מווסת צמיחה של צמחים שימשו כאסטרטגיה להפחתת עומס חום בגידולים שונים

ייצור האורז בירידה עקב שינויי האקלים והשונות בקולומביה.מווסת גידול צמחיםשימשו כאסטרטגיה להפחתת מתח החום בגידולים שונים. לפיכך, מטרת מחקר זה הייתה להעריך את ההשפעות הפיזיולוגיות (מוליכות גב הסטומה, תכולת כלורופיל כוללת, יחס Fv/Fm של שני גנוטיפים מסחריים של אורז הנתונים ללחץ חום משולב (טמפרטורות גבוהות ביום ובלילה), טמפרטורת החופה ותכולת מים יחסית) ומשתנים ביוכימיים (תכולת מלונדאלדהיד (MDA) ותכולת חומצה פרולינית). הניסוי הראשון והשני בוצעו באמצעות צמחים משני גנוטיפים של אורז, פדררוז 67 ("F67") ופדררוז 2000 ("F2000"), בהתאמה. שני הניסויים נותחו יחד כסדרה של ניסויים. הטיפולים שנקבעו היו כדלקמן: בקרה אבסולוטית (AC) (צמחי אורז שגדלו בטמפרטורות אופטימליות (טמפרטורת יום/לילה 30/25 מעלות צלזיוס)), בקרת מתח חום (SC) [צמחי אורז נתונים ללחץ חום משולב בלבד (40/25 מעלות צלזיוס). 30°C)], וצמחי אורז נלחצו ורוססו עם מווסת צמיחה של צמחים (מתח+AUX, מתח+BR, מתח+CK או מתח+GA) פעמיים (5 ימים לפני ו-5 ימים לאחר לחץ חום). ריסוס עם SA העלה את תכולת הכלורופיל הכוללת של שני הזנים (המשקל הטרי של צמחי האורז "F67" ו-"F2000" היה 3.25 ו-3.65 מ"ג/ג', בהתאמה) בהשוואה לצמחי SC (המשקל הטרי של צמחי "F67" היה 2.36 ו- "2.56 גרם אורז, 0,00 מ"ג, 0 גרם). יישום עלים של CK גם שיפר בדרך כלל את המוליכות הסטומטית של צמחי "F2000" אורז (499.25 לעומת 150.60 mmol m-2 s) בהשוואה לבקרת מתח החום. מתח חום, הטמפרטורה של כתר הצמח יורדת ב-2-3 מעלות צלזיוס, ותכולת המד"א בצמחים יורדת. מדד הסבילות היחסי מראה שמריחת עלים של CK (97.69%) ו-BR (60.73%) יכולה לעזור להקל על בעיית החום המשולב. מתח בעיקר בצמחי אורז F2000. לסיכום, ריסוס עלים של BR או CK יכול להיחשב כאסטרטגיה אגרונומית כדי לסייע בהפחתת ההשפעות השליליות של מצבי לחץ חום משולבים על ההתנהגות הפיזיולוגית של צמחי האורז.
אורז (Oryza sativa) שייך למשפחת Poaceae והוא אחד הדגנים התרבותיים ביותר בעולם יחד עם תירס וחיטה (Bajaj and Mohanty, 2005). השטח בגידול אורז הוא 617,934 דונם, והתפוקה הלאומית בשנת 2020 הייתה 2,937,840 טון עם יבול ממוצע של 5.02 טון/הא (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
ההתחממות הגלובלית משפיעה על גידולי האורז, ומובילה לסוגים שונים של מתחים אביוטיים כמו טמפרטורות גבוהות ותקופות של בצורת. שינויי האקלים גורמים לעליית הטמפרטורות העולמיות; הטמפרטורות צפויות לעלות ב-1.0-3.7 מעלות צלזיוס במאה ה-21, מה שעלול להגביר את תדירות ועוצמת עומס החום. טמפרטורות סביבתיות מוגברות השפיעו על האורז, וגרמו ליבול היבול לרדת ב-6-7%. מצד שני, שינויי אקלים מובילים גם לתנאים סביבתיים לא נוחים לגידולים, כמו תקופות של בצורת קשה או טמפרטורות גבוהות באזורים טרופיים וסובטרופיים. בנוסף, אירועי שונות כגון אל ניניו עלולים להוביל ללחץ חום ולהחריף את נזקי היבול באזורים טרופיים מסוימים. בקולומביה, הטמפרטורות באזורים המייצרים אורז צפויות לעלות ב-2-2.5 מעלות צלזיוס עד 2050, להפחית את ייצור האורז ולהשפיע על זרימת המוצרים לשווקים ולרשתות האספקה.
רוב גידולי האורז גדלים באזורים שבהם הטמפרטורות קרובות לטווח האופטימלי לצמיחת יבול (Shah et al., 2011). דווח כי טמפרטורות יום ולילה ממוצעות אופטימליות עבורצמיחה והתפתחות של אורזהם בדרך כלל 28°C ו-22°C, בהתאמה (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). טמפרטורות מעל סף אלו עלולות לגרום לתקופות של עומס חום בינוני עד חמור במהלך שלבים רגישים של התפתחות האורז (טיול, אנתזה, פריחה ומילוי גרגרים), ובכך להשפיע לרעה על תפוקת הדגנים. הפחתה זו בתפוקה נובעת בעיקר מתקופות ארוכות של לחץ חום, המשפיעות על הפיזיולוגיה של הצמח. עקב האינטראקציה של גורמים שונים, כגון משך הלחץ והטמפרטורה המקסימלית שהושגה, לחץ חום יכול לגרום למגוון של נזקים בלתי הפיכים למטבוליזם והתפתחות הצמחים.
לחץ חום משפיע על תהליכים פיזיולוגיים וביוכימיים שונים בצמחים. פוטוסינתזה עלים היא אחד התהליכים הרגישים ביותר ללחץ חום בצמחי אורז, שכן קצב הפוטוסינתזה יורד ב-50% כאשר הטמפרטורות היומיות עולות על 35 מעלות צלזיוס. התגובות הפיזיולוגיות של צמחי האורז משתנות בהתאם לסוג הלחץ החום. לדוגמה, קצבי פוטוסינתזה ומוליכות הסטומטית מעוכבים כאשר צמחים נחשפים לטמפרטורות גבוהות ביום (33-40 מעלות צלזיוס) או לטמפרטורות גבוהות ביום ובלילה (35-40 מעלות צלזיוס ביום, 28-30 מעלות צלזיוס). C פירושו לילה) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). טמפרטורות לילה גבוהות (30 מעלות צלזיוס) גורמות לעיכוב מתון של הפוטוסינתזה אך מגבירות את הנשימה הלילית (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). ללא קשר לתקופת הלחץ, לחץ חום משפיע גם על תכולת הכלורופיל עלים, היחס בין הקרינה המשתנה של הכלורופיל לקרינת הכלורופיל המקסימלית (Fv/Fm), והפעלת Rubisco בצמחי אורז (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010). ) Sanchez Reynoso et al., 2014).
שינויים ביוכימיים הם היבט נוסף של הסתגלות הצמח ללחץ חום (Wahid et al., 2007). תכולת פרולין שימשה כאינדיקטור ביוכימי ללחץ בצמחים (Ahmed and Hassan 2011). לפרולין תפקיד חשוב במטבוליזם הצמחי שכן הוא פועל כמקור פחמן או חנקן וכמייצב ממברנה בתנאי טמפרטורה גבוהים (Sánchez-Reinoso et al., 2014). טמפרטורות גבוהות משפיעות גם על יציבות הממברנה באמצעות חמצון שומנים, מה שמוביל ליצירת מלונדיאלדהיד (MDA) (Wahid et al., 2007). לכן, נעשה שימוש בתוכן MDA גם כדי להבין את השלמות המבנית של ממברנות התא תחת לחץ חום (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). לבסוף, מתח חום משולב [37/30 מעלות צלזיוס (יום/לילה)] העלה את אחוז דליפת האלקטרוליטים ותכולת המלונדאלדהיד באורז (Liu et al., 2013).
השימוש בווסתי צמיחה של צמחים (GRs) הוערך כדי להפחית את ההשפעות השליליות של עומס חום, שכן חומרים אלו מעורבים באופן פעיל בתגובות צמחים או במנגנוני הגנה פיזיולוגיים נגד מתח כזה (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). ליישום אקסוגני של משאבים גנטיים הייתה השפעה חיובית על סבילות ללחץ חום בגידולים שונים. מחקרים הראו שפיטו-הורמונים כגון ג'יברלין (GA), ציטוקינינים (CK), אוקסינים (AUX) או ברסינוסטרואידים (BR) מובילים לעלייה במשתנים פיזיולוגיים וביוכימיים שונים (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011; Mitler et al., Zhou12 et al., Zhou12., 2012). בקולומביה, יישום אקסוגני של משאבים גנטיים והשפעתו על גידולי האורז לא הובנו ונחקרו במלואם. עם זאת, מחקר קודם הראה שריסוס עלים של BR יכול לשפר את סבילות האורז על ידי שיפור מאפייני חילופי הגזים, תכולת הכלורופיל או הפרולין של עלי שתילי אורז (Quintero-Calderón et al., 2021).
ציטוקינינים מתווכים תגובות צמחים ללחצים אביוטיים, כולל לחץ חום (Ha et al., 2012). בנוסף, דווח כי יישום אקסוגני של CK יכול להפחית נזק תרמי. לדוגמה, יישום אקסוגני של זאטין העלה את קצב הפוטוסינתזה, תכולת הכלורופיל a ו-b, ויעילות הובלת אלקטרונים בעשב זוחל (Agrotis estolonifera) במהלך לחץ חום (Xu and Huang, 2009; Jespersen and Huang, 2015). יישום אקסוגני של זאטין יכול גם לשפר פעילות נוגדת חמצון, לשפר את הסינתזה של חלבונים שונים, להפחית נזקים למיני חמצן תגובתיים (ROS) וייצור מלונדאלדהיד (MDA) ברקמות הצמח (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009). , 2016; Kumar et al., 2020).
השימוש בחומצה ג'יברלית הראה גם תגובה חיובית ללחץ חום. מחקרים הראו שהביוסינתזה של GA מתווך מסלולים מטבוליים שונים ומגבירה את הסבילות בתנאי טמפרטורה גבוהים (Alonso-Ramirez וחב' 2009; Khan et al. 2020). עבדל-נבי ואח'. (2020) מצא כי ריסוס עלים של GA אקסוגני (25 או 50 מ"ג*L) יכול להגביר את קצב הפוטוסינתזה ופעילות נוגדת החמצון בצמחי תפוזים שנלחצו בחום בהשוואה לצמחי בקרה. כמו כן, נצפה כי יישום אקסוגני של HA מגביר את תכולת הלחות היחסית, את תכולת הכלורופיל והקרוטנואידים ומפחיתה את חמצון השומנים בדקל התמר (Phoenix dactylifera) בלחץ חום (Khan et al., 2020). אוקסין ממלא גם תפקיד חשוב בוויסות תגובות גדילה אדפטיביות לתנאי טמפרטורה גבוהים (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). מווסת גדילה זה פועל כסמן ביוכימי בתהליכים שונים כגון סינתזת פרולין או פירוק בלחץ אביוטי (Ali et al. 2007). בנוסף, AUX גם משפר את פעילות נוגדת החמצון, מה שמוביל לירידה ב-MDA בצמחים עקב ירידה בחמצן שומנים (Bielach et al., 2017). סרגייב וחב'. (2018) הבחינה כי בצמחי אפונה (Pisum sativum) תחת לחץ חום, התוכן של פרולין - dimethylaminoethoxycarbonylmethyl)naphthylchloromethyl ether (TA-14) עולה. באותו ניסוי הם גם הבחינו ברמות נמוכות יותר של MDA בצמחים מטופלים בהשוואה לצמחים שלא טופלו ב-AUX.
בראסינוסטרואידים הם סוג נוסף של מווסתי גדילה המשמשים להפחתת ההשפעות של מתח חום. Ogweno et al. (2008) דיווחו כי תרסיס BR אקסוגני העלה את קצב הפוטוסינתזה נטו, מוליכות הסטומטית והקצב המרבי של קרבוקסיציה של רוביסקו של צמחי עגבניות (Solanum lycopersicum) תחת לחץ חום למשך 8 ימים. ריסוס עלים של אפיברסינוסטרואידים יכול להגביר את קצב הפוטוסינתזה נטו של צמחי מלפפון (Cucumis sativus) תחת לחץ חום (Yu et al., 2004). בנוסף, יישום אקסוגני של BR מעכב את פירוק הכלורופיל ומגביר את יעילות השימוש במים ואת התשואה הקוונטית המקסימלית של PSII פוטוכימיה בצמחים תחת לחץ חום (Holá et al., 2010; Toussagunpanit et al., 2015).
בשל שינויי האקלים והשונות, גידולי האורז מתמודדים עם תקופות של טמפרטורות יומיות גבוהות (Lesk et al., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). בפנוטייפ של צמחים, השימוש בפיטונוטריינטים או ביוסטימולנטים נחקר כאסטרטגיה להפחתת מתח החום באזורי גידול אורז (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021). בנוסף, השימוש במשתנים ביוכימיים ופיזיולוגיים (טמפרטורת העלים, מוליכות הסטומה, פרמטרי קרינת כלורופיל, תכולת כלורופיל ותכולת מים יחסית, סינתזת מלונדידאלדהיד ופרולין) הוא כלי אמין לסינון צמחי אורז תחת לחץ חום מקומית ובינלאומית (Sánchez -Reynoso et al., Al.101S, et al., et al., 201, 4; עם זאת, מחקר על השימוש בתרסיסים פיטו-הורמונליים באורז ברמה המקומית נותר נדיר, לכן, המחקר של התגובות הפיזיולוגיות והביוכימיות של יישום מווסת צמיחה של צמחים הוא בעל חשיבות רבה עבור ההצעה של אסטרטגיות אגרונומיות לכך להתמודדות עם ההשפעות השליליות של תקופה של מתח חום מורכב באורז, לכן, המטרה של מחקר זה פרמטרי הקרינה ותכולת המים היחסית) והשפעות ביוכימיות של יישום עלים של ארבעה מווסתים לצמיחת צמחים (AUX, CK, GA ו-BR). (פיגמנטים פוטוסינתטיים, תכולת מלונדידאלדהיד ופרולין) משתנים בשני גנוטיפים מסחריים של אורז נתונים ללחץ חום משולב (טמפרטורות גבוהות ביום/לילה).
במחקר זה בוצעו שני ניסויים עצמאיים. הגנוטיפים פדררוז 67 (F67: גנוטיפ שפותח בטמפרטורות גבוהות במהלך העשור האחרון) ופדררוז 2000 (F2000: גנוטיפ שפותח בעשור האחרון של המאה ה-20 ומראה עמידות לנגיף העלים הלבנים) שימשו לראשונה. זרעים. והניסוי השני, בהתאמה. שני הגנוטיפים מעובדים באופן נרחב על ידי חקלאים קולומביאנים. זרעים נזרעו במגשי 10-L (אורך 39.6 ס"מ, רוחב 28.8 ס"מ, גובה 16.8 ס"מ) המכילים אדמת טיט חולית עם 2% חומר אורגני. בכל מגש נשתלו חמישה זרעים שנבטטו מראש. המשטחים הונחו בחממה של הפקולטה למדעי החקלאות של האוניברסיטה הלאומית של קולומביה, קמפוס בוגוטה (43°50′56″ N, 74°04′051″ W), בגובה של 2556 מ' מעל פני הים (מעל פני הים). m.) ובוצעו מאוקטובר עד דצמבר 2019. ניסוי אחד (Federroz 67) וניסוי שני (Federroz 2000) באותה עונה של 2020.
התנאים הסביבתיים בחממה בכל עונת שתילה הם כדלקמן: טמפרטורת יום ולילה 30/25 מעלות צלזיוס, לחות יחסית 60~80%, תקופת צילום טבעית 12 שעות (קרינה פעילה פוטוסינתטית 1500 µmol (פוטונים) m-2 s-). 1 בצהריים). צמחים הופרו לפי התוכן של כל יסוד 20 יום לאחר הופעת זרעים (DAE), לפי Sánchez-Reinoso וחב'. (2019): 670 מ"ג חנקן לצמח, 110 מ"ג זרחן לצמח, 350 מ"ג אשלגן לצמח, 68 מ"ג סידן לצמח, 20 מ"ג מגנזיום לצמח, 20 מ"ג גופרית לצמח, 17 מ"ג סיליקון לצמח. הצמחים מכילים 10 מ"ג בורון לצמח, 17 מ"ג נחושת לצמח ו-44 מ"ג אבץ לצמח. צמחי אורז נשמרו על עד 47 DAE בכל ניסוי כשהם הגיעו לשלב פנולוגי V5 במהלך תקופה זו. מחקרים קודמים הראו ששלב פנולוגי זה הוא זמן מתאים לעריכת מחקרי מתח חום באורז (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
בכל ניסוי בוצעו שני יישומים נפרדים של מווסת צמיחת העלים. הסט הראשון של תרסיסים של פיטו-הורמונים עלים הוחל 5 ימים לפני הטיפול בלחץ החום (42 DAE) כדי להכין את הצמחים ללחץ סביבתי. לאחר מכן ניתן תרסיס עלים שני 5 ימים לאחר שהצמחים נחשפו לתנאי לחץ (52 DAE). נעשה שימוש בארבעה פיטו-הורמונים והמאפיינים של כל מרכיב פעיל מרוסס במחקר זה מפורטות בטבלה משלימה 1. הריכוזים של מווסת צמיחת עלים בשימוש היו כדלקמן: (i) אוקסין (1-naphthylacetic acid: NAA) בריכוז של 5 × 10-5 M (ii) 5 × 10-5 M gibberellin חומצה NAA; GA3); (iii) ציטוקינין (טרנס-זאטין) 1 × 10-5 M (iv) Brassinosteroids [Spirostan-6-one, 3,5-dihydroxy-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. ריכוזים אלו נבחרו מכיוון שהם גורמים לתגובות חיוביות ומגבירים את עמידות הצמח ללחץ חום (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Basiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). צמחי אורז ללא כל תרסיסים לוויסות צמיחת צמחים טופלו במים מזוקקים בלבד. כל צמחי האורז רוססו במרסס ידני. יש למרוח 20 מ"ל H2O על הצמח כדי להרטיב את המשטחים העליונים והתחתונים של העלים. כל תרסיסי העלים השתמשו באדג'ובנט חקלאי (Agrotin, Bayer CropScience, קולומביה) ב-0.1% (v/v). המרחק בין הסיר למרסס הוא 30 ס"מ.
טיפולי מתח חום ניתנו 5 ימים לאחר ריסוס העלים הראשון (47 DAE) בכל ניסוי. צמחי אורז הועברו מהחממה לתא גידול של 294 ליטר (MLR-351H, Sanyo, IL, ארה"ב) כדי לבסס לחץ חום או לשמור על אותם תנאים סביבתיים (47 DAE). טיפול משולב בלחץ חום בוצע על ידי הגדרת החדר לטמפרטורות היום/לילה הבאות: טמפרטורה גבוהה ביום [40 מעלות צלזיוס למשך 5 שעות (מ-11:00 עד 16:00)] ותקופת לילה [30 מעלות צלזיוס למשך 5 שעות]. 8 ימים ברציפות (מ-19:00 עד 24:00). טמפרטורת הלחץ וזמן החשיפה נבחרו על סמך מחקרים קודמים (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017). מנגד, קבוצת צמחים שהועברו לתא הגידול נשמרו בחממה באותה טמפרטורה (30 מעלות ביום/25 מעלות בלילה) במשך 8 ימים רצופים.
בסוף הניסוי התקבלו קבוצות הטיפול הבאות: (i) מצב טמפרטורת צמיחה + יישום של מים מזוקקים [בקרה מוחלטת (AC)], (ii) מצב לחץ חום + יישום מים מזוקקים [בקרת מתח חום (SC)], (iii) תנאי לחץ חום + יישום אוקסין (AUX), (iv) מצב לחץ חום + יישום גיברלין (GA +), (v) מצב לחץ חום + ציטוקין מצב לחץ חום (מצב לחץ חום) נספח brassinosteroid (BR). קבוצות טיפול אלו שימשו עבור שני גנוטיפים (F67 ו-F2000). כל הטיפולים בוצעו בעיצוב אקראי לחלוטין עם חמישה שכפולים, שכל אחד מהם מורכב מצמח אחד. כל צמח שימש לקריאת המשתנים שנקבעו בסוף הניסוי. הניסוי נמשך 55 DAE.
מוליכות סטומטלית (gs) נמדדה באמצעות נקבוביות ניידת (SC-1, METER Group Inc., ארה"ב) בטווח שבין 0 ל-1000 mmol m-2 s-1, עם פתח תא דגימה של 6.35 מ"מ. המדידות נלקחות על ידי הצמדת בדיקה סטוממטר לעלה בוגר עם היורה הראשי של הצמח מורחב לחלוטין. עבור כל טיפול, בוצעו קריאות gs בשלושה עלים של כל צמח בין השעות 11:00 ל-16:00 ובממוצע.
RWC נקבע על פי השיטה שתוארה על ידי Ghoulam et al. (2002). הגיליון המורחב במלואו המשמש לקביעת g שימש גם למדידת RWC. משקל טרי (FW) נקבע מיד לאחר הקציר באמצעות משקל דיגיטלי. לאחר מכן הניחו את העלים במיכל פלסטיק מלא במים והושארו בחושך בטמפרטורת החדר (22 מעלות צלזיוס) למשך 48 שעות. לאחר מכן שקלו על משקל דיגיטלי ורשמו את המשקל המורחב (TW). העלים הנפוחים יובשו בתנור ב-75 מעלות צלזיוס למשך 48 שעות ומשקלם היבש (DW) נרשם.
תכולת הכלורופיל היחסית נקבעה באמצעות מד כלורופיל (atLeafmeter, FT Green LLC, ארה"ב) ובאה לידי ביטוי ביחידות atLeaf (Dey et al., 2016). קריאות היעילות הקוונטית המקסימלית של PSII (יחס Fv/Fm) תועדו באמצעות מד פלואורימטר כלורופיל עירור מתמשך (Handy PEA, Hansatech Instruments, בריטניה). העלים הותאמו לכהה באמצעות מהדקי עלים במשך 20 דקות לפני מדידות Fv/Fm (Restrepo-Diaz and Garces-Varon, 2013). לאחר שהעלים התאקלמו כהים, נמדדו קו הבסיס (F0) והקרינה המקסימלית (Fm). מנתונים אלו חושבו הקרינה המשתנה (Fv = Fm – F0), היחס בין הקרינה המשתנה לקרינה המקסימלית (Fv/Fm), התשואה הקוונטית המקסימלית של PSII פוטוכימיה (Fv/F0) והיחס Fm/F0 (Baker, 2008, Lee et al.). קריאות הקרינה של כלורופיל וכלורופיל יחסית נלקחו על אותם עלים המשמשים למדידות gs.
כ-800 מ"ג של משקל עלים טרי נאספו כמשתנים ביוכימיים. לאחר מכן הומוגגו דגימות עלים בחנקן נוזלי ואוחסנו לניתוח נוסף. השיטה הספקטרומטרית המשמשת להערכת תכולת הכלורופיל a, b והקרוטנואידים ברקמות מבוססת על השיטה והמשוואות שתוארו על ידי Wellburn (1994). דגימות רקמת עלים (30 מ"ג) נאספו והומוגגו ב-3 מ"ל של 80% אצטון. לאחר מכן, הדגימות עברו צנטריפוגה (דגם 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, ארה"ב) ב-5000 סל"ד למשך 10 דקות כדי להסיר חלקיקים. הסופרנטנט דולל לנפח סופי של 6 מ"ל על ידי הוספת 80% אצטון (Sims and Gamon, 2002). תכולת הכלורופיל נקבעה ב-663 (כלורופיל a) ו-646 (כלורופיל b) ננומטר, וקרוטנואידים ב-470 ננומטר באמצעות ספקטרופוטומטר (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, ארה"ב).
שיטת חומצה thiobarbituric (TBA) שתוארה על ידי Hodges et al. (1999) שימש להערכת מי חמצון שומנים בממברנה (MDA). גם 0.3 גרם של רקמת עלים הומוגגו בחנקן נוזלי. הדגימות עברו צנטריפוגה ב-5000 סל"ד והספיגה נמדדה בספקטרופוטומטר ב-440, 532 ו-600 ננומטר. לבסוף, ריכוז ה-MDA חושב באמצעות מקדם ההכחדה (157 M mL−1).
תכולת הפרולין בכל הטיפולים נקבעה בשיטה שתוארה על ידי Bates et al. (1973). הוסף לדגימה המאוחסנת 10 מ"ל של תמיסה מימית 3% של חומצה סולפוסיצילית ומסנן דרך נייר סינון Whatman (מס' 2). לאחר מכן, 2 מ"ל מהתסנין הזה הגיבו עם 2 מ"ל חומצה נינהידרית ו-2 מ"ל חומצה קרחונית. התערובת הוכנסה לאמבט מים ב-90 מעלות צלזיוס למשך שעה. עצור את התגובה על ידי דגירה על קרח. לנער את הצינור במרץ באמצעות שייקר מערבולת ולהמיס את התמיסה שהתקבלה ב-4 מ"ל של טולואן. קריאות הספיגה נקבעו ב-520 ננומטר באמצעות אותו ספקטרופוטומטר המשמש לכימות של פיגמנטים פוטוסינתטיים (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, ארה"ב).
השיטה שתוארה על ידי Gerhards et al. (2016) לחישוב טמפרטורת החופה ו-CSI. צילומים תרמיים צולמו במצלמת FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, ארה"ב) עם דיוק של ±2°C בסוף תקופת הלחץ. מניחים משטח לבן מאחורי הצמח לצילום. שוב, שני מפעלים נחשבו כמודלי ייחוס. הצמחים הונחו על משטח לבן; אחד היה מצופה באדג'ובנט חקלאי (Agrotin, Bayer CropScience, בוגוטה, קולומביה) כדי לדמות את הפתיחה של כל הסטומטות [מצב רטוב (Twet)], והשני היה עלה ללא כל יישום [Dry mode (Tdry)] (Castro -Duque et al., 2020). המרחק בין המצלמה לסיר במהלך הצילום היה 1 מ'.
מדד הסבילות היחסי חושב בעקיפין באמצעות מוליכות הסטומטית (gs) של צמחים מטופלים בהשוואה לצמחי בקרה (צמחים ללא טיפולי לחץ ועם מווסת צמיחה) כדי לקבוע את הסובלנות של הגנוטיפים המטופלים שהוערכו במחקר זה. RTI הושג באמצעות משוואה שהותאמה מ- Chávez-Arias et al. (2020).
בכל ניסוי, כל המשתנים הפיזיולוגיים שהוזכרו לעיל נקבעו ותועדו ב-55 DAE באמצעות עלים מורחבים לחלוטין שנאספו מהחופה העליונה. בנוסף, בוצעו מדידות בתא גידול כדי להימנע משינוי תנאי הסביבה בהם גדלים הצמחים.
נתונים מהניסוי הראשון והשני נותחו יחד כסדרה של ניסויים. כל קבוצת ניסוי כללה 5 צמחים, וכל צמח היווה יחידת ניסוי. בוצע ניתוח שונות (ANOVA) (P ≤ 0.05). כאשר זוהו הבדלים משמעותיים, נעשה שימוש במבחן ההשוואתי הפוסט-הוק של Tukey ב-P ≤ 0.05. השתמש בפונקציה arcsine כדי להמיר ערכי אחוזים. הנתונים נותחו באמצעות תוכנת Statistix v 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, ארה"ב) ושורטטו באמצעות SigmaPlot (גרסה 10.0; Systat Software, San Jose, CA, ארה"ב). ניתוח הרכיבים העיקרי בוצע באמצעות תוכנת InfoStat 2016 (תוכנת ניתוח, האוניברסיטה הלאומית של קורדובה, ארגנטינה) כדי לזהות את הרגולטורים הטובים ביותר לצמיחת צמחים במחקר.
טבלה 1 מסכמת את ה-ANOVA המציגה את הניסויים, הטיפולים השונים והאינטראקציות שלהם עם פיגמנטים פוטוסינתטיים עלים (כלורופיל a, b, סך וקרוטנואידים), תכולת מלונדאלדהיד (MDA) ותכולת פרולין, והולכה סטומטית. השפעת gs, תכולת מים יחסית. (RWC), תכולת כלורופיל, פרמטרי הקרינה של כלורופיל אלפא, טמפרטורת הכתר (PCT) (°C), מדד מתח היבול (CSI) ואינדקס סבילות יחסי של צמחי אורז ב-55 DAE.
טבלה 1. סיכום נתוני ANOVA על משתנים פיזיולוגיים וביוכימיים של אורז בין ניסויים (גנוטיפים) וטיפולי מתח חום.
הבדלים (P≤0.01) באינטראקציות של פיגמנט פוטוסינתטי עלים, תכולת כלורופיל יחסית (קריאת Atleaf) ופרמטרי פלואורסצנציה אלפא-כלורופיל בין ניסויים וטיפולים מוצגים בטבלה 2. טמפרטורות גבוהות ביום ובלילה העלו את תכולת הכלורופיל והקרוטנואידים הכוללת. שתילי אורז ללא כל תרסיס עלים של פיטו-הורמונים (2.36 מ"ג g-1 עבור "F67" ו-2.56 מ"ג g-1 עבור "F2000") בהשוואה לצמחים שגדלו בתנאי טמפרטורה אופטימליים (2.67 מ"ג g-1)) הראו תכולת כלורופיל כוללת נמוכה יותר. בשני הניסויים, "F67" היה 2.80 מ"ג g-1 ו-"F2000" היה 2.80 מ"ג g-1. בנוסף, שתילי אורז שטופלו בשילוב של תרסיסי AUX ו-GA בלחץ חום, הראו גם ירידה בתכולת הכלורופיל בשני הגנוטיפים (AUX = 1.96 מ"ג g-1 ו-GA = 1.45 מ"ג g-1 עבור "F67" ; AUX = 1.96 מ"ג g-1 ו-"GA = 7″ עבור 14 מ"ג. 2.24 מ"ג) g-1 ו-GA = 1.43 מ"ג g-1 (עבור "F2000") בתנאי לחץ חום. בתנאי לחץ חום, טיפול עלים עם BR הביא לעלייה קלה במשתנה זה בשני הגנוטיפים. לבסוף, תרסיס עלים CK הראה את ערכי הפיגמנט הפוטוסינתטי הגבוהים ביותר מבין כל הטיפולים (טיפולי AUX, GA, BR, SC ו-AC) בגנוטיפים F67 (3.24 מ"ג g-1) ו-F2000 (3.65 מ"ג g-1). התכולה היחסית של כלורופיל (יחידת Atleaf) הופחתה גם היא על ידי מתח חום משולב. הערכים הגבוהים ביותר נרשמו גם בצמחים שרוססו ב-CC בשני הגנוטיפים (41.66 עבור "F67" ו-49.30 עבור "F2000"). יחסי Fv ו-Fv/Fm הראו הבדלים משמעותיים בין טיפולים וזנים (טבלה 2). בסך הכל, בין המשתנים הללו, זן F67 היה פחות רגיש ללחץ חום מאשר זן F2000. היחסים Fv ו-Fv/Fm סבלו יותר בניסוי השני. לשתילי 'F2000' לחוצים שלא רוססו בפיטו-הורמונים כלשהם היו ערכי Fv הנמוכים ביותר (2120.15) ויחסי Fv/Fm (0.59), אך ריסוס עלים עם CK עזר להחזיר ערכים אלו (יחס Fv: 2591, 89, Fv/Fm 0.73). , מקבל קריאות דומות לאלו שנרשמו על צמחי "F2000" שגדלו בתנאי טמפרטורה אופטימליים (Fv: 2955.35, יחס Fv/Fm: 0.73:0.72). לא היו הבדלים משמעותיים בקרינה הראשונית (F0), הקרינה המקסימלית (Fm), התשואה הקוונטית הפוטוכימית המקסימלית של PSII (Fv/F0) ויחס Fm/F0. לבסוף, BR הראה מגמה דומה כפי שנצפתה עם CK (Fv 2545.06, יחס Fv/Fm 0.73).
טבלה 2. השפעת עומס חום משולב (40°/30°C יום/לילה) על פיגמנטים פוטוסינתטיים עלים [כלורופיל כולל (Chl Total), כלורופיל a (Chl a), כלורופיל b (Chl b) וקרוטנואידים Cx+c] אפקט ], תכולת כלורופיל יחסי (Atliff units fluoreschylence) (כלורופיל מקסימום פרמטרים 0), קרינה (Fm), קרינה משתנה (Fv), יעילות PSII מקסימלית (Fv/Fm), תשואה קוונטית פוטוכימית מקסימלית של PSII (Fv/F0) ו-Fm/F0 בצמחים של שני גנוטיפים של אורז [Federrose 67 (F67) ו-Federrose 2000 days after emergDA (F200000) (F50000)).
תכולת המים היחסית (RWC) של צמחי אורז שעברו טיפול שונה הראתה הבדלים (P ≤ 0.05) באינטראקציה בין טיפולים ניסיוניים וטיפולים עלים (איור 1A). כאשר טופלו ב-SA, הערכים הנמוכים ביותר נרשמו עבור שני הגנוטיפים (74.01% עבור F67 ו-76.6% עבור F2000). בתנאי לחץ חום, ה-RWC של צמחי אורז משני הגנוטיפים שטופלו בפיטו-הורמונים שונים גדל באופן משמעותי. בסך הכל, יישומי עלים של CK, GA, AUX או BR העלו את RWC לערכים דומים לאלו של צמחים שגדלו בתנאים אופטימליים במהלך הניסוי. בקרה מוחלטת וצמחים מרוססים עלים רשמו ערכים של כ-83% עבור שני הגנוטיפים. מצד שני, gs גם הראה הבדלים משמעותיים (P ≤ 0.01) באינטראקציה בין ניסוי-טיפול (איור 1B). צמח הבקרה המוחלטת (AC) רשם גם את הערכים הגבוהים ביותר עבור כל גנוטיפ (440.65 mmol m-2s-1 עבור F67 ו-511.02 mmol m-2s-1 עבור F2000). צמחי אורז שהיו נתונים ללחץ חום משולב בלבד הראו את ערכי gs הנמוכים ביותר עבור שני הגנוטיפים (150.60 ממול m-2s-1 עבור F67 ו-171.32 ממול m-2s-1 עבור F2000). טיפול עלים עם כל מווסת הצמיחה של הצמח גם העלה את g. על צמחי אורז F2000 המרוססים ב-CC, ההשפעה של ריסוס עלים עם פיטו-הורמונים הייתה ברורה יותר. קבוצת צמחים זו לא הראתה הבדלים בהשוואה לצמחי שליטה מוחלטת (AC 511.02 ו-CC 499.25 mmol m-2s-1).
איור 1. השפעת עומס חום משולב (40°/30°C יום/לילה) על תכולת המים היחסית (RWC) (A), מוליכות הסטומטית (gs) (B), ייצור מלונדיאלדהיד (MDA) (C), ותכולת פרולין. (ד) בצמחים של שני גנוטיפים של אורז (F67 ו-F2000) ב-55 ימים לאחר הופעתו (DAE). הטיפולים שהוערכו עבור כל גנוטיפ כללו: שליטה מוחלטת (AC), בקרת מתח חום (SC), לחץ חום + אוקסין (AUX), לחץ חום + ג'יברלין (GA), לחץ חום + מיטוגן תאים (CK) ולחץ חום + בראסינוסטרואיד. (BR). כל עמודה מייצגת את הממוצע ± השגיאה הסטנדרטית של חמש נקודות נתונים (n = 5). עמודות ואחריהן אותיות שונות מצביעות על הבדלים מובהקים סטטיסטית לפי המבחן של Tukey (P ≤ 0.05). אותיות עם סימן שוויון מצביעות על כך שהממוצע אינו מובהק סטטיסטית (≤ 0.05).
תכולת MDA (P ≤ 0.01) ופרולין (P ≤ 0.01) הראתה גם הבדלים משמעותיים באינטראקציה בין הניסוי לטיפולים בפיטו-הורמונים (איור 1C, D). חמצון שומנים מוגבר נצפתה בטיפול SC בשני הגנוטיפים (איור 1C), אולם צמחים שטופלו בתרסיס מווסת צמיחת עלים הראו ירידה בחמצן שומנים בשני הגנוטיפים; באופן כללי, השימוש בפיטו-הורמונים (CA, AUC, BR או GA) מוביל לירידה בחמצן שומנים (תכולת MDA). לא נמצאו הבדלים בין צמחי AC משני גנוטיפים וצמחים בלחץ חום ומרוססים בפיטו-הורמונים (ערכי FW שנצפו בצמחי "F67" נעו בין 4.38-6.77 µmol g-1, ובצמחי FW "F2000" "הערכים שנצפו בצמחים נעו בין 2.181 ל- µmol בצמחים אחרים). יד, סינתזה של פרולין בצמחי "F67" הייתה נמוכה יותר מאשר בצמחי "F2000" במתח משולב, מה שהוביל לעלייה בייצור פרולין בצמחי אורז בלחץ חום, בשני הניסויים, נצפה כי מתן הורמונים אלו העלה משמעותית את תכולת חומצות האמינו של צמחים F2000 ו- 3000 ג'44 (AUX.-434) בהתאמה (איור 1G).
ההשפעות של ריסוס מווסת צמחים עלים ולחץ חום משולב על טמפרטורת חופת הצמח ואינדקס סובלנות יחסי (RTI) מוצגות באיורים 2A ו-B. עבור שני הגנוטיפים, טמפרטורת החופה של צמחי AC הייתה קרובה ל-27 מעלות צלזיוס, וזו של צמחי SC הייתה סביב 28 מעלות צלזיוס. עִם. כמו כן, נצפה כי טיפולי עלים עם CK ו-BR הביאו לירידה של 2-3 מעלות צלזיוס בטמפרטורת החופה בהשוואה לצמחי SC (איור 2A). RTI הפגין התנהגות דומה למשתנים פיזיולוגיים אחרים, והראה הבדלים משמעותיים (P ≤ 0.01) באינטראקציה בין ניסוי וטיפול (איור 2B). צמחי SC הראו סובלנות צמחית נמוכה יותר בשני הגנוטיפים (34.18% ו-33.52% עבור צמחי אורז "F67" ו-"F2000", בהתאמה). האכלת עלים של פיטו-הורמונים משפרת את ה-RTI בצמחים החשופים ללחץ בטמפרטורה גבוהה. השפעה זו הייתה בולטת יותר בצמחי "F2000" המרוססים ב-CC, בהם ה-RTI היה 97.69. מאידך, הבדלים משמעותיים נצפו רק במדד מתח היבול (CSI) של צמחי אורז בתנאי עקה של ריסוס גורם עלים (P ≤ 0.01) (איור 2B). רק צמחי אורז שהיו נתונים ללחץ חום מורכב הראו את ערך אינדקס הלחץ הגבוה ביותר (0.816). כאשר רוססו צמחי אורז בפיטו-הורמונים שונים, מדד הלחץ היה נמוך יותר (ערכים מ-0.6 ל-0.67). לבסוף, לצמח האורז שגדל בתנאים אופטימליים היה ערך של 0.138.
איור 2. השפעות של עומס חום משולב (40°/30°C יום/לילה) על טמפרטורת החופה (A), מדד סבילות יחסי (RTI) (B), ומדד מתח היבול (CSI) (C) של שני מיני צמחים. גנוטיפים מסחריים של אורז (F67 ו-F2000) עברו טיפולי חום שונים. הטיפולים שהוערכו עבור כל גנוטיפ כללו: שליטה מוחלטת (AC), בקרת מתח חום (SC), לחץ חום + אוקסין (AUX), לחץ חום + ג'יברלין (GA), לחץ חום + מיטוגן תאים (CK) ולחץ חום + בראסינוסטרואיד. (BR). מתח חום משולב כרוך בחשיפת צמחי אורז לטמפרטורות גבוהות ביום/לילה (40°/30°C יום/לילה). כל עמודה מייצגת את הממוצע ± השגיאה הסטנדרטית של חמש נקודות נתונים (n = 5). עמודות ואחריהן אותיות שונות מצביעות על הבדלים מובהקים סטטיסטית לפי המבחן של Tukey (P ≤ 0.05). אותיות עם סימן שוויון מצביעות על כך שהממוצע אינו מובהק סטטיסטית (≤ 0.05).
ניתוח רכיבים עיקריים (PCA) גילה שהמשתנים שהוערכו ב-55 DAE הסבירו 66.1% מהתגובות הפיזיולוגיות והביוכימיות של צמחי אורז בלחץ חום שטופלו בתרסיס מווסת צמיחה (איור 3). וקטורים מייצגים משתנים ונקודות מייצגות מווסת צמיחה של צמחים (GRs). הוקטורים של gs, תכולת כלורופיל, יעילות קוונטית מקסימלית של PSII (Fv/Fm) ופרמטרים ביוכימיים (TChl, MDA ופרולין) נמצאים בזוויות קרובות למקור, מה שמעיד על מתאם גבוה בין ההתנהגות הפיזיולוגית של הצמחים אליהם. מִשְׁתַנֶה. קבוצה אחת (V) כללה שתילי אורז שגדלו בטמפרטורה אופטימלית (AT) וצמחי F2000 שטופלו ב-CK וב-BA. יחד עם זאת, רוב הצמחים שטופלו ב-GR יצרו קבוצה נפרדת (IV), וטיפול ב-GA ב-F2000 יצר קבוצה נפרדת (II). לעומת זאת, שתילי אורז בלחץ חום (קבוצות I ו-III) ללא כל תרסיס עלים של פיטו-הורמונים (שני הגנוטיפים היו SC) אותרו באזור מנוגד לקבוצה V, מה שמדגים את השפעת עומס החום על הפיזיולוגיה של הצמח. .
איור 3. ניתוח ביוגרפי של ההשפעות של מתח חום משולב (40°/30°C יום/לילה) על צמחים של שני גנוטיפים של אורז (F67 ו-F2000) ב-55 ימים לאחר הופעתו (DAE). ראשי תיבות: AC F67, שליטה מוחלטת F67; SC F67, בקרת מתח חום F67; AUX F67, מתח חום + אוקסין F67; GA F67, מתח חום + גיברלין F67; CK F67, לחץ חום + חלוקת תאים BR F67, לחץ חום + בראסינוסטרואיד. F67; AC F2000, שליטה מוחלטת F2000; SC F2000, בקרת מתח חום F2000; AUX F2000, מתח חום + אוקסין F2000; GA F2000, מתח חום + גיברלין F2000; CK F2000, לחץ חום + ציטוקינין, BR F2000, לחץ חום + סטרואידים פליז; F2000.
משתנים כגון תכולת כלורופיל, מוליכות סטומטלית, יחס Fv/Fm, CSI, MDA, RTI ותכולת פרולין יכולים לעזור להבין את ההסתגלות של גנוטיפים של אורז ולהעריך את ההשפעה של אסטרטגיות אגרונומיות תחת לחץ חום (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). מטרת ניסוי זה הייתה להעריך את ההשפעה של יישום של ארבעה מווסת צמיחה על הפרמטרים הפיזיולוגיים והביוכימיים של שתילי אורז בתנאי לחץ חום מורכבים. בדיקת שתילים היא שיטה פשוטה ומהירה להערכה סימולטנית של צמחי אורז בהתאם לגודל או מצב התשתית הזמינה (Sarsu et al. 2018). תוצאות מחקר זה הראו כי מתח חום משולב גורם לתגובות פיזיולוגיות וביוכימיות שונות בשני הגנוטיפים של האורז, דבר המעיד על תהליך הסתגלות. תוצאות אלו גם מצביעות על כך שתרסיסים לווסת גדילה של העלים (בעיקר ציטוקינינים ובראסינוסטרואידים) עוזרים לאורז להסתגל ללחץ חום מורכב מכיוון שהטובה משפיעה בעיקר על gs, RWC, יחס Fv/Fm, פיגמנטים פוטוסינתטיים ותכולת פרולין.
יישום של מווסתי גדילה מסייע בשיפור מצב המים של צמחי אורז תחת עקת חום, דבר שעשוי להיות קשור לעקה גבוהה יותר ולטמפרטורות נמוכות יותר בחופת הצמח. מחקר זה הראה כי בקרב צמחי "F2000" (גנוטיפ רגיש), צמחי אורז שטופלו בעיקר ב-CK או BR הראו ערכי gs גבוהים יותר וערכי PCT נמוכים יותר בהשוואה לצמחים שטופלו ב-SC. מחקרים קודמים הראו גם כי gs ו-PCT הם אינדיקטורים פיזיולוגיים מדויקים שיכולים לקבוע את התגובה האדפטיבית של צמחי אורז ואת השפעות האסטרטגיות האגרונומיות על עקת חום (Restrepo-Diaz and Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et al., 2021). CK או BR של העלים מגבירים את g תחת עקה מכיוון שהורמוני צמחים אלה יכולים לקדם פתיחת הפיוניות באמצעות אינטראקציות סינתטיות עם מולקולות איתות אחרות כגון ABA (מקדם סגירת הפיוניות תחת עקה אביוטית) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). , 2014). פתיחת הפיוניות מקדמת קירור העלים ומסייעת בהפחתת טמפרטורות החופה (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). מסיבות אלה, טמפרטורת החופה של צמחי אורז המרוססים ב-CK או BR עשויה להיות נמוכה יותר תחת עומס חום משולב.
לחץ בטמפרטורה גבוהה יכול להפחית את תכולת הפיגמנטים הפוטוסינתטיים של עלים (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). במחקר זה, כאשר צמחי אורז היו תחת לחץ חום ולא רוססו בשום מווסת צמיחה של צמחים, פיגמנטים פוטוסינתטיים נטו לרדת בשני הגנוטיפים (טבלה 2). פנג וחב'. (2013) דיווחו גם על ירידה משמעותית בתכולת הכלורופיל בעלים של שני גנוטיפים של חיטה החשופים ללחץ חום. חשיפה לטמפרטורות גבוהות גורמת לעתים קרובות לירידה בתכולת הכלורופיל, אשר עשויה לנבוע מירידה ביוסינתזה של כלורופיל, פירוק פיגמנטים או ההשפעות המשולבות שלהם בלחץ חום (Fahad et al., 2017). עם זאת, צמחי אורז שטופלו בעיקר ב-CK וב-BA העלו את ריכוז הפיגמנטים הפוטוסינתטיים של העלים בלחץ חום. תוצאות דומות דווחו גם על ידי Jespersen and Huang (2015) ו-Suchsagunpanit et al. (2015), אשר ראה עלייה בתכולת הכלורופיל עלים בעקבות יישום של הורמונים זאטין ואפיברסינוסטרואידים בעשב דשא ובאורז לחוץ בחום, בהתאמה. הסבר הגיוני מדוע CK ו-BR מקדמים תכולת כלורופיל מוגברת של עלים בלחץ חום משולב הוא ש-CK עשוי להגביר את התחלת ההשראה המתמשכת של מקדמי ביטוי (כגון מקדם מפעיל הזדקנות (SAG12) או מקדם HSP18) ולהפחית את אובדן הכלורופיל בעלים. , מעכב את הזדקנות העלים ומגביר את עמידות הצמח לחום (Liu et al., 2020). BR יכול להגן על כלורופיל עלים ולהגדיל את תכולת הכלורופיל עלים על ידי הפעלה או גרימת סינתזה של אנזימים המעורבים בביו-סינתזה של כלורופיל בתנאי לחץ (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). לבסוף, שני פיטו-הורמונים (CK ו-BR) גם מקדמים את הביטוי של חלבוני הלם חום ומשפרים תהליכי הסתגלות מטבוליים שונים, כגון ביוסינתזה מוגברת של כלורופיל (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
פרמטרי הקרינה של כלורופיל a מספקים שיטה מהירה ולא הרסנית שיכולה להעריך סובלנות צמחים או הסתגלות לתנאי לחץ אביוטי (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). פרמטרים כגון יחס Fv/Fm שימשו כאינדיקטורים להתאמת הצמח לתנאי לחץ (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). במחקר זה, צמחי SC הראו את הערכים הנמוכים ביותר של משתנה זה, בעיקר צמחי אורז "F2000". יין וחב'. (2010) מצא גם כי יחס ה-Fv/Fm של עלי האורז הגבוהים ביותר ירד משמעותית בטמפרטורות מעל 35 מעלות צלזיוס. לפי פנג וחב'. (2013), היחס התחתון של Fv/Fm תחת עומס חום מצביע על כך שקצב לכידה והמרה של אנרגיית עירור על ידי מרכז התגובה PSII מופחת, מה שמעיד על כך שמרכז התגובה PSII מתפורר תחת לחץ חום. תצפית זו מאפשרת לנו להסיק שההפרעות במנגנון הפוטוסינתטי בולטות יותר בזנים רגישים (Fedearroz 2000) מאשר בזנים עמידים (Fedearroz 67).
השימוש ב-CK או BR שיפר בדרך כלל את הביצועים של PSII בתנאי לחץ חום מורכבים. תוצאות דומות התקבלו על ידי Suchsagunpanit et al. (2015), שראה שיישום BR הגדיל את היעילות של PSII תחת לחץ חום באורז. קומאר ואחרים. (2020) מצאו גם שצמחי חומוס שטופלו ב-CK (6-בנזילאדין) ונתנו ללחץ חום הגדילו את יחס ה-Fv/Fm, והגיעו למסקנה כי יישום עלים של CK על ידי הפעלת מחזור הפיגמנט הזאקסנטין מקדם את פעילות PSII. בנוסף, תרסיס עלים של BR העדיף את הפוטוסינתזה של PSII בתנאי לחץ משולבים, מה שמצביע על כך שיישום הפיטו-הורמון הזה הביא לפיזור מופחת של אנרגיית העירור של אנטנות PSII וקידם הצטברות של חלבוני הלם חום קטנים בכלורופלסטים (Ogweno et al. 2008; Kothari and Lachowitz ). , 2021).
תכולת MDA ופרולין עולה לעיתים קרובות כאשר הצמחים נמצאים בלחץ אביוטי בהשוואה לצמחים הגדלים בתנאים אופטימליים (Alvarado-Sanabria et al. 2017). מחקרים קודמים הראו גם כי רמות MDA ופרולין הם אינדיקטורים ביוכימיים שניתן להשתמש בהם כדי להבין את תהליך ההסתגלות או את ההשפעה של שיטות אגרונומיות באורז תחת טמפרטורות גבוהות ביום או בלילה (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al. . , 2021). מחקרים אלו הראו גם שתכולת MDA ופרולין נטו להיות גבוהות יותר בצמחי אורז שנחשפו לטמפרטורות גבוהות בלילה או במהלך היום, בהתאמה. עם זאת, ריסוס עלים של CK ו-BR תרם לירידה ב-MDA ולעלייה ברמות הפרולין, בעיקר בגנוטיפ הסובלני (Federroz 67). תרסיס CK יכול לקדם ביטוי יתר של ציטוקינין אוקסידאז/דהידרוגנאז, ובכך להגדיל את התוכן של תרכובות הגנה כמו בטאין ופרולין (Liu et al., 2020). BR מקדם את השראתם של חומרים מונעי אוסמו כגון בטאין, סוכרים וחומצות אמינו (כולל פרולין חופשי), תוך שמירה על איזון אוסמוטי תאי בתנאים סביבתיים שליליים רבים (Kothari and Lachowiec, 2021).
מדד מתח היבול (CSI) ואינדקס סבילות יחסי (RTI) משמשים כדי לקבוע אם הטיפולים המוערכים עוזרים להפחית מתחים שונים (אביוטיים וביוטיים) ויש להם השפעה חיובית על הפיזיולוגיה של הצמח (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). ערכי CSI יכולים לנוע בין 0 ל-1, המייצגים מצבי אי-לחץ ולחץ, בהתאמה (Lee et al., 2010). ערכי ה-CSI של צמחים בלחץ חום (SC) נעו בין 0.8 ל-0.9 (איור 2B), מה שמצביע על כך שצמחי אורז הושפעו לרעה ממתח משולב. עם זאת, ריסוס עלים של BC (0.6) או CK (0.6) הוביל בעיקר לירידה במדד זה בתנאי לחץ אביוטי בהשוואה לצמחי אורז SC. בצמחי F2000, RTI הראה עלייה גבוהה יותר בעת שימוש ב-CA (97.69%) ו-BC (60.73%) בהשוואה ל-SA (33.52%), מה שמעיד על כך שמווסת גידול צמחים אלו תורמים גם הם לשיפור תגובת האורז לסבילות ההרכב. לְחַמֵם יוֹתֵר מִדַי. מדדים אלה הוצעו לניהול תנאי לחץ במינים שונים. מחקר שנערך על ידי Lee et al. (2010) הראו כי ה-CSI של שני זני כותנה בלחץ מים בינוני היה כ-0.85, ואילו ערכי ה-CSI של זנים מושקים היטב נעו בין 0.4 ל-0.6, והגיעו למסקנה כי מדד זה מהווה אינדיקטור להתאמת המים של הזנים. מצבי לחץ. יתרה מכך, Chavez-Arias et al. (2020) העריכו את היעילות של מעוררים סינתטיים כאסטרטגיית ניהול מתח מקיפה בצמחי C. elegans ומצאו שצמחים מרוססים בתרכובות אלו הראו RTI גבוה יותר (65%). בהתבסס על האמור לעיל, CK ו-BR יכולים להיחשב כאסטרטגיות אגרונומיות שמטרתן להגביר את הסבילות של אורז ללחץ חום מורכב, שכן מווסת צמיחה של צמחים אלו מעוררים תגובות ביוכימיות ופיזיולוגיות חיוביות.
בשנים האחרונות, מחקר האורז בקולומביה התמקד בהערכת גנוטיפים עמידים לטמפרטורות גבוהות ביום או בלילה תוך שימוש בתכונות פיזיולוגיות או ביוכימיות (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021). עם זאת, בשנים האחרונות, הניתוח של טכנולוגיות מעשיות, חסכוניות ורווחיות הפך ליותר ויותר חשוב כדי להציע ניהול יבולים משולב כדי לשפר את ההשפעות של תקופות מורכבות של לחץ חום במדינה (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). לפיכך, התגובות הפיזיולוגיות והביוכימיות של צמחי אורז ללחץ חום מורכב (40 מעלות צלזיוס ביום/30 מעלות צלזיוס בלילה) שנצפתה במחקר זה מצביעות על כך שריסוס עלים עם CK או BR עשוי להיות שיטה מתאימה לניהול יבול כדי להפחית את ההשפעות השליליות. השפעת תקופות של מתח חום בינוני. טיפולים אלו שיפרו את הסבילות של שני הגנוטיפים של האורז (CSI נמוך ו-RTI גבוה), והדגימו מגמה כללית בתגובות פיזיולוגיות וביוכימיות של צמחים תחת לחץ חום משולב. התגובה העיקרית של צמחי האורז הייתה ירידה בתכולת GC, כלורופיל כולל, כלורופילים α ו-β וקרוטנואידים. בנוסף, צמחים סובלים מנזקי PSII (ירידה בפרמטרי הקרינה של כלורופיל כגון יחס Fv/Fm) ומעלייה בחמצן שומנים. מצד שני, כאשר אורז טופל ב-CK ו-BR, ההשפעות השליליות הללו הופחתו ותכולת הפרולין עלתה (איור 4).
איור 4. מודל מושגי של ההשפעות של מתח חום משולב וריסוס מווסת צמחים על צמחי אורז. חיצים אדומים וכחולים מצביעים על ההשפעות השליליות או החיוביות של האינטראקציה בין לחץ חום ויישום עלים של BR (ברסינוסטרואיד) ו-CK (ציטוקינין) על תגובות פיזיולוגיות וביוכימיות, בהתאמה. gs: מוליכות סטומטלית; סך Chl: תכולת כלורופיל כוללת; Chl α: תכולת β של כלורופיל; Cx+c: תכולת קרוטנואידים;
לסיכום, התגובות הפיזיולוגיות והביוכימיות במחקר זה מצביעות על כך שצמחי האורז של Fedearroz 2000 רגישים יותר לתקופה של לחץ חום מורכב מאשר צמחי האורז של Fedearroz 67. כל מווסתי הגדילה שהוערכו במחקר זה (אוקסינים, ג'יברלין, ציטוקינינים או ברסינוסטרואידים) הדגימו מידה מסוימת של הפחתת מתח חום משולבת. עם זאת, ציטוקינין ו-Brassinosteroids גרמו להסתגלות טובה יותר של הצמח שכן שני מווסת הצמחים הגדילו את תכולת הכלורופיל, פרמטרי הקרינה אלפא-כלורופיל, gs ו-RWC בהשוואה לצמחי אורז ללא כל יישום, וגם הורידו את תכולת ה-MDA ואת טמפרטורת החופה. לסיכום, הגענו למסקנה שהשימוש במווסתים של גידול צמחים (ציטוקינינים וברסינוסטרואידים) הוא כלי שימושי בניהול תנאי לחץ בגידולי אורז הנגרמים מלחץ חום חמור בתקופות של טמפרטורות גבוהות.
החומרים המקוריים המוצגים במחקר מצורפים למאמר, וניתן להפנות פניות נוספות למחבר המקביל.