Bitki büyüme düzenleyicileri, çeşitli bitkilerde ısı stresini azaltmak için bir strateji olarak kullanılmıştır.

Kolombiya'da iklim değişikliği ve değişkenliği nedeniyle pirinç üretimi azalıyor.Bitki büyüme düzenleyicileriÇeşitli bitkilerde ısı stresini azaltmak için bir strateji olarak kullanılmıştır. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, kombine ısı stresine (yüksek gündüz ve gece sıcaklıkları, bitki örtüsü sıcaklığı ve bağıl su içeriği) maruz bırakılan iki ticari pirinç genotipinin fizyolojik etkilerini (stoma iletkenliği, toplam klorofil içeriği, Fv/Fm oranı) ve biyokimyasal değişkenlerini (malondialdehit (MDA) ve prolinik asit içeriği) değerlendirmektir. Birinci ve ikinci deneyler sırasıyla Federrose 67 (“F67”) ve Federrose 2000 (“F2000”) olmak üzere iki pirinç genotipinin bitkileri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Her iki deney de bir deney serisi olarak birlikte analiz edilmiştir. Oluşturulan uygulamalar şu şekildedir: mutlak kontrol (AC) (optimal sıcaklıklarda (gündüz/gece sıcaklığı 30/25°C) yetiştirilen pirinç bitkileri), ısı stresi kontrolü (SC) [sadece kombine ısı stresine (40/25°C) maruz bırakılan pirinç bitkileri]. 30°C)], ve pirinç bitkileri strese maruz bırakıldı ve bitki büyüme düzenleyicileri (stres+AUX, stres+BR, stres+CK veya stres+GA) ile iki kez (ısı stresinden 5 gün önce ve 5 gün sonra) püskürtüldü. SA ile püskürtme, her iki çeşidin de toplam klorofil içeriğini artırdı (pirinç bitkilerinin "F67" ve "F2000" taze ağırlığı sırasıyla 3,25 ve 3,65 mg/g idi) SC bitkilerine kıyasla ( "F67" bitkilerinin taze ağırlığı 2,36 ve 2,56 mg/g idi). g-1) ve pirinç "F2000", yapraktan CK uygulaması da genel olarak pirinç "F2000" bitkilerinin stoma iletkenliğini ısı stresi kontrolüne kıyasla iyileştirdi (499,25'e karşı 150,60 mmol m-2 s). Isı stresi altında, bitki taç sıcaklığı 2-3 °C azalır ve bitkilerdeki MDA içeriği azalır. Göreceli tolerans indeksi, CK (%97,69) ve BR (%60,73)'nin yapraktan uygulanmasının, özellikle F2000 pirinç bitkilerinde, kombine ısı stresi sorununu hafifletmeye yardımcı olabileceğini göstermektedir. Sonuç olarak, BR veya CK'nin yapraktan püskürtülmesi, kombine ısı stresi koşullarının pirinç bitkilerinin fizyolojik davranışları üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmaya yardımcı olacak bir tarımsal 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 ekimi yapılan alan 617.934 hektardır ve 2020 yılında ulusal üretim 2.937.840 ton olup ortalama verim 5,02 ton/hektardır (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Küresel ısınma, pirinç mahsullerini etkileyerek yüksek sıcaklıklar ve kuraklık dönemleri gibi çeşitli abiyotik stres türlerine yol açmaktadır. İklim değişikliği küresel sıcaklıkların yükselmesine neden olmaktadır; 21. yüzyılda sıcaklıkların 1,0–3,7°C artması bekleniyor, bu da ısı stresinin sıklığını ve yoğunluğunu artırabilir. Artan çevre sıcaklıkları pirinci etkileyerek mahsul veriminde %6–7 oranında düşüşe neden olmuştur. Öte yandan, iklim değişikliği, tropikal ve subtropikal bölgelerde şiddetli kuraklık veya yüksek sıcaklık dönemleri gibi mahsuller için elverişsiz çevre koşullarına da yol açmaktadır. Ayrıca, El Niño gibi değişkenlik olayları, bazı tropikal bölgelerde ısı stresine yol açabilir ve mahsul hasarını şiddetlendirebilir. Kolombiya'da, pirinç üretim alanlarındaki sıcaklıkların 2050 yılına kadar 2–2,5°C artması bekleniyor, bu da pirinç üretimini azaltacak ve ürünlerin pazarlara ve tedarik zincirlerine akışını etkileyecektir.
Pirinç mahsullerinin çoğu, sıcaklıkların mahsul büyümesi için optimum aralığa yakın olduğu bölgelerde yetiştirilmektedir (Shah vd., 2011). En uygun ortalama gündüz ve gece sıcaklıklarının şu şekilde olduğu bildirilmiştir:pirinç büyümesi ve gelişimiGenellikle sırasıyla 28°C ve 22°C'dir (Kilasi vd., 2018; Calderón-Páez vd., 2021). Bu eşiklerin üzerindeki sıcaklıklar, pirinç gelişiminin hassas aşamalarında (sürgün verme, çiçeklenme, çiçeklenme ve tane dolumu) orta ila şiddetli ısı stresi dönemlerine neden olarak tane verimini olumsuz etkileyebilir. Verimdeki bu azalma esas olarak bitki fizyolojisini etkileyen uzun süreli ısı stresinden kaynaklanmaktadır. Stres süresi ve ulaşılan maksimum sıcaklık gibi çeşitli faktörlerin etkileşimi nedeniyle, ısı stresi bitki metabolizması ve gelişiminde bir dizi geri dönüşü olmayan 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 oranı %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, gece 28–30°C) maruz kaldığında fotosentez oranları ve stoma iletkenliği engellenir (Lü vd., 2013; Fahad vd., 2016; Chaturvedi vd., 2017). Yüksek gece sıcaklıkları (30°C) fotosentezi orta derecede engeller ancak gece solunumunu artırır (Fahad vd., 2016; Alvarado-Sanabria vd., 2017). Stres döneminden bağımsız olarak, ısı stresi pirinç bitkilerinde yaprak klorofil içeriğini, klorofil değişken floresansının maksimum klorofil floresansına oranını (Fv/Fm) ve Rubisco aktivasyonunu da etkiler (Cao vd. 2009; Yin vd. 2010; Sanchez Reynoso vd., 2014).
Biyokimyasal değişiklikler, bitkilerin ısı stresine adaptasyonunun bir diğer yönüdür (Wahid vd., 2007). Prolin içeriği, bitki stresinin biyokimyasal bir göstergesi olarak kullanılmıştır (Ahmed ve Hassan 2011). Prolin, yüksek sıcaklık koşullarında karbon veya azot kaynağı ve membran stabilizatörü olarak işlev görerek 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, kombine ısı stresi [37/30°C (gündüz/gece)], pirinçteki elektrolit sızıntısı yüzdesini ve malondialdehit içeriğini artırdı (Liu ve ark., 2013).
Bitki büyüme düzenleyicilerinin (GR'ler) 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 vd., 2011; Ahmed vd., 2015). Genetik kaynakların dışarıdan uygulanması, çeşitli bitkilerde 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 vd. Ren, 2011; Mitler vd., 2012; Zhou vd., 2014). Kolombiya'da, genetik kaynakların dışarıdan uygulanması ve bunun pirinç bitkileri üzerindeki etkisi tam olarak anlaşılmamış ve incelenmemiştir. Ancak, daha önceki bir çalışma, BR'nin yapraktan püskürtülmesinin, pirinç fidelerinin yapraklarındaki gaz değişim özelliklerini, klorofil veya prolin içeriğini iyileştirerek pirinç toleransını artırabileceğini göstermiştir (Quintero-Calderón et al., 2021).
Sitokininler, ısı stresi de dahil olmak üzere abiyotik streslere karşı bitki tepkilerini düzenler (Ha vd., 2012). Ayrıca, sitokininlerin dışarıdan uygulanmasının termal hasarı azaltabileceği bildirilmiştir. Örneğin, zeatinin dışarıdan uygulanması, ısı stresi sırasında sürünen çim (Agrotis estolonifera) bitkisinde fotosentetik oranı, klorofil a ve b içeriğini ve elektron taşıma verimliliğini artırmıştır (Xu ve Huang, 2009; Jespersen ve Huang, 2015). Zeatinin dışarıdan uygulanması ayrıca antioksidan aktiviteyi iyileştirebilir, çeşitli proteinlerin sentezini artırabilir, reaktif oksijen türlerinin (ROS) hasarını ve bitki dokularında malondialdehit (MDA) üretimini azaltabilir (Chernyadyev, 2009; Yang vd., 2009, 2016; Kumar vd., 2020).
Gibberellik asit kullanımı, ısı stresine karşı olumlu bir yanıt da göstermiştir. Çalışmalar, GA biyosentezinin çeşitli metabolik yolları düzenlediğini 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) yapraktan püskürtülmesinin, kontrol bitkilerine kıyasla ısı stresi altındaki portakal bitkilerinde fotosentetik oranı ve antioksidan aktiviteyi artırabileceğini bulmuştur. Ayrıca, ekzojen HA uygulamasının, ısı stresi altındaki hurma ağacında (Phoenix dactylifera) nispi nem içeriğini, klorofil ve karotenoid içeriğini artırdığı ve lipid peroksidasyonunu azalttığı gözlemlenmiştir (Khan vd., 2020). Oksin ayrıca, yüksek sıcaklık koşullarına adaptif büyüme yanıtlarının düzenlenmesinde önemli bir rol oynamaktadır (Sun vd., 2012; Wang vd., 2016). Bu büyüme düzenleyici, abiyotik stres altında prolin sentezi veya yıkımı 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'nın azalmasına yol açar (Bielach vd., 2017). Sergeev vd. (2018), ısı stresi altındaki bezelye bitkilerinde (Pisum sativum) prolin – dimetilaminoetoksikarbonilmetil)naftilklorometil eter (TA-14) içeriğinin arttığını gözlemlemiştir. Aynı deneyde, AUX ile işlem görmüş bitkilerde, işlem görmemiş bitkilere kıyasla daha düşük MDA seviyeleri de gözlemlemişlerdir.
Brassinosteroidler, ısı stresinin etkilerini hafifletmek için kullanılan bir diğer büyüme düzenleyici sınıfıdır. Ogweno ve ark. (2008), ekzojen BR spreyinin, 8 gün boyunca ısı stresi altındaki domates (Solanum lycopersicum) bitkilerinde net fotosentetik oranı, stoma iletkenliğini ve Rubisco karboksilasyonunun maksimum oranını artırdığını bildirmiştir. Epibrassinosteroidlerin yaprak spreyi, ısı stresi altındaki salatalık (Cucumis sativus) bitkilerinde net fotosentetik oranı artırabilir (Yu ve ark., 2004). Ek olarak, ekzojen BR uygulaması, klorofil bozulmasını geciktirir ve ısı stresi altındaki bitkilerde su kullanım verimliliğini ve PSII fotokimyasının maksimum kuantum verimini artırır (Holá ve ark., 2010; Toussagunpanit ve ark., 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). Ayrıca, biyokimyasal ve fizyolojik değişkenlerin (yaprak sıcaklığı, stoma iletkenliği, klorofil floresans parametreleri, klorofil ve bağıl su içeriği, malondialdehit ve prolin sentezi) kullanımı, yerel ve uluslararası düzeyde ısı stresi altındaki pirinç bitkilerinin taranması için güvenilir bir araçtır (Sánchez-Reynoso vd., 2014; Alvarado-Sanabria vd., 2017). Bununla birlikte, yerel düzeyde pirinçte yapraktan fitohormonal spreylerin kullanımına ilişkin araştırmalar nadirdir. Bu nedenle, bitki büyüme düzenleyicilerinin uygulanmasının fizyolojik ve biyokimyasal reaksiyonlarının incelenmesi, pirinçte karmaşık bir ısı stresi döneminin olumsuz etkilerini ele alan pratik tarımsal stratejilerin önerilmesi için büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, dört bitki büyüme düzenleyicisinin (AUX, CK, GA ve BR) yapraktan uygulanmasının fizyolojik (stoma iletkenliği, klorofil floresans parametreleri ve bağıl su içeriği) ve biyokimyasal etkilerini değerlendirmektir. (Fotosentetik pigmentler, malondialdehit ve prolin içeriği) Yüksek gündüz/gece sıcaklıkları (birleşik ısı stresi) etkisine maruz bırakılan iki ticari pirinç genotipindeki değişkenler.
Bu çalışmada iki bağımsız deney yapılmıştır. Birinci deneyde Federrose 67 (F67: son on yılda yüksek sıcaklıklarda geliştirilen bir genotip) ve ikinci deneyde ise Federrose 2000 (F2000: 20. yüzyılın son on yılında geliştirilen ve beyaz yaprak virüsüne direnç gösteren bir genotip) genotipleri kullanılmıştır. Her iki genotip de Kolombiyalı çiftçiler tarafından yaygın olarak yetiştirilmektedir. Tohumlar, %2 organik madde içeren kumlu tınlı toprak içeren 10 litrelik tepsilere (uzunluk 39,6 cm, genişlik 28,8 cm, yükseklik 16,8 cm) ekilmiştir. Her tepsiye beş adet önceden çimlendirilmiş tohum ekilmiştir. Tepsiler, Kolombiya Ulusal Üniversitesi Tarım Bilimleri Fakültesi'nin Bogotá kampüsündeki serasına (43°50′56″ K, 74°04′051″ B), deniz seviyesinden 2556 m yükseklikte yerleştirilmiştir. m.) ve Ekim-Aralık 2019 tarihleri ​​arasında gerçekleştirildi. Bir deney (Federroz 67) ve ikinci bir deney (Federroz 2000) aynı 2020 sezonunda yapıldı.
Her ekim sezonunda seradaki çevresel koşullar 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-). Bitkiler, Sánchez-Reinoso vd. (2019)'a göre, tohum çıkışından 20 gün sonra (DAE) her elementin içeriğine göre gübrelenmiştir: 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 ayrıca bitki başına 10 mg bor, bitki başına 17 mg bakır ve bitki başına 44 mg çinko içermektedir. Pirinç bitkileri, bu dönemde fenolojik aşama V5'e ulaştıklarında her deneyde 47 DAE'ye kadar muhafaza edilmiştir. Önceki çalışmalar, bu fenolojik aşamanın pirinçte ısı stresi çalışmaları yürütmek için uygun bir zaman olduğunu göstermiştir (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
Her deneyde, yaprak büyüme düzenleyicisinin iki ayrı uygulaması gerçekleştirildi. İlk yaprak spreyi uygulaması, bitkileri çevresel strese hazırlamak için ısı stresi uygulamasından 5 gün önce (42 DAE) yapıldı. İkinci yaprak spreyi ise bitkiler stres koşullarına maruz kaldıktan 5 gün sonra (52 DAE) uygulandı. Dört farklı fitohormon kullanıldı ve bu çalışmada püskürtülen her bir aktif bileşenin özellikleri Ek Tablo 1'de listelenmiştir. Kullanılan yaprak büyüme düzenleyicilerinin konsantrasyonları şu şekildedir: (i) 5 × 10−5 M konsantrasyonunda Oksin (1-naftilasetik 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, olumlu tepkiler uyandırdıkları ve bitkinin ısı stresine karşı direncini artırdıkları için seçilmiştir (Zahir vd., 2001; Wen vd., 2010; El-Bassiony vd., 2012; Salehifar vd., 2017). Bitki büyüme düzenleyici spreyleri uygulanmayan pirinç bitkilerine sadece damıtılmış su uygulandı. Tüm pirinç bitkilerine el spreyi ile püskürtme yapıldı. Yaprakların üst ve alt yüzeylerini nemlendirmek için bitkiye 20 ml H2O uygulandı. Tüm yaprak spreylerinde %0,1 (v/v) oranında tarımsal adjuvan (Agrotin, Bayer CropScience, Kolombiya) kullanıldı. Saksı ile püskürtücü arasındaki mesafe 30 cm'dir.
Her deneyde, ilk yaprak spreylemesinden 5 gün sonra (47 DAE) ısı stresi uygulamaları yapıldı. Pirinç bitkileri, ısı stresi oluşturmak veya aynı çevresel koşulları korumak için seradan 294 L'lik bir büyüme odasına (MLR-351H, Sanyo, IL, ABD) transfer edildi (47 DAE). Kombine ısı stresi uygulaması, odanın aşağıdaki gündüz/gece sıcaklıklarına ayarlanmasıyla gerçekleştirildi: gündüz yüksek sıcaklık [5 saat boyunca 40°C (11:00 - 16:00 arası)] ve gece periyodu [5 saat boyunca 30°C]. Bu işlem 8 gün boyunca (19:00 - 24:00 arası) uygulandı. Stres sıcaklığı ve maruz kalma süresi, önceki çalışmalara dayanarak seçildi (Sánchez-Reynoso vd. 2014; Alvarado-Sanabría vd. 2017). Öte yandan, büyüme odasına alınan bir grup bitki, 8 gün boyunca aynı sıcaklıkta (gündüz 30°C/gece 25°C) serada tutuldu.
Deneyin sonunda aşağıdaki tedavi 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) 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 tedavi grupları iki genotip (F67 ve F2000) için kullanıldı. Tüm tedaviler, 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.
Stomatal iletkenlik (gs), 0 ila 1000 mmol m-2 s-1 aralığında ölçüm yapabilen ve örnek haznesi açıklığı 6,35 mm olan taşınabilir bir porozometre (SC-1, METER Group Inc., ABD) kullanılarak ölçülmüştür. Ölçümler, stomametre probunun bitkinin ana sürgünü tamamen gelişmiş olgun bir yaprağa takılmasıyla alınmıştır. Her bir uygulama için, her bitkinin üç yaprağından 11:00 ile 16:00 saatleri arasında gs değerleri alınmış ve ortalamaları hesaplanmıştır.
RWC, Ghoulam ve ark. (2002) tarafından açıklanan yönteme göre belirlendi. g değerini belirlemek için kullanılan tamamen açılmış yaprak, RWC ölçümü için de kullanıldı. Taze ağırlık (FW), hasattan hemen sonra dijital bir terazi kullanılarak belirlendi. Yapraklar daha sonra su dolu bir plastik kaba konuldu ve 48 saat boyunca oda sıcaklığında (22°C) karanlıkta bırakıldı. Ardından dijital bir terazide tartıldı ve şişmiş ağırlık (TW) kaydedildi. Şişmiş yapraklar 75°C'de 48 saat boyunca fırında kurutuldu ve kuru ağırlıkları (DW) kaydedildi.
Bağıl klorofil içeriği, bir klorofil ölçüm cihazı (atLeafmeter, FT Green LLC, ABD) kullanılarak belirlendi ve atLeaf birimleri cinsinden ifade edildi (Dey vd., 2016). PSII maksimum kuantum verimliliği okumaları (Fv/Fm oranı), sürekli uyarımlı bir klorofil florometresi (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 adapte edildikten sonra, bazal (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 vd., 2017). Göreceli klorofil ve klorofil floresans okumaları, gs ölçümleri için kullanılan aynı yapraklarda alındı.
Biyokimyasal değişkenler olarak yaklaşık 800 mg yaprak taze ağırlığı toplandı. Yaprak örnekleri daha sonra sıvı nitrojen içinde homojenize edildi ve daha sonraki analizler için saklandı. Doku klorofil a, b ve karotenoid içeriğini tahmin etmek için kullanılan spektrometrik yöntem, Wellburn (1994) tarafından tanımlanan yöntem ve denklemlere dayanmaktadır. Yaprak dokusu örnekleri (30 mg) toplandı ve 3 ml %80 aseton içinde homojenize edildi. Daha sonra örnekler, partikülleri uzaklaştırmak için 10 dakika boyunca 5000 rpm'de santrifüjlendi (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, ABD). Süpernatant, %80 aseton eklenerek son hacmi 6 ml olacak şekilde seyreltildi (Sims ve Gamon, 2002). Klorofil içeriği 663 (klorofil a) ve 646 (klorofil b) nm'de, karotenoidler ise 470 nm'de bir spektrofotometre (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, ABD) kullanılarak belirlendi.
Hodges ve ark. (1999) tarafından tanımlanan tiyobarbitürik asit (TBA) yöntemi, membran lipit peroksidasyonunu (MDA) değerlendirmek için kullanıldı. Yaklaşık 0,3 g yaprak dokusu da sıvı azot içinde homojenize edildi. Numuneler 5000 rpm'de santrifüjlendi ve absorbans spektrofotometrede 440, 532 ve 600 nm'de ölçüldü. Son olarak, MDA konsantrasyonu yok olma katsayısı (157 M mL−1) kullanılarak hesaplandı.
Tüm uygulamaların prolin içeriği, Bates ve ark. (1973) tarafından tanımlanan yöntem kullanılarak belirlendi. Saklanan örneğe 10 ml %3'lük sulu sülfosalisilik asit çözeltisi eklendi ve Whatman filtre kağıdı (No. 2) ile süzüldü. Daha sonra bu süzüntünün 2 ml'si, 2 ml ninhidrik asit ve 2 ml buzlu asetik asit ile reaksiyona sokuldu. Karışım, 90°C'de 1 saat boyunca su banyosuna yerleştirildi. Reaksiyon, buz üzerinde bekletilerek durduruldu. Tüp, vorteks çalkalayıcı kullanılarak kuvvetlice çalkalandı ve elde edilen çözelti 4 ml toluen içinde çözüldü. Absorbans okumaları, fotosentetik pigmentlerin kantifikasyonu için kullanılan aynı spektrofotometre (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, ABD) kullanılarak 520 nm'de belirlendi.
Gerhards ve ark. (2016) tarafından açıklanan yöntem, bitki örtüsü sıcaklığını ve CSI'yı hesaplamak için kullanıldı. Stres döneminin sonunda ±2°C doğrulukla FLIR 2 kamera (FLIR Systems Inc., Boston, MA, ABD) ile termal fotoğraflar çekildi. Fotoğraf çekimi için bitkinin arkasına beyaz bir yüzey yerleştirildi. Yine, iki fabrika referans model olarak ele alındı. Bitkiler beyaz bir yüzeye yerleştirildi; biri tüm stomaların açılmasını simüle etmek için tarımsal bir yardımcı madde (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Kolombiya) ile kaplandı [ıslak mod (Twet)], diğeri ise herhangi bir uygulama yapılmamış bir yapraktı [kuru mod (Tdry)] (Castro-Duque ve ark., 2020). Çekim sırasında kamera ile saksı arasındaki mesafe 1 m idi.
Bu çalışmada değerlendirilen işlem görmüş genotiplerin toleransını belirlemek için, işlem görmüş bitkilerin stoma iletkenliği (gs) ile kontrol bitkilerinin (stres uygulaması yapılmamış ve büyüme düzenleyicileri uygulanmış bitkiler) stoma iletkenliği karşılaştırılarak dolaylı olarak nispi tolerans indeksi hesaplandı. RTI, Chávez-Arias ve ark. (2020)'den uyarlanmış bir denklem kullanılarak elde edildi.
Her deneyde, yukarıda belirtilen tüm fizyolojik değişkenler, üst taçtan toplanan tamamen gelişmiş yapraklar kullanılarak 55 DAE'de belirlendi ve kaydedildi. Ayrıca, bitkilerin yetiştiği çevresel koşulların değiştirilmesini önlemek için ölçümler bir büyüme odasında gerçekleştirildi.
Birinci ve ikinci deneylerden elde edilen veriler, bir deney serisi olarak birlikte analiz edildi. Her deney grubu 5 bitkiden oluşuyordu ve her bitki bir deney birimini oluşturuyordu. Varyans analizi (ANOVA) yapıldı (P ≤ 0,05). Anlamlı farklılıklar tespit edildiğinde, P ≤ 0,05 düzeyinde Tukey'nin post hoc karşılaştırma testi kullanıldı. Yüzde değerlerini dönüştürmek için arksin fonksiyonu kullanıldı. Veriler, Statistix v 9.0 yazılımı (Analytical Software, Tallahassee, FL, ABD) kullanılarak analiz edildi ve SigmaPlot (versiyon 10.0; Systat Software, San Jose, CA, ABD) kullanılarak grafiklendirildi. Çalışma kapsamındaki en iyi bitki büyüme düzenleyicilerini belirlemek için InfoStat 2016 yazılımı (Analysis Software, Cordoba Ulusal Üniversitesi, Arjantin) kullanılarak ana bileşen analizi gerçekleştirildi.
Tablo 1, deneyleri, farklı uygulamaları 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'nin, bağıl su içeriğinin (RWC), klorofil içeriğinin, klorofil alfa floresans parametrelerinin, taç sıcaklığının (PCT) (°C), bitki stres indeksinin (CSI) ve pirinç bitkilerinin 55 DAE'deki bağıl tolerans indeksinin etkisi.
Tablo 1. Deneyler (genotipler) ve ısı stresi uygulamaları arasındaki pirinç fizyolojik ve biyokimyasal değişkenlerine ilişkin ANOVA verilerinin özeti.
Deneyler ve uygulamalar arasındaki yaprak fotosentetik pigment etkileşimleri, nispi klorofil içeriği (Atleaf okumaları) ve alfa-klorofil floresans parametrelerindeki farklılıklar (P≤0,01) Tablo 2'de gösterilmiştir. Yüksek gündüz ve gece sıcaklıkları toplam klorofil ve karotenoid içeriğini artırmıştır. Herhangi bir fitohormon yaprak spreyi uygulanmayan pirinç fideleri (optimal sıcaklık koşullarında yetiştirilen bitkilere kıyasla, “F67” için 2,36 mg g-1 ve “F2000” için 2,56 mg g-1) daha düşük toplam klorofil içeriği göstermiştir (2,67 mg g-1). Her iki deneyde de “F67” 2,80 mg g-1 ve “F2000” 2,80 mg g-1 olmuştur. Ek olarak, ısı stresi altında AUX ve GA spreylerinin kombinasyonuyla muamele edilen pirinç fidelerinde her iki genotipte de klorofil içeriğinde azalma gözlemlendi (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). Isı stresi koşulları altında, BR ile yapraktan uygulama her iki genotipte de bu değişkende hafif bir artışa neden oldu. Son olarak, CK yapraktan uygulama, F67 (3,24 mg g-1) ve F2000 (3,65 mg g-1) genotiplerinde tüm uygulamalar (AUX, GA, BR, SC ve AC uygulamaları) arasında en yüksek fotosentetik pigment değerlerini gösterdi. Klorofil içeriği (yaprak başına birim) de kombine 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 etkilendi. Herhangi bir fitohormon püskürtülmeyen stresli 'F2000' fideleri en düşük Fv değerlerine (2120,15) ve Fv/Fm oranlarına (0,59) sahipti, ancak CK ile yaprak püskürtmesi bu değerleri geri kazanmaya yardımcı oldu (Fv: 2591,89, Fv/Fm oranı: 0,73). Optimal sıcaklık koşullarında yetiştirilen “F2000” bitkilerinde kaydedilenlere benzer okumalar alındı ​​(Fv: 2955.35, Fv/Fm oranı: 0.73:0.72). Başlangıç ​​floresansı (F0), maksimum floresans (Fm), PSII'nin maksimum fotokimyasal kuantum verimi (Fv/F0) ve Fm/F0 oranında anlamlı bir fark yoktu. Son olarak, BR, CK ile gözlemlenenlere benzer bir eğilim gösterdi (Fv 2545.06, Fv/Fm oranı 0.73).
Tablo 2. İki pirinç genotipinin [Federrose 67 (F67) ve Federrose 2000 (F2000)] bitkilerinde, çıkıştan 55 gün sonra (DAE) birleşik 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], bağıl klorofil içeriği (Atliff birimi), klorofil floresans parametreleri (başlangıç ​​floresansı (F0), maksimum floresans (Fm), değişken floresans (Fv), maksimum PSII verimliliği (Fv/Fm), PSII'nin fotokimyasal maksimum kuantum verimi (Fv/F0) ve Fm/F0) üzerindeki etkisi.
Farklı işlemlerden geçirilmiş pirinç bitkilerinin bağıl su içeriği (RWC), deneysel ve yaprak uygulamaları arasındaki etkileşimde farklılıklar (P ≤ 0,05) göstermiştir (Şekil 1A). SA ile işlem gördüğünde, her iki genotip için de en düşük değerler kaydedilmiştir (F67 için %74,01 ve F2000 için %76,6). Isı stresi koşulları altında, farklı fitohormonlarla işlem görmüş her iki genotipteki pirinç bitkilerinin RWC'si önemli ölçüde artmıştır. Genel olarak, CK, GA, AUX veya BR'nin yaprak uygulamaları, RWC'yi deney sırasında optimal koşullar altında yetiştirilen bitkilerin değerlerine benzer değerlere yükseltmiştir. Mutlak kontrol ve yapraktan püskürtme yapılan bitkilerde her iki genotip için de yaklaşık %83 değerleri kaydedilmiştir. Öte yandan, gs de deney-işlem etkileşiminde önemli farklılıklar (P ≤ 0,01) göstermiştir (Şekil 1B). Mutlak kontrol (AC) bitkisi, 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 kalan 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 yapılan yaprak uygulaması da g değerini artırdı. CC ile püskürtülen F2000 pirinç bitkilerinde, fitohormonlarla yaprak püskürtmenin etkisi daha belirgindi. Bu bitki grubu, mutlak kontrol bitkilerine kıyasla herhangi bir fark göstermedi (AC 511,02 ve CC 499,25 mmol m-2s-1).
Şekil 1. İki pirinç genotipinin (F67 ve F2000) bitkilerinde, çıkıştan 55 gün sonra (DAE) uygulanan kombine ısı stresinin (40°/30°C gündüz/gece) bağıl su içeriği (RWC) (A), stoma iletkenliği (gs) (B), malondialdehit (MDA) üretimi (C) ve prolin içeriği (D) üzerindeki etkisi. Her genotip için değerlendirilen uygulamalar şunlardır: mutlak kontrol (AC), ısı stresi kontrolü (SC), ısı stresi + oksin (AUX), ısı stresi + gibberellin (GA), ısı stresi + hücre mitojeni (CK) ve ısı stresi + brassinosteroid (BR). Her sütun, beş veri noktasının (n = 5) ortalama ± standart hatasını temsil eder. Farklı harflerle gösterilen sütunlar, Tukey testi (P ​​≤ 0,05) uyarınca istatistiksel olarak anlamlı farklılıkları gösterir. Eşittir işaretiyle gösterilen harfler, ortalamanın istatistiksel olarak anlamlı olmadığını (≤ 0,05) gösterir.
MDA (P ≤ 0,01) ve prolin (P ≤ 0,01) içerikleri de deney ve fitohormon uygulamaları arasındaki etkileşimde önemli farklılıklar göstermiştir (Şekil 1C, D). Her iki genotipte de SC uygulamasıyla lipid peroksidasyonunda artış gözlemlenmiştir (Şekil 1C), ancak yaprak büyüme düzenleyici spreyi ile tedavi edilen bitkilerde her iki genotipte de lipid peroksidasyonunda azalma görülmüştür; Genel olarak, fitohormonların (CA, AUC, BR veya GA) kullanımı lipid peroksidasyonunda (MDA içeriği) azalmaya yol açmaktadır. İki genotipin AC bitkileri ile ısı stresi altındaki ve fitohormonlarla püskürtülen bitkiler arasında herhangi bir fark bulunmadı (gözlemlenen FW değerleri “F67” bitkilerinde 4,38–6,77 µmol g-1 aralığında, “F2000” bitkilerinde ise 2,84 ila 9,18 µmol g-1 aralığındaydı). Öte yandan, kombine stres altında “F67” bitkilerinde prolin sentezi “F2000” bitkilerine göre daha düşüktü ve bu da prolin üretiminde artışa yol açtı. Isı stresi altındaki pirinç bitkilerinde, her iki deneyde de, bu hormonların uygulanmasının F2000 bitkilerinin amino asit içeriğini önemli ölçüde artırdığı gözlemlendi (AUX ve BR sırasıyla 30,44 ve 18,34 µmol g-1 idi) (Şekil 1G).
Şekil 2A ve B'de, yapraktan bitki büyüme düzenleyici spreyi ve kombine ısı stresinin bitki örtüsü sıcaklığı ve nispi tolerans indeksi (RTI) üzerindeki etkileri gösterilmiştir. Her iki genotip için de, AC bitkilerinin örtü sıcaklığı 27°C'ye yakın, SC bitkilerinin ise yaklaşık 28°C idi. Ayrıca, CK ve BR ile yapılan yaprak uygulamalarının, SC bitkilerine kıyasla örtü sıcaklığında 2-3°C'lik bir düşüşe neden olduğu gözlemlendi (Şekil 2A). RTI, diğer fizyolojik değişkenlere benzer bir davranış sergileyerek, deney ve uygulama arasındaki etkileşimde anlamlı farklılıklar (P ≤ 0,01) gösterdi (Şekil 2B). SC bitkileri, her iki genotipte de daha düşük bitki toleransı gösterdi (sırasıyla "F67" ve "F2000" pirinç bitkileri için %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, önemli farklılıklar yalnızca yaprak faktörü püskürtme stresi koşulları altındaki pirinç bitkilerinin verim stres indeksinde (CSI) gözlemlendi (P ≤ 0,01) (Şekil 2B). Sadece kompleks ısı stresine maruz kalan pirinç bitkileri en yüksek stres indeksi değerini (0,816) gösterdi. Pirinç bitkileri çeşitli fitohormonlarla püskürtüldüğünde, stres indeksi daha düşüktü (0,6 ile 0,67 arasında değerler). Son olarak, optimal koşullar altında yetiştirilen pirinç bitkisinin değeri 0,138 idi.
Şekil 2. İki bitki türünün taç sıcaklığı (A), nispi tolerans indeksi (RTI) (B) ve bitki stres indeksi (CSI) (C) üzerindeki kombine ısı stresinin (40°/30°C gündüz/gece) etkileri. Ticari pirinç genotipleri (F67 ve F2000) farklı ısı işlemlerine tabi tutuldu. Her genotip için değerlendirilen işlemler şunları içeriyordu: mutlak kontrol (AC), ısı stresi kontrolü (SC), ısı stresi + oksin (AUX), ısı stresi + gibberellin (GA), ısı stresi + hücre mitojeni (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 ortalama ± standart hatasını temsil eder (n = 5). Farklı harflerle gösterilen sütunlar, Tukey testi (P ​​≤ 0,05) uyarınca istatistiksel olarak anlamlı farklılıkları gösterir. Eşittir işaretiyle gösterilen harfler, ortalamanın istatistiksel olarak anlamlı olmadığını (≤ 0,05) belirtir.
Ana 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 koymuştur (Şekil 3). Vektörler değişkenleri, noktalar ise bitki büyüme düzenleyicilerini (GR'ler) temsil etmektedir. gs, klorofil içeriği, PSII'nin maksimum kuantum verimliliği (Fv/Fm) ve biyokimyasal parametrelerin (TChl, MDA ve prolin) vektörleri orijine yakın açılardadır; bu da bitkilerin fizyolojik davranışları ile değişkenler arasında yüksek bir korelasyon olduğunu göstermektedir. Bir grup (V), optimum sıcaklıkta (AT) yetiştirilen pirinç fidelerini ve CK ve BA ile muamele edilen F2000 bitkilerini içermektedir. Aynı zamanda, GR ile muamele edilen bitkilerin çoğunluğu ayrı bir grup (IV) oluştururken, F2000'de GA ile muamele ayrı bir grup (II) oluşturmuştur. Buna karşılık, bitki hormonlarının yapraktan püskürtülmesi yapılmayan (her iki genotip de SC idi) ısı stresi altındaki pirinç fideleri (I ve III grupları), V grubunun tam tersi bir bölgede yer alarak ısı stresinin bitki fizyolojisi üzerindeki etkisini göstermiştir.
Şekil 3. İki pirinç genotipinin (F67 ve F2000) bitkilerinde, çıkıştan 55 gün sonra (DAE) kombine ısı stresinin (40°/30°C gündüz/gece) etkilerinin biyografik 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 steroid; F2000.
Klorofil içeriği, stoma iletkenliği, Fv/Fm oranı, CSI, MDA, RTI ve prolin içeriği gibi değişkenler, pirinç genotiplerinin adaptasyonunu anlamaya ve ısı stresi altında tarımsal stratejilerin etkisini değerlendirmeye yardımcı olabilir (Sarsu vd., 2018; Quintero-Calderon vd., 2021). Bu deneyin amacı, karmaşık ısı stresi koşulları altında pirinç fidelerinin fizyolojik ve biyokimyasal parametreleri üzerindeki dört büyüme düzenleyicisinin uygulanmasının etkisini değerlendirmektir. Fide testi, mevcut altyapının büyüklüğüne 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 ortaya koymuştur. Bu sonuçlar ayrıca, yaprak büyüme düzenleyici spreylerin (esas olarak sitokininler ve brassinosteroidler) pirincin karmaşık ısı stresine uyum sağlamasına yardımcı olduğunu ve bunun esas olarak 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 durum, daha yüksek stres ve daha düşük bitki örtüsü sıcaklıklarıyla ilişkili olabilir. Bu çalışma, “F2000” (hassas genotip) bitkileri arasında, öncelikle CK veya BR ile muamele edilen pirinç bitkilerinin, SC ile muamele edilen bitkilere göre 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 vd., 2018; Quintero-Carr DeLong vd., 2021). Yaprak CK veya BR, stres altında g'yi artırır çünkü bu bitki hormonları, ABA (abiyotik stres altında stomatal kapanmayı teşvik eden) gibi diğer sinyal molekülleriyle sentetik etkileşimler yoluyla stomatal açıklığı teşvik edebilir (Macková vd., 2013; Zhou vd., 2013). 2013). ). , 2014). Stomatal açıklık yaprak soğutmasını teşvik eder ve bitki örtüsü sıcaklıklarının düşmesine yardımcı olur (Sonjaroon vd., 2018; Quintero-Calderón vd., 2021). Bu nedenlerle, CK veya BR ile püskürtülen pirinç bitkilerinin bitki örtüsü sıcaklığı, kombine 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 püskürtülmediğinde, her iki genotipte de fotosentetik pigmentlerin azalma eğiliminde olduğu gözlemlenmiştir (Tablo 2). Feng vd. (2013) de ısı stresine maruz kalan iki buğday genotipinin yapraklarında klorofil içeriğinde önemli bir azalma olduğunu bildirmiştir. Yüksek sıcaklıklara maruz kalma genellikle klorofil içeriğinde azalmaya neden olur; bu durum, klorofil biyosentezinin azalması, pigmentlerin bozulması veya ısı stresi altında bunların birleşik etkilerinden kaynaklanabilir (Fahad vd., 2017). Bununla birlikte, esas olarak CK ve BA ile muamele edilen pirinç bitkilerinde, ısı stresi altında yaprak fotosentetik pigmentlerinin konsantrasyonu artmıştır. Benzer sonuçlar Jespersen ve Huang (2015) ve Suchsagunpanit vd. tarafından da bildirilmiştir. (2015), sırasıyla ısı stresi altındaki çim ve pirinçte zeatin ve epibrassinosteroid hormonlarının uygulanmasının ardından yaprak klorofil içeriğinde artış gözlemlemiştir. CK ve BR'nin kombine ısı stresi altında yaprak klorofil içeriğini artırmasının makul bir açıklaması, CK'nın ekspresyon promotörlerinin (örneğin yaşlanmayı aktive eden promotör (SAG12) veya HSP18 promotörü) sürekli indüksiyonunun başlatılmasını artırabileceği ve yapraklardaki klorofil kaybını azaltabileceği, yaprak yaşlanmasını geciktirebileceği ve bitkinin ısıya karşı direncini artırabileceğidir (Liu vd., 2020). BR, stres koşulları altında klorofil biyosentezinde yer alan enzimlerin sentezini aktive ederek veya indükleyerek yaprak klorofilini koruyabilir ve yaprak klorofil içeriğini artırabilir (Sharma vd., 2017; Siddiqui vd., 2018). Son olarak, iki fitohormon (CK ve BR) ayrıca ısı şok proteinlerinin ekspresyonunu teşvik eder ve klorofil biyosentezinin artması gibi çeşitli metabolik adaptasyon süreçlerini iyileştirir (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
Klorofil a floresans parametreleri, bitkilerin abiyotik stres koşullarına toleransını veya adaptasyonunu değerlendirmek için hızlı ve tahribatsız bir yöntem sağlar (Chaerle vd. 2007; Kalaji vd. 2017). Fv/Fm oranı gibi parametreler, bitkilerin stres koşullarına adaptasyonunun göstergeleri olarak kullanılmıştır (Alvarado-Sanabria vd. 2017; Chavez-Arias vd. 2020). Bu çalışmada, SC bitkileri, özellikle “F2000” pirinç bitkileri, bu değişkenin en düşük değerlerini göstermiştir. Yin vd. (2010) ayrıca, en yüksek kardeşlenme gösteren 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 uyarım enerjisi yakalama ve dönüştürme oranının azaldığını, yani PSII reaksiyon merkezinin ısı stresi altında parçalandığını göstermektedir. Bu gözlem, fotosentetik aparattaki bozulmaların, dirençli çeşitlere (Fedearroz 67) kıyasla hassas çeşitlerde (Fedearroz 2000) daha belirgin olduğu sonucuna varmamızı sağlar.
CK veya BR kullanımı, karmaşık ısı stresi koşulları altında PSII performansını genel olarak artırmıştır. Suchsagunpanit ve ark. (2015) tarafından yapılan benzer sonuçlar, BR uygulamasının pirinçte ısı stresi altında PSII verimliliğini artırdığını gözlemlemiştir. Kumar ve ark. (2020) ayrıca, CK (6-benziladenin) ile muamele edilen ve ısı stresine maruz bırakılan nohut bitkilerinde Fv/Fm oranının arttığını bulmuş ve CK'nın yapraktan uygulanmasının zeaksantin pigment döngüsünü aktive ederek PSII aktivitesini desteklediği sonucuna varmıştır. Ek olarak, BR yaprak spreyi, birleşik stres koşulları altında PSII fotosentezini desteklemiş, bu fitohormonun uygulanmasının PSII antenlerinin uyarım enerjisinin dağılımını azalttığını ve kloroplastlarda küçük ısı şok proteinlerinin birikimini teşvik ettiğini göstermiştir (Ogweno ve ark. 2008; Kothari ve Lachowitz 2021).
Bitkiler abiyotik strese maruz kaldığında, MDA ve prolin içerikleri genellikle optimal koşullar altında yetiştirilen bitkilere kıyasla artar (Alvarado-Sanabria vd., 2017). Önceki çalışmalar ayrıca MDA ve prolin seviyelerinin, gündüz veya gece yüksek sıcaklıklara maruz kalan pirinçte adaptasyon sürecini veya tarımsal uygulamaların etkisini anlamak için kullanılabilecek biyokimyasal göstergeler olduğunu göstermiştir (Alvarado-Sanabria vd., 2017; Quintero-Calderón vd., 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 yapraktan püskürtülmesi, özellikle toleranslı genotipte (Federroz 67) MDA'da azalmaya ve prolin seviyelerinde artışa katkıda bulunmuştur. CK spreyi, sitokinin oksidaz/dehidrogenazın aşırı ekspresyonunu teşvik ederek betain ve prolin gibi koruyucu bileşiklerin içeriğini artırabilir (Liu vd., 2020). BR, betain, şekerler ve amino asitler (serbest prolin dahil) gibi ozmoprotektanların indüksiyonunu teşvik ederek birçok olumsuz çevresel koşul altında hücresel ozmotik dengeyi korur (Kothari ve Lachowiec, 2021).
Bitki stres indeksi (CSI) ve nispi tolerans indeksi (RTI), değerlendirilen uygulamaların çeşitli stresleri (abiyotik 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 0 ile 1 arasında değişebilir ve sırasıyla stressiz ve stresli koşulları temsil eder (Lee vd., 2010). Isı stresi altındaki (SC) bitkilerin CSI değerleri 0,8 ile 0,9 arasında değişmekteydi (Şekil 2B), bu da pirinç bitkilerinin kombine stresten olumsuz etkilendiğini göstermektedir. Bununla birlikte, BC (0,6) veya CK (0,6) yaprak spreyi uygulaması, SC pirinç bitkilerine kıyasla abiyotik stres koşulları altında bu göstergede esas olarak bir azalmaya yol açmıştır. F2000 bitkilerinde, RTI, SA'ya (%33,52) kıyasla CA (%97,69) ve BC (%60,73) kullanıldığında daha yüksek bir artış gösterdi; bu da bu bitki büyüme düzenleyicilerinin pirincin aşırı ısınmaya karşı toleransına verdiği tepkiyi iyileştirmeye de katkıda bulunduğunu gösteriyor. Bu indeksler, farklı türlerdeki stres koşullarını yönetmek için önerilmiştir. Lee vd. (2010) tarafından yapılan bir çalışma, orta derecede su stresi altındaki iki pamuk çeşidinin CSI değerinin yaklaşık 0,85 olduğunu, iyi sulanan çeşitlerin CSI değerlerinin ise 0,4 ile 0,6 arasında değiştiğini göstererek, bu indeksin çeşitlerin stresli koşullara su adaptasyonunun bir göstergesi olduğu sonucuna varmıştır. Ayrıca, Chavez-Arias vd. (2020), C. elegans bitkilerinde kapsamlı bir stres yönetimi stratejisi olarak sentetik uyarıcıların etkinliğini değerlendirmiş ve bu bileşiklerle püskürtülen bitkilerin daha yüksek RTI (%65) sergilediğini bulmuştur. Yukarıdakilere dayanarak, CK ve BR, bu bitki büyüme düzenleyicilerinin olumlu biyokimyasal ve fizyolojik tepkiler oluşturması nedeniyle, pirincin karmaşık ısı stresine karşı toleransını artırmayı amaçlayan tarımsal stratejiler olarak değerlendirilebilir.
Son birkaç yıldır Kolombiya'daki pirinç araştırmaları, fizyolojik veya biyokimyasal özellikler kullanılarak yüksek gündüz veya gece sıcaklıklarına toleranslı genotiplerin değerlendirilmesine odaklanmıştır (Sánchez-Reinoso vd., 2014; Alvarado-Sanabria vd., 2021). Bununla birlikte, son birkaç yıldır, ülkedeki karmaşık ısı stresi dönemlerinin etkilerini iyileştirmek için entegre bitki 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 pirinç bitkilerinin karmaşık ısı stresine (40°C gündüz/30°C gece) karşı fizyolojik ve biyokimyasal tepkileri, CK veya BR ile yapraktan püskürtmenin olumsuz etkileri azaltmak için uygun bir bitki yönetimi yöntemi olabileceğini düşündürmektedir. Orta dereceli ısı stresi dönemlerinin etkisi. Bu uygulamalar, her iki pirinç genotipinin (düşük CSI ve yüksek RTI) toleransını artırarak, kombine ısı stresi altında bitki fizyolojik ve biyokimyasal tepkilerinde genel bir eğilim göstermiştir. Pirinç bitkilerinin ana tepkisi, GC, toplam klorofil, klorofil α ve β ve karotenoid içeriğinde azalma olmuştur. Ek olarak, bitkiler PSII hasarından (Fv/Fm oranı gibi klorofil floresans parametrelerinde azalma) ve artan lipid peroksidasyonundan muzdarip olmuştur. Öte yandan, pirinç CK ve BR ile muamele edildiğinde, bu olumsuz etkiler hafifletilmiş ve prolin içeriği artmıştır (Şekil 4).
Şekil 4. Isı stresi ve yapraktan bitki büyüme düzenleyici spreyin pirinç bitkileri üzerindeki birleşik etkilerinin kavramsal modeli. Kırmızı ve mavi oklar, ısı stresi ile BR (brassinosteroid) ve CK (sitokinin) yapraktan uygulamasının fizyolojik ve biyokimyasal tepkiler üzerindeki sırasıyla olumsuz veya olumlu etkilerini göstermektedir. gs: stoma iletkenliği; Toplam Klorofil: toplam klorofil içeriği; Klorofil 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 düzenleyicileri (oksijenler, gibberellinler, sitokininler veya brassinosteroidler) bir dereceye kadar birleşik ısı stresi azaltımı göstermiştir. Bununla birlikte, sitokinin ve brassinosteroidler daha iyi bitki adaptasyonu sağlamıştır; çünkü her iki bitki büyüme düzenleyicisi de herhangi bir uygulama yapılmayan pirinç bitkilerine kıyasla klorofil içeriğini, alfa-klorofil floresans parametrelerini, gs ve RWC'yi artırmış ve ayrıca MDA içeriğini ve bitki örtüsü sıcaklığını düşürmüştür. Özetle, bitki büyüme düzenleyicilerinin (sitokininler ve brassinosteroidler) kullanımının, yüksek sıcaklık dönemlerinde şiddetli ısı stresi nedeniyle pirinç bitkilerinde oluşan stres koşullarını yönetmede yararlı bir araç olduğu sonucuna varıyoruz.
Çalışmada sunulan orijinal materyaller makaleye eklenmiştir ve daha fazla bilgi için ilgili yazara başvurulabilir.