Sản lượng lúa đang suy giảm do biến đổi khí hậu và sự thay đổi thất thường ở Colombia.Chất điều hòa sinh trưởng thực vậtđã được sử dụng như một chiến lược để giảm căng thẳng nhiệt ở nhiều loại cây trồng khác nhau. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá các tác động sinh lý (độ dẫn khí khổng, độ dẫn khí khổng, hàm lượng diệp lục tổng số, tỷ lệ Fv/Fm của hai kiểu gen lúa thương mại chịu tác động kết hợp của căng thẳng nhiệt (nhiệt độ ngày và đêm cao), nhiệt độ tán cây và hàm lượng nước tương đối) và các biến số sinh hóa (hàm lượng malondialdehyde (MDA) và axit prolinic). Thí nghiệm đầu tiên và thứ hai được tiến hành bằng cách sử dụng cây của hai kiểu gen lúa Federrose 67 (“F67”) và Federrose 2000 (“F2000”). Cả hai thí nghiệm đều được phân tích cùng nhau như một loạt các thí nghiệm. Các phương pháp xử lý đã thiết lập như sau: đối chứng tuyệt đối (AC) (cây lúa phát triển ở nhiệt độ tối ưu (nhiệt độ ngày/đêm 30/25°C)), đối chứng căng thẳng nhiệt (SC) [cây lúa chỉ chịu tác động kết hợp của căng thẳng nhiệt (40/25°C). 30°C)], và cây lúa bị stress và phun chất điều hòa sinh trưởng thực vật (stress+AUX, stress+BR, stress+CK hoặc stress+GA) hai lần (5 ngày trước và 5 ngày sau stress nhiệt). Phun SA làm tăng tổng hàm lượng diệp lục của cả hai giống (trọng lượng tươi của cây lúa “F67″ và “F2000″ lần lượt là 3,25 và 3,65 mg/g) so với cây SC (trọng lượng tươi của cây “F67″ là 2,36 và 2,56 mg). g-1)” và lúa “F2000″, việc bón CK qua lá nhìn chung cũng cải thiện độ dẫn khí khổng của cây lúa “F2000″ (499,25 so với 150,60 mmol m-2 s) so với đối chứng stress nhiệt. Trong điều kiện stress nhiệt, nhiệt độ của tán cây giảm 2–3 °C và hàm lượng MDA trong cây cũng giảm. Chỉ số dung nạp tương đối cho thấy việc phun CK (97,69%) và BR (60,73%) qua lá có thể giúp giảm bớt vấn đề căng thẳng nhiệt kết hợp chủ yếu ở cây lúa F2000. Tóm lại, phun BR hoặc CK qua lá có thể được coi là một chiến lược nông học giúp giảm tác động tiêu cực của điều kiện căng thẳng nhiệt kết hợp lên hành vi sinh lý của cây lúa.
Lúa (Oryza sativa) thuộc họ Poaceae và là một trong những loại ngũ cốc được trồng nhiều nhất trên thế giới cùng với ngô và lúa mì (Bajaj và Mohanty, 2005). Diện tích trồng lúa là 617.934 ha, sản lượng quốc gia năm 2020 là 2.937.840 tấn với năng suất trung bình là 5,02 tấn/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Hiện tượng nóng lên toàn cầu đang ảnh hưởng đến cây lúa, dẫn đến nhiều loại căng thẳng phi sinh học như nhiệt độ cao và thời kỳ hạn hán. Biến đổi khí hậu đang khiến nhiệt độ toàn cầu tăng lên; Nhiệt độ dự kiến sẽ tăng 1,0–3,7°C trong thế kỷ 21, điều này có thể làm tăng tần suất và cường độ của căng thẳng nhiệt. Nhiệt độ môi trường tăng đã ảnh hưởng đến lúa, khiến năng suất cây trồng giảm 6–7%. Mặt khác, biến đổi khí hậu cũng dẫn đến các điều kiện môi trường bất lợi cho cây trồng, chẳng hạn như thời kỳ hạn hán nghiêm trọng hoặc nhiệt độ cao ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Ngoài ra, các sự kiện biến đổi như El Niño có thể dẫn đến căng thẳng nhiệt và làm trầm trọng thêm thiệt hại cho cây trồng ở một số vùng nhiệt đới. Ở Colombia, nhiệt độ tại các vùng sản xuất lúa dự kiến sẽ tăng 2–2,5°C vào năm 2050, làm giảm sản lượng lúa và ảnh hưởng đến dòng sản phẩm đến thị trường và chuỗi cung ứng.
Hầu hết các loại cây lúa được trồng ở những vùng có nhiệt độ gần với phạm vi tối ưu cho sự phát triển của cây trồng (Shah et al., 2011). Người ta đã báo cáo rằng nhiệt độ trung bình ngày và đêm tối ưu chosự phát triển và tăng trưởng của lúathường là 28°C và 22°C (Kilasi và cộng sự, 2018; Calderón-Páez và cộng sự, 2021). Nhiệt độ trên các ngưỡng này có thể gây ra các giai đoạn căng thẳng nhiệt từ trung bình đến nghiêm trọng trong các giai đoạn phát triển nhạy cảm của lúa (đẻ nhánh, trổ bông, trổ hoa và làm đầy hạt), do đó ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất hạt. Sự giảm năng suất này chủ yếu là do các giai đoạn căng thẳng nhiệt kéo dài, ảnh hưởng đến sinh lý thực vật. Do sự tương tác của nhiều yếu tố khác nhau, chẳng hạn như thời gian căng thẳng và nhiệt độ tối đa đạt được, căng thẳng nhiệt có thể gây ra một loạt các thiệt hại không thể phục hồi đối với quá trình trao đổi chất và phát triển của thực vật.
Căng thẳng nhiệt ảnh hưởng đến nhiều quá trình sinh lý và sinh hóa ở thực vật. Quang hợp lá là một trong những quá trình dễ bị căng thẳng nhiệt nhất ở cây lúa, vì tốc độ quang hợp giảm 50% khi nhiệt độ hàng ngày vượt quá 35°C. Phản ứng sinh lý của cây lúa thay đổi tùy thuộc vào loại căng thẳng nhiệt. Ví dụ, tốc độ quang hợp và độ dẫn khí khổng bị ức chế khi cây tiếp xúc với nhiệt độ cao vào ban ngày (33–40°C) hoặc nhiệt độ cao vào ban ngày và ban đêm (35–40°C vào ban ngày, 28–30°C). C nghĩa là ban đêm) (Lü và cộng sự, 2013; Fahad và cộng sự, 2016; Chaturvedi và cộng sự, 2017). Nhiệt độ cao vào ban đêm (30°C) gây ức chế vừa phải quá trình quang hợp nhưng làm tăng hô hấp vào ban đêm (Fahad và cộng sự, 2016; Alvarado-Sanabria và cộng sự, 2017). Bất kể giai đoạn căng thẳng nào, căng thẳng nhiệt cũng ảnh hưởng đến hàm lượng diệp lục của lá, tỷ lệ huỳnh quang biến đổi diệp lục so với huỳnh quang diệp lục tối đa (Fv/Fm) và hoạt hóa Rubisco ở cây lúa (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010). Sanchez Reynoso et al., 2014).
Những thay đổi sinh hóa là một khía cạnh khác của quá trình thích nghi của thực vật với căng thẳng nhiệt (Wahid và cộng sự, 2007). Hàm lượng proline đã được sử dụng như một chỉ số sinh hóa về căng thẳng của thực vật (Ahmed và Hassan 2011). Proline đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của thực vật vì nó hoạt động như một nguồn cacbon hoặc nitơ và là chất ổn định màng trong điều kiện nhiệt độ cao (Sánchez-Reinoso và cộng sự, 2014). Nhiệt độ cao cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của màng thông qua quá trình peroxy hóa lipid, dẫn đến sự hình thành malondialdehyde (MDA) (Wahid và cộng sự, 2007). Do đó, hàm lượng MDA cũng đã được sử dụng để hiểu tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của màng tế bào dưới tác động của căng thẳng nhiệt (Cao và cộng sự, 2009; Chavez-Arias và cộng sự, 2018). Cuối cùng, căng thẳng nhiệt kết hợp [37/30°C (ngày/đêm)] làm tăng tỷ lệ rò rỉ chất điện giải và hàm lượng malondialdehyde trong lúa (Liu và cộng sự, 2013).
Việc sử dụng các chất điều hòa sinh trưởng thực vật (GR) đã được đánh giá để giảm thiểu những tác động tiêu cực của căng thẳng nhiệt, vì những chất này tham gia tích cực vào phản ứng của thực vật hoặc cơ chế phòng vệ sinh lý chống lại căng thẳng như vậy (Peleg và Blumwald, 2011; Yin và cộng sự, 2011; Ahmed và cộng sự, 2015). Ứng dụng ngoại sinh của các nguồn tài nguyên di truyền đã có tác động tích cực đến khả năng chịu đựng căng thẳng nhiệt ở nhiều loại cây trồng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phytohormone như gibberellin (GA), cytokinin (CK), auxin (AUX) hoặc brassinosteroid (BR) dẫn đến sự gia tăng nhiều biến số sinh lý và sinh hóa (Peleg và Blumwald, 2011; Yin và cộng sự, Ren, 2011; Mitler và cộng sự, 2012; Zhou và cộng sự, 2014). Ở Colombia, ứng dụng ngoại sinh của các nguồn tài nguyên di truyền và tác động của nó đối với cây lúa vẫn chưa được hiểu và nghiên cứu đầy đủ. Tuy nhiên, một nghiên cứu trước đây cho thấy phun BR lên lá có thể cải thiện khả năng chịu đựng của lúa bằng cách cải thiện đặc tính trao đổi khí, hàm lượng diệp lục hoặc proline của lá lúa con (Quintero-Calderón và cộng sự, 2021).
Cytokinin làm trung gian cho phản ứng của thực vật đối với các căng thẳng phi sinh học, bao gồm căng thẳng nhiệt (Ha và cộng sự, 2012). Ngoài ra, có báo cáo rằng việc sử dụng CK ngoại sinh có thể làm giảm tổn thương do nhiệt. Ví dụ, việc sử dụng zeatin ngoại sinh làm tăng tốc độ quang hợp, hàm lượng diệp lục a và b và hiệu quả vận chuyển điện tử ở cỏ đuôi chồn bò lan (Agrotis estolonifera) trong thời gian căng thẳng nhiệt (Xu và Huang, 2009; Jespersen và Huang, 2015). Việc sử dụng zeatin ngoại sinh cũng có thể cải thiện hoạt động chống oxy hóa, tăng cường tổng hợp nhiều loại protein, giảm tổn thương do các loài oxy phản ứng (ROS) và sản xuất malondialdehyde (MDA) trong mô thực vật (Chernyadyev, 2009; Yang và cộng sự, 2009). , 2016; Kumar và cộng sự, 2020).
Việc sử dụng axit gibberellic cũng cho thấy phản ứng tích cực với căng thẳng nhiệt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình sinh tổng hợp GA làm trung gian cho nhiều con đường chuyển hóa khác nhau và làm tăng khả năng chịu đựng trong điều kiện nhiệt độ cao (Alonso-Ramirez và cộng sự, 2009; Khan và cộng sự, 2020). Abdel-Nabi và cộng sự (2020) phát hiện ra rằng việc phun GA ngoại sinh lên lá (25 hoặc 50 mg*L) có thể làm tăng tốc độ quang hợp và hoạt động chống oxy hóa ở cây cam bị căng thẳng nhiệt so với cây đối chứng. Người ta cũng quan sát thấy rằng việc sử dụng HA ngoại sinh làm tăng hàm lượng độ ẩm tương đối, hàm lượng diệp lục và carotenoid và làm giảm quá trình peroxy hóa lipid ở cây chà là (Phoenix dactylifera) trong điều kiện căng thẳng nhiệt (Khan và cộng sự, 2020). Auxin cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh phản ứng tăng trưởng thích nghi với điều kiện nhiệt độ cao (Sun và cộng sự, 2012; Wang và cộng sự, 2016). Chất điều hòa sinh trưởng này hoạt động như một chất đánh dấu sinh hóa trong nhiều quá trình như tổng hợp hoặc phân hủy proline dưới tác động của stress phi sinh học (Ali et al. 2007). Ngoài ra, AUX còn tăng cường hoạt động chống oxy hóa, dẫn đến giảm MDA ở thực vật do giảm peroxy hóa lipid (Bielach et al., 2017). Sergeev et al. (2018) quan sát thấy rằng ở cây đậu Hà Lan (Pisum sativum) dưới tác động của stress nhiệt, hàm lượng proline – dimethylaminoethoxycarbonylmethyl)naphthylchloromethyl ether (TA-14) tăng lên. Trong cùng một thí nghiệm, họ cũng quan sát thấy mức MDA thấp hơn ở những cây được xử lý so với những cây không được xử lý bằng AUX.
Brassinosteroid là một loại chất điều hòa sinh trưởng khác được sử dụng để giảm thiểu tác động của căng thẳng nhiệt. Ogweno và cộng sự (2008) đã báo cáo rằng phun BR ngoại sinh làm tăng tốc độ quang hợp ròng, độ dẫn khí khổng và tốc độ cacboxyl hóa Rubisco tối đa của cây cà chua (Solanum lycopersicum) chịu căng thẳng nhiệt trong 8 ngày. Phun epibrassinosteroid lên lá có thể làm tăng tốc độ quang hợp ròng của cây dưa chuột (Cucumis sativus) chịu căng thẳng nhiệt (Yu và cộng sự, 2004). Ngoài ra, ứng dụng BR ngoại sinh làm chậm quá trình phân hủy diệp lục và tăng hiệu quả sử dụng nước và năng suất lượng tử tối đa của quang hóa học PSII ở cây chịu căng thẳng nhiệt (Holá và cộng sự, 2010; Toussagunpanit và cộng sự, 2015).
Do biến đổi khí hậu và tính biến đổi, cây lúa phải đối mặt với thời kỳ nhiệt độ hàng ngày cao (Lesk và cộng sự, 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). Trong phân tích kiểu hình thực vật, việc sử dụng dinh dưỡng thực vật hoặc chất kích thích sinh học đã được nghiên cứu như một chiến lược nhằm giảm thiểu stress nhiệt ở các vùng trồng lúa (Alvarado-Sanabria và cộng sự, 2017; Calderón-Páez và cộng sự, 2021; Quintero-Calderón và cộng sự, 2021). Ngoài ra, việc sử dụng các biến số sinh hóa và sinh lý (nhiệt độ lá, độ dẫn khí khổng, các thông số huỳnh quang diệp lục, hàm lượng diệp lục và nước tương đối, tổng hợp malondialdehyde và proline) là một công cụ đáng tin cậy để sàng lọc cây lúa chịu ứng suất nhiệt ở địa phương và quốc tế (Sánchez -Reynoso và cộng sự, 2014; Alvarado-Sanabria và cộng sự, 2017; Tuy nhiên, nghiên cứu về việc sử dụng thuốc phun phytohormon qua lá trên lúa ở cấp độ địa phương vẫn còn hiếm. Do đó, việc nghiên cứu các phản ứng sinh lý và sinh hóa của việc sử dụng các chất điều hòa sinh trưởng thực vật có tầm quan trọng lớn đối với việc đề xuất các chiến lược nông học thực tế cho mục đích này. giải quyết các tác động tiêu cực của thời kỳ căng thẳng nhiệt phức tạp ở lúa. Do đó, mục đích của nghiên cứu này là đánh giá các tác động sinh lý (độ dẫn khí khổng, các thông số huỳnh quang diệp lục và hàm lượng nước tương đối) và sinh hóa của việc sử dụng qua lá bốn chất điều hòa sinh trưởng thực vật (AUX, CK, GA và BR). (Sắc tố quang hợp, hàm lượng malondialdehyde và proline) Các biến số trong hai kiểu gen lúa thương mại chịu tác động của stress nhiệt kết hợp (nhiệt độ ngày/đêm cao).
Trong nghiên cứu này, hai thí nghiệm độc lập đã được thực hiện. Kiểu gen Federrose 67 (F67: kiểu gen phát triển trong điều kiện nhiệt độ cao trong thập kỷ qua) và Federrose 2000 (F2000: kiểu gen phát triển trong thập kỷ cuối cùng của thế kỷ 20 cho thấy khả năng kháng vi-rút lá trắng) đã được sử dụng lần đầu tiên. hạt giống. và thí nghiệm thứ hai. Cả hai kiểu gen đều được nông dân Colombia trồng rộng rãi. Hạt giống được gieo trong khay 10 lít (dài 39,6 cm, rộng 28,8 cm, cao 16,8 cm) chứa đất thịt pha cát có 2% chất hữu cơ. Năm hạt giống đã nảy mầm trước được trồng trong mỗi khay. Các pallet được đặt trong nhà kính của Khoa Khoa học Nông nghiệp thuộc Đại học Quốc gia Colombia, cơ sở Bogotá (43°50′56″ B, 74°04′051″ T), ở độ cao 2556 m so với mực nước biển (asl). m.) và được thực hiện từ tháng 10 đến tháng 12 năm 2019. Một thí nghiệm (Federroz 67) và một thí nghiệm thứ hai (Federroz 2000) trong cùng mùa năm 2020.
Điều kiện môi trường trong nhà kính trong mỗi mùa trồng trọt như sau: nhiệt độ ngày và đêm 30/25°C, độ ẩm tương đối 60~80%, quang kỳ tự nhiên 12 giờ (bức xạ hoạt động quang hợp 1500 µmol (photon) m-2 s-). 1 vào buổi trưa). Cây được bón phân theo hàm lượng của từng nguyên tố 20 ngày sau khi hạt nảy mầm (DAE), theo Sánchez-Reinoso và cộng sự (2019): 670 mg nitơ cho mỗi cây, 110 mg phốt pho cho mỗi cây, 350 mg kali cho mỗi cây, 68 mg canxi cho mỗi cây, 20 mg magiê cho mỗi cây, 20 mg lưu huỳnh cho mỗi cây, 17 mg silic cho mỗi cây. Cây chứa 10 mg bo cho mỗi cây, 17 mg đồng cho mỗi cây và 44 mg kẽm cho mỗi cây. Cây lúa được duy trì ở mức lên đến 47 DAE trong mỗi thí nghiệm khi chúng đạt đến giai đoạn vật lý học V5 trong giai đoạn này. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng giai đoạn hiện tượng học này là thời điểm thích hợp để tiến hành các nghiên cứu về căng thẳng nhiệt ở lúa (Sánchez-Reinoso và cộng sự, 2014; Alvarado-Sanabria và cộng sự, 2017).
Trong mỗi thí nghiệm, hai ứng dụng riêng biệt của chất điều hòa sinh trưởng lá đã được thực hiện. Bộ phun phytohormone lá đầu tiên được áp dụng 5 ngày trước khi xử lý căng thẳng nhiệt (42 DAE) để chuẩn bị cho cây chống lại căng thẳng môi trường. Một lần phun lá thứ hai sau đó được thực hiện 5 ngày sau khi cây tiếp xúc với điều kiện căng thẳng (52 DAE). Bốn phytohormone đã được sử dụng và các đặc tính của từng thành phần hoạt tính được phun trong nghiên cứu này được liệt kê trong Bảng bổ sung 1. Nồng độ chất điều hòa sinh trưởng lá được sử dụng như sau: (i) Auxin (axit 1-naphthylacetic: NAA) ở nồng độ 5 × 10−5 M (ii) gibberellin 5 × 10–5 M (axit gibberellic: NAA); GA3); (iii) Cytokinin (trans-zeatin) 1 × 10-5 M (iv) Brassinosteroid [Spirostan-6-one, 3,5-dihydroxy-, (3b, 5a, 25R)] 5 × 10-5; M. Các nồng độ này được chọn vì chúng gây ra phản ứng tích cực và tăng khả năng chống chịu của cây đối với căng thẳng nhiệt (Zahir và cộng sự, 2001; Wen và cộng sự, 2010; El-Bassiony và cộng sự, 2012; Salehifar và cộng sự, 2017). Cây lúa không phun bất kỳ chất điều hòa sinh trưởng thực vật nào chỉ được xử lý bằng nước cất. Tất cả các cây lúa đều được phun bằng bình phun cầm tay. Tưới 20 ml H2O vào cây để làm ẩm bề mặt trên và dưới của lá. Tất cả các loại thuốc phun qua lá đều sử dụng chất bổ trợ nông nghiệp (Agrotin, Bayer CropScience, Colombia) ở mức 0,1% (v/v). Khoảng cách giữa chậu và bình phun là 30 cm.
Xử lý ứng suất nhiệt được thực hiện 5 ngày sau lần phun lá đầu tiên (47 DAE) trong mỗi thí nghiệm. Cây lúa được chuyển từ nhà kính sang buồng tăng trưởng 294 L (MLR-351H, Sanyo, IL, Hoa Kỳ) để tạo ứng suất nhiệt hoặc duy trì cùng điều kiện môi trường (47 DAE). Xử lý ứng suất nhiệt kết hợp được thực hiện bằng cách thiết lập buồng ở nhiệt độ ngày/đêm sau: nhiệt độ cao ban ngày [40°C trong 5 giờ (từ 11:00 đến 16:00)] và thời gian ban đêm [30°C trong 5 giờ] . 8 ngày liên tiếp (từ 19:00 đến 24:00). Nhiệt độ ứng suất và thời gian phơi sáng được lựa chọn dựa trên các nghiên cứu trước đây (Sánchez-Reynoso và cộng sự, 2014; Alvarado-Sanabría và cộng sự, 2017). Mặt khác, một nhóm cây được chuyển vào buồng tăng trưởng được giữ trong nhà kính ở cùng nhiệt độ (30°C vào ban ngày/25°C vào ban đêm) trong 8 ngày liên tiếp.
Kết thúc thí nghiệm, thu được các nhóm xử lý sau: (i) điều kiện nhiệt độ sinh trưởng + ứng dụng nước cất [Kiểm soát tuyệt đối (AC)], (ii) điều kiện ứng suất nhiệt + ứng dụng nước cất [Kiểm soát ứng suất nhiệt (SC)], (iii) điều kiện ứng suất nhiệt + ứng dụng auxin (AUX), (iv) điều kiện ứng suất nhiệt + ứng dụng gibberellin (GA), (v) điều kiện ứng suất nhiệt + ứng dụng cytokinin (CK), và (vi) điều kiện ứng suất nhiệt + brassinosteroid (BR) Phụ lục. Các nhóm xử lý này được sử dụng cho hai kiểu gen (F67 và F2000). Tất cả các xử lý đều được tiến hành theo thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên với năm lần lặp lại, mỗi lần lặp lại gồm một cây. Mỗi cây được sử dụng để đọc các biến số xác định vào cuối thí nghiệm. Thí nghiệm kéo dài 55 DAE.
Độ dẫn khí khổng (gs) được đo bằng máy đo độ xốp di động (SC-1, METER Group Inc., Hoa Kỳ) có phạm vi từ 0 đến 1000 mmol m-2 s-1, với khẩu độ buồng mẫu là 6,35 mm. Các phép đo được thực hiện bằng cách gắn đầu dò khí khổng vào một lá trưởng thành với chồi chính của cây đã nở hoàn toàn. Đối với mỗi lần xử lý, các phép đo gs được thực hiện trên ba lá của mỗi cây trong khoảng thời gian từ 11:00 đến 16:00 và tính trung bình.
RWC được xác định theo phương pháp do Ghoulam và cộng sự (2002) mô tả. Tờ giấy mở rộng hoàn toàn được sử dụng để xác định g cũng được sử dụng để đo RWC. Trọng lượng tươi (FW) được xác định ngay sau khi thu hoạch bằng cân kỹ thuật số. Sau đó, lá được đặt trong hộp nhựa chứa đầy nước và để trong bóng tối ở nhiệt độ phòng (22°C) trong 48 giờ. Sau đó, cân trên cân kỹ thuật số và ghi lại trọng lượng mở rộng (TW). Lá nở được sấy khô trong lò ở 75°C trong 48 giờ và trọng lượng khô (DW) của chúng được ghi lại.
Hàm lượng diệp lục tương đối được xác định bằng máy đo diệp lục (atLeafmeter, FT Green LLC, Hoa Kỳ) và được thể hiện bằng đơn vị atLeaf (Dey et al., 2016). Các phép đo hiệu suất lượng tử tối đa của PSII (tỷ lệ Fv/Fm) được ghi lại bằng máy đo huỳnh quang diệp lục kích thích liên tục (Handy PEA, Hansatech Instruments, Vương quốc Anh). Lá được thích nghi với bóng tối bằng kẹp lá trong 20 phút trước khi đo Fv/Fm (Restrepo-Diaz và Garces-Varon, 2013). Sau khi lá được thích nghi với bóng tối, người ta đo đường cơ sở (F0) và huỳnh quang tối đa (Fm). Từ những dữ liệu này, huỳnh quang biến thiên (Fv = Fm – F0), tỷ lệ huỳnh quang biến thiên trên huỳnh quang tối đa (Fv/Fm), năng suất lượng tử tối đa của quang hóa học PSII (Fv/F0) và tỷ lệ Fm/F0 đã được tính toán (Baker, 2008; Lee et al., 2017). Đo lượng diệp lục tương đối và huỳnh quang diệp lục trên cùng những chiếc lá dùng để đo gs.
Khoảng 800 mg trọng lượng lá tươi được thu thập như các biến số sinh hóa. Các mẫu lá sau đó được đồng nhất trong nitơ lỏng và lưu trữ để phân tích thêm. Phương pháp quang phổ được sử dụng để ước tính hàm lượng diệp lục a, b và carotenoid của mô dựa trên phương pháp và các phương trình được mô tả bởi Wellburn (1994). Các mẫu mô lá (30 mg) được thu thập và đồng nhất trong 3 ml axeton 80%. Các mẫu sau đó được ly tâm (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, Hoa Kỳ) ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 10 phút để loại bỏ các hạt. Phần dịch trong được pha loãng đến thể tích cuối cùng là 6 ml bằng cách thêm axeton 80% (Sims và Gamon, 2002). Hàm lượng diệp lục được xác định ở bước sóng 663 (diệp lục a) và 646 (diệp lục b) nm, và carotenoid ở bước sóng 470 nm bằng máy quang phổ (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, Hoa Kỳ).
Phương pháp axit thiobarbituric (TBA) do Hodges và cộng sự (1999) mô tả được sử dụng để đánh giá quá trình peroxy hóa lipid màng (MDA). Khoảng 0,3 g mô lá cũng được đồng nhất trong nitơ lỏng. Các mẫu được ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút và độ hấp thụ được đo trên máy quang phổ ở 440, 532 và 600 nm. Cuối cùng, nồng độ MDA được tính toán bằng hệ số tiêu hủy (157 M mL−1).
Hàm lượng proline của tất cả các phương pháp xử lý được xác định bằng phương pháp do Bates và cộng sự mô tả (1973). Thêm 10 ml dung dịch axit sulfosalicylic 3% vào mẫu đã lưu trữ và lọc qua giấy lọc Whatman (số 2). Sau đó, 2 ml dịch lọc này được phản ứng với 2 ml axit ninhydric và 2 ml axit axetic băng. Hỗn hợp được đặt trong bồn nước ở 90 ° C trong 1 giờ. Dừng phản ứng bằng cách ủ trên đá. Lắc mạnh ống nghiệm bằng máy lắc xoáy và hòa tan dung dịch thu được trong 4 ml toluen. Các phép đo độ hấp thụ được xác định ở bước sóng 520 nm bằng cùng máy quang phổ được sử dụng để định lượng sắc tố quang hợp (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, Hoa Kỳ).
Phương pháp do Gerhards và cộng sự (2016) mô tả để tính nhiệt độ tán cây và CSI. Ảnh nhiệt được chụp bằng camera FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, Hoa Kỳ) với độ chính xác ±2°C vào cuối thời kỳ căng thẳng. Đặt một bề mặt màu trắng phía sau cây để chụp ảnh. Một lần nữa, hai nhà máy được coi là mô hình tham chiếu. Các cây được đặt trên một bề mặt màu trắng; một nhà máy được phủ một chất bổ trợ nông nghiệp (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Colombia) để mô phỏng quá trình mở tất cả các khí khổng [chế độ ướt (Twet)] và nhà máy còn lại là một chiếc lá không có bất kỳ ứng dụng nào [chế độ khô (Tdry)] (Castro -Duque và cộng sự, 2020). Khoảng cách giữa máy ảnh và chậu trong khi quay phim là 1 m.
Chỉ số dung nạp tương đối được tính gián tiếp bằng cách sử dụng độ dẫn khí khổng (gs) của cây được xử lý so với cây đối chứng (cây không được xử lý ứng suất và có sử dụng chất điều hòa sinh trưởng) để xác định khả năng dung nạp của các kiểu gen được xử lý được đánh giá trong nghiên cứu này. RTI thu được bằng cách sử dụng phương trình được điều chỉnh từ Chávez-Arias et al. (2020).
Trong mỗi thí nghiệm, tất cả các biến số sinh lý được đề cập ở trên đã được xác định và ghi lại ở 55 DAE bằng cách sử dụng lá mở rộng hoàn toàn được thu thập từ tán cây phía trên. Ngoài ra, các phép đo được thực hiện trong buồng tăng trưởng để tránh thay đổi các điều kiện môi trường mà cây phát triển.
Dữ liệu từ thí nghiệm thứ nhất và thứ hai được phân tích cùng nhau như một loạt các thí nghiệm. Mỗi nhóm thí nghiệm bao gồm 5 cây và mỗi cây cấu thành một đơn vị thí nghiệm. Phân tích phương sai (ANOVA) đã được thực hiện (P ≤ 0,05). Khi phát hiện ra sự khác biệt đáng kể, kiểm định so sánh sau hoc của Tukey đã được sử dụng ở P ≤ 0,05. Sử dụng hàm arcsine để chuyển đổi các giá trị phần trăm. Dữ liệu đã được phân tích bằng phần mềm Statistix v 9.0 (Phần mềm phân tích, Tallahassee, FL, Hoa Kỳ) và vẽ đồ thị bằng SigmaPlot (phiên bản 10.0; Phần mềm Systat, San Jose, CA, Hoa Kỳ). Phân tích thành phần chính đã được thực hiện bằng phần mềm InfoStat 2016 (Phần mềm phân tích, Đại học Quốc gia Cordoba, Argentina) để xác định các chất điều hòa sinh trưởng thực vật tốt nhất đang được nghiên cứu.
Bảng 1 tóm tắt ANOVA cho thấy các thí nghiệm, các phương pháp xử lý khác nhau và tương tác của chúng với sắc tố quang hợp của lá (diệp lục a, b, tổng số và carotenoid), hàm lượng malondialdehyde (MDA) và proline, và độ dẫn khí khổng. Ảnh hưởng của gs, hàm lượng nước tương đối. (RWC), hàm lượng diệp lục, các thông số huỳnh quang diệp lục alpha, nhiệt độ tán lá (PCT) (°C), chỉ số căng thẳng của cây trồng (CSI) và chỉ số chịu đựng tương đối của cây lúa ở 55 DAE.
Bảng 1. Tóm tắt dữ liệu ANOVA về các biến số sinh lý và sinh hóa của lúa giữa các thí nghiệm (kiểu gen) và xử lý stress nhiệt.
Sự khác biệt (P≤0.01) trong tương tác sắc tố quang hợp của lá, hàm lượng diệp lục tương đối (chỉ số Atleaf) và các thông số huỳnh quang alpha-diệp lục giữa các thí nghiệm và xử lý được thể hiện trong Bảng 2. Nhiệt độ cao vào ban ngày và ban đêm làm tăng tổng hàm lượng diệp lục và carotenoid. Cây lúa giống không phun bất kỳ loại phytohormone nào lên lá (2,36 mg g-1 đối với “F67″ và 2,56 mg g-1 đối với “F2000″) so với cây trồng trong điều kiện nhiệt độ tối ưu (2,67 mg g -1)) cho thấy tổng hàm lượng diệp lục thấp hơn. Trong cả hai thí nghiệm, “F67” là 2,80 mg g-1 và “F2000” là 2,80 mg g-1. Ngoài ra, cây lúa được xử lý bằng sự kết hợp phun AUX và GA trong điều kiện căng thẳng nhiệt cũng cho thấy hàm lượng diệp lục giảm ở cả hai kiểu gen (AUX = 1,96 mg g-1 và GA = 1,45 mg g-1 đối với “F67”; AUX = 1,96 mg g-1 và GA = 1,45 mg g-1 đối với “F67″; AUX = 2,24 mg) g-1 và GA = 1,43 mg g-1 (đối với “F2000″) trong điều kiện căng thẳng nhiệt. Trong điều kiện căng thẳng nhiệt, xử lý lá bằng BR dẫn đến sự gia tăng nhẹ biến số này ở cả hai kiểu gen. Cuối cùng, phun lá CK cho thấy giá trị sắc tố quang hợp cao nhất trong số tất cả các xử lý (xử lý AUX, GA, BR, SC và AC) ở kiểu gen F67 (3,24 mg g-1) và F2000 (3,65 mg g-1). Hàm lượng tương đối của diệp lục (đơn vị Atleaf) cũng bị giảm do căng thẳng nhiệt kết hợp. Các giá trị cao nhất cũng được ghi nhận ở những cây được phun CC ở cả hai kiểu gen (41,66 đối với “F67” và 49,30 đối với “F2000”). Tỷ lệ Fv và Fv/Fm cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa các phương pháp xử lý và giống (Bảng 2). Nhìn chung, trong số các biến này, giống F67 ít bị căng thẳng nhiệt hơn giống F2000. Tỷ lệ Fv và Fv/Fm bị ảnh hưởng nhiều hơn trong thí nghiệm thứ hai. Cây giống 'F2000′ bị căng thẳng không được phun bất kỳ loại phytohormone nào có giá trị Fv thấp nhất (2120,15) và tỷ lệ Fv/Fm (0,59), nhưng phun qua lá bằng CK đã giúp khôi phục các giá trị này (Fv: 2591, 89, tỷ lệ Fv/Fm: 0,73). , nhận được các số đọc tương tự như các số đọc được ghi lại trên cây “F2000” được trồng trong điều kiện nhiệt độ tối ưu (Fv: 2955,35, tỷ lệ Fv/Fm: 0,73:0,72). Không có sự khác biệt đáng kể nào về huỳnh quang ban đầu (F0), huỳnh quang tối đa (Fm), năng suất lượng tử quang hóa tối đa của PSII (Fv/F0) và tỷ lệ Fm/F0. Cuối cùng, BR cho thấy xu hướng tương tự như quan sát thấy với CK (Fv 2545,06, tỷ lệ Fv/Fm 0,73).
Bảng 2. Tác động của stress nhiệt kết hợp (40°/30°C ngày/đêm) lên sắc tố quang hợp của lá [tổng diệp lục (Chl Total), diệp lục a (Chl a), diệp lục b (Chl b) và carotenoid Cx+c], hàm lượng diệp lục tương đối (đơn vị Atliff), các thông số huỳnh quang diệp lục (huỳnh quang ban đầu (F0), huỳnh quang cực đại (Fm), huỳnh quang thay đổi (Fv), hiệu suất PSII tối đa (Fv/Fm), năng suất lượng tử quang hóa tối đa của PSII (Fv/F0 ) và Fm/F0 ở thực vật có hai kiểu gen lúa [Federrose 67 (F67) và Federrose 2000 (F2000)] 55 ngày sau khi nảy mầm (DAE)).
Hàm lượng nước tương đối (RWC) của các cây lúa được xử lý khác nhau cho thấy sự khác biệt (P ≤ 0,05) trong tương tác giữa xử lý thực nghiệm và xử lý qua lá (Hình 1A). Khi được xử lý bằng SA, các giá trị thấp nhất được ghi nhận cho cả hai kiểu gen (74,01% đối với F67 và 76,6% đối với F2000). Trong điều kiện căng thẳng nhiệt, RWC của cây lúa thuộc cả hai kiểu gen được xử lý bằng các loại phytohormone khác nhau đều tăng đáng kể. Nhìn chung, các ứng dụng CK, GA, AUX hoặc BR qua lá đã làm tăng RWC lên các giá trị tương tự như các giá trị của cây trồng trong điều kiện tối ưu trong quá trình thí nghiệm. Cây đối chứng tuyệt đối và cây được phun qua lá ghi nhận các giá trị khoảng 83% cho cả hai kiểu gen. Mặt khác, gs cũng cho thấy sự khác biệt đáng kể (P ≤ 0,01) trong tương tác giữa thí nghiệm và xử lý (Hình 1B). Cây đối chứng tuyệt đối (AC) cũng ghi nhận các giá trị cao nhất cho mỗi kiểu gen (440,65 mmol m-2s-1 cho F67 và 511,02 mmol m-2s-1 cho F2000). Riêng cây lúa chịu tác động của stress nhiệt kết hợp cho thấy các giá trị gs thấp nhất cho cả hai kiểu gen (150,60 mmol m-2s-1 cho F67 và 171,32 mmol m-2s-1 cho F2000). Xử lý lá bằng tất cả các chất điều hòa sinh trưởng thực vật cũng làm tăng g. Trên cây lúa F2000 được phun CC, tác dụng của việc phun lá bằng phytohormone rõ ràng hơn. Nhóm cây này không cho thấy sự khác biệt so với cây đối chứng tuyệt đối (AC 511,02 và CC 499,25 mmol m-2s-1).
Hình 1. Tác động của stress nhiệt kết hợp (40°/30°C ngày/đêm) lên hàm lượng nước tương đối (RWC) (A), độ dẫn khí khổng (gs) (B), sản xuất malondialdehyde (MDA) (C) và hàm lượng proline. (D) ở thực vật của hai kiểu gen lúa (F67 và F2000) vào ngày thứ 55 sau khi nảy mầm (DAE). Các phương pháp xử lý được đánh giá cho từng kiểu gen bao gồm: đối chứng tuyệt đối (AC), đối chứng stress nhiệt (SC), stress nhiệt + auxin (AUX), stress nhiệt + gibberellin (GA), stress nhiệt + mitogen tế bào (CK) và stress nhiệt + brassinosteroid. (BR). Mỗi cột biểu thị giá trị trung bình ± sai số chuẩn của năm điểm dữ liệu (n = 5). Các cột theo sau bởi các chữ cái khác nhau biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê theo phép kiểm định Tukey (P ≤ 0,05). Các chữ cái có dấu bằng biểu thị giá trị trung bình không có ý nghĩa thống kê (≤ 0,05).
Hàm lượng MDA (P ≤ 0,01) và proline (P ≤ 0,01) cũng cho thấy sự khác biệt đáng kể trong tương tác giữa thí nghiệm và xử lý phytohormone (Hình 1C, D). Tăng peroxy hóa lipid được quan sát thấy với xử lý SC ở cả hai kiểu gen (Hình 1C), tuy nhiên, cây được xử lý bằng thuốc phun chất điều hòa sinh trưởng lá cho thấy giảm peroxy hóa lipid ở cả hai kiểu gen; Nhìn chung, việc sử dụng phytohormone (CA, AUC, BR hoặc GA) dẫn đến giảm peroxy hóa lipid (hàm lượng MDA). Không có sự khác biệt nào được tìm thấy giữa các cây AC của hai kiểu gen và các cây chịu ứng suất nhiệt và được phun phytohormone (giá trị FW quan sát được ở các cây “F67” dao động từ 4,38–6,77 µmol g-1, và ở các cây FW “F2000” có giá trị quan sát được dao động từ 2,84 đến 9,18 µmol g-1 (các cây). Mặt khác, quá trình tổng hợp proline ở các cây “F67” thấp hơn ở các cây “F2000” chịu ứng suất kết hợp, dẫn đến tăng sản xuất proline. ở các cây lúa chịu ứng suất nhiệt, trong cả hai thí nghiệm, người ta quan sát thấy rằng việc sử dụng các hormone này làm tăng đáng kể hàm lượng axit amin của các cây F2000 (AUX và BR lần lượt là 30,44 và 18,34 µmol g-1) (Hình 1G).
Tác động của việc phun chất điều hòa sinh trưởng cây qua lá và kết hợp ứng suất nhiệt lên nhiệt độ tán cây và chỉ số chịu đựng tương đối (RTI) được thể hiện trong Hình 2A và B. Đối với cả hai kiểu gen, nhiệt độ tán cây của cây AC gần 27°C và của cây SC là khoảng 28°C. WITH. Người ta cũng quan sát thấy rằng các phương pháp xử lý qua lá bằng CK và BR dẫn đến nhiệt độ tán cây giảm 2–3°C so với cây SC (Hình 2A). RTI biểu hiện hành vi tương tự như các biến số sinh lý khác, cho thấy sự khác biệt đáng kể (P ≤ 0,01) trong tương tác giữa thí nghiệm và xử lý (Hình 2B). Cây SC cho thấy khả năng chịu đựng thực vật thấp hơn ở cả hai kiểu gen (lần lượt là 34,18% và 33,52% đối với cây lúa “F67” và “F2000”). Việc bón phytohormone qua lá giúp cải thiện RTI ở những cây chịu ứng suất nhiệt độ cao. Tác động này rõ rệt hơn ở những cây “F2000” được phun CC, trong đó RTI là 97,69. Mặt khác, chỉ quan sát thấy sự khác biệt đáng kể ở chỉ số ứng suất năng suất (CSI) của cây lúa trong điều kiện ứng suất phun yếu tố lá (P ≤ 0,01) (Hình 2B). Chỉ những cây lúa chịu ứng suất nhiệt phức tạp mới cho thấy giá trị chỉ số ứng suất cao nhất (0,816). Khi cây lúa được phun nhiều loại phytohormone khác nhau, chỉ số ứng suất thấp hơn (giá trị từ 0,6 đến 0,67). Cuối cùng, cây lúa được trồng trong điều kiện tối ưu có giá trị là 0,138.
Hình 2. Tác động của ứng suất nhiệt kết hợp (40°/30°C ngày/đêm) lên nhiệt độ tán cây (A), chỉ số chịu đựng tương đối (RTI) (B) và chỉ số ứng suất cây trồng (CSI) (C) của hai loài thực vật. Các kiểu gen lúa thương mại (F67 và F2000) đã được xử lý nhiệt khác nhau. Các xử lý được đánh giá cho từng kiểu gen bao gồm: đối chứng tuyệt đối (AC), kiểm soát ứng suất nhiệt (SC), ứng suất nhiệt + auxin (AUX), ứng suất nhiệt + gibberellin (GA), ứng suất nhiệt + mitogen tế bào (CK) và ứng suất nhiệt + brassinosteroid. (BR). Ứng suất nhiệt kết hợp liên quan đến việc phơi nhiễm cây lúa ở nhiệt độ ngày/đêm cao (40°/30°C ngày/đêm). Mỗi cột biểu thị giá trị trung bình ± sai số chuẩn của năm điểm dữ liệu (n = 5). Các cột theo sau bởi các chữ cái khác nhau biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê theo kiểm định Tukey (P ≤ 0,05). Các chữ cái có dấu bằng biểu thị giá trị trung bình không có ý nghĩa thống kê (≤ 0,05).
Phân tích thành phần chính (PCA) cho thấy các biến được đánh giá ở 55 DAE giải thích được 66,1% phản ứng sinh lý và sinh hóa của cây lúa chịu nhiệt được xử lý bằng thuốc phun điều hòa sinh trưởng (Hình 3). Các vectơ biểu diễn các biến và các chấm biểu diễn các chất điều hòa sinh trưởng thực vật (GR). Các vectơ gs, hàm lượng diệp lục, hiệu suất lượng tử tối đa của PSII (Fv/Fm) và các thông số sinh hóa (TChl, MDA và proline) có góc gần với gốc, cho thấy mối tương quan cao giữa hành vi sinh lý của thực vật và chúng. biến. Một nhóm (V) bao gồm cây lúa giống được trồng ở nhiệt độ tối ưu (AT) và cây F2000 được xử lý bằng CK và BA. Đồng thời, phần lớn cây được xử lý bằng GR tạo thành một nhóm riêng (IV) và xử lý bằng GA trong F2000 tạo thành một nhóm riêng (II). Ngược lại, cây lúa giống chịu nhiệt (nhóm I và III) không được phun bất kỳ loại phytohormone nào lên lá (cả hai kiểu gen đều là SC) được đặt ở vùng đối diện với nhóm V, chứng minh tác động của nhiệt độ cao lên sinh lý thực vật.
Hình 3. Phân tích nhị đồ về tác động của stress nhiệt kết hợp (40°/30°C ngày/đêm) lên cây của hai kiểu gen lúa (F67 và F2000) ở ngày thứ 55 sau khi nảy mầm (DAE). Từ viết tắt: AC F67, đối chứng tuyệt đối F67; SC F67, đối chứng stress nhiệt F67; AUX F67, stress nhiệt + auxin F67; GA F67, stress nhiệt + gibberellin F67; CK F67, stress nhiệt + phân chia tế bào BR F67, stress nhiệt + brassinosteroid. F67; AC F2000, đối chứng tuyệt đối F2000; SC F2000, Kiểm soát stress nhiệt F2000; AUX F2000, stress nhiệt + auxin F2000; GA F2000, stress nhiệt + gibberellin F2000; CK F2000, stress nhiệt + cytokinin, BR F2000, stress nhiệt + brass steroid; F2000.
Các biến số như hàm lượng diệp lục, độ dẫn khí khổng, tỷ lệ Fv/Fm, CSI, MDA, RTI và hàm lượng proline có thể giúp hiểu được sự thích nghi của các kiểu gen lúa và đánh giá tác động của các chiến lược nông học trong điều kiện căng thẳng nhiệt (Sarsu và cộng sự, 2018; Quintero-Calderon và cộng sự, 2021). Mục đích của thí nghiệm này là đánh giá tác động của việc áp dụng bốn chất điều hòa sinh trưởng đối với các thông số sinh lý và sinh hóa của cây lúa con trong điều kiện căng thẳng nhiệt phức tạp. Kiểm tra cây con là một phương pháp đơn giản và nhanh chóng để đánh giá đồng thời cây lúa tùy thuộc vào quy mô hoặc tình trạng của cơ sở hạ tầng có sẵn (Sarsu và cộng sự, 2018). Kết quả của nghiên cứu này cho thấy căng thẳng nhiệt kết hợp gây ra các phản ứng sinh lý và sinh hóa khác nhau ở hai kiểu gen lúa, cho thấy một quá trình thích nghi. Những kết quả này cũng chỉ ra rằng việc phun chất điều hòa sinh trưởng qua lá (chủ yếu là cytokinin và brassinosteroid) giúp lúa thích nghi với tình trạng căng thẳng nhiệt phức tạp vì sự ưu tiên chủ yếu ảnh hưởng đến gs, RWC, tỷ lệ Fv/Fm, sắc tố quang hợp và hàm lượng proline.
Ứng dụng các chất điều hòa sinh trưởng giúp cải thiện tình trạng nước của cây lúa dưới tác động của stress nhiệt, có thể liên quan đến stress cao hơn và nhiệt độ tán cây thấp hơn. Nghiên cứu này cho thấy trong số các cây “F2000” (kiểu gen dễ bị nhiễm), cây lúa được xử lý chủ yếu bằng CK hoặc BR có giá trị gs cao hơn và giá trị PCT thấp hơn so với cây được xử lý bằng SC. Các nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng gs và PCT là các chỉ số sinh lý chính xác có thể xác định phản ứng thích nghi của cây lúa và tác động của các chiến lược nông học đối với stress nhiệt (Restrepo-Diaz và Garces-Varon, 2013; Sarsu và cộng sự, 2018; Quintero). -Carr DeLong và cộng sự, 2021). CK hoặc BR lá làm tăng g dưới tác động của stress vì các hormone thực vật này có thể thúc đẩy khí khổng mở thông qua tương tác tổng hợp với các phân tử tín hiệu khác như ABA (chất thúc đẩy đóng khí khổng trong điều kiện stress phi sinh học) (Macková và cộng sự, 2013; Zhou và cộng sự, 2013). ). , 2014). Việc mở khí khổng thúc đẩy quá trình làm mát lá và giúp giảm nhiệt độ tán cây (Sonjaroon và cộng sự, 2018; Quintero-Calderón và cộng sự, 2021). Vì những lý do này, nhiệt độ tán cây của cây lúa được phun CK hoặc BR có thể thấp hơn dưới điều kiện căng thẳng nhiệt kết hợp.
Căng thẳng nhiệt độ cao có thể làm giảm hàm lượng sắc tố quang hợp của lá (Chen và cộng sự, 2017; Ahammed và cộng sự, 2018). Trong nghiên cứu này, khi cây lúa chịu căng thẳng nhiệt và không được phun bất kỳ chất điều hòa sinh trưởng thực vật nào, sắc tố quang hợp có xu hướng giảm ở cả hai kiểu gen (Bảng 2). Feng và cộng sự (2013) cũng báo cáo rằng hàm lượng diệp lục giảm đáng kể ở lá của hai kiểu gen lúa mì tiếp xúc với căng thẳng nhiệt. Tiếp xúc với nhiệt độ cao thường dẫn đến giảm hàm lượng diệp lục, có thể là do giảm tổng hợp diệp lục, phân hủy sắc tố hoặc tác động kết hợp của chúng dưới tác động của căng thẳng nhiệt (Fahad và cộng sự, 2017). Tuy nhiên, cây lúa được xử lý chủ yếu bằng CK và BA làm tăng nồng độ sắc tố quang hợp của lá dưới tác động của căng thẳng nhiệt. Jespersen và Huang (2015) và Suchsagunpanit và cộng sự cũng báo cáo những kết quả tương tự. (2015), người đã quan sát thấy sự gia tăng hàm lượng diệp lục lá sau khi áp dụng hormone zeatin và epibrassinosteroid ở cỏ bentgrass và lúa chịu ứng suất nhiệt. Một lời giải thích hợp lý cho lý do tại sao CK và BR thúc đẩy tăng hàm lượng diệp lục lá dưới ứng suất nhiệt kết hợp là CK có thể tăng cường khởi tạo quá trình cảm ứng bền vững của các chất thúc đẩy biểu hiện (như chất thúc đẩy kích hoạt lão hóa (SAG12) hoặc chất thúc đẩy HSP18) và làm giảm mất diệp lục ở lá. , làm chậm quá trình lão hóa của lá và tăng khả năng chống chịu nhiệt của cây (Liu và cộng sự, 2020). BR có thể bảo vệ diệp lục lá và tăng hàm lượng diệp lục lá bằng cách kích hoạt hoặc gây ra sự tổng hợp các enzyme liên quan đến quá trình sinh tổng hợp diệp lục trong điều kiện căng thẳng (Sharma và cộng sự, 2017; Siddiqui và cộng sự, 2018). Cuối cùng, hai loại phytohormone (CK và BR) cũng thúc đẩy biểu hiện của protein sốc nhiệt và cải thiện nhiều quá trình thích nghi trao đổi chất, chẳng hạn như tăng tổng hợp diệp lục (Sharma và cộng sự, 2017; Liu và cộng sự, 2020).
Các thông số huỳnh quang diệp lục a cung cấp một phương pháp nhanh chóng và không phá hủy có thể đánh giá khả năng chịu đựng hoặc thích nghi của thực vật với các điều kiện căng thẳng phi sinh học (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). Các thông số như tỷ lệ Fv/Fm đã được sử dụng làm chỉ số thích nghi của thực vật với các điều kiện căng thẳng (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). Trong nghiên cứu này, cây SC cho thấy các giá trị thấp nhất của biến này, chủ yếu là cây lúa “F2000”. Yin et al. (2010) cũng phát hiện ra rằng tỷ lệ Fv/Fm của lá lúa đẻ nhánh cao nhất giảm đáng kể ở nhiệt độ trên 35°C. Theo Feng et al. (2013), tỷ lệ Fv/Fm thấp hơn dưới tác động của ứng suất nhiệt cho thấy tốc độ thu giữ và chuyển đổi năng lượng kích thích của trung tâm phản ứng PSII bị giảm, cho thấy trung tâm phản ứng PSII bị phân hủy dưới tác động của ứng suất nhiệt. Quan sát này cho phép chúng ta kết luận rằng sự nhiễu loạn trong bộ máy quang hợp rõ rệt hơn ở các giống nhạy cảm (Fedearroz 2000) so với các giống kháng (Fedearroz 67).
Việc sử dụng CK hoặc BR nhìn chung làm tăng hiệu suất của PSII trong điều kiện căng thẳng nhiệt phức tạp. Suchsagunpanit và cộng sự (2015) cũng thu được kết quả tương tự khi quan sát thấy ứng dụng BR làm tăng hiệu quả của PSII trong điều kiện căng thẳng nhiệt ở lúa. Kumar và cộng sự (2020) cũng phát hiện ra rằng cây đậu gà được xử lý bằng CK (6-benzyladenine) và chịu căng thẳng nhiệt làm tăng tỷ lệ Fv/Fm, kết luận rằng việc phun CK qua lá bằng cách kích hoạt chu trình sắc tố zeaxanthin đã thúc đẩy hoạt động của PSII. Ngoài ra, phun lá BR thúc đẩy quá trình quang hợp PSII trong điều kiện căng thẳng kết hợp, cho thấy việc áp dụng phytohormone này dẫn đến giảm sự tiêu tán năng lượng kích thích của râu PSII và thúc đẩy sự tích tụ các protein sốc nhiệt nhỏ trong lục lạp (Ogweno và cộng sự 2008; Kothari và Lachowitz ). , 2021).
Hàm lượng MDA và proline thường tăng khi cây chịu stress phi sinh học so với cây trồng trong điều kiện tối ưu (Alvarado-Sanabria và cộng sự, 2017). Các nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng mức MDA và proline là các chỉ số sinh hóa có thể được sử dụng để hiểu quá trình thích nghi hoặc tác động của các biện pháp canh tác ở lúa trong điều kiện nhiệt độ cao vào ban ngày hoặc ban đêm (Alvarado-Sanabria và cộng sự, 2017; Quintero-Calderón và cộng sự, 2021). Các nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng hàm lượng MDA và proline có xu hướng cao hơn ở những cây lúa tiếp xúc với nhiệt độ cao vào ban đêm hoặc ban ngày. Tuy nhiên, việc phun CK và BR lên lá đã góp phần làm giảm MDA và làm tăng mức proline, chủ yếu ở kiểu gen chịu đựng (Federroz 67). Phun CK có thể thúc đẩy quá trình biểu hiện quá mức của cytokinin oxidase/dehydrogenase, do đó làm tăng hàm lượng các hợp chất bảo vệ như betaine và proline (Liu và cộng sự, 2020). BR thúc đẩy quá trình tạo ra các chất bảo vệ thẩm thấu như betaine, đường và axit amin (bao gồm cả proline tự do), duy trì sự cân bằng thẩm thấu của tế bào trong nhiều điều kiện môi trường bất lợi (Kothari và Lachowiec, 2021).
Chỉ số căng thẳng cây trồng (CSI) và chỉ số chịu đựng tương đối (RTI) được sử dụng để xác định xem các phương pháp xử lý đang được đánh giá có giúp giảm bớt các loại căng thẳng khác nhau (phi sinh học và sinh học) và có tác động tích cực đến sinh lý thực vật hay không (Castro-Duque và cộng sự, 2020; Chavez-Arias và cộng sự, 2020). Các giá trị CSI có thể dao động từ 0 đến 1, tương ứng biểu thị các điều kiện không căng thẳng và căng thẳng (Lee và cộng sự, 2010). Các giá trị CSI của cây chịu căng thẳng nhiệt (SC) dao động từ 0,8 đến 0,9 (Hình 2B), cho thấy cây lúa bị ảnh hưởng tiêu cực bởi căng thẳng kết hợp. Tuy nhiên, phun BC (0,6) hoặc CK (0,6) lên lá chủ yếu dẫn đến việc giảm chỉ số này trong điều kiện căng thẳng phi sinh học so với cây lúa SC. Ở cây F2000, RTI cho thấy mức tăng cao hơn khi sử dụng CA (97,69%) và BC (60,73%) so với SA (33,52%), cho thấy các chất điều hòa sinh trưởng thực vật này cũng góp phần cải thiện phản ứng của lúa đối với khả năng chịu đựng của thành phần quá nhiệt. Các chỉ số này đã được đề xuất để quản lý các điều kiện căng thẳng ở các loài khác nhau. Một nghiên cứu do Lee và cộng sự thực hiện (2010) cho thấy CSI của hai giống bông chịu điều kiện căng thẳng nước vừa phải là khoảng 0,85, trong khi giá trị CSI của các giống được tưới tốt dao động từ 0,4 đến 0,6, kết luận rằng chỉ số này là một chỉ báo về khả năng thích nghi với nước của các giống trong điều kiện căng thẳng. Hơn nữa, Chavez-Arias và cộng sự (2020) đã đánh giá hiệu quả của các chất kích thích tổng hợp như một chiến lược quản lý căng thẳng toàn diện ở cây C. elegans và phát hiện ra rằng những cây được phun các hợp chất này biểu hiện RTI cao hơn (65%). Dựa trên những điều trên, CK và BR có thể được coi là các chiến lược nông học nhằm tăng khả năng chịu đựng của lúa đối với căng thẳng nhiệt phức tạp, vì các chất điều hòa sinh trưởng thực vật này tạo ra phản ứng sinh hóa và sinh lý tích cực.
Trong vài năm trở lại đây, nghiên cứu về lúa ở Colombia tập trung vào việc đánh giá các kiểu gen chịu được nhiệt độ cao vào ban ngày hoặc ban đêm bằng các đặc điểm sinh lý hoặc sinh hóa (Sánchez-Reinoso và cộng sự, 2014; Alvarado-Sanabria và cộng sự, 2021). Tuy nhiên, trong vài năm trở lại đây, việc phân tích các công nghệ thực tế, kinh tế và có lợi nhuận ngày càng trở nên quan trọng để đề xuất quản lý cây trồng tổng hợp nhằm cải thiện tác động của các giai đoạn căng thẳng nhiệt phức tạp ở quốc gia này (Calderón-Páez và cộng sự, 2021; Quintero-Calderon và cộng sự, 2021). Do đó, các phản ứng sinh lý và sinh hóa của cây lúa đối với căng thẳng nhiệt phức tạp (40°C ban ngày/30°C ban đêm) được quan sát thấy trong nghiên cứu này cho thấy rằng phun CK hoặc BR lên lá có thể là phương pháp quản lý cây trồng phù hợp để giảm thiểu các tác động bất lợi. Tác động của các giai đoạn căng thẳng nhiệt vừa phải. Các phương pháp xử lý này đã cải thiện khả năng chịu đựng của cả hai kiểu gen lúa (CSI thấp và RTI cao), chứng minh xu hướng chung trong các phản ứng sinh lý và sinh hóa của cây trồng trong điều kiện căng thẳng nhiệt kết hợp. Phản ứng chính của cây lúa là giảm hàm lượng GC, tổng diệp lục, diệp lục α và β và carotenoid. Ngoài ra, cây còn bị tổn thương PSII (giảm các thông số huỳnh quang diệp lục như tỷ lệ Fv/Fm) và tăng peroxy hóa lipid. Mặt khác, khi lúa được xử lý bằng CK và BR, những tác động tiêu cực này được giảm nhẹ và hàm lượng proline tăng lên (Hình 4).
Hình 4. Mô hình khái niệm về tác động của stress nhiệt kết hợp và phun chất điều hòa sinh trưởng lá lên cây lúa. Mũi tên đỏ và xanh lam chỉ ra tác động tiêu cực hoặc tích cực của sự tương tác giữa stress nhiệt và ứng dụng BR (brassinosteroid) và CK (cytokinin) trên lá lên các phản ứng sinh lý và sinh hóa. gs: độ dẫn khí khổng; Tổng Chl: hàm lượng diệp lục tổng số; Chl α: hàm lượng diệp lục β; Cx+c: hàm lượng carotenoid;
Tóm lại, các phản ứng sinh lý và sinh hóa trong nghiên cứu này chỉ ra rằng cây lúa Fedearroz 2000 dễ bị ảnh hưởng bởi thời kỳ căng thẳng nhiệt phức tạp hơn so với cây lúa Fedearroz 67. Tất cả các chất điều hòa sinh trưởng được đánh giá trong nghiên cứu này (auxin, gibberellin, cytokinin hoặc brassinosteroid) đều cho thấy một số mức độ giảm căng thẳng nhiệt kết hợp. Tuy nhiên, cytokinin và brassinosteroid đã thúc đẩy sự thích nghi của cây tốt hơn vì cả hai chất điều hòa sinh trưởng thực vật đều làm tăng hàm lượng diệp lục, các thông số huỳnh quang alpha-diệp lục, gs và RWC so với cây lúa không áp dụng bất kỳ biện pháp nào, đồng thời cũng làm giảm hàm lượng MDA và nhiệt độ tán cây. Tóm lại, chúng tôi kết luận rằng việc sử dụng các chất điều hòa sinh trưởng thực vật (cytokinin và brassinosteroid) là một công cụ hữu ích trong việc quản lý các điều kiện căng thẳng ở cây lúa do căng thẳng nhiệt nghiêm trọng trong thời kỳ nhiệt độ cao.
Các tài liệu gốc được trình bày trong nghiên cứu đều có trong bài viết và mọi thắc mắc thêm có thể liên hệ với tác giả liên hệ.
Thời gian đăng: 08-08-2024