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, Fv/Fm oranı, kombine ısı stresine (yüksek gündüz ve gece sıcaklıkları), gölgelik sıcaklığı ve bağıl su içeriği) maruz bırakılan iki ticari pirinç genotipinin ve biyokimyasal değişkenleri (malondialdehit (MDA) ve prolinik asit içeriği) değerlendirmektir. 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” pirinç çeşitlerinde, CK'nin yaprak uygulaması ayrıca genel olarak “F2000” pirinç bitkilerinin stoma iletkenliğini (499,25'e karşı 150,60 mmol m-2 s) ısı stresi kontrolüne kıyasla iyileştirdi. Isı stresinde, bitki tacının 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, birleşik ısı stresi sorununu hafifletmeye yardımcı olabileceğini göstermektedir. Sonuç olarak, BR veya CK'nin yapraktan püskürtülmesi, birleşik ısı stresi koşullarının pirinç bitkilerinin fizyolojik davranışları üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmaya yardımcı olan bir tarımsal strateji olarak düşünülebilir.
Pirinç (Oryza sativa), Poaceae familyasına ait olup mısır ve buğdayla birlikte dünyada en çok yetiştirilen tahıllardan biridir (Bajaj ve Mohanty, 2005). Pirinç ekim alanı 617.934 hektar olup, 2020 yılında ülke genelindeki üretim 2.937.840 ton, ortalama verimi ise hektar başına 5,02 ton olmuştur (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 olumsuz çevre koşullarına da yol açıyor. Ek olarak, El Niño gibi değişkenlik olayları bazı tropikal bölgelerde ısı stresine yol açabilir ve 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 bölgelerde yetiştirilir (Shah ve diğerleri, 2011). Optimum ortalama gündüz ve gece sıcaklıklarınınpirinç 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 (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 diğer yönüdür (Wahid vd., 2007). Prolin içeriği bitki stresinin biyokimyasal göstergesi olarak kullanılmıştır (Ahmed ve Hassan 2011). Prolin, yüksek sıcaklık koşullarında karbon veya azot kaynağı ve zar stabilizatörü olarak hareket ettiği için bitki metabolizmasında önemli bir rol oynar (Sánchez-Reinoso vd., 2014). Yüksek sıcaklıklar ayrıca lipid peroksidasyonu yoluyla zar 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 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 uygulanması, 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 pirinç ürünleri üzerindeki etkisi tam olarak anlaşılmamış ve incelenmemiştir. Bununla birlikte, daha önce yapılan bir çalışma, BR'nin yaprak püskürtme yöntemiyle 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 dışsal uygulamasının termal hasarı azaltabileceği bildirilmiştir. Örneğin, zeatinin dışsal 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 dışsal 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 bulmuşlardır. 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 düzenleyici, 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 ve bu da lipit peroksidasyonunun azalması nedeniyle bitkilerde MDA'nın azalmasına neden olur (Bielach vd., 2017). Sergeev vd. (2018), bezelye bitkilerinde (Pisum sativum) ısı stresi altında prolin - dimetilaminoetoksikarbonilmetil)naftilklorometil eter (TA-14) içeriğinin arttığını gözlemlemiştir. Aynı deneyde, AUX ile muamele edilen bitkilerde, muamele edilmeyen bitkilere kıyasla daha düşük MDA seviyeleri gözlemlemişlerdir.
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) bitkilerinde net fotosentez oranını, stoma iletkenliğini ve Rubisco karboksilasyonunun maksimum oranını artırdığını bildirmiştir. Epibrassinosteroidlerin yaprak püskürtmesi, 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 floresans 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 yaprak fitohormonal spreylerinin kullanımı üzerine 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) yaprak uygulamasının fizyolojik (stoma iletkenliği, klorofil floresans parametreleri ve bağıl su içeriği) ve biyokimyasal etkilerini değerlendirmekti. (Fotosentetik pigmentler, malondialdehit ve prolin içerikleri) Birleşik ısı stresine (yüksek gündüz/gece sıcaklıkları) maruz bırakılan 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 deneyde sırasıyla. 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.) ve Ekim-Aralık 2019 tarihleri arasında gerçekleştirildi. Bir deney (Federroz 67) ve ikinci bir 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 ark. (2019)'a göre, bitkiler tohum çıkışından (DAE) 20 gün sonra her bir 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 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 tutulmuştur. 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 yapıldı. İlk yaprak fitohormon spreyi, bitkileri çevresel strese hazırlamak için ısı stresi uygulamasından 5 gün önce uygulandı (42 DAE). İkinci bir yaprak spreyi, bitkiler stres koşullarına maruz kaldıktan 5 gün sonra verildi (52 DAE). Bu çalışmada dört fitohormon kullanıldı ve 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 spreyi olmayan pirinç bitkileri yalnızca damıtılmış su ile muamele edilmiştir. Tüm pirinç bitkileri el püskürtücüsü ile püskürtülmüştür. Yaprakların üst ve alt yüzeylerini nemlendirmek için bitkiye 20 ml H2O uygulayın. Tüm yaprak spreylerinde %0,1 (h/h) oranında tarımsal yardımcı madde (Agrotin, Bayer CropScience, Kolombiya) kullanılmıştır. Saksı ile ilaçlama başlığı arasındaki mesafe 30 cm’dir.
Her deneyde ilk yaprak spreyinden (47 DAE) 5 gün sonra ısı stresi uygulamaları yapıldı. Pirinç bitkileri, ısı stresi oluşturmak veya aynı çevre koşullarını korumak için seradan 294 L'lik bir büyüme odasına (MLR-351H, Sanyo, IL, ABD) aktarıldı (47 DAE). Kombine ısı stresi uygulaması, odayı şu gündüz/gece sıcaklıklarına ayarlayarak 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) serada 8 gün boyunca bekletildi.
Deney sonunda, aşağıdaki muamele 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 muamele grupları iki genotip (F67 ve F2000) için kullanıldı. Tüm muameleler, 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), 6,35 mm'lik bir numune haznesi açıklığına sahip, 0 ila 1000 mmol m-2 s-1 aralığında taşınabilir bir porozometre (SC-1, METER Group Inc., ABD) kullanılarak ölçüldü. Ölçümler, bitkinin ana sürgünü tamamen açılmış olgun bir yaprağa bir stomametre probu takılarak gerçekleştirildi. Her uygulama için, her bitkinin üç yaprağında saat 11:00 ile 16:00 arasında gs değerleri ölçüldü ve ortalaması alındı.
RWC, Ghoulam ve ark. (2002) tarafından açıklanan yönteme göre belirlendi. g'yi belirlemek için kullanılan tam açılmış tabaka, RWC'yi ölçmek için de kullanıldı. Taze ağırlık (FW), hasattan hemen sonra dijital bir terazi kullanılarak belirlendi. Yapraklar daha sonra suyla dolu plastik bir kaba yerleştirildi ve oda sıcaklığında (22°C) karanlıkta 48 saat bekletildi. Ardından dijital bir terazide tartıldı ve açılmış ağırlık (TW) kaydedildi. 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 birimleri cinsinden ifade edildi (Dey ve ark., 2016). PSII maksimum kuantum verimliliği ölçümleri (Fv/Fm oranı), sürekli uyarmalı bir klorofil florimetresi (Handy PEA, Hansatech Instruments, Birleşik Krallık) kullanılarak kaydedildi. Fv/Fm ölçümlerinden önce yapraklar, 20 dakika boyunca yaprak kelepçeleri kullanılarak karanlığa adapte edildi (Restrepo-Diaz ve Garces-Varon, 2013). Yapraklar karanlığa alıştırıldıktan sonra, başlangıç (F0) ve maksimum floresans (Fm) değerleri 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.
Biyokimyasal değişkenler olarak yaklaşık 800 mg yaprak taze ağırlığı toplandı. Yaprak örnekleri daha sonra sıvı nitrojende homojenize edildi ve daha ileri analizler 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. Daha sonra örnekler, parçacıkları uzaklaştırmak için 10 dakika boyunca 5000 rpm'de santrifüj edildi (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, ABD). Üstteki sıvı, %80 aseton eklenerek 6 ml'lik son hacme 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 tiyobarbitürik asit (TBA) yöntemi, membran lipit peroksidasyonunu (MDA) değerlendirmek için kullanıldı. Yaklaşık 0,3 g yaprak dokusu da sıvı nitrojende homojenize edildi. Örnekler 5000 rpm'de santrifüj edildi ve absorbansları 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 arkadaşları (1973) tarafından açıklanan yöntem kullanılarak belirlendi. Saklanan örneğe %3'lük sulu sülfosalisilik asit çözeltisinden 10 ml eklendi ve Whatman filtre kağıdından (No. 2) 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 su banyosuna yerleştirildi. Buz üzerinde inkübe ederek reaksiyonu durdurun. Tüpü bir vorteks çalkalayıcı kullanarak kuvvetlice çalkalayın ve elde edilen çözeltiyi 4 ml toluen içinde 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 yöntem, kanopi sıcaklığını ve CSI'yi hesaplamak için. 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 bir tarımsal adjuvanla kaplandı (Agrotin, Bayer CropScience, Bogota, Kolombiya) [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 uygulanmamış ve büyüme düzenleyicileri uygulanmış bitkiler) karşılaştırılarak dolaylı olarak bağıl tolerans indeksi hesaplandı. RTI, Chávez-Arias ve ark. (2020) tarafından uyarlanan bir denklem kullanılarak elde edildi.
Her deneyde, yukarıda belirtilen tüm fizyolojik değişkenler, üst taç yapraklarından toplanan tamamen açılmış yapraklar kullanılarak 55 DAE'de belirlendi ve kaydedildi. Ayrıca, bitkilerin yetiştiği çevre koşullarını değiştirmemek 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 bir deney birimini 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 uygulamaları ve bunların yaprak fotosentetik pigmentleri (klorofil a, b, toplam ve karotenoidler), malondialdehit (MDA) ve prolin içeriği ile stoma iletkenliği ile etkileşimlerini gösteren ANOVA'yı özetlemektedir. 55 DAE'de pirinç bitkilerinin gs, bağıl su içeriği (RWC), klorofil içeriği, klorofil alfa floresan parametreleri, taç sıcaklığı (PCT) (°C), ürün stres indeksi (CSI) ve 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, bağıl klorofil içeriği (Yaprak 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. Yapraklarına fitohormon püskürtülmeyen 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 birimi) bağıl içeriği de birleşik ısı stresi ile 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 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 koşullarında (Fv: 2955,35, Fv/Fm oranı: 0,73:0,72) yetiştirilen "F2000" bitkilerinde kaydedilenlere benzer okumalar elde edildi. Başlangıç floresansında (F0), maksimum floresansında (Fm), PSII'nin maksimum fotokimyasal kuantum veriminde (Fv/F0) ve Fm/F0 oranında önemli bir fark görülmedi. 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 floresans parametreleri (başlangıç floresansı (F0), maksimum floresan (Fm), değişken floresan (Fv), maksimum PSII etkinliği (Fv/Fm), fotokimyasal maksimum PSII kuantum verimi (Fv/F0) ve Fm/F0 iki pirinç genotipinin [Federrose 67 (F67) ve Federrose 2000 (F2000)] bitkilerinde çıkıştan 55 gün sonra (DAE)) üzerindeki 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 süresince optimum koşullar altında yetiştirilen bitkilerin değerlerine benzer değerlere çıkardı. Mutlak kontrol ve yaprak püskürtme uygulanan bitkilerde, her iki genotipte de yaklaşık %83'lük değerler kaydedildi. Diğer yandan, gs de deney-uygulama etkileşiminde önemli farklılıklar gösterdi (P ≤ 0,01) (Şekil 1B). Mutlak kontrol (AC) bitkisi her genotip için en yüksek değerleri de 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 farklılık göstermedi.
Şekil 1. Birleşik ısı stresinin (40°/30°C gündüz/gece) iki pirinç genotipinin (F67 ve F2000) bitkilerinde çıkıştan 55 gün sonra (DAE) bağıl su içeriği (RWC) (A), stoma iletkenliği (gs) (B), malondialdehit (MDA) üretimi (C) ve prolin içeriği (D) üzerindeki etkisi. 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 (n = 5) ortalamasını ± standart hatasını temsil eder. 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 sprey ile uygulanan bitkilerde her iki genotipte de lipid peroksidasyonunda azalma görüldü; 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 2,84 ile 9,18 µmol g-1 (bitkiler) arasında değişmiştir). Diğer taraftan, “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 taç sıcaklığı ve bağıl tolerans indeksi (RTI) üzerindeki etkileri Şekil 2A ve B'de gösterilmiştir. Her iki genotip için de AC bitkilerinin taç sıcaklığı 27°C'ye yakınken, SC bitkilerinin taç sıcaklığı 28°C civarındaydı. Ayrıca, CK ve BR ile yaprak uygulamalarının SC bitkilerine kıyasla taç sıcaklığında 2-3°C'lik bir düşüşe neden olduğu gözlendi (Şekil 2A). RTI diğer fizyolojik değişkenlere benzer davranış sergileyerek deney ve uygulama arasındaki etkileşimde önemli 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 verilmesi, 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 altındaki pirinç bitkilerinin verim stres indeksinde (CSI) önemli farklılıklar gözlendi (P ≤ 0,01) (Şekil 2B). Yalnızca karmaşık 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 arasında 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 tutulmuştur. Her genotip için değerlendirilen uygulamalar şunlardır: 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 değerin istatistiksel olarak anlamlı olmadığını (≤ 0,05) göstermektedir.
Temel bileşen analizi (PCA), 55 DAE'de değerlendirilen değişkenlerin, büyüme düzenleyici sprey ile muamele edilmiş 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 vektörleri, klorofil içeriği, PSII'nin maksimum kuantum verimliliği (Fv/Fm) ve biyokimyasal parametreler (TChl, MDA ve prolin) orijine 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 uygulanmamış ısı stresi altındaki pirinç fideleri (grup I ve III) (her iki genotipi de SC idi) grup V'in tam karşısındaki bölgede yer aldı ve bu durum 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 olarak 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 sürecine işaret ettiğini göstermiştir. Bu sonuçlar ayrıca yaprak büyüme düzenleyici spreylerin (çoğunlukla sitokininler ve brassinosteroidler) pirincin karmaşık ısı stresine uyum sağlamasına yardımcı olduğunu, çünkü esas olarak gs, RWC, Fv/Fm oranı, fotosentetik pigmentler ve prolin içeriğini etkilediğini göstermektedir.
Büyüme düzenleyicilerinin uygulanması, ısı stresi altındaki 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, stres altında g'yi artırır çünkü bu bitki hormonları, ABA (abiotik stres altında stoma kapanmasının destekleyicisi) gibi diğer sinyal molekülleriyle sentetik etkileşimler yoluyla stoma açılmasını teşvik edebilir (Macková ve ark., 2013; Zhou ve ark., 2013). 2013). ). , 2014). Stoma açılması yaprak soğumasını destekler ve gölgelik sıcaklıklarının düşürülmesine yardımcı olur (Sonjaroon ve diğerleri, 2018; Quintero-Calderón ve diğerleri, 2021). Bu nedenlerden dolayı, CK veya BR püskürtülen pirinç bitkilerinin gölgelik 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 bırakılan 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, çoğunlukla 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 bentgrass 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 (örneğin senesans aktive edici promotör (SAG12) veya HSP18 promotörü) sürekli indüksiyonunun başlatılmasını artırabilmesi ve yapraklardaki klorofil kaybını azaltabilmesidir. , yaprak senesansını geciktirir ve bitkinin ısıya karşı direncini artırır (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, bitki toleransını veya abiyotik stres koşullarına adaptasyonunu değerlendirebilen hızlı ve tahribatsız bir yöntem sağlar (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, 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 hızının azaldığını, bunun da PSII reaksiyon merkezinin ısı stresi altında parçalandığını gösterdiğini belirtmektedir. Bu gözlem, fotosentez aygıtındaki 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 etkinliğini 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 buldu ve 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 vd., 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 abiyotik stres koşulları altında bu göstergede esas olarak bir azalmaya yol açmıştır. F2000 bitkilerinde, SA (%33,52) ile karşılaştırıldığında CA (%97,69) ve BC (%60,73) kullanıldığında RTI daha yüksek bir artış gösterdi; bu, bu bitki büyüme düzenleyicilerinin pirincin kompozisyona toleransına verdiği yanıtı iyileştirmeye de katkıda bulunduğunu gösteriyor. Aşırı ısınma. Bu indeksler farklı türlerde stres koşullarını yönetmek için önerilmiştir. Lee vd. (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 indeksin çeşitlerin suya adaptasyonunun bir göstergesi olduğu sonucuna varmıştır. stresli koşullar. Dahası, 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 tepkileri tetiklemesi nedeniyle, pirincin karmaşık ısı stresine toleransını artırmayı amaçlayan agronomik stratejiler olarak düşünülebilir.
Son birkaç yılda, Kolombiya'daki pirinç araştırmaları, fizyolojik veya biyokimyasal özellikler kullanarak yüksek gündüz veya gece sıcaklıklarına dayanıklı genotiplerin değerlendirilmesine odaklanmıştır (Sánchez-Reinoso vd., 2014; Alvarado-Sanabria vd., 2021). Ancak, son birkaç yılda, ülkedeki 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 yönetimi yöntemi olabileceğini düşündürmektedir. Orta dereceli ısı stresi dönemlerinin etkisi. Bu uygulamalar, her iki pirinç genotipinin (düşük CSI ve yüksek RTI) toleransını iyileştirerek, bitkilerin birleşik ısı stresi altındaki fizyolojik ve biyokimyasal tepkilerinde genel bir eğilim olduğunu göstermiştir. Pirinç bitkilerinin temel tepkisi, GC içeriğinde, toplam klorofilde, klorofil α ve β ve karotenoidlerde azalma olmuştur. Ayrıca, bitkiler PSII hasarı (Fv/Fm oranı gibi klorofil floresans parametrelerinde azalma) ve lipit peroksidasyonunda artış yaşamıştır. Öte yandan, pirinç CK ve BR ile muamele edildiğinde, bu olumsuz etkiler azalmış ve prolin içeriği artmıştır (Şekil 4).
Şekil 4. Isı stresi ve yapraktan bitki büyüme düzenleyici sprey uygulamasının pirinç bitkileri üzerindeki etkilerinin kavramsal modeli. Kırmızı ve mavi oklar, ısı stresi ile BR (brassinosteroid) ve CK'nin (sitokinin) yapraktan uygulanması arasındaki etkileşimin sırasıyla fizyolojik ve biyokimyasal tepkiler üzerindeki olumsuz veya olumlu 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 olarak belirli bir dereceye kadar ısı stresi azaltımı 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 gölgelik 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 varıyoruz.
Çalışmada sunulan orijinal materyaller makaleye eklenmiştir ve daha fazla bilgi için ilgili yazara başvurulabilir.
Gönderi zamanı: 08-Ağu-2024