزی سلولی را در بسیاری از شرایط محیطی نامطلوب حفظ می کند (Kothari and Lachowiec, 2021).
شاخص تنش گیاهی (CSI) و شاخص تحمل نسبی (RTI) برای تعیین اینکه آیا تیمارهای مورد ارزیابی به کاهش تنش‌های مختلف (غیر زیستی و زنده) کمک می‌کنند و تأثیر مثبتی بر فیزیولوژی گیاه دارند یا خیر (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020) استفاده می‌شوند. مقادیر CSI می تواند از 0 تا 1 متغیر باشد که به ترتیب بیانگر شرایط بدون استرس و استرس است (لی و همکاران، 2010). مقادیر CSI گیاهان تحت تنش حرارتی (SC) از 0.8 تا 0.9 (شکل 2B) متغیر بود، که نشان می‌دهد گیاهان برنج تحت تأثیر تنش ترکیبی منفی قرار گرفتند. با این حال، محلول‌پاشی BC (0.6) یا CK (0.6) عمدتاً منجر به کاهش این شاخص در شرایط تنش غیرزیستی نسبت به بوته‌های برنج SC شد. در گیاهان F2000، RTI در هنگام استفاده از CA (97.69٪) و BC (60.73٪) در مقایسه با SA (33.52٪) افزایش بیشتری نشان داد، که نشان می دهد این تنظیم کننده های رشد گیاه نیز به بهبود پاسخ برنج به تحمل ترکیب کمک می کنند. بیش از حد گرم شود. این شاخص ها برای مدیریت شرایط تنش در گونه های مختلف پیشنهاد شده اند. مطالعه ای که توسط لی و همکاران انجام شد. (2010) نشان داد که CSI دو رقم پنبه تحت تنش آبی متوسط ​​حدود 0.85 بود، در حالی که مقادیر CSI در واریته‌های آبیاری خوب از 0.4 تا 0.6 متغیر بود و به این نتیجه رسیدند که این شاخص نشان‌دهنده سازگاری ارقام با آب است. شرایط استرس زا علاوه بر این، چاوز-آریاس و همکاران. (2020) اثربخشی محرک های مصنوعی را به عنوان یک استراتژی جامع مدیریت استرس در گیاهان C. elegans ارزیابی کردند و دریافتند که گیاهان اسپری شده با این ترکیبات RTI بالاتری (65%) از خود نشان دادند. بر اساس موارد فوق، CK و BR را می توان به عنوان استراتژی های زراعی با هدف افزایش تحمل برنج در برابر تنش گرمایی پیچیده در نظر گرفت، زیرا این تنظیم کننده های رشد گیاهی پاسخ های بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی مثبت را القا می کنند.
در چند سال اخیر، تحقیقات برنج در کلمبیا بر ارزیابی ژنوتیپ‌های متحمل به دمای بالا در روز یا شب با استفاده از صفات فیزیولوژیکی یا بیوشیمیایی متمرکز شده است (سانچز-رینوسو و همکاران، 2014؛ آلوارادو-سانابریا و همکاران، 2021). با این حال، در چند سال اخیر، تجزیه و تحلیل فناوری‌های کاربردی، اقتصادی و سودآور برای پیشنهاد مدیریت یکپارچه محصولات کشاورزی برای بهبود اثرات دوره‌های پیچیده تنش گرمایی در کشور اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده است (Calderón-Páez et al., 2021؛ Quintero-Calderon et al., 2021). بنابراین، پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهان برنج به تنش گرمایی پیچیده (40 درجه سانتی‌گراد روز / 30 درجه سانتی‌گراد شب) مشاهده‌شده در این مطالعه نشان می‌دهد که محلول‌پاشی با CK یا BR ممکن است یک روش مدیریت محصول مناسب برای کاهش اثرات نامطلوب باشد. اثر دوره های تنش گرمایی متوسط. این تیمارها تحمل هر دو ژنوتیپ برنج (CSI پایین و RTI بالا) را بهبود بخشیدند، که نشان‌دهنده روند کلی در پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه تحت تنش گرمایی ترکیبی است. پاسخ اصلی گیاه برنج کاهش محتوای GC، کلروفیل کل، کلروفیل α و β و کاروتنوئیدها بود. علاوه بر این، گیاهان از آسیب PSII (کاهش پارامترهای فلورسانس کلروفیل مانند نسبت Fv/Fm) و افزایش پراکسیداسیون لیپیدی رنج می برند. 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 4. مدل مفهومی اثرات تنش حرارتی ترکیبی و اسپری تنظیم کننده رشد گیاه برگی بر روی بوته برنج. فلش های قرمز و آبی به ترتیب اثرات منفی یا مثبت اثر متقابل تنش گرمایی و محلول پاشی BR (براسینوستروئید) و CK (سیتوکینین) را بر پاسخ های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی نشان می دهند. gs: هدایت روزنه ای. کل Chl: محتوای کلروفیل کل. Chl α: محتوای β کلروفیل. Cx+c: محتوای کاروتنوئید.
به طور خلاصه، پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در این مطالعه نشان می‌دهد که بوته‌های برنج فدآروز 2000 نسبت به بوته‌های برنج فدآروز 67 به دوره تنش گرمایی پیچیده حساس‌تر هستند. همه تنظیم‌کننده‌های رشد ارزیابی‌شده در این مطالعه (اکسین‌ها، جیبرلین‌ها، سیتوکینین‌ها یا براسینوستروئیدها) درجه‌ای از کاهش تنش گرمایی ترکیبی را نشان دادند. با این حال، سیتوکینین و براسینوستروئیدها سازگاری بهتر گیاه را القا کردند زیرا هر دو تنظیم کننده 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 تاج پوشش را کاهش دادند. به طور خلاصه، نتیجه می گیریم که استفاده از تنظیم کننده های رشد گیاهی (سیتوکینین ها و براسینوستروئیدها) ابزار مفیدی در مدیریت شرایط تنش در محصولات برنج ناشی از تنش گرمایی شدید در طول دوره های دماهای بالا است.
مطالب اصلی ارائه شده در مطالعه همراه با مقاله است و سوالات بیشتر می تواند به نویسنده مربوطه هدایت شود.