Kolombiya'da iklim değişikliği ve değişkenlik nedeniyle pirinç üretimi azalıyor.Bitki büyüme düzenleyicileriÇeşitli ürünlerde ısı stresini azaltmak için bir strateji olarak kullanılmıştır. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı fizyolojik etkileri (stoma iletkenliği, stoma iletkenliği, toplam klorofil içeriği, kombine ısı stresine (yüksek gündüz ve gece sıcaklıkları), kanopi sıcaklığı ve bağıl su içeriğine maruz bırakılan iki ticari pirinç genotipinin Fv/Fm oranı) ve biyokimyasal değişkenleri (malondialdehit (MDA) ve prolinik asit içeriği) değerlendirmekti. Birinci ve ikinci deneyler sırasıyla Federrose 67 (“F67”) ve Federrose 2000 (“F2000”) olmak üzere iki pirinç genotipi kullanılarak gerçekleştirildi. Her iki deney de bir dizi deney olarak birlikte analiz edildi. Belirlenen uygulamalar şunlardır: mutlak kontrol (AC) (optimum sıcaklıklarda yetiştirilen pirinç bitkileri (gündüz/gece sıcaklığı 30/25°C)), ısı stresi kontrolü (SC) [sadece kombine ısı stresine (40/25°C) maruz bırakılan pirinç bitkileri). [30°C)] ve pirinç bitkileri strese sokuldu ve bitki büyüme düzenleyicileri (stres+AUX, stres+BR, stres+CK veya stres+GA) ile iki kez püskürtüldü (ısı stresinden 5 gün önce ve 5 gün sonra). SA ile püskürtme, her iki çeşidin toplam klorofil içeriğini (sırasıyla “F67″ ve “F2000″ pirinç bitkilerinin taze ağırlığı 3,25 ve 3,65 mg/g idi) SC bitkilerine kıyasla artırdı (“F67″ bitkilerinin taze ağırlığı 2,36 ve 2,56 mg idi). g-1)” ve pirinç “F2000″ çeşitlerinde, CK'nin yaprak uygulaması ayrıca genel olarak pirinç “F2000″ bitkilerinin stoma iletkenliğini (499,25'e karşı 150,60 mmol m-2 s) ısı stresi kontrolüne kıyasla iyileştirdi. Isı stresinde, bitki tacı sıcaklığı 2–3 °C azalır ve bitkilerdeki MDA içeriği azalır. Göreceli tolerans indeksi, CK (%97,69) ve BR (%60,73)'nin yaprak uygulamasının, esas olarak F2000 pirinç bitkilerinde birleşik ısı stresi sorununu hafifletmeye yardımcı olabileceğini göstermektedir. Sonuç olarak, BR veya CK'nin yaprak püskürtmesi, birleşik ısı stresi koşullarının pirinç bitkilerinin fizyolojik davranışları üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmaya yardımcı olmak için bir agronomik strateji olarak düşünülebilir.
Pirinç (Oryza sativa), Poaceae familyasına aittir ve mısır ve buğdayla birlikte dünyada en çok yetiştirilen tahıllardan biridir (Bajaj ve Mohanty, 2005). Pirinç yetiştirilen alan 617.934 hektardır ve 2020'deki ulusal üretim 2.937.840 ton olup ortalama verimi 5,02 ton/ha'dır (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Küresel ısınma pirinç mahsullerini etkileyerek yüksek sıcaklıklar ve kuraklık dönemleri gibi çeşitli abiyotik streslere yol açıyor. İklim değişikliği küresel sıcaklıkların artmasına neden oluyor; 21. yüzyılda sıcaklıkların 1,0-3,7 °C artması öngörülüyor ve bu da ısı stresinin sıklığını ve yoğunluğunu artırabilir. Artan çevresel sıcaklıklar pirinci etkileyerek ürün veriminin %6-7 oranında düşmesine neden oldu. Öte yandan iklim değişikliği aynı zamanda tropikal ve subtropikal bölgelerde şiddetli kuraklık dönemleri veya yüksek sıcaklıklar gibi mahsuller için elverişsiz çevre koşullarına da yol açıyor. Ek olarak, El Niño gibi değişkenlik olayları ısı stresine yol açabilir ve bazı tropikal bölgelerde ürün hasarını şiddetlendirebilir. Kolombiya'da pirinç üretim bölgelerindeki sıcaklıkların 2050 yılına kadar 2-2,5 °C artacağı, pirinç üretimini azaltacağı ve pazarlara ve tedarik zincirlerine ürün akışını etkileyeceği öngörülüyor.
Çoğu pirinç mahsulü, sıcaklıkların mahsul büyümesi için optimum aralığa yakın olduğu alanlarda yetiştirilir (Shah ve diğerleri, 2011). Optimum ortalama gündüz ve gece sıcaklıklarınınpirinç büyümesi ve gelişimiGenellikle sırasıyla 28°C ve 22°C'dir (Kilasi ve ark., 2018; Calderón-Páez ve ark., 2021). Bu eşiklerin üzerindeki sıcaklıklar, pirinç gelişiminin hassas aşamalarında (kardeşlenme, antes, çiçeklenme ve tane dolumu) orta ila şiddetli ısı stresi dönemlerine neden olabilir ve böylece tane verimini olumsuz etkileyebilir. Verimdeki bu azalma, esas olarak bitki fizyolojisini etkileyen uzun ısı stresi dönemlerinden kaynaklanmaktadır. Stres süresi ve ulaşılan maksimum sıcaklık gibi çeşitli faktörlerin etkileşimi nedeniyle, ısı stresi bitki metabolizmasında ve gelişiminde bir dizi geri döndürülemez hasara neden olabilir.
Isı stresi bitkilerde çeşitli fizyolojik ve biyokimyasal süreçleri etkiler. Yaprak fotosentezi pirinç bitkilerinde ısı stresine en duyarlı süreçlerden biridir, çünkü günlük sıcaklıklar 35°C'yi aştığında fotosentez hızı %50 azalır. Pirinç bitkilerinin fizyolojik tepkileri ısı stresinin türüne bağlı olarak değişir. Örneğin, bitkiler yüksek gündüz sıcaklıklarına (33–40°C) veya yüksek gündüz ve gece sıcaklıklarına (gündüz 35–40°C, 28–30°C) maruz kaldığında fotosentez oranları ve stoma iletkenliği engellenir. C gece anlamına gelir) (Lü vd., 2013; Fahad vd., 2016; Chaturvedi vd., 2017). Yüksek gece sıcaklıkları (30°C) fotosentezin orta düzeyde engellenmesine neden olur ancak gece solunumunu artırır (Fahad vd., 2016; Alvarado-Sanabria vd., 2017). Stres süresinden bağımsız olarak, ısı stresi aynı zamanda yaprak klorofil içeriğini, klorofil değişken floresansının maksimum klorofil floresansına oranını (Fv/Fm) ve pirinç bitkilerinde Rubisco aktivasyonunu da etkiler (Cao ve ark. 2009; Yin ve ark. 2010). ) Sanchez Reynoso ve ark., 2014).
Biyokimyasal değişimler, bitkinin ısı stresine adaptasyonunun bir başka yönüdür (Wahid vd., 2007). Prolin içeriği, bitki stresinin biyokimyasal göstergesi olarak kullanılmıştır (Ahmed ve Hassan 2011). Prolin, karbon veya azot kaynağı olarak ve yüksek sıcaklık koşullarında bir membran stabilizatörü olarak hareket ettiğinden bitki metabolizmasında önemli bir rol oynar (Sánchez-Reinoso vd., 2014). Yüksek sıcaklıklar ayrıca lipid peroksidasyonu yoluyla membran stabilitesini etkileyerek malondialdehit (MDA) oluşumuna yol açar (Wahid vd., 2007). Bu nedenle, MDA içeriği, ısı stresi altında hücre zarlarının yapısal bütünlüğünü anlamak için de kullanılmıştır (Cao vd., 2009; Chavez-Arias vd., 2018). Son olarak, birleşik ısı stresi [37/30°C (gündüz/gece)] pirinçteki elektrolit sızıntısı ve malondialdehit içeriğinin yüzdesini artırdı (Liu ve diğerleri, 2013).
Bitki büyüme düzenleyicilerinin (GR) kullanımı, bu maddelerin bitki tepkilerinde veya bu tür strese karşı fizyolojik savunma mekanizmalarında aktif olarak yer alması nedeniyle, ısı stresinin olumsuz etkilerini hafifletmek için değerlendirilmiştir (Peleg ve Blumwald, 2011; Yin ve ark. ve ark., 2011; Ahmed ve ark., 2015). Genetik kaynakların dışsal uygulaması, çeşitli ürünlerde ısı stresi toleransı üzerinde olumlu bir etkiye sahip olmuştur. Çalışmalar, gibberellinler (GA), sitokininler (CK), oksinler (AUX) veya brassinosteroidler (BR) gibi fitohormonların çeşitli fizyolojik ve biyokimyasal değişkenlerde artışa yol açtığını göstermiştir (Peleg ve Blumwald, 2011; Yin ve ark. Ren, 2011; Mitler ve ark., 2012; Zhou ve ark., 2014). Kolombiya'da, genetik kaynakların dışsal uygulaması ve bunun pirinç ürünleri üzerindeki etkisi tam olarak anlaşılmamış ve incelenmemiştir. Ancak daha önce yapılan bir çalışma, BR'nin yaprak püskürtme yoluyla uygulanmasının, pirinç fidesi yapraklarının gaz değişim özelliklerini, klorofil veya prolin içeriğini iyileştirerek pirinç toleransını artırabileceğini göstermiştir ( Quintero-Calderón ve diğerleri, 2021 ).
Sitokininler, ısı stresi de dahil olmak üzere abiyotik streslere karşı bitki tepkilerini düzenler (Ha vd., 2012). Ayrıca, CK'nin ekzojen uygulamasının termal hasarı azaltabileceği bildirilmiştir. Örneğin, zeatinin ekzojen uygulaması, ısı stresi sırasında sürünen eğrelti otunda (Agrotis estolonifera) fotosentez hızını, klorofil a ve b içeriğini ve elektron taşıma verimliliğini artırmıştır (Xu ve Huang, 2009; Jespersen ve Huang, 2015). Zeatinin ekzojen uygulaması ayrıca antioksidan aktiviteyi iyileştirebilir, çeşitli proteinlerin sentezini artırabilir, reaktif oksijen türleri (ROS) hasarını ve bitki dokularındaki malondialdehit (MDA) üretimini azaltabilir (Chernyadyev, 2009; Yang vd., 2009). , 2016; Kumar vd., 2020).
Gibberellik asit kullanımı ısı stresine karşı da olumlu bir yanıt göstermiştir. Çalışmalar, GA biyosentezinin çeşitli metabolik yollara aracılık ettiğini ve yüksek sıcaklık koşullarında toleransı artırdığını göstermiştir (Alonso-Ramirez vd. 2009; Khan vd. 2020). Abdel-Nabi vd. (2020), ekzojen GA'nın (25 veya 50 mg*L) yaprak püskürtme uygulamasının, kontrol bitkileriyle karşılaştırıldığında ısı stresi altındaki portakal bitkilerinde fotosentez hızını ve antioksidan aktivitesini artırabildiğini bulmuştur. Ayrıca, HA'nın ekzojen uygulamasının ısı stresi altındaki hurma ağacında (Phoenix dactylifera) bağıl nem içeriğini, klorofil ve karotenoid içeriğini artırdığı ve lipit peroksidasyonunu azalttığı gözlemlenmiştir (Khan vd., 2020). Oksin ayrıca yüksek sıcaklık koşullarına adaptif büyüme tepkilerini düzenlemede önemli bir rol oynar (Sun vd., 2012; Wang vd., 2016). Bu büyüme düzenleyicisi, abiyotik stres altında prolin sentezi veya bozunumu gibi çeşitli süreçlerde biyokimyasal bir belirteç görevi görür (Ali vd. 2007). Ek olarak, AUX antioksidan aktiviteyi de artırır, bu da lipid peroksidasyonunun azalması nedeniyle bitkilerde MDA'da azalmaya yol açar (Bielach vd., 2017). Sergeev vd. (2018), ısı stresi altındaki bezelye bitkilerinde (Pisum sativum) prolin - dimetilaminoetoksikarbonilmetil)naftilklorometil eter (TA-14) içeriğinin arttığını gözlemlediler. Aynı deneyde, AUX ile tedavi edilen bitkilerde, tedavi edilmeyen bitkilere kıyasla daha düşük MDA seviyeleri de gözlemlediler.
Brassinosteroidler, ısı stresinin etkilerini azaltmak için kullanılan bir diğer büyüme düzenleyici sınıfıdır. Ogweno ve arkadaşları (2008), ekzojen BR spreyinin, 8 gün boyunca ısı stresi altındaki domates (Solanum lycopersicum) bitkilerinin net fotosentez oranını, stoma iletkenliğini ve Rubisco karboksilasyonunun maksimum oranını artırdığını bildirmiştir. Epibrassinosteroidlerin yaprak spreylenmesi, ısı stresi altındaki salatalık (Cucumis sativus) bitkilerinin net fotosentez oranını artırabilir (Yu ve arkadaşları, 2004). Ek olarak, BR'nin ekzojen uygulaması klorofil bozunmasını geciktirir ve ısı stresi altındaki bitkilerde su kullanım verimliliğini ve PSII fotokimyasının maksimum kuantum verimini artırır (Holá ve arkadaşları, 2010; Toussagunpanit ve arkadaşları, 2015).
İklim değişikliği ve değişkenlik nedeniyle pirinç mahsulleri yüksek günlük sıcaklık dönemleriyle karşı karşıyadır (Lesk ve diğerleri, 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). Bitki fenotiplemesinde bitkisel besinlerin veya biyostimülanların kullanımı, pirinç yetiştirme alanlarında ısı stresini hafifletmeye yönelik bir strateji olarak incelenmiştir (Alvarado-Sanabria ve diğerleri, 2017; Calderon-Páez ve diğerleri, 2021; Quintero-Calderon ve diğerleri, 2021). Ek olarak, biyokimyasal ve fizyolojik değişkenlerin (yaprak sıcaklığı, stoma iletkenliği, klorofil floresan parametreleri, klorofil ve bağıl su içeriği, malondialdehit ve prolin sentezi) kullanımı, yerel ve uluslararası alanda ısı stresi altındaki pirinç bitkilerini taramak için güvenilir bir araçtır (Sánchez-Reynoso ve ark., 2014; Alvarado-Sanabria ve ark., 2017; Ancak, yerel düzeyde pirinçte yapraktan fitohormonal spreylerin kullanımıyla ilgili araştırmalar nadir kalmaya devam etmektedir. Bu nedenle, bitki büyüme düzenleyicilerinin uygulanmasının fizyolojik ve biyokimyasal reaksiyonlarının incelenmesi, bunun için pratik agronomik stratejilerin önerilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. pirinçte karmaşık ısı stresi döneminin olumsuz etkilerini ele almak. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, dört bitki büyüme düzenleyicisinin (AUX, CK, GA ve BR) yapraktan uygulanmasının fizyolojik (stoma iletkenliği, klorofil floresan parametreleri ve bağıl su içeriği) ve biyokimyasal etkilerini değerlendirmekti. (Fotosentetik pigmentler, malondialdehit ve prolin içerikleri) Birleşik ısı stresine (yüksek gündüz/gece sıcaklıkları) maruz kalan iki ticari pirinç genotipindeki değişkenler.
Bu çalışmada, iki bağımsız deney gerçekleştirildi. Federrose 67 (F67: son on yılda yüksek sıcaklıklarda gelişen bir genotip) ve Federrose 2000 (F2000: 20. yüzyılın son on yılında gelişen ve beyaz yaprak virüsüne direnç gösteren bir genotip) genotipleri ilk kez kullanıldı. tohumları. ve ikinci deney. Her iki genotip de Kolombiyalı çiftçiler tarafından yaygın olarak yetiştirilmektedir. Tohumlar, %2 organik madde içeren kumlu tınlı toprak içeren 10 L'lik tepsilere (uzunluk 39,6 cm, genişlik 28,8 cm, yükseklik 16,8 cm) ekildi. Her tepsiye beş adet önceden çimlendirilmiş tohum ekildi. Paletler, Kolombiya Ulusal Üniversitesi Tarım Bilimleri Fakültesi, Bogota kampüsünün (43°50′56″ K, 74°04′051″ B) deniz seviyesinden 2556 m yükseklikteki serasına yerleştirildi. m.) olup, Ekim-Aralık 2019 tarihleri arasında gerçekleştirildi. Bir deney (Federroz 67) ve ikinci deney (Federroz 2000) 2020 yılının aynı sezonunda gerçekleştirildi.
Her ekim mevsiminde seradaki çevre koşulları şu şekildedir: gündüz ve gece sıcaklığı 30/25°C, bağıl nem %60~80, doğal fotoperiyot 12 saat (fotosentetik olarak aktif radyasyon 1500 µmol (foton) m-2 s-). 1 öğlen). Sánchez-Reinoso ve diğerlerine (2019) göre, bitkiler tohum çıkışından (DAE) 20 gün sonra her bir elementin içeriğine göre gübrelendi: bitki başına 670 mg azot, bitki başına 110 mg fosfor, bitki başına 350 mg potasyum, bitki başına 68 mg kalsiyum, bitki başına 20 mg magnezyum, bitki başına 20 mg kükürt, bitki başına 17 mg silisyum. Bitkiler bitki başına 10 mg bor, bitki başına 17 mg bakır ve bitki başına 44 mg çinko içerir. Pirinç bitkileri, bu dönemde fenolojik aşama V5'e ulaştıklarında her deneyde 47 DAE'ye kadar tutuldu. Önceki çalışmalar, bu fenolojik aşamanın pirinçte ısı stresi çalışmaları yürütmek için uygun bir zaman olduğunu göstermiştir (Sánchez-Reinoso ve diğerleri, 2014; Alvarado-Sanabria ve diğerleri, 2017).
Her deneyde, yaprak büyüme düzenleyicisinin iki ayrı uygulaması gerçekleştirildi. İlk yaprak fitohormon spreyi seti, bitkileri çevresel strese hazırlamak için ısı stresi uygulamasından 5 gün önce uygulandı (42 DAE). Daha sonra, bitkiler stres koşullarına maruz kaldıktan 5 gün sonra ikinci bir yaprak spreyi verildi (52 DAE). Bu çalışmada dört fitohormon kullanıldı ve püskürtülen her bir aktif bileşenin özellikleri Ek Tablo 1'de listelenmiştir. Kullanılan yaprak büyüme düzenleyicilerinin konsantrasyonları aşağıdaki gibidir: (i) 5 × 10−5 M konsantrasyonunda Oksin (1-naftaletik asit: NAA) (ii) 5 × 10–5 M gibberellin (gibberellik asit: NAA); GA3); (iii) Sitokinin (trans-zeatin) 1 × 10-5 M (iv) Brassinosteroidler [Spirostan-6-on, 3,5-dihidroksi-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. Bu konsantrasyonlar, pozitif tepkiler uyandırdıkları ve bitkinin ısı stresine karşı direncini arttırdıkları için seçilmiştir (Zahir vd., 2001; Wen vd., 2010; El-Bassiony vd., 2012; Salehifar vd., 2017). Herhangi bir bitki büyüme düzenleyici sprey uygulanmayan pirinç bitkileri yalnızca damıtılmış su ile işlendi. Tüm pirinç bitkileri el püskürtücüsü ile püskürtüldü. Yaprakların üst ve alt yüzeylerini nemlendirmek için bitkiye 20 ml H2O uygulandı. Tüm yaprak spreylerinde %0,1 (h/h) oranında tarımsal yardımcı madde (Agrotin, Bayer CropScience, Kolombiya) kullanıldı. Saksı ile püskürtücü arasındaki mesafe 30 cm’dir.
Her deneyde ilk yaprak spreyinden (47 DAE) 5 gün sonra ısı stresi uygulamaları uygulandı. Pirinç bitkileri ısı stresi oluşturmak veya aynı çevre koşullarını korumak için seradan 294 L'lik bir büyüme odasına (MLR-351H, Sanyo, IL, ABD) transfer edildi (47 DAE). Kombine ısı stresi uygulaması, odanın şu gündüz/gece sıcaklıklarına ayarlanmasıyla gerçekleştirildi: gündüz yüksek sıcaklığı [5 saat boyunca 40°C (11:00'den 16:00'a)] ve gece periyodu [5 saat boyunca 30°C]. 8 gün üst üste (19:00'dan 24:00'a). Stres sıcaklığı ve maruz kalma süresi önceki çalışmalara (Sánchez-Reynoso ve ark. 2014; Alvarado-Sanabría ve ark. 2017) dayanarak seçildi. Öte yandan, yetiştirme odasına aktarılan bir grup bitki, aynı sıcaklıkta (gündüz 30°C/gece 25°C) 8 gün boyunca serada tutuldu.
Deney sonunda, aşağıdaki uygulama grupları elde edildi: (i) büyüme sıcaklığı koşulu + damıtılmış su uygulaması [Mutlak kontrol (AC)], (ii) ısı stresi koşulu + damıtılmış su uygulaması [Isı stresi kontrolü (SC)], (iii) koşullar ısı stresi koşulu + oksin uygulaması (AUX), (iv) ısı stresi koşulu + gibberellin uygulaması (GA), (v) ısı stresi koşulu + sitokinin uygulaması (CK) ve (vi) ısı stresi koşulu + brassinosteroid (BR) Ek. Bu uygulama grupları iki genotip için kullanıldı (F67 ve F2000). Tüm uygulamalar, her biri bir bitkiden oluşan beş tekrarlı tamamen rastgele bir tasarımda gerçekleştirildi. Her bitki, deneyin sonunda belirlenen değişkenleri okumak için kullanıldı. Deney 55 DAE sürdü.
Stoma iletkenliği (gs), 0 ila 1000 mmol m-2 s-1 aralığında, 6,35 mm'lik bir örnek odası açıklığı olan taşınabilir bir porozometre (SC-1, METER Group Inc., ABD) kullanılarak ölçüldü. Ölçümler, bitkinin ana sürgünü tamamen genişlemiş olgun bir yaprağa bir stomametre probu takılarak yapılır. Her bir işlem için, her bitkinin üç yaprağında 11:00 ile 16:00 arasında gs okumaları alındı ve ortalaması alındı.
RWC, Ghoulam ve ark. (2002) tarafından açıklanan yönteme göre belirlendi. g'yi belirlemek için kullanılan tam açılmış sayfa, RWC'yi ölçmek için de kullanıldı. Taze ağırlık (FW), hasattan hemen sonra dijital bir terazi kullanılarak belirlendi. Daha sonra yapraklar suyla dolu plastik bir kaba yerleştirildi ve oda sıcaklığında (22°C) 48 saat karanlıkta bırakıldı. Daha sonra dijital bir terazide tartın ve açılmış ağırlığı (TW) kaydedin. Şişmiş yapraklar 75°C'de 48 saat fırında kurutuldu ve kuru ağırlıkları (DW) kaydedildi.
Bağıl klorofil içeriği bir klorofil ölçer (atLeafmeter, FT Green LLC, ABD) kullanılarak belirlendi ve atLeaf birimleriyle ifade edildi (Dey ve diğerleri, 2016). PSII maksimum kuantum verimliliği okumaları (Fv/Fm oranı) sürekli uyarım klorofil florimetresi (Handy PEA, Hansatech Instruments, İngiltere) kullanılarak kaydedildi. Yapraklar, Fv/Fm ölçümlerinden önce 20 dakika boyunca yaprak kelepçeleri kullanılarak karanlığa adapte edildi (Restrepo-Diaz ve Garces-Varon, 2013). Yapraklar karanlığa alıştırıldıktan sonra, temel seviye (F0) ve maksimum floresans (Fm) ölçüldü. Bu verilerden değişken floresans (Fv = Fm – F0), değişken floresansın maksimum floresansa oranı (Fv/Fm), PSII fotokimyasının maksimum kuantum verimi (Fv/F0) ve Fm/F0 oranı hesaplandı (Baker, 2008; Lee ve diğerleri, 2017). Gs ölçümleri için kullanılan aynı yapraklarda bağıl klorofil ve klorofil floresansı okumaları alındı.
Yaklaşık 800 mg yaprak taze ağırlığı biyokimyasal değişkenler olarak toplandı. Yaprak örnekleri daha sonra sıvı nitrojende homojenize edildi ve daha ileri analiz için saklandı. Doku klorofil a, b ve karotenoid içeriğini tahmin etmek için kullanılan spektrometrik yöntem Wellburn (1994) tarafından açıklanan yönteme ve denklemlere dayanmaktadır. Yaprak doku örnekleri (30 mg) toplandı ve 3 ml %80 asetonda homojenize edildi. Örnekler daha sonra parçacıkları gidermek için 10 dakika boyunca 5000 rpm'de santrifüj edildi (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, ABD). Üstteki sıvı, %80 aseton eklenerek son hacmi 6 ml'ye seyreltildi (Sims ve Gamon, 2002). Klorofil içeriği 663 (klorofil a) ve 646 (klorofil b) nm'de, karotenoidler ise 470 nm'de spektrofotometre (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, ABD) kullanılarak belirlendi.
Hodges ve arkadaşları (1999) tarafından açıklanan tiyobarbiturik asit (TBA) yöntemi, membran lipid peroksidasyonunu (MDA) değerlendirmek için kullanıldı. Yaklaşık 0,3 g yaprak dokusu da sıvı nitrojende homojenize edildi. Örnekler 5000 rpm'de santrifüj edildi ve absorbans 440, 532 ve 600 nm'de bir spektrofotometrede ölçüldü. Son olarak, MDA konsantrasyonu sönüm katsayısı (157 M mL−1) kullanılarak hesaplandı.
Tüm uygulamaların prolin içeriği Bates ve ark. (1973) tarafından açıklanan yöntem kullanılarak belirlendi. Saklanan numuneye %3'lük sulu sülfosalisilik asit çözeltisinden 10 ml ekleyin ve Whatman filtre kağıdından (No. 2) süzün. Daha sonra bu süzüntünün 2 ml'si, 2 ml ninhidrik asit ve 2 ml buzlu asetik asit ile reaksiyona sokuldu. Karışım 1 saat boyunca 90 °C'de bir su banyosuna yerleştirildi. Buz üzerinde inkübe ederek reaksiyonu durdurun. Tüpü bir vorteks çalkalayıcı kullanarak kuvvetlice çalkalayın ve elde edilen çözeltiyi 4 ml toluende çözün. Absorbans okumaları, fotosentetik pigmentlerin kantifikasyonunda kullanılan aynı spektrofotometre (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, ABD) kullanılarak 520 nm'de belirlendi.
Gerhards ve arkadaşları (2016) tarafından açıklanan, kanopi sıcaklığını ve CSI'yi hesaplama yöntemi. Stres periyodunun sonunda ±2°C doğrulukla bir FLIR 2 kamerası (FLIR Systems Inc., Boston, MA, ABD) ile termal fotoğraflar çekildi. Fotoğraf çekmek için bitkinin arkasına beyaz bir yüzey yerleştirildi. Yine iki fabrika referans model olarak kabul edildi. Bitkiler beyaz bir yüzeye yerleştirildi; biri tüm stomaların açılmasını simüle etmek için tarımsal bir adjuvanla (Agrotin, Bayer CropScience, Bogota, Kolombiya) kaplandı [ıslak mod (Twet)], diğeri ise herhangi bir uygulama yapılmamış bir yapraktı [Kuru mod (Tdry)] (Castro-Duque ve arkadaşları, 2020). Çekim sırasında kamera ile saksı arasındaki mesafe 1 m idi.
Bu çalışmada değerlendirilen işlenmiş genotiplerin toleransını belirlemek için, işlenmiş bitkilerin stoma iletkenliği (gs) ile kontrol bitkileri (stres tedavisi uygulanmayan ve büyüme düzenleyicileri uygulanan bitkiler) karşılaştırılarak bağıl tolerans indeksi dolaylı olarak hesaplandı. RTI, Chávez-Arias ve ark. (2020) tarafından uyarlanan bir denklem kullanılarak elde edildi.
Her deneyde, yukarıda belirtilen tüm fizyolojik değişkenler belirlendi ve üst kanopiden toplanan tam olarak açılmış yapraklar kullanılarak 55 DAE'de kaydedildi. Ayrıca, bitkilerin büyüdüğü çevre koşullarını değiştirmekten kaçınmak için ölçümler bir büyüme odasında gerçekleştirildi.
Birinci ve ikinci deneylerden elde edilen veriler bir dizi deney olarak birlikte analiz edildi. Her deney grubu 5 bitkiden oluşuyordu ve her bitki deneysel bir üniteyi oluşturuyordu. Varyans analizi (ANOVA) yapıldı (P ≤ 0,05). Önemli farklılıklar tespit edildiğinde, Tukey'in post hoc karşılaştırmalı testi P ≤ 0,05'te kullanıldı. Yüzde değerlerini dönüştürmek için arksinüs fonksiyonu kullanıldı. Veriler Statistix v 9.0 yazılımı (Analytical Software, Tallahassee, FL, ABD) kullanılarak analiz edildi ve SigmaPlot (sürüm 10.0; Systat Software, San Jose, CA, ABD) kullanılarak çizildi. Çalışma kapsamındaki en iyi bitki büyüme düzenleyicilerini belirlemek için ana bileşen analizi InfoStat 2016 yazılımı (Analysis Software, National University of Cordoba, Arjantin) kullanılarak gerçekleştirildi.
Tablo 1, deneyleri, farklı işlemleri ve bunların yaprak fotosentetik pigmentleri (klorofil a, b, toplam ve karotenoidler), malondialdehit (MDA) ve prolin içeriği ve stoma iletkenliği ile etkileşimlerini gösteren ANOVA'yı özetlemektedir. gs, bağıl su içeriği (RWC), klorofil içeriği, klorofil alfa floresan parametreleri, taç sıcaklığı (PCT) (°C), ürün stres indeksi (CSI) ve 55 DAE'de pirinç bitkilerinin bağıl tolerans indeksinin etkisi.
Tablo 1. Deneyler (genotipler) ve ısı stresi uygulamaları arasındaki pirinç fizyolojik ve biyokimyasal değişkenlere ilişkin ANOVA verilerinin özeti.
Deneyler ve uygulamalar arasındaki yaprak fotosentetik pigment etkileşimleri, bağıl klorofil içeriği (Aleaf okumaları) ve alfa-klorofil floresan parametrelerindeki farklılıklar (P≤0.01) Tablo 2'de gösterilmiştir. Yüksek gündüz ve gece sıcaklıkları toplam klorofil ve karotenoid içeriğini artırdı. Herhangi bir fitohormon yaprak spreyi uygulanmayan pirinç fideleri (2,36 mg g-1 “F67” için ve 2,56 mg g-1 “F2000” için) optimum sıcaklık koşullarında yetiştirilen bitkilerle (2,67 mg g-1)) karşılaştırıldığında daha düşük toplam klorofil içeriği gösterdi. Her iki deneyde de “F67” 2,80 mg g-1 ve “F2000” 2,80 mg g-1 idi. Ayrıca, ısı stresi altında AUX ve GA spreylerinin bir kombinasyonu ile muamele edilen pirinç fideleri, her iki genotipte de klorofil içeriğinde bir azalma gösterdi (AUX = 1,96 mg g-1 ve GA = 1,45 mg g-1 “F67” için; AUX = 1,96 mg g-1 ve GA = 1,45 mg g-1 “F67″ için; AUX = 2,24 mg) g-1 ve GA = 1,43 mg g-1 (“F2000″ için) ısı stresi koşulları altında. Isı stresi koşulları altında, BR ile yaprak uygulaması, her iki genotipte de bu değişkende hafif bir artışla sonuçlandı. Son olarak, CK yaprak spreyi, tüm uygulamalar (AUX, GA, BR, SC ve AC uygulamaları) arasında F67 (3,24 mg g-1) ve F2000 (3,65 mg g-1) genotiplerinde en yüksek fotosentetik pigment değerlerini gösterdi. Klorofilin (Aleaf ünitesi) bağıl içeriği de birleşik ısı stresiyle azaldı. En yüksek değerler her iki genotipte de CC ile püskürtülen bitkilerde kaydedildi (“F67” için 41.66 ve “F2000” için 49.30). Fv ve Fv/Fm oranları uygulamalar ve çeşitler arasında önemli farklılıklar gösterdi (Tablo 2). Genel olarak, bu değişkenler arasında F67 çeşidi, F2000 çeşidine göre ısı stresine daha az duyarlıydı. Fv ve Fv/Fm oranları ikinci deneyde daha fazla zarar gördü. Herhangi bir fitohormonla püskürtülmeyen stresli 'F2000' fideleri en düşük Fv değerlerine (2120.15) ve Fv/Fm oranlarına (0.59) sahipti, ancak CK ile yaprak püskürtme bu değerlerin geri kazanılmasına yardımcı oldu (Fv: 2591, 89, Fv/Fm oranı: 0.73). , optimum sıcaklık koşulları altında yetiştirilen “F2000” bitkilerinde kaydedilenlere benzer okumalar aldı (Fv: 2955.35, Fv/Fm oranı: 0.73:0.72). Başlangıç floresansında (F0), maksimum floresansında (Fm), PSII'nin maksimum fotokimyasal kuantum veriminde (Fv/F0) ve Fm/F0 oranında önemli bir fark yoktu. Son olarak, BR, CK ile gözlemlenen benzer bir eğilim gösterdi (Fv 2545.06, Fv/Fm oranı 0.73).
Tablo 2. Kombine ısı stresinin (40°/30°C gündüz/gece) yaprak fotosentetik pigmentleri [toplam klorofil (Chl Total), klorofil a (Chl a), klorofil b (Chl b) ve karotenoidler Cx+c] etkisi], bağıl klorofil içeriği (Atliff birimi), klorofil floresan parametreleri (başlangıç floresansı (F0), maksimum floresan (Fm), değişken floresan (Fv), maksimum PSII etkinliği (Fv/Fm), PSII'nin fotokimyasal maksimum kuantum verimi (Fv/F0) ve Fm/F0 iki pirinç genotipinin [Federrose 67 (F67) ve Federrose 2000 (F2000)] bitkilerinde çıkıştan 55 gün sonra (DAE) etkisi).
Farklı şekilde işlenmiş pirinç bitkilerinin bağıl su içeriği (RWC), deneysel ve yaprak uygulamaları arasındaki etkileşimde farklılıklar gösterdi (P ≤ 0,05) (Şekil 1A). SA ile işlendiğinde, her iki genotipte de en düşük değerler kaydedildi (%74,01 F67 için ve %76,6 F2000 için). Isı stresi koşulları altında, farklı fitohormonlarla işlenmiş her iki genotipin pirinç bitkilerinin RWC'si önemli ölçüde arttı. Genel olarak, CK, GA, AUX veya BR'nin yaprak uygulamaları, RWC'yi deney sırasında optimum koşullar altında yetiştirilen bitkilerin değerlerine benzer değerlere çıkardı. Mutlak kontrol ve yaprak püskürtmeli bitkilerde, her iki genotipte de yaklaşık %83'lük değerler kaydedildi. Öte yandan, gs de deney-uygulama etkileşiminde önemli farklılıklar gösterdi (P ≤ 0,01) (Şekil 1B). Mutlak kontrol (AC) bitkisi ayrıca her genotip için en yüksek değerleri kaydetti (F67 için 440.65 mmol m-2s-1 ve F2000 için 511.02 mmol m-2s-1). Sadece kombine ısı stresine maruz bırakılan pirinç bitkileri her iki genotip için de en düşük gs değerlerini gösterdi (F67 için 150.60 mmol m-2s-1 ve F2000 için 171.32 mmol m-2s-1). Tüm bitki büyüme düzenleyicileriyle yaprak uygulaması da g'yi artırdı. CC ile püskürtülen F2000 pirinç bitkilerinde, fitohormonlarla yaprak püskürtmenin etkisi daha belirgindi. Bu bitki grubu, mutlak kontrol bitkileriyle (AC 511.02 ve CC 499.25 mmol m-2s-1) karşılaştırıldığında hiçbir fark göstermedi.
Şekil 1. Birleşik ısı stresinin (40°/30°C gündüz/gece) bağıl su içeriği (RWC) (A), stoma iletkenliği (gs) (B), malondialdehit (MDA) üretimi (C) ve prolin içeriği üzerindeki etkisi. (D) iki pirinç genotipinin (F67 ve F2000) bitkilerinde çıkıştan 55 gün sonra (DAE). Her genotip için değerlendirilen uygulamalar şunları içeriyordu: mutlak kontrol (AC), ısı stresi kontrolü (SC), ısı stresi + oksin (AUX), ısı stresi + gibberellin (GA), ısı stresi + hücre mitogeni (CK) ve ısı stresi + brassinosteroid. (BR). Her sütun beş veri noktasının ortalamasını ± standart hatasını temsil eder (n = 5). Farklı harflerle takip edilen sütunlar Tukey testine göre istatistiksel olarak anlamlı farklılıkları göstermektedir (P ≤ 0,05). Eşittir işareti olan harfler ortalamaların istatistiksel olarak anlamlı olmadığını göstermektedir (≤ 0,05).
MDA (P ≤ 0,01) ve prolin (P ≤ 0,01) içerikleri de deney ve fitohormon uygulamaları arasındaki etkileşimde önemli farklılıklar gösterdi (Şekil 1C, D). Her iki genotipte de SC uygulamasıyla lipid peroksidasyonunda artış gözlendi (Şekil 1C), ancak yaprak büyüme düzenleyici spreyle tedavi edilen bitkiler her iki genotipte de lipid peroksidasyonunda azalma gösterdi; Genel olarak, fitohormonların (CA, AUC, BR veya GA) kullanımı lipid peroksidasyonunda (MDA içeriği) bir azalmaya yol açar. İki genotipe ait AC bitkileri ile ısı stresi altında ve fitohormon püskürtülmüş bitkiler arasında hiçbir fark bulunmamıştır (gözlemlenen FW değerleri “F67” bitkilerinde 4,38–6,77 µmol g-1 arasında, FW “F2000” bitkilerinde ise “gözlemlenen değerler 2,84 ila 9,18 µmol g-1 (bitkiler) arasında değişmiştir). Öte yandan, “F67″ bitkilerinde prolin sentezi, kombine stres altındaki “F2000″ bitkilerinden daha düşük olmuş, bu da prolin üretiminin artmasına yol açmıştır. Isı stresi altındaki pirinç bitkilerinde, her iki deneyde de, bu hormonların uygulanmasının F2000 bitkilerinin amino asit içeriğini önemli ölçüde artırdığı (AUX ve BR sırasıyla 30,44 ve 18,34 µmol g-1) gözlenmiştir (Şekil 1G).
Yaprak bitki büyüme düzenleyici spreyinin ve kombine ısı stresinin bitki kanopi sıcaklığı ve bağıl tolerans indeksi (RTI) üzerindeki etkileri Şekil 2A ve B'de gösterilmiştir. Her iki genotip için de AC bitkilerinin kanopi sıcaklığı 27°C'ye yakınken, SC bitkilerinin kanopi sıcaklığı 28°C civarındaydı. Ayrıca, CK ve BR ile yaprak uygulamalarının SC bitkilerine kıyasla kanopi sıcaklığında 2-3°C'lik bir azalmaya neden olduğu gözlemlendi (Şekil 2A). RTI, diğer fizyolojik değişkenlere benzer davranış göstererek, deney ve uygulama arasındaki etkileşimde önemli farklılıklar (P ≤ 0,01) gösterdi (Şekil 2B). SC bitkileri her iki genotipte de daha düşük bitki toleransı gösterdi (“F67” ve “F2000” pirinç bitkileri için sırasıyla %34,18 ve %33,52). Fitohormonların yapraktan beslenmesi, yüksek sıcaklık stresine maruz kalan bitkilerde RTI'yi iyileştirir. Bu etki, RTI'nin 97.69 olduğu CC ile püskürtülen “F2000” bitkilerinde daha belirgindi. Öte yandan, yalnızca yaprak faktörü püskürtme stresi koşulları altında pirinç bitkilerinin verim stres indeksinde (CSI) önemli farklılıklar gözlendi (P ≤ 0.01) (Şekil 2B). Yalnızca kompleks ısı stresine maruz bırakılan pirinç bitkileri en yüksek stres indeksi değerini (0.816) gösterdi. Pirinç bitkilerine çeşitli fitohormonlar püskürtüldüğünde, stres indeksi daha düşüktü (0,6 ila 0,67 arasındaki değerler). Son olarak, optimum koşullar altında yetiştirilen pirinç bitkisinin değeri 0,138 idi.
Şekil 2. İki bitki türünün kanopi sıcaklığı (A), bağıl tolerans indeksi (RTI) (B) ve ürün stres indeksi (CSI) (C) üzerindeki kombine ısı stresinin (40°/30°C gündüz/gece) etkileri. Ticari pirinç genotipleri (F67 ve F2000) farklı ısı uygulamalarına tabi tutuldu. Her genotip için değerlendirilen uygulamalar şunları içeriyordu: mutlak kontrol (AC), ısı stresi kontrolü (SC), ısı stresi + oksin (AUX), ısı stresi + gibberellin (GA), ısı stresi + hücre mitogeni (CK) ve ısı stresi + brassinosteroid. (BR). Kombine ısı stresi, pirinç bitkilerinin yüksek gündüz/gece sıcaklıklarına (40°/30°C gündüz/gece) maruz bırakılmasını içerir. Her sütun, beş veri noktasının ortalamasını ± standart hatasını temsil eder (n = 5). Farklı harflerle takip edilen sütunlar, Tukey testine göre istatistiksel olarak anlamlı farklılıkları göstermektedir (P ≤ 0,05). Eşittir işareti olan harfler, ortalama değerinin istatistiksel olarak anlamlı olmadığını (≤ 0,05) göstermektedir.
Temel bileşen analizi (PCA), 55 DAE'de değerlendirilen değişkenlerin büyüme düzenleyici sprey ile muamele edilen ısı stresi altındaki pirinç bitkilerinin fizyolojik ve biyokimyasal tepkilerinin %66,1'ini açıkladığını ortaya koydu (Şekil 3). Vektörler değişkenleri ve noktalar bitki büyüme düzenleyicilerini (GR'ler) temsil eder. Gs, klorofil içeriği, PSII'nin maksimum kuantum verimliliği (Fv/Fm) ve biyokimyasal parametreler (TChl, MDA ve prolin) vektörleri kökene yakın açılardadır ve bu da bitkilerin fizyolojik davranışları ile bunlar arasında yüksek bir korelasyon olduğunu gösterir. Bir grup (V), optimum sıcaklıkta (AT) yetiştirilen pirinç fidelerini ve CK ve BA ile muamele edilen F2000 bitkilerini içeriyordu. Aynı zamanda, GR ile muamele edilen bitkilerin çoğunluğu ayrı bir grup (IV) oluşturdu ve F2000'de GA ile muamele ayrı bir grup (II) oluşturdu. Buna karşılık, fitohormonların yaprak spreyi uygulanmayan ısı stresi altındaki pirinç fideleri (her iki genotip de SC idi) grup V'in tam tersi bir bölgede yer aldı ve bu da ısı stresinin bitki fizyolojisi üzerindeki etkisini gösterdi.
Şekil 3. İki pirinç genotipinin (F67 ve F2000) bitkileri üzerinde kombine ısı stresinin (40°/30°C gündüz/gece) etkilerinin çıkıştan 55 gün sonra (DAE) bigrafik analizi. Kısaltmalar: AC F67, mutlak kontrol F67; SC F67, ısı stresi kontrolü F67; AUX F67, ısı stresi + oksin F67; GA F67, ısı stresi + gibberellin F67; CK F67, ısı stresi + hücre bölünmesi BR F67, ısı stresi + brassinosteroid. F67; AC F2000, mutlak kontrol F2000; SC F2000, Isı Stresi Kontrolü F2000; AUX F2000, ısı stresi + oksin F2000; GA F2000, ısı stresi + gibberellin F2000; CK F2000, ısı stresi + sitokinin, BR F2000, ısı stresi + pirinç steroidi; F2000.
Klorofil içeriği, stoma iletkenliği, Fv/Fm oranı, CSI, MDA, RTI ve prolin içeriği gibi değişkenler, pirinç genotiplerinin adaptasyonunu anlamaya ve ısı stresi altında agronomik stratejilerin etkisini değerlendirmeye yardımcı olabilir (Sarsu vd., 2018; Quintero-Calderon vd., 2021). Bu deneyin amacı, karmaşık ısı stresi koşulları altında dört büyüme düzenleyicisinin uygulanmasının pirinç fidelerinin fizyolojik ve biyokimyasal parametreleri üzerindeki etkisini değerlendirmekti. Fide testi, mevcut altyapının boyutuna veya durumuna bağlı olarak pirinç bitkilerinin eş zamanlı değerlendirilmesi için basit ve hızlı bir yöntemdir (Sarsu vd. 2018). Bu çalışmanın sonuçları, birleşik ısı stresinin iki pirinç genotipinde farklı fizyolojik ve biyokimyasal tepkilere neden olduğunu ve bir adaptasyon sürecini gösterdiğini göstermiştir. Bu sonuçlar ayrıca yaprak büyüme düzenleyici spreylerin (çoğunlukla sitokininler ve brassinosteroidler) pirincin kompleks ısı stresine adapte olmasına yardımcı olduğunu, özellikle gs, RWC, Fv/Fm oranı, fotosentetik pigmentler ve prolin içeriğini etkilediğini göstermektedir.
Büyüme düzenleyicilerinin uygulanması, ısı stresi altında pirinç bitkilerinin su durumunu iyileştirmeye yardımcı olur; bu, daha yüksek stres ve daha düşük bitki kanopi sıcaklıklarıyla ilişkili olabilir. Bu çalışma, “F2000” (duyarlı genotip) bitkileri arasında, öncelikle CK veya BR ile muamele edilen pirinç bitkilerinin, SC ile muamele edilen bitkilere kıyasla daha yüksek gs değerlerine ve daha düşük PCT değerlerine sahip olduğunu göstermiştir. Önceki çalışmalar da gs ve PCT'nin, pirinç bitkilerinin adaptif tepkisini ve agronomik stratejilerin ısı stresi üzerindeki etkilerini belirleyebilen doğru fizyolojik göstergeler olduğunu göstermiştir (Restrepo-Diaz ve Garces-Varon, 2013; Sarsu ve ark., 2018; Quintero). -Carr DeLong ve ark., 2021). Yaprak CK veya BR, bu bitki hormonlarının ABA (abiotik stres altında stoma kapanmasının promotörü) gibi diğer sinyal molekülleriyle sentetik etkileşimler yoluyla stoma açılmasını teşvik edebilmesi nedeniyle stres altında g'yi artırır (Macková ve ark., 2013; Zhou ve ark., 2013). 2013). ). , 2014). Stoma açılması yaprak soğumasını destekler ve kanopi sıcaklıklarının azaltılmasına yardımcı olur (Sonjaroon ve diğerleri, 2018; Quintero-Calderón ve diğerleri, 2021). Bu nedenlerden dolayı, CK veya BR püskürtülen pirinç bitkilerinin kanopi sıcaklığı, birleşik ısı stresi altında daha düşük olabilir.
Yüksek sıcaklık stresi yaprakların fotosentetik pigment içeriğini azaltabilir (Chen vd., 2017; Ahammed vd., 2018). Bu çalışmada, pirinç bitkileri ısı stresi altındayken ve herhangi bir bitki büyüme düzenleyicisi ile püskürtülmediğinde, fotosentetik pigmentler her iki genotipte de azalma eğilimindeydi (Tablo 2). Feng vd. (2013) ayrıca ısı stresine maruz kalan iki buğday genotipinin yapraklarındaki klorofil içeriğinde önemli bir azalma olduğunu bildirmiştir. Yüksek sıcaklıklara maruz kalma genellikle klorofil içeriğinin azalmasına neden olur; bu, klorofil biyosentezinin azalmasından, pigmentlerin bozulmasından veya bunların ısı stresi altındaki birleşik etkilerinden kaynaklanabilir (Fahad vd., 2017). Bununla birlikte, esas olarak CK ve BA ile işlenen pirinç bitkileri, ısı stresi altında yaprak fotosentetik pigmentlerinin konsantrasyonunu artırdı. Benzer sonuçlar Jespersen ve Huang (2015) ve Suchsagunpanit vd. tarafından da bildirilmiştir. (2015), sırasıyla ısı stresi altındaki eğrelti otu ve pirinçte zeatin ve epibrassinosteroid hormonlarının uygulanmasının ardından yaprak klorofil içeriğinde bir artış gözlemlemiştir. CK ve BR'nin birleşik ısı stresi altında yaprak klorofil içeriğinde artışı teşvik etmesinin makul bir açıklaması, CK'nin ifade promotörlerinin (sensans aktive edici promotör (SAG12) veya HSP18 promotörü gibi) sürekli indüksiyonunun başlatılmasını artırabilmesi ve yapraklardaki klorofil kaybını azaltabilmesidir. , yaprak senesansını geciktirebilir ve bitkinin ısıya karşı direncini artırabilir (Liu ve ark., 2020). BR, stres koşulları altında klorofil biyosentezinde yer alan enzimlerin sentezini aktive ederek veya indükleyerek yaprak klorofilini koruyabilir ve yaprak klorofil içeriğini artırabilir (Sharma ve ark., 2017; Siddiqui ve ark., 2018). Son olarak, iki fitohormon (CK ve BR) da ısı şoku proteinlerinin ekspresyonunu teşvik eder ve artan klorofil biyosentezi gibi çeşitli metabolik adaptasyon süreçlerini iyileştirir (Sharma ve ark., 2017; Liu ve ark., 2020).
Klorofil a floresan parametreleri, bitkinin abiyotik stres koşullarına toleransını veya adaptasyonunu değerlendirebilen hızlı ve tahribatsız bir yöntem sunar (Chaerle vd. 2007; Kalaji vd. 2017). Fv/Fm oranı gibi parametreler, bitkinin stres koşullarına adaptasyonunun göstergesi olarak kullanılmıştır (Alvarado-Sanabria vd. 2017; Chavez-Arias vd. 2020). Bu çalışmada, SC bitkileri, ağırlıklı olarak “F2000” pirinç bitkileri olmak üzere, bu değişkenin en düşük değerlerini göstermiştir. Yin vd. (2010) ayrıca, en yüksek kardeşlenen pirinç yapraklarının Fv/Fm oranının 35 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda önemli ölçüde azaldığını bulmuştur. Feng vd. (2013)'e göre, ısı stresi altında daha düşük Fv/Fm oranı, PSII reaksiyon merkezi tarafından uyarılma enerjisinin yakalanma ve dönüştürülme oranının azaldığını, bunun da PSII reaksiyon merkezinin ısı stresi altında parçalandığını gösterdiğini göstermektedir. Bu gözlem, fotosentetik aygıttaki bozuklukların hassas çeşitlerde (Fedearroz 2000) dirençli çeşitlere (Fedearroz 67) göre daha belirgin olduğu sonucuna varmamızı sağlıyor.
CK veya BR kullanımı genellikle karmaşık ısı stresi koşulları altında PSII'nin performansını artırdı. Benzer sonuçlar, BR uygulamasının pirinçte ısı stresi altında PSII verimliliğini artırdığını gözlemleyen Suchsagunpanit ve arkadaşları (2015) tarafından da elde edildi. Kumar ve arkadaşları (2020) ayrıca CK (6-benziladenin) ile muamele edilen ve ısı stresine tabi tutulan nohut bitkilerinin Fv/Fm oranını artırdığını bularak, zeaksantin pigment döngüsünü aktive ederek CK'nin yaprak uygulamasının PSII aktivitesini desteklediği sonucuna vardı. Ek olarak, BR yaprak spreyi, birleşik stres koşulları altında PSII fotosentezini destekledi ve bu fitohormonun uygulanmasının PSII antenlerinin uyarılma enerjisinin dağılımını azalttığını ve kloroplastlarda küçük ısı şoku proteinlerinin birikimini desteklediğini gösterdi (Ogweno ve arkadaşları 2008; Kothari ve Lachowitz ). , 2021).
Bitkiler abiyotik stres altındayken, optimum koşullar altında yetiştirilen bitkilere kıyasla MDA ve prolin içerikleri sıklıkla artar (Alvarado-Sanabria ve ark. 2017). Önceki çalışmalar ayrıca MDA ve prolin seviyelerinin gündüz veya gece yüksek sıcaklıklarında pirinçte adaptasyon sürecini veya agronomik uygulamaların etkisini anlamak için kullanılabilecek biyokimyasal göstergeler olduğunu göstermiştir (Alvarado-Sanabria ve ark., 2017; Quintero-Calderón ve ark. . , 2021). Bu çalışmalar ayrıca MDA ve prolin içeriklerinin sırasıyla gece veya gündüz yüksek sıcaklıklara maruz kalan pirinç bitkilerinde daha yüksek olma eğiliminde olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, CK ve BR'nin yaprak püskürtme uygulaması, esas olarak toleranslı genotipte (Federroz 67) MDA'da bir azalmaya ve prolin seviyelerinde bir artışa katkıda bulunmuştur. CK spreyi, sitokinin oksidaz/dehidrogenazın aşırı ekspresyonunu destekleyerek betain ve prolin gibi koruyucu bileşiklerin içeriğini artırabilir (Liu ve ark., 2020). BR, betain, şekerler ve amino asitler (serbest prolin dahil) gibi ozmoprotektanların indüksiyonunu destekleyerek birçok olumsuz çevre koşulunda hücresel ozmotik dengeyi korur (Kothari ve Lachowiec, 2021).
Bitki stres indeksi (CSI) ve bağıl tolerans indeksi (RTI), değerlendirilen uygulamaların çeşitli stresleri (abiokyotik ve biyotik) hafifletmeye yardımcı olup olmadığını ve bitki fizyolojisi üzerinde olumlu bir etkiye sahip olup olmadığını belirlemek için kullanılır (Castro-Duque vd., 2020; Chavez-Arias vd., 2020). CSI değerleri, sırasıyla stres ve stres koşullarını temsil eden 0 ila 1 arasında değişebilir (Lee vd., 2010). Isı stresi altındaki (SC) bitkilerin CSI değerleri 0,8 ila 0,9 arasında değişmiştir (Şekil 2B), bu da pirinç bitkilerinin birleşik stresten olumsuz etkilendiğini göstermektedir. Bununla birlikte, BC (0,6) veya CK'nın (0,6) yaprak püskürtme uygulaması, SC pirinç bitkilerine kıyasla abiotik stres koşulları altında bu göstergede esas olarak bir azalmaya yol açmıştır. F2000 bitkilerinde, RTI, SA (%33,52) ile karşılaştırıldığında CA (%97,69) ve BC (%60,73) kullanıldığında daha yüksek bir artış gösterdi; bu, bu bitki büyüme düzenleyicilerinin pirincin kompozisyona toleransına verdiği tepkiyi iyileştirmeye de katkıda bulunduğunu göstermektedir. Aşırı ısınma. Bu endeksler, farklı türlerdeki stres koşullarını yönetmek için önerilmiştir. Lee ve arkadaşları (2010) tarafından yürütülen bir çalışma, orta düzeyde su stresi altındaki iki pamuk çeşidinin CSI'sinin yaklaşık 0,85 olduğunu, iyi sulanan çeşitlerin CSI değerlerinin ise 0,4 ila 0,6 arasında değiştiğini göstererek, bu endeksin çeşitlerin su adaptasyonunun bir göstergesi olduğu sonucuna varmıştır. stresli koşullar. Dahası, Chavez-Arias ve arkadaşları (2020), C. elegans bitkilerinde kapsamlı bir stres yönetim stratejisi olarak sentetik uyarıcıların etkinliğini değerlendirmiş ve bu bileşiklerle püskürtülen bitkilerin daha yüksek RTI (%65) sergilediğini bulmuştur. Yukarıdakilere dayanarak, CK ve BR, pirincin kompleks ısı stresine karşı toleransını artırmayı amaçlayan agronomik stratejiler olarak düşünülebilir, çünkü bu bitki büyüme düzenleyicileri olumlu biyokimyasal ve fizyolojik tepkileri indükler.
Son yıllarda Kolombiya'daki pirinç araştırmaları, fizyolojik veya biyokimyasal özellikler kullanılarak yüksek gündüz veya gece sıcaklıklarına dayanıklı genotiplerin değerlendirilmesine odaklanmıştır (Sánchez-Reinoso vd., 2014; Alvarado-Sanabria vd., 2021). Ancak son yıllarda, ülkede karmaşık ısı stresi dönemlerinin etkilerini iyileştirmek için entegre ürün yönetimi önermek amacıyla pratik, ekonomik ve karlı teknolojilerin analizi giderek daha önemli hale gelmiştir (Calderón-Páez vd., 2021; Quintero-Calderon vd., 2021). Bu nedenle, bu çalışmada gözlemlenen karmaşık ısı stresine (40°C gündüz/30°C gece) pirinç bitkilerinin fizyolojik ve biyokimyasal tepkileri, CK veya BR ile yaprak püskürtmenin olumsuz etkileri azaltmak için uygun bir ürün yönetim yöntemi olabileceğini düşündürmektedir. Orta dereceli ısı stresi dönemlerinin etkisi. Bu uygulamalar her iki pirinç genotipinin (düşük CSI ve yüksek RTI) toleransını iyileştirerek, birleşik ısı stresi altında bitki fizyolojik ve biyokimyasal tepkilerinde genel bir eğilim gösterdi. Pirinç bitkilerinin ana tepkisi GC, toplam klorofil, klorofil α ve β ve karotenoidlerin içeriğinde bir azalmaydı. Ek olarak, bitkiler PSII hasarı (Fv/Fm oranı gibi azalan klorofil floresans parametreleri) ve artan lipid peroksidasyonundan muzdariptir. Öte yandan, pirinç CK ve BR ile muamele edildiğinde, bu olumsuz etkiler hafifletildi ve prolin içeriği arttı (Şekil 4).
Şekil 4. Pirinç bitkileri üzerinde birleşik ısı stresi ve yaprak bitki büyüme düzenleyici spreyinin etkilerinin kavramsal modeli. Kırmızı ve mavi oklar, ısı stresi ile BR (brassinosteroid) ve CK'nin (sitokinin) yaprak uygulaması arasındaki etkileşimin sırasıyla fizyolojik ve biyokimyasal tepkiler üzerindeki negatif veya pozitif etkilerini göstermektedir. gs: stoma iletkenliği; Toplam Chl: toplam klorofil içeriği; Chl α: klorofil β içeriği; Cx+c: karotenoid içeriği;
Özetle, bu çalışmadaki fizyolojik ve biyokimyasal tepkiler, Fedearroz 2000 pirinç bitkilerinin Fedearroz 67 pirinç bitkilerine göre karmaşık ısı stresi dönemine daha duyarlı olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada değerlendirilen tüm büyüme düzenleyiciler (oksinler, gibberellinler, sitokininler veya brassinosteroidler) birleşik ısı stresinde belirli bir dereceye kadar azalma göstermiştir. Bununla birlikte, sitokinin ve brassinosteroidler daha iyi bitki adaptasyonunu indüklemiştir çünkü her iki bitki büyüme düzenleyicisi de herhangi bir uygulama yapılmayan pirinç bitkilerine kıyasla klorofil içeriğini, alfa-klorofil floresans parametrelerini, gs'yi ve RWC'yi artırmış ve ayrıca MDA içeriğini ve kanopi sıcaklığını azaltmıştır. Özetle, bitki büyüme düzenleyicilerinin (sitokininler ve brassinosteroidler) kullanımının, yüksek sıcaklık dönemlerinde şiddetli ısı stresinin neden olduğu pirinç mahsullerindeki stres koşullarını yönetmede yararlı bir araç olduğu sonucuna vardık.
Çalışmada sunulan orijinal materyaller makaleye eklenmiştir ve daha fazla bilgi için ilgili yazara başvurulabilir.
Gönderi zamanı: 08-Ağu-2024