מווסתי גדילה של צמחים משמשים כאסטרטגיה להפחתת עומס חום בגידולים שונים.

ייצור האורז בירידה עקב שינויי האקלים והשונות בקולומביה.מווסתי צמיחת צמחיםשימשו כאסטרטגיה להפחתת עומס חום בגידולים שונים. לכן, מטרת מחקר זה הייתה להעריך את ההשפעות הפיזיולוגיות (מוליכות פיוניות, מוליכות פיוניות, תכולת כלורופיל כוללת, יחס Fv/Fm של שני גנוטיפים מסחריים של אורז הנתונים לעומס חום משולב (טמפרטורות גבוהות ביום ובלילה), טמפרטורת החופה ותכולת מים יחסית) ומשתנים ביוכימיים (מלונדיאלדהיד (MDA) ותכולת חומצה פרולינית). הניסויים הראשון והשני בוצעו באמצעות צמחים משני גנוטיפים של אורז Federrose 67 ("F67") ו- Federrose 2000 ("F2000"), בהתאמה. שני הניסויים נותחו יחד כסדרת ניסויים. הטיפולים שנקבעו היו כדלקמן: בקרה מוחלטת (AC) (צמחי אורז שגודלו בטמפרטורות אופטימליות (טמפרטורת יום/לילה 30/25°C)), בקרת עומס חום (SC) [צמחי אורז הנתונים לעומס חום משולב בלבד (40/25°C). 30°C)], וצמחי אורז עברו עקה וריססו עם מווסתי גדילה צמחיים (עקה+AUX, עקה+BR, עקה+CK או עקה+GA) פעמיים (5 ימים לפני ו-5 ימים אחרי עקת חום). ריסוס עם SA הגביר את תכולת הכלורופיל הכוללת של שני הזנים (משקל טרי של צמחי האורז "F67" ו-"F2000" היה 3.25 ו-3.65 מ"ג/גרם, בהתאמה) בהשוואה לצמחי SC (משקל טרי של צמחי "F67" היה 2.36 ו-2.56 מ"ג). g-1)" ואורז "F2000", ריסוס עלים של CK שיפר באופן כללי גם את המוליכות הפיוניות של צמחי אורז "F2000" (499.25 לעומת 150.60 מילימול מ"ר לשנייה) בהשוואה לבקרת עקת חום. עקב עקת חום, טמפרטורת כתר הצמח ירדה ב-2-3 מעלות צלזיוס, ותכולת ה-MDA בצמחים ירדה. מדד הסבילות היחסית מראה כי ריסוס עלים של CK (97.69%) ו-BR (60.73%) יכול לסייע בהקלה על בעיית עקת החום המשולבת בעיקר בצמחי אורז F2000. לסיכום, ניתן לשקול ריסוס עלים של BR או CK כאסטרטגיה אגרונומית המסייעת בהפחתת ההשפעות השליליות של תנאי עקת חום משולבת על ההתנהגות הפיזיולוגית של צמחי אורז.
אורז (Oryza sativa) שייך למשפחת ה-Poaceae והוא אחד הדגנים המעובדים ביותר בעולם יחד עם תירס וחיטה (Bajaj and Mohanty, 2005). שטח הגידול של אורז הוא 617,934 דונם, והייצור הארצי בשנת 2020 היה 2,937,840 טון עם יבול ממוצע של 5.02 טון/דונם (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
התחממות כדור הארץ משפיעה על גידולי האורז, ומובילה לסוגים שונים של לחצים אביוטיים כגון טמפרטורות גבוהות ותקופות בצורת. שינויי האקלים גורמים לעלייה בטמפרטורות הגלובליות; הטמפרטורות צפויות לעלות ב-1.0-3.7 מעלות צלזיוס במאה ה-21, מה שעלול להגביר את תדירות ועוצמת עומס החום. עלייה בטמפרטורות הסביבה השפיעה על האורז, וגרמה לירידה של 6-7% בתנובת היבולים. מצד שני, שינויי האקלים מובילים גם לתנאים סביבתיים לא טובים לגידולים, כגון תקופות של בצורת קשה או טמפרטורות גבוהות באזורים טרופיים וסובטרופיים. בנוסף, אירועי שינוי כמו אל ניניו יכולים להוביל לעומס חום ולהחריף נזקי גידולים באזורים טרופיים מסוימים. בקולומביה, הטמפרטורות באזורי ייצור האורז צפויות לעלות ב-2-2.5 מעלות צלזיוס עד 2050, מה שמפחית את ייצור האורז וישפיע על זרימת המוצרים לשווקים ולשרשראות האספקה.
רוב גידולי האורז גדלים באזורים שבהם הטמפרטורות קרובות לטווח האופטימלי לגידול יבולים (Shah et al., 2011). דווח כי טמפרטורות היום והלילה הממוצעות האופטימליות עבורגידול והתפתחות אורזהם בדרך כלל 28°C ו-22°C, בהתאמה (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). טמפרטורות מעל ספים אלה עלולות לגרום לתקופות של עקת חום בינונית עד קשה במהלך שלבים רגישים של התפתחות האורז (היווצרות פוריות, פריחה, ומילוי גרגרים), ובכך להשפיע לרעה על תנובת הגרעינים. ירידה זו בתנובה נובעת בעיקר מתקופות ארוכות של עקת חום, המשפיעות על הפיזיולוגיה של הצמח. עקב יחסי הגומלין בין גורמים שונים, כגון משך העקמת והטמפרטורה המקסימלית המושגת, עקת חום עלולה לגרום למגוון נזקים בלתי הפיכים לחילוף החומרים ולהתפתחות הצמח.
עומס חום משפיע על תהליכים פיזיולוגיים וביוכימיים שונים בצמחים. פוטוסינתזה של עלים היא אחד התהליכים הרגישים ביותר לעמס חום בצמחי אורז, שכן קצב הפוטוסינתזה יורד ב-50% כאשר הטמפרטורות היומיות עולות על 35°C. תגובות פיזיולוגיות של צמחי אורז משתנות בהתאם לסוג עומס החום. לדוגמה, קצב הפוטוסינתזה ומוליכות הפיוניות מעוכבים כאשר צמחים נחשפים לטמפרטורות גבוהות ביום (33-40°C) או לטמפרטורות גבוהות ביום ובלילה (35-40°C במהלך היום, 28-30°C). C פירושו לילה) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). טמפרטורות לילה גבוהות (30°C) גורמות לעיכוב מתון של פוטוסינתזה אך מגבירות את הנשימה בלילה (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). ללא קשר לתקופת הלחץ, לחץ חום משפיע גם על תכולת הכלורופיל בעלים, על היחס בין פלואורסצנציה משתנה של כלורופיל לפלואורסצנציה מקסימלית של כלורופיל (Fv/Fm), ועל הפעלת רוביסקו בצמחי אורז (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010). Sanchez Reynoso et al., 2014).
שינויים ביוכימיים הם היבט נוסף של הסתגלות צמחים לעקה בחום (Wahid et al., 2007). תכולת פרולין שימשה כאינדיקטור ביוכימי לעקה בצמחים (Ahmed and Hassan 2011). פרולין ממלא תפקיד חשוב בחילוף החומרים של הצמח, שכן הוא משמש 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 להיווצרות מלונדיאלדהיד (MDA) (Wahid et al., 2007). לכן, תכולת MDA שימשה גם להבנת השלמות המבנית של קרומי תאים תחת עקה בחום (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). לבסוף, עקה משולבת של חום [37/30°C (יום/לילה)] הגבירה את אחוז דליפת האלקטרוליטים ואת תכולת המלונדיאלדהיד באורז (Liu et al., 2013).
השימוש בווסתים של צמיחת צמחים (GRs) הוערך כממתן את ההשפעות השליליות של עקת חום, מכיוון שחומרים אלה מעורבים באופן פעיל בתגובות צמחים או במנגנוני הגנה פיזיולוגיים כנגד עקה כזו (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). יישום אקסוגני של משאבים גנטיים השפיע לטובה על סבילות עקת חום בגידולים שונים. מחקרים הראו כי פיטוהורמונים כגון ג'יברלינים (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., 2012; Zhou et al., 2014). בקולומביה, יישום אקסוגני של משאבים גנטיים והשפעתו על גידולי אורז לא הובן ונחקר במלואו. עם זאת, מחקר קודם הראה כי ריסוס עלים של BR יכול לשפר את הסבילות לאורז על ידי שיפור מאפייני חילוף הגזים, תכולת הכלורופיל או הפרולין בעלי שתיל האורז (Quintero-Calderón et al., 2021).
ציטוקינינים מתווכים תגובות צמחים לעקה אביוטית, כולל עקת חום (Ha et al., 2012). בנוסף, דווח כי יישום אקסוגני של CK יכול להפחית נזק תרמי. לדוגמה, יישום אקסוגני של זאטין הגביר את קצב הפוטוסינתזה, את תכולת הכלורופיל a ו-b ואת יעילות הולכת האלקטרונים בעשב כנף זוחל (Agrotis estolonifera) במהלך עקת חום (Xu and Huang, 2009; Jespersen and Huang, 2015). יישום אקסוגני של זאטין יכול גם לשפר את פעילות נוגדת החמצון, לשפר את הסינתזה של חלבונים שונים, להפחית נזק של מיני חמצן פעילים (ROS) וייצור מלונדיאלדהיד (MDA) ברקמות הצמח (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009, 2016; Kumar et al., 2020).
השימוש בחומצה גיברלית הראה גם תגובה חיובית לעקה חום. מחקרים הראו כי ביוסינתזה של חומצה גיברללית מתווכת מסלולים מטבוליים שונים ומגבירה את הסבילות בתנאי טמפרטורה גבוהים (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi et al. (2020) מצאו כי ריסוס עלים של חומצה גיברללית אקסוגנית (25 או 50 מ"ג*ליטר) יכול להגביר את קצב הפוטוסינתזה ואת פעילות נוגדת החמצון בצמחי תפוזים תחת עקת חום בהשוואה לצמחי ביקורת. כמו כן, נצפה כי יישום אקסוגני של חומצה גיברללית מגביר את תכולת הלחות היחסית, את תכולת הכלורופיל והקרוטנואידים ומפחית חמצון שומנים בדקל תמר (Phoenix dactylifera) תחת עקת חום (Khan et al., 2020). לאוקסין גם תפקיד חשוב בוויסות תגובות צמיחה אדפטיביות לתנאי טמפרטורה גבוהים (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). מווסת גדילה זה משמש כסמן ביוכימי בתהליכים שונים כגון סינתזה או פירוק של פרולין תחת עקה אביוטית (Ali et al. 2007). בנוסף, AUX גם משפר את פעילות נוגדת החמצון, מה שמוביל לירידה ב-MDA בצמחים עקב ירידה בחמצון שומנים (Bielach et al., 2017). Sergeev et al. (2018) הבחינו כי בצמחי אפונה (Pisum sativum) תחת עקת חום, תכולת הפרולין - דימתילאמינואתוקסיקרבונילמתיל)נפתילכלורומתיל אתר (TA-14) עולה. באותו ניסוי, הם גם הבחינו ברמות נמוכות יותר של MDA בצמחים שטופלו בהשוואה לצמחים שלא טופלו ב-AUX.
ברסינוסטרואידים הם סוג נוסף של מווסתי גדילה המשמשים להפחתת השפעות עקת חום. אוגונו ואחרים (2008) דיווחו כי ריסוס אקסוגני של BR הגביר את קצב הפוטוסינתזה נטו, את המוליכות הפיוניות ואת הקצב המקסימלי של קרבוקסילציה של רוביסקו בצמחי עגבניות (Solanum lycopersicum) תחת עקת חום למשך 8 ימים. ריסוס עלים של אפיברסינוסטרואידים יכול להגביר את קצב הפוטוסינתזה נטו של צמחי מלפפון (Cucumis sativus) תחת עקת חום (Yu et al., 2004). בנוסף, יישום אקסוגני של BR מעכב את פירוק הכלורופיל ומגביר את יעילות ניצול המים ואת התפוקה הקוונטית המקסימלית של פוטוכימיה של PSII בצמחים תחת עקת 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 סטומטית, פרמטרים פלואורסצנטיים של כלורופיל, כלורופיל ותכולת מים יחסית, סינתזת מלונדיאלדהיד ופרולין) הוא כלי אמין לסינון צמחי אורז תחת עקת חום מקומית ובינלאומית (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; עם זאת, מחקר על השימוש בריסוסים פיטוהורמונליים עלוותיים באורז ברמה המקומית נותר נדיר. לכן, מחקר התגובות הפיזיולוגיות והביוכימיות של יישום מווסתי צמיחת צמחים הוא בעל חשיבות רבה להצעת אסטרטגיות אגרונומיות מעשיות לכך, תוך התייחסות להשפעות השליליות של תקופה של עקת חום מורכבת באורז. לכן, מטרת מחקר זה הייתה להעריך את ההשפעות הפיזיולוגיות (מוליכות סטומטית, פרמטרים פלואורסצנטיים של כלורופיל ותכולת מים יחסית) והביוכימיות של יישום עלוותי של ארבעה מווסתי צמיחת צמחים (AUX, CK, GA ו-BR). (פיגמנטים פוטוסינתטיים, תכולת מלונדיאלדהיד ופרולין) משתנים בשני גנוטיפים מסחריים של אורז שעברו... לעקה חום משולבת (טמפרטורות גבוהות ביום/לילה).
במחקר זה נערכו שני ניסויים בלתי תלויים. הגנוטיפים Federrose 67 (F67: גנוטיפ שפותח בטמפרטורות גבוהות במהלך העשור האחרון) ו-Federrose 2000 (F2000: גנוטיפ שפותח בעשור האחרון של המאה ה-20 ומראה עמידות לנגיף העלים הלבנים) שימשו לראשונה. הזרעים, בניסוי השני, מעובדים באופן נרחב על ידי חקלאים קולומביאנים. הזרעים נזרעו במגשים של 10 ליטר (אורך 39.6 ס"מ, רוחב 28.8 ס"מ, גובה 16.8 ס"מ) המכילים אדמת חמרה חולית עם 2% חומר אורגני. חמישה זרעים מונבטים מראש נשתלו בכל מגש. המשטחים הונחו בחממה של הפקולטה למדעי החקלאות של האוניברסיטה הלאומית של קולומביה, קמפוס בוגוטה (43°50′56″ צפון, 74°04′051″ מערב), בגובה של 2556 מטר מעל פני הים (מעל פני הים). מ') ובוצעו מאוקטובר עד דצמבר 2019. ניסוי אחד (פדרוז 67) וניסוי שני (פדרוז 2000) באותה עונה של 2020.
תנאי הסביבה בחממה במהלך כל עונת שתילה הם כדלקמן: טמפרטורת יום ולילה 30/25°C, לחות יחסית 60~80%, פוטופרידה טבעית 12 שעות (קרינה פעילה פוטוסינתטית 1500 מיקרומול (פוטונים) מ-2 s-). 1 בצהריים). הצמחים דושנו בהתאם לתכולת כל יסוד 20 יום לאחר צמיחת הזרעים (DAE), על פי סאנצ'ז-ריינוסו ואחרים (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 בעד 47 DAE בכל ניסוי כאשר הגיעו לשלב פנולוגי V5 במהלך תקופה זו. מחקרים קודמים הראו כי שלב פנולוגי זה הוא זמן מתאים לביצוע מחקרי עקת חום באורז (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
בכל ניסוי בוצעו שני יישומים נפרדים של מווסת צמיחת העלים. סדרת ריסוסי הפיטוהורמונים העלוותיים הראשונה יושמה 5 ימים לפני טיפול עקת חום (42 DAE) כדי להכין את הצמחים לעקה סביבתית. ריסוס עלוותי שני ניתן לאחר מכן 5 ימים לאחר שהצמחים נחשפו לתנאי עקה (52 DAE). נעשה שימוש בארבעה פיטוהורמונים והתכונות של כל רכיב פעיל שרוסס במחקר זה מפורטות בטבלה המשלימה 1. ריכוזי מווסתי צמיחת העלים ששימשו היו כדלקמן: (i) אוקסין (1-נפתילאצטיק חומצה: NAA) בריכוז של 5 × 10−5 M (ii) 5 × 10−5 M ג'יברלין (חומצה ג'יברלית: NAA); GA3); (iii) ציטוקינין (טרנס-זאטין) 1 × 10-5 M (iv) ברסינוסטרואידים [ספירוסטן-6-און, 3,5-דיהידרוקסי-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. ריכוזים אלה נבחרו משום שהם גורמים לתגובות חיוביות ומגבירים את עמידות הצמח לעקה חום (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). צמחי אורז ללא ריסוס מווסת גדילה טופלו במים מזוקקים בלבד. כל צמחי האורז רוססו באמצעות מרסס ידני. יש למרוח 20 מ"ל H2O על הצמח כדי להרטיב את המשטחים העליונים והתחתונים של העלים. כל ריסוסי העלים השתמשו באדג'ובנט חקלאי (Agrotin, Bayer CropScience, קולומביה) בריכוז של 0.1% (v/v). המרחק בין העציץ למרסס הוא 30 ס"מ.
טיפולי עומס חום בוצעו 5 ימים לאחר הריסוס העלווי הראשון (47 DAE) בכל ניסוי. צמחי האורז הועברו מהחממה לתא גידול בנפח 294 ליטר (MLR-351H, סאניו, אילינוי, ארה"ב) כדי ליצור עומס חום או לשמור על אותם תנאי סביבה (47 DAE). טיפול משולב לעומס חום בוצע על ידי הגדרת התא לטמפרטורות יום/לילה הבאות: טמפרטורה גבוהה ביום [40°C למשך 5 שעות (מ-11:00 עד 16:00)] ותקופת לילה [30°C למשך 5 שעות]. 8 ימים ברציפות (מ-19:00 עד 24:00). טמפרטורת העומס וזמן החשיפה נבחרו על סמך מחקרים קודמים (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017). מצד שני, קבוצת צמחים שהועברו לתא הגידול הוחזקו בחממה באותה טמפרטורה (30 מעלות צלזיוס במהלך היום/25 מעלות צלזיוס בלילה) במשך 8 ימים רצופים.
בסוף הניסוי, התקבלו קבוצות הטיפול הבאות: (i) תנאי טמפרטורת גידול + יישום מים מזוקקים [בקרה מוחלטת (AC)], (ii) תנאי עקמת חום + יישום מים מזוקקים [בקרת עקמת חום (SC)], (iii) תנאים תנאי עקמת חום + יישום אוקסין (AUX), (iv) תנאי עקמת חום + יישום גיברללין (GA), (v) תנאי עקמת חום + יישום ציטוקינין (CK), ו-(vi) תנאי עקמת חום + ברסינוסטרואיד (BR) נספח. קבוצות טיפול אלו שימשו עבור שני גנוטיפים (F67 ו-F2000). כל הטיפולים בוצעו בתכנון אקראי לחלוטין עם חמישה חזרות, כל אחד מורכב מצמח אחד. כל צמח שימש לקריאת המשתנים שנקבעו בסוף הניסוי. הניסוי נמשך 55 ימים.
מוליכות הפיוניות (gs) נמדדה באמצעות פורוסומטר נייד (SC-1, METER Group Inc., ארה"ב) בטווח של 0 עד 1000 מילימול מ"ר s-1, עם פתח תא דגימה של 6.35 מ"מ. המדידות נערכות על ידי חיבור גלאי סטוממטר לעלה בוגר כאשר הנצר הראשי של הצמח נפרש במלואו. עבור כל טיפול, נלקחו קריאות gs משלושה עלים מכל צמח בין השעות 11:00 ל-16:00 וממוצען נמדד.
משקל טרי (RWC) נקבע לפי השיטה שתוארה על ידי גולאם ואחרים (2002). היריעה המורחבת במלואה ששימשה לקביעת g שימשה גם למדידת RWC. משקל טרי (FW) נקבע מיד לאחר הקטיף באמצעות משקל דיגיטלי. לאחר מכן, העלים הונחו במיכל פלסטיק מלא במים והושארו בחושך בטמפרטורת החדר (22°C) למשך 48 שעות. לאחר מכן, שקלו אותם במאזניים דיגיטליים ותועדו את המשקל המורחב (TW). העלים הנפוחים יובשו בתנור ב-75°C למשך 48 שעות ומשקלם היבש (DW) נרשם.
תכולת הכלורופיל היחסית נקבעה באמצעות מד כלורופיל (atLeafmeter, FT Green LLC, ארה"ב) ובוטאה ביחידות atLeaf (Dey et al., 2016). קריאות יעילות קוונטית מקסימלית של PSII (יחס Fv/Fm) נרשמו באמצעות פלואורימטר כלורופיל עירור רציף (Handy PEA, Hansatech Instruments, בריטניה). העלים עברו הסתגלות לחושך באמצעות מלחציים של עלים במשך 20 דקות לפני מדידות Fv/Fm (Restrepo-Diaz and Garces-Varon, 2013). לאחר שהעלים התאקלמו לחושך, נמדדו פלואורסצנציה בסיסית (F0) ופלואורסצנציה מקסימלית (Fm). מנתונים אלה חושבו פלואורסצנציה משתנה (Fv = Fm – F0), היחס בין פלואורסצנציה משתנה לפלואורסצנציה מקסימלית (Fv/Fm), התשואה הקוונטית המקסימלית של פוטוכימיה של PSII (Fv/F0) והיחס Fm/F0 (Baker, 2008; Lee et al., 2017). קריאות יחסיות של כלורופיל ופלואורסצנציה של כלורופיל נלקחו על אותם עלים ששימשו למדידות gs.
כ-800 מ"ג ממשקל עלה טרי נאספו כמשתנים ביוכימיים. דגימות העלים עברו הומוגניזציה בחנקן נוזלי ואוחסנו לניתוח נוסף. השיטה הספקטרומטרית המשמשת להערכת תכולת הכלורופיל a, b והקרוטנואידים ברקמה מבוססת על השיטה והמשוואות שתוארו על ידי Wellburn (1994). דגימות רקמת עלה (30 מ"ג) נאספו והומוגניזציה ב-3 מ"ל של אצטון 80%. לאחר מכן הדגימות עברו צנטריפוגה (דגם 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, ארה"ב) במהירות של 5000 סל"ד למשך 10 דקות כדי להסיר חלקיקים. הנוזל העליון דולל לנפח סופי של 6 מ"ל על ידי הוספת אצטון 80% (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 החומצה התיוברביטורית (TBA) שתוארה על ידי הודג'ס ואחרים (1999) שימשה להערכת חמצון שומנים בממברנה (MDA). כ-0.3 גרם של רקמת עלה הומוגנו גם בחנקן נוזלי. הדגימות עברו צנטריפוגה במהירות של 5000 סל"ד וספיגתן 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 בייטס ואחרים (1973). הוסיפו 10 מ"ל של תמיסה מימית 3% של חומצה סולפוזליצילית לדגימה המאוחסנת וסננו דרך נייר סינון Whatman (מס' 2). לאחר מכן, 2 מ"ל של תסנין זה הגיבו עם 2 מ"ל של חומצה נינהידרית ו-2 מ"ל של חומצה אצטית קרחונית. התערובת הונחה באמבט מים בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס למשך שעה. עצרו את התגובה על ידי דגירה על קרח. נערו את המבחנה במרץ באמצעות מערבל מערבולת והמיסו את התמיסה המתקבלת ב-4 מ"ל של טולואן. קריאות הספיגה נקבעו ב-520 ננומטר באמצעות אותו ספקטרופוטומטר המשמש לכימות פיגמנטים פוטוסינתטיים (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA).
השיטה שתוארה על ידי Gerhards et al. (2016) לחישוב טמפרטורת החופה ו-CSI. צילומים תרמיים צולמו באמצעות מצלמת FLIR 2 (FLIR Systems Inc., בוסטון, מסצ'וסטס, ארה"ב) בדיוק של ±2°C בסוף תקופת הלחץ. הניחו משטח לבן מאחורי הצמח לצורך הצילום. שוב, שני מפעלים נחשבו כמודלי ייחוס. הצמחים הונחו על משטח לבן; אחד צופה באדג'ובנט חקלאי (Agrotin, Bayer CropScience, בוגוטה, קולומביה) כדי לדמות את פתיחת כל הפיוניות [מצב רטוב (Twet)], והשני היה עלה ללא כל יישום [מצב יבש (Tdry)] (Castro-Duque et al., 2020). המרחק בין המצלמה לעציץ במהלך הצילום היה 1 מטר.
מדד הסבילות היחסית חושב בעקיפין באמצעות מוליכות סטומטלית (gs) של צמחים שטופלו בהשוואה לצמחי ביקורת (צמחים ללא טיפולי עקה ועם שימוש בווסת גדילה) כדי לקבוע את הסבילות של הגנוטיפים המטופלים שהוערכו במחקר זה. RTI הושג באמצעות משוואה המותאמת מצ'אבס-אריאס ואחרים (2020).
בכל ניסוי, כל המשתנים הפיזיולוגיים שהוזכרו לעיל נקבעו ונרשמו ב-55 DAE באמצעות עלים מורחבים במלואם שנאספו מהחופה העליונה. בנוסף, מדידות בוצעו בתא גידול כדי למנוע שינוי בתנאי הסביבה שבהם הצמחים גדלים.
נתונים מהניסוי הראשון והשני נותחו יחד כסדרת ניסויים. כל קבוצת ניסוי כללה 5 צמחים, וכל צמח היווה יחידה ניסיונית. בוצע ניתוח שונות (ANOVA) (P ≤ 0.05). כאשר זוהו הבדלים משמעותיים, נעשה שימוש במבחן ההשוואתי פוסט-הוק של טוקי ב-P ≤ 0.05. השתמשו בפונקציית arcsine כדי להמיר ערכי אחוזים. הנתונים נותחו באמצעות תוכנת Statistix גרסה 9.0 (Analytical Software, טלהסי, פלורידה, ארה"ב) והוצגו בגרף באמצעות SigmaPlot (גרסה 10.0; Systat Software, סן חוזה, קליפורניה, ארה"ב). ניתוח הרכיבים העיקריים בוצע באמצעות תוכנת InfoStat 2016 (Analysis Software, האוניברסיטה הלאומית של קורדובה, ארגנטינה) כדי לזהות את ווסת הגדילה הטובים ביותר לצמחים הנחקרים.
טבלה 1 מסכמת את תוצאות ה-ANOVA המציגות את הניסויים, הטיפולים השונים ואת האינטראקציות שלהם עם פיגמנטים פוטוסינתטיים של עלים (כלורופיל a, b, סך הכל וקרוטנואידים), תכולת מלונדיאלדהיד (MDA) ופרולין, ומוליכות סטומטית. השפעת gs, תכולת מים יחסית (RWC), תכולת כלורופיל, פרמטרים פלואורסצנטיים של כלורופיל אלפא, טמפרטורת הכתר (PCT) (°C), מדד עקת יבול (CSI) ומדד סבילות יחסי של צמחי אורז ב-55 DAE.
טבלה 1. סיכום נתוני ANOVA על משתנים פיזיולוגיים וביוכימיים של אורז בין ניסויים (גנוטיפים) וטיפולי עקת חום.
הבדלים (P≤0.01) באינטראקציות של פיגמנט פוטוסינתטי בעלים, תכולת כלורופיל יחסית (קריאות על העלה) ופרמטרי פלואורסצנציה של אלפא-כלורופיל בין ניסויים לטיפולים מוצגים בטבלה 2. טמפרטורות גבוהות ביום ובלילה הגדילו את תכולת הכלורופיל והקרוטנואידים הכוללת. שתילי אורז ללא ריסוס עלים של פיטוהורמונים (2.36 מ"ג גרם-1 עבור "F67" ו-2.56 מ"ג גרם-1 עבור "F2000") בהשוואה לצמחים שגדלו בתנאי טמפרטורה אופטימליים (2.67 מ"ג גרם-1)) הראו תכולת כלורופיל כוללת נמוכה יותר. בשני הניסויים, "F67" היה 2.80 מ"ג גרם-1 ו-"F2000" היה 2.80 מ"ג גרם-1. בנוסף, שתילי אורז שטופלו בשילוב של ריסוסי AUX ו-GA תחת עקת 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 = 1.45 מ"ג g-1 עבור "F67"; AUX = 2.24 מ"ג) g-1 ו-GA = 1.43 מ"ג g-1 (עבור "F2000") תחת תנאי עקת חום. תחת תנאי עקת חום, טיפול עלווה עם BR הביא לעלייה קלה במשתנה זה בשני הגנוטיפים. לבסוף, ריסוס עלווה 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). גם התכולה היחסית של כלורופיל (יחידת עלה) ירדה עקב עקת חום משולבת. 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 לזנים (טבלה 2). בסך הכל, מבין משתנים אלה, זן F67 היה פחות רגיש לעקת חום מאשר זן F2000. יחסי Fv ו-Fv/Fm סבלו יותר בניסוי השני. שתילים 'F2000' שהיו במצב של עקת חום שלא רוססו בשום פיטוהורמונים הראו את ערכי Fv (2120.15) ויחסי Fv/Fm (0.59) הנמוכים ביותר, אך ריסוס עלים עם CK עזר לשקם ערכים אלה (Fv: 2591, 89, יחס Fv/Fm: 0.73). , וקריאות דומות לאלו שנרשמו בצמחי "F2000" שגודלו בתנאי טמפרטורה אופטימליים (Fv: 2955.35, יחס Fv/Fm: 0.73:0.72). לא נמצאו הבדלים משמעותיים בפלואורסצנציה ההתחלתית (F0), בפלואורסצנציה המקסימלית (Fm), בתפוקת הקוונטים הפוטוכימית המקסימלית של PSII (Fv/F0) וביחס Fm/F0. לבסוף, BR הראה מגמה דומה לזו 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 של עלים [כלורופיל כולל (Chl Total), כלורופיל a (Chl a), כלורופיל b (Chl b) וקרוטנואידים Cx+c] אפקט], תכולת כלורופיל יחסית (יחידת אטליף), פרמטרי פלואורסצנציה של כלורופיל (פלואורסצנציה ראשונית (F0), פלואורסצנציה מקסימלית (Fm), פלואורסצנציה משתנה (Fv), יעילות PSII מקסימלית (Fv/Fm), תפוקה קוונטית פוטוכימית מקסימלית של PSII (Fv/F0) ו-Fm/F0 בצמחים משני גנוטיפים של אורז [Federrose 67 (F67) ו-Federrose 2000 (F2000)] 55 ימים לאחר נביעה (DAE)).
תכולת המים היחסית (RWC) של צמחי אורז שטופלו בצורה שונה הראתה הבדלים (P ≤ 0.05) באינטראקציה בין טיפולים ניסיוניים לטיפולים עלוותיים (איור 1A). כאשר טופלו ב-SA, הערכים הנמוכים ביותר נרשמו עבור שני הגנוטיפים (74.01% עבור F67 ו-76.6% עבור F2000). בתנאי עקת חום, תכולת המים היחסית של צמחי אורז משני הגנוטיפים שטופלו בפיטוהורמונים שונים עלתה משמעותית. בסך הכל, יישומים עלוותיים של CK, GA, AUX או BR העלו את תכולת המים היחסית לערכים דומים לאלה של צמחים שגדלו בתנאים אופטימליים במהלך הניסוי. צמחים בשליטה מוחלטת וצמחים שרוססו עלוותי רשמו ערכים של כ-83% עבור שני הגנוטיפים. מצד שני, gs הראה גם הבדלים משמעותיים (P ≤ 0.01) באינטראקציה בין ניסוי לטיפול (איור 1B). צמח הביקורת האבסולוטית (AC) רשם גם את הערכים הגבוהים ביותר עבור כל גנוטיפ (440.65 מילימול מ"ל/שנייה ב-1 עבור F67 ו-511.02 מילימול מ"ל/שנייה ב-1 עבור F2000). צמחי אורז שעברו עקת חום משולבת בלבד הראו את ערכי ה-gs הנמוכים ביותר עבור שני הגנוטיפים (150.60 מילימול מ"ל/שנייה ב-1 עבור F67 ו-171.32 מילימול מ"ל/שנייה ב-1 עבור F2000). טיפול עלווה בכל מווסת הצמיחה של הצמחים גם הוא הגביר את רמת ה-g. בצמחי אורז F2000 שרוססו ב-CC, השפעת הריסוס העלווה עם פיטוהורמונים הייתה ברורה יותר. קבוצת צמחים זו לא הראתה הבדלים בהשוואה לצמחי הביקורת האבסולוטית (AC 511.02 ו-CC 499.25 מילימול מ"ל/שנייה ב-1).
איור 1. השפעת עומס חום משולב (40°/30°C יום/לילה) על תכולת מים יחסית (RWC) (A), מוליכות סטומטלית (gs) (B), ייצור מלונדיאלדהיד (MDA) (C) ותכולת פרולין (D) בצמחים משני גנוטיפים של אורז (F67 ו-F2000) 55 ימים לאחר ההבלטה (DAE). הטיפולים שנבדקו עבור כל גנוטיפ כללו: בקרה מוחלטת (AC), בקרת עומס חום (SC), עומס חום + אוקסין (AUX), עומס חום + ג'יברלין (GA), עומס חום + מיטוגן תאי (CK) ועומס חום + ברסינוסטרואיד (BR). כל עמודה מייצגת את הממוצע ± סטיית התקן של חמש נקודות נתונים (n = 5). עמודות ואחריהן אותיות שונות מצביעות על הבדלים מובהקים סטטיסטית לפי מבחן טוקי (P ≤ 0.05). אותיות עם סימן שווה מצביעות על כך שהממוצע אינו מובהק סטטיסטית (≤ 0.05).
תכולת MDA (P ≤ 0.01) ופרולין (P ≤ 0.01) הראו גם הבדלים משמעותיים באינטראקציה בין הניסוי לטיפולים בפיטוהורמונים (איור 1C, D). נצפתה עלייה בחמצון שומנים בטיפול ב-SC בשני הגנוטיפים (איור 1C), אולם צמחים שטופלו בתרסיס מווסת צמיחת עלים הראו ירידה בחמצון שומנים בשני הגנוטיפים; באופן כללי, השימוש בפיטוהורמונים (CA, AUC, BR או GA) מוביל לירידה בחמצון שומנים (תכולת MDA). לא נמצאו הבדלים בין צמחי AC משני גנוטיפים לבין צמחים תחת עקת חום שרוססו בפיטוהורמונים (ערכי FW שנצפו בצמחי "F67" נעו בין 4.38-6.77 מיקרומול g-1, ובצמחי FW "F2000" הערכים שנצפו נעו בין 2.84 ל-9.18 מיקרומול g-1 (צמחים). מצד שני, סינתזת הפרולין בצמחי "F67" הייתה נמוכה יותר מאשר בצמחי "F2000" תחת עקה משולבת, מה שהוביל לעלייה בייצור הפרולין. בצמחי אורז תחת עקת חום, בשני הניסויים, נצפה כי מתן הורמונים אלה הגביר משמעותית את תכולת חומצות האמינו של צמחי F2000 (AUX ו-BR היו 30.44 ו-18.34 מיקרומול g-1) בהתאמה (איור 1G).
השפעות ריסוס מווסת גדילה של צמחים עלוותי ועומס חום משולב על טמפרטורת החופה ומדד הסבילות היחסית (RTI) של הצמח מוצגות באיורים 2A ו-2B. עבור שני הגנוטיפים, טמפרטורת החופה של צמחי AC הייתה קרובה ל-27°C, וזו של צמחי SC הייתה סביב 28°C. כמו כן, נצפה כי טיפולים עלוותיים עם CK ו-BR הביאו לירידה של 2-3°C בטמפרטורת החופה בהשוואה לצמחי SC (איור 2A). RTI הציג התנהגות דומה למשתנים פיזיולוגיים אחרים, והראה הבדלים משמעותיים (P ≤ 0.01) באינטראקציה בין הניסוי לטיפול (איור 2B). צמחי SC הראו סבילות צמחית נמוכה יותר בשני הגנוטיפים (34.18% ו-33.52% עבור צמחי אורז "F67" ו-"F2000", בהתאמה). הזנה עלוותית של פיטוהורמונים משפרת את ה-RTI בצמחים החשופים לעומס טמפרטורה גבוה. השפעה זו הייתה בולטת יותר בצמחי "F2000" שרוססו ב-CC, שבהם ה-RTI היה 97.69. מצד שני, הבדלים משמעותיים נצפו רק במדד עקת התשואה (CSI) של צמחי אורז תחת תנאי עקת ריסוס עם גורם עלווה (P ≤ 0.01) (איור 2B). רק צמחי אורז שעברו עקת חום מורכבת הראו את ערך מדד העקת הנשימה הגבוה ביותר (0.816). כאשר צמחי אורז רוססו בפיטוהורמונים שונים, מדד העקת הנשימה היה נמוך יותר (ערכים מ-0.6 עד 0.67). לבסוף, צמח האורז שגודל בתנאים אופטימליים היה בעל ערך של 0.138.
איור 2. השפעות עומס חום משולב (40°/30°C יום/לילה) על טמפרטורת החופה (A), מדד סבילות יחסי (RTI) (B) ומדד עומס גידולים (CSI) (C) של שני מיני צמחים. גנוטיפים מסחריים של אורז (F67 ו-F2000) עברו טיפולי חום שונים. הטיפולים שנבדקו עבור כל גנוטיפ כללו: בקרה מוחלטת (AC), בקרת עומס חום (SC), עומס חום + אוקסין (AUX), עומס חום + ג'יברלין (GA), עומס חום + מיטוגן תאי (CK), ועומס חום + ברסינוסטרואיד (BR). עומס חום משולב כרוך בחשיפת צמחי אורז לטמפרטורות גבוהות ביום/לילה (40°/30°C יום/לילה). כל עמודה מייצגת את הממוצע ± סטיית התקן של חמש נקודות נתונים (n = 5). עמודות ואחריהן אותיות שונות מציינות הבדלים מובהקים סטטיסטית לפי מבחן טוקי (P ≤ 0.05). אותיות עם סימן שווה מציינות שהממוצע אינו מובהק סטטיסטית (≤ 0.05).
ניתוח רכיבים עיקריים (PCA) גילה כי המשתנים שנבדקו ב-55 DAE הסבירו 66.1% מהתגובות הפיזיולוגיות והביוכימיות של צמחי אורז שהיו תחת עקת חום שטופלו בתרסיס מווסת גדילה (איור 3). וקטורים מייצגים משתנים ונקודות מייצגות מווסתי גדילה של צמחים (GRs). הווקטורים של gs, תכולת הכלורופיל, יעילות קוונטית מקסימלית של PSII (Fv/Fm) ופרמטרים ביוכימיים (TChl, MDA ופרולין) נמצאים בזוויות קרובות למקור, דבר המצביע על מתאם גבוה בין ההתנהגות הפיזיולוגית של הצמחים לבין המשתנה. קבוצה אחת (V) כללה שתילי אורז שגודלו בטמפרטורה אופטימלית (AT) וצמחי F2000 שטופלו ב-CK ו-BA. במקביל, רוב הצמחים שטופלו ב-GR יצרו קבוצה נפרדת (IV), וטיפול ב-GA ב-F2000 יצר קבוצה נפרדת (II). לעומת זאת, שתילי אורז שהיו תחת עקת חום (קבוצות I ו-III) ללא ריסוס עלים של פיטוהורמונים (שני הגנוטיפים היו SC) היו ממוקמים באזור הנגדי לקבוצה V, דבר המדגים את השפעת עקת החום על הפיזיולוגיה של הצמח. .
איור 3. ניתוח ביגראפי של השפעות עקת חום משולבת (40°/30°C יום/לילה) על צמחים משני גנוטיפים של אורז (F67 ו-F2000) 55 ימים לאחר נביעה (DAE). קיצורים: AC F67, בקרה מוחלטת F67; SC F67, בקרת עקת חום F67; AUX F67, עקת חום + אוקסין F67; GA F67, עקת חום + ג'יברלין F67; CK F67, עקת חום + חלוקת תאים BR F67, עקת חום + ברסינוסטרואיד. F67; AC F2000, בקרה מוחלטת F2000; SC F2000, בקרת עקת חום F2000; AUX F2000, עקת חום + אוקסין F2000; GA F2000, עקת חום + ג'יברלין F2000; CK F2000, עקת חום + ציטוקינין, BR F2000, עקת חום + סטרואיד ברז; F2000.
משתנים כגון תכולת כלורופיל, מוליכות סטומטית, יחס Fv/Fm, CSI, MDA, RTI ותכולת פרולין יכולים לסייע בהבנת ההסתגלות של גנוטיפים של אורז ולהעריך את ההשפעה של אסטרטגיות אגרונומיות תחת עקת חום (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). מטרת ניסוי זה הייתה להעריך את השפעת יישום ארבעה מווסתי צמיחה על הפרמטרים הפיזיולוגיים והביוכימיים של שתילי אורז בתנאי עקת חום מורכבים. בדיקת שתילים היא שיטה פשוטה ומהירה להערכה סימולטנית של צמחי אורז בהתאם לגודל או למצב התשתית הזמינה (Sarsu et al. 2018). תוצאות מחקר זה הראו שעקת חום משולבת גורמת לתגובות פיזיולוגיות וביוכימיות שונות בשני הגנוטיפים של האורז, דבר המצביע על תהליך הסתגלות. תוצאות אלו מצביעות גם על כך שריסס מווסתי צמיחה עלוותי (בעיקר ציטוקינינים וברסינוסטרואידים) מסייעים לאורז להסתגל לעקת חום מורכבת, שכן הדבר משפיע בעיקר על גדילה ממוצעת (g), קצב גדילה נמוך (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.
עקה בטמפרטורה גבוהה יכולה להפחית את תכולת הפיגמנט הפוטוסינתטי של העלים (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). במחקר זה, כאשר צמחי אורז היו תחת עקת חום ולא רוססו בכל מווסת גדילה של צמחים, פיגמנטים פוטוסינתטיים נטו לרדת בשני הגנוטיפים (טבלה 2). Feng et al. (2013) דיווחו גם על ירידה משמעותית בתכולת הכלורופיל בעלים של שני גנוטיפים של חיטה שנחשפו לעקת חום. חשיפה לטמפרטורות גבוהות גורמת לעיתים קרובות לירידה בתכולת הכלורופיל, שיכולה להיות תוצאה של ירידה בביוסינתזה של כלורופיל, פירוק פיגמנטים או השפעותיהם המשולבות תחת עקת חום (Fahad et al., 2017). עם זאת, צמחי אורז שטופלו בעיקר ב-CK ו-BA הגבירו את ריכוז הפיגמנטים הפוטוסינתטיים של העלים תחת עקת חום. תוצאות דומות דווחו גם על ידי Jespersen and Huang (2015) ו-Suchsagunpanit et al. (2015), אשר צפו בעלייה בתכולת הכלורופיל בעלים לאחר יישום הורמוני זאטין ואפיברסינוסטרואידים בעשב כנף ואורז שעברו עקת חום, בהתאמה. הסבר סביר מדוע CK ו-BR מקדמים עלייה בתכולת הכלורופיל בעלים תחת עקת חום משולבת הוא ש-CK עשוי להגביר את תחילת האינדוקציה המתמשכת של מקדמי ביטוי (כגון מקדם הפעלת ההזדקנות (SAG12) או מקדם HSP18) ולהפחית את אובדן הכלורופיל בעלים, לעכב את ההזדקנות העלים ולהגביר את עמידות הצמח לחום (Liu et al., 2020). BR יכול להגן על הכלורופיל בעלים ולהגביר את תכולת הכלורופיל בעלים על ידי הפעלה או השראה של הסינתזה של אנזימים המעורבים בביוסינתזה של כלורופיל בתנאי עקה (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). לבסוף, שני פיטוהורמונים (CK ו-BR) מקדמים גם הם את הביטוי של חלבוני הלם חום ומשפרים תהליכי הסתגלות מטבוליים שונים, כגון ביוסינתזה מוגברת של כלורופיל (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
פרמטרים פלואורסצנטיים של כלורופיל a מספקים שיטה מהירה ולא הרסנית שיכולה להעריך את הסבילות או ההסתגלות של צמחים לתנאי עקה אביוטיים (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). פרמטרים כמו יחס Fv/Fm שימשו כאינדיקטורים להסתגלות צמחים לתנאי עקה (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 et al. (2010) מצאו גם כי יחס Fv/Fm של עלי האורז בעלי הטיל הגבוה ביותר ירד משמעותית בטמפרטורות מעל 35°C. לדברי פנג et al. (2013), יחס Fv/Fm נמוך יותר תחת עקת חום מצביע על כך שקצב לכידת אנרגיית העירור והמרה על ידי מרכז התגובה PSII מצטמצם, דבר המצביע על כך שמרכז התגובה PSII מתפרק תחת עקת חום. תצפית זו מאפשרת לנו להסיק כי הפרעות במנגנון הפוטוסינתזה בולטות יותר בזנים רגישים (Fedearroz 2000) מאשר בזנים עמידים (Fedearroz 67).
השימוש ב-CK או BR שיפר בדרך כלל את ביצועי PSII בתנאי עקת חום מורכבים. תוצאות דומות התקבלו על ידי Suchsagunpanit ואחרים (2015), שציינו כי יישום BR הגביר את יעילות PSII תחת עקת חום באורז. Kumar ואחרים (2020) מצאו גם כי צמחי חומוס שטופלו ב-CK (6-benzyladenine) ונחשפו לעקת חום הגבירו את יחס Fv/Fm, והסיקו כי יישום עלים של CK על ידי הפעלת מחזור הפיגמנט של הזאקסנטין קידם את פעילות PSII. בנוסף, ריסוס עלי BR עדיף פוטוסינתזה של PSII בתנאי עקה משולבים, דבר המצביע על כך שיישום של פיטוהורמון זה הביא לפיזור מופחת של אנרגיית עירור של מחושים של PSII וקידם את הצטברותם של חלבוני הלם חום קטנים בכלורופלסטים (Ogweno et al. 2008; Kothari and Lachowitz), 2021).
תכולת MDA ופרולין עולה לעיתים קרובות כאשר צמחים נמצאים תחת עקה אביוטית בהשוואה לצמחים הגדלים בתנאים אופטימליים (Alvarado-Sanabria et al. 2017). מחקרים קודמים הראו גם שרמות MDA ופרולין הן 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 אלה הראו גם שתכולת MDA ופרולין נטו להיות גבוהה 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). ריסוס CK יכול לקדם ביטוי יתר של ציטוקינין אוקסידאז/דההידרוגנאז, ובכך להגדיל את תכולת התרכובות המגנות כמו בטאין ופרולין (Liu et al., 2020). BR מקדם את השראת חומרים אוסמוטרוטנטים כגון בטאין, סוכרים וחומצות אמינו (כולל פרולין חופשי), תוך שמירה על איזון אוסמוטי תאי תחת תנאים סביבתיים קשים רבים (קותארי ולאכווויץ', 2021).
מדד עקת גידולים (CSI) ומדד סבילות יחסי (RTI) משמשים כדי לקבוע האם הטיפולים המוערכים מסייעים בהפחתת עקות שונות (אביוטיות וביוטיות) ובעלי 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 תנאי עקה ותנאי עקה, בהתאמה (Lee et al., 2010). ערכי ה-CSI של צמחים שעברו עקת חום (SC) נעו בין 0.8 ל-0.9 (איור 2B), דבר המצביע על כך שצמחי אורז הושפעו לרעה מעקה משולבת. עם זאת, ריסוס עלים של BC (0.6) או CK (0.6) הוביל בעיקר לירידה במדד זה בתנאי עקה אביוטיים 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%), דבר המצביע על כך שגם מווסתי גדילה אלו תורמים לשיפור תגובת האורז לסבילות להרכב. התחממות יתר. מדדים אלו הוצעו לניהול תנאי עקה במינים שונים. מחקר שנערך על ידי לי ואחרים (2010) הראה כי ה-CSI של שני זני כותנה תחת עקה בינונית במים היה כ-0.85, בעוד שערכי ה-CSI של זנים מושקים היטב נעו בין 0.4 ל-0.6, והסיק כי מדד זה הוא אינדיקטור להסתגלות הזנים למים ותנאי עקה. יתר על כן, צ'אבס-אריאס ואחרים (2020) העריכו את יעילותם של גורמי גדילה סינתטיים כאסטרטגיית ניהול עקה מקיפה בצמחי C. elegans ומצאו כי צמחים שרוססו בתרכובות אלו הציגו RTI גבוה יותר (65%). בהתבסס על האמור לעיל, ניתן להתייחס ל-CK ו-BR כאסטרטגיות אגרונומיות שמטרתן להגביר את הסבילות של אורז לעקה חום מורכבת, מכיוון שרגולטורים אלו של צמיחת צמחים גורמים לתגובות ביוכימיות ופיזיולוגיות חיוביות.
בשנים האחרונות, מחקר האורז בקולומביה התמקד בהערכת גנוטיפים הסובלים לטמפרטורות גבוהות ביום או בלילה באמצעות תכונות פיזיולוגיות או ביוכימיות (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021). עם זאת, בשנים האחרונות, ניתוח של טכנולוגיות מעשיות, כלכליות ורווחיות הפך לחשוב יותר ויותר על מנת להציע ניהול משולב של גידולים לשיפור ההשפעות של תקופות מורכבות של עומס חום במדינה (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). לפיכך, התגובות הפיזיולוגיות והביוכימיות של צמחי אורז לעמס חום מורכב (40°C ביום/30°C בלילה) שנצפו במחקר זה מצביעות על כך שריסוס עלים עם CK או BR עשוי להיות שיטת ניהול גידולים מתאימה להפחתת השפעות שליליות. השפעת תקופות של עומס חום בינוני. טיפולים אלה שיפרו את הסבילות לשני הגנוטיפים של האורז (CSI נמוך ו-RTI גבוה), ומדגים מגמה כללית בתגובות פיזיולוגיות וביוכימיות של צמחים תחת עומס חום משולב. התגובה העיקרית של צמחי האורז הייתה ירידה בתכולת הגלם הקרוי גלוטמט (GC), הכלורופיל הכולל, הכלורופילים α ו-β והקרוטנואידים. בנוסף, צמחים סובלים מנזק PSII (ירידה בפרמטרים של פלואורסצנציה של כלורופיל כגון יחס Fv/Fm) ומעלייה בחמצון שומנים. מצד שני, כאשר האורז טופל ב-CK ו-BR, השפעות שליליות אלו הופחתו ותכולת הפרולין עלתה (איור 4).
איור 4. מודל קונספטואלי של השפעות עומס חום משולב וריסוס מווסת גדילה צמחי עלווה על צמחי אורז. חצים אדומים וכחולים מצביעים על ההשפעות השליליות או החיוביות של האינטראקציה בין עומס חום ליישום עלווה של BR (ברסינוסטרואיד) ו-CK (ציטוקינין) על תגובות פיזיולוגיות וביוכימיות, בהתאמה. gs: מוליכות פיוניות; כלורופיל כולל: תכולת כלורופיל כוללת; כלורופיל α: תכולת כלורופיל β; Cx+c: תכולת קרוטנואידים;
לסיכום, התגובות הפיזיולוגיות והביוכימיות במחקר זה מצביעות על כך שצמחי אורז Fedearroz 2000 רגישים יותר לתקופה של עקת חום מורכבת מאשר צמחי אורז Fedearroz 67. כל מווסתי הצמיחה שנבדקו במחקר זה (אוקסינים, גיברלינים, ציטוקינינים או ברסינוסטרואידים) הראו מידה מסוימת של הפחתה משולבת של עקת חום. עם זאת, ציטוקינין וברסינוסטרואידים גרמו להסתגלות טובה יותר של הצמח, שכן שני מווסתי הצמיחה הצמחיים הגבירו את תכולת הכלורופיל, פרמטרי הפלואורסצנציה של אלפא-כלורופיל, gs ו-RWC בהשוואה לצמחי אורז ללא כל יישום, וגם הפחיתו את תכולת MDA וטמפרטורת החופה. לסיכום, אנו מסיקים כי השימוש במווסתי צמיחה צמחיים (ציטוקינינים וברסינוסטרואידים) הוא כלי שימושי בניהול תנאי עקה בגידולי אורז הנגרמים מעקת חום קשה בתקופות של טמפרטורות גבוהות.
החומרים המקוריים המוצגים במחקר כלולים במאמר, וניתן להפנות שאלות נוספות למחבר המתאים.