I regolatori della crescita delle piante sono stati utilizzati come strategia per ridurre lo stress da calore in varie colture

La produzione di riso è in calo a causa del cambiamento climatico e della variabilità in Colombia.regolatori della crescita delle piantesono stati utilizzati come strategia per ridurre lo stress da calore in diverse colture. Pertanto, l'obiettivo di questo studio era di valutare gli effetti fisiologici (conduttanza stomatica, contenuto di clorofilla totale, rapporto Fv/Fm di due genotipi di riso commerciale sottoposti a stress da calore combinato (alte temperature diurne e notturne), temperatura della chioma e contenuto idrico relativo) e variabili biochimiche (contenuto di malondialdeide (MDA) e acido prolinico). Il primo e il secondo esperimento sono stati condotti utilizzando piante di due genotipi di riso, rispettivamente Federrose 67 ("F67") e Federrose 2000 ("F2000"). Entrambi gli esperimenti sono stati analizzati insieme come una serie di esperimenti. I trattamenti stabiliti erano i seguenti: controllo assoluto (AC) (piante di riso coltivate a temperature ottimali (temperatura giorno/notte 30/25 °C)), controllo dello stress da calore (SC) [piante di riso sottoposte solo a stress da calore combinato (40/25 °C). 30°C)], e le piante di riso sono state sottoposte a stress e irrorate con regolatori di crescita (stress+AUX, stress+BR, stress+CK o stress+GA) due volte (5 giorni prima e 5 giorni dopo lo stress da calore). L'irrorazione con SA ha aumentato il contenuto totale di clorofilla in entrambe le varietà (il peso fresco delle piante di riso "F67" e "F2000" era rispettivamente di 3,25 e 3,65 mg/g) rispetto alle piante SC (il peso fresco delle piante "F67" era rispettivamente di 2,36 e 2,56 mg). g-1)" e riso "F2000", l'applicazione fogliare di CK ha anche generalmente migliorato la conduttanza stomatica delle piante di riso "F2000" (499,25 contro 150,60 mmol m-2 s) rispetto al controllo dello stress da calore. In caso di stress da calore, la temperatura della chioma della pianta diminuisce di 2-3 °C e il contenuto di MDA nelle piante diminuisce. L'indice di tolleranza relativa mostra che l'applicazione fogliare di CK (97,69%) e BR (60,73%) può contribuire ad alleviare il problema dello stress da caldo combinato, principalmente nelle piante di riso F2000. In conclusione, l'applicazione fogliare di BR o CK può essere considerata una strategia agronomica per contribuire a ridurre gli effetti negativi dello stress da caldo combinato sul comportamento fisiologico delle piante di riso.
Il riso (Oryza sativa) appartiene alla famiglia delle Poaceae ed è uno dei cereali più coltivati ​​al mondo, insieme al mais e al grano (Bajaj e Mohanty, 2005). La superficie coltivata a riso è di 617.934 ettari e la produzione nazionale nel 2020 è stata di 2.937.840 tonnellate, con una resa media di 5,02 tonnellate/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Il riscaldamento globale sta influenzando le coltivazioni di riso, portando a vari tipi di stress abiotici come alte temperature e periodi di siccità. Il cambiamento climatico sta causando l'aumento delle temperature globali; si prevede che le temperature aumenteranno di 1,0-3,7 °C nel XXI secolo, il che potrebbe aumentare la frequenza e l'intensità dello stress da calore. L'aumento delle temperature ambientali ha colpito il riso, causando un calo delle rese del 6-7%. D'altro canto, il cambiamento climatico porta anche a condizioni ambientali sfavorevoli per le colture, come periodi di grave siccità o alte temperature nelle regioni tropicali e subtropicali. Inoltre, eventi di variabilità come El Niño possono portare a stress da calore e aggravare i danni alle colture in alcune regioni tropicali. In Colombia, si prevede che le temperature nelle aree di produzione di riso aumenteranno di 2-2,5 °C entro il 2050, riducendo la produzione di riso e influenzando i flussi di prodotto verso i mercati e le catene di approvvigionamento.
La maggior parte delle colture di riso viene coltivata in aree in cui le temperature sono prossime all'intervallo ottimale per la crescita delle colture (Shah et al., 2011). È stato riportato che le temperature medie ottimali diurne e notturne percrescita e sviluppo del risosono generalmente rispettivamente di 28°C e 22°C (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). Temperature superiori a queste soglie possono causare periodi di stress termico da moderato a grave durante le fasi sensibili dello sviluppo del riso (accestimento, antesi, fioritura e riempimento del chicco), influenzando così negativamente la resa del chicco. Questa riduzione della resa è dovuta principalmente a lunghi periodi di stress termico, che influenzano la fisiologia vegetale. A causa dell'interazione di vari fattori, come la durata dello stress e la temperatura massima raggiunta, lo stress termico può causare una serie di danni irreversibili al metabolismo e allo sviluppo della pianta.
Lo stress da calore influenza vari processi fisiologici e biochimici nelle piante. La fotosintesi fogliare è uno dei processi più suscettibili allo stress da calore nelle piante di riso, poiché il tasso di fotosintesi diminuisce del 50% quando le temperature giornaliere superano i 35 °C. Le risposte fisiologiche delle piante di riso variano a seconda del tipo di stress da calore. Ad esempio, i tassi fotosintetici e la conduttanza stomatica vengono inibiti quando le piante sono esposte a temperature diurne elevate (33-40 °C) o a temperature diurne e notturne elevate (35-40 °C durante il giorno, 28-30 °C). C significa notte (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). Le temperature notturne elevate (30 °C) causano una moderata inibizione della fotosintesi, ma aumentano la respirazione notturna (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). Indipendentemente dal periodo di stress, lo stress da calore influisce anche sul contenuto di clorofilla nelle foglie, sul rapporto tra fluorescenza variabile della clorofilla e fluorescenza massima della clorofilla (Fv/Fm) e sull'attivazione della Rubisco nelle piante di riso (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010). ) Sanchez Reynoso et al., 2014).
I cambiamenti biochimici rappresentano un altro aspetto dell'adattamento delle piante allo stress termico (Wahid et al., 2007). Il contenuto di prolina è stato utilizzato come indicatore biochimico dello stress delle piante (Ahmed e Hassan 2011). La prolina svolge un ruolo importante nel metabolismo delle piante, in quanto funge da fonte di carbonio o azoto e da stabilizzatore di membrana in condizioni di alte temperature (Sánchez-Reinoso et al., 2014). Le alte temperature influenzano anche la stabilità della membrana attraverso la perossidazione lipidica, che porta alla formazione di malondialdeide (MDA) (Wahid et al., 2007). Pertanto, il contenuto di MDA è stato utilizzato anche per comprendere l'integrità strutturale delle membrane cellulari sotto stress termico (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). Infine, lo stress termico combinato [37/30°C (giorno/notte)] ha aumentato la percentuale di perdita di elettroliti e il contenuto di malondialdeide nel riso (Liu et al., 2013).
L'uso di regolatori di crescita delle piante (GR) è stato valutato per mitigare gli effetti negativi dello stress da calore, poiché queste sostanze sono attivamente coinvolte nelle risposte delle piante o nei meccanismi di difesa fisiologici contro tale stress (Peleg e Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). L'applicazione esogena di risorse genetiche ha avuto un effetto positivo sulla tolleranza allo stress da calore in diverse colture. Studi hanno dimostrato che fitormoni come gibberelline (GA), citochinine (CK), auxine (AUX) o brassinosteroidi (BR) portano a un aumento di varie variabili fisiologiche e biochimiche (Peleg e Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014). In Colombia, l'applicazione esogena di risorse genetiche e il suo impatto sulle colture di riso non sono stati pienamente compresi e studiati. Tuttavia, uno studio precedente ha dimostrato che l'irrorazione fogliare di BR potrebbe migliorare la tolleranza del riso migliorando le caratteristiche di scambio gassoso, il contenuto di clorofilla o prolina delle foglie delle piantine di riso (Quintero-Calderón et al., 2021).
Le citochinine mediano le risposte delle piante agli stress abiotici, incluso lo stress da calore (Ha et al., 2012). Inoltre, è stato riportato che l'applicazione esogena di CK può ridurre il danno termico. Ad esempio, l'applicazione esogena di zeatina ha aumentato il tasso di fotosintesi, il contenuto di clorofilla a e b e l'efficienza del trasporto di elettroni nell'agrotis estolonifera (Agrotis estolonifera) durante lo stress da calore (Xu e Huang, 2009; Jespersen e Huang, 2015). L'applicazione esogena di zeatina può anche migliorare l'attività antiossidante, potenziare la sintesi di varie proteine, ridurre il danno da specie reattive dell'ossigeno (ROS) e la produzione di malondialdeide (MDA) nei tessuti vegetali (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009). , 2016; Kumar et al., 2020).
L'uso di acido gibberellico ha anche mostrato una risposta positiva allo stress da calore. Studi hanno dimostrato che la biosintesi dell'acido gibberellico media diverse vie metaboliche e aumenta la tolleranza in condizioni di alte temperature (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi et al. (2020) hanno scoperto che l'irrorazione fogliare di acido gibberellico esogeno (25 o 50 mg*L) potrebbe aumentare il tasso fotosintetico e l'attività antiossidante nelle piante di arancio sottoposte a stress da calore rispetto alle piante di controllo. È stato inoltre osservato che l'applicazione esogena di HA aumenta il contenuto di umidità relativa, di clorofilla e di carotenoidi e riduce la perossidazione lipidica nella palma da dattero (Phoenix dactylifera) sottoposta a stress da calore (Khan et al., 2020). L'auxina svolge anche un ruolo importante nella regolazione delle risposte di crescita adattativa alle condizioni di alte temperature (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). Questo regolatore di crescita agisce come marcatore biochimico in vari processi, come la sintesi o la degradazione della prolina in condizioni di stress abiotico (Ali et al., 2007). Inoltre, l'AUX aumenta anche l'attività antiossidante, che porta a una diminuzione dell'MDA nelle piante a causa della ridotta perossidazione lipidica (Bielach et al., 2017). Sergeev et al. (2018) hanno osservato che nelle piante di pisello (Pisum sativum) sottoposte a stress termico, il contenuto di prolina – dimetilamminoetossicarbonilmetil)naftilclorometile etere (TA-14) aumenta. Nello stesso esperimento, hanno anche osservato livelli inferiori di MDA nelle piante trattate rispetto alle piante non trattate con AUX.
I brassinosteroidi sono un'altra classe di regolatori della crescita utilizzati per mitigare gli effetti dello stress da calore. Ogweno et al. (2008) hanno riportato che l'applicazione esogena di BR ha aumentato il tasso fotosintetico netto, la conduttanza stomatica e il tasso massimo di carbossilazione della Rubisco nelle piante di pomodoro (Solanum lycopersicum) sottoposte a stress da calore per 8 giorni. L'applicazione fogliare di epibrassinosteroidi può aumentare il tasso fotosintetico netto nelle piante di cetriolo (Cucumis sativus) sottoposte a stress da calore (Yu et al., 2004). Inoltre, l'applicazione esogena di BR ritarda la degradazione della clorofilla e aumenta l'efficienza d'uso dell'acqua e la massima resa quantica della fotochimica del PSII nelle piante sottoposte a stress da calore (Holá et al., 2010; Toussagunpanit et al., 2015).
A causa dei cambiamenti climatici e della variabilità, le colture di riso affrontano periodi di elevate temperature giornaliere (Lesk et al., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). Nella fenotipizzazione delle piante, l'uso di fitonutrienti o biostimolanti è stato studiato come strategia per mitigare lo stress da calore nelle aree di coltivazione del riso (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021). Inoltre, l'uso di variabili biochimiche e fisiologiche (temperatura fogliare, conduttanza stomatica, parametri di fluorescenza della clorofilla, clorofilla e contenuto idrico relativo, sintesi di malondialdeide e prolina) è uno strumento affidabile per lo screening delle piante di riso sottoposte a stress termico a livello locale e internazionale (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; Tuttavia, la ricerca sull'uso di spray fitormonali fogliari nel riso a livello locale rimane rara. Pertanto, lo studio delle reazioni fisiologiche e biochimiche dell'applicazione di fitoregolatori è di grande importanza per la proposta di strategie agronomiche pratiche per affrontare gli effetti negativi di un periodo di stress termico complesso nel riso. Pertanto, lo scopo di questo studio era di valutare gli effetti fisiologici (conduttanza stomatica, parametri di fluorescenza della clorofilla e contenuto idrico relativo) e biochimici dell'applicazione fogliare di quattro fitoregolatori (AUX, CK, GA e BR). (Pigmenti fotosintetici, contenuto di malondialdeide e prolina) Variabili in due genotipi di riso commerciale sottoposti a stress termico combinato (temperature elevate diurne/notturne).
In questo studio sono stati condotti due esperimenti indipendenti. I genotipi Federrose 67 (F67: un genotipo sviluppato ad alte temperature nell'ultimo decennio) e Federrose 2000 (F2000: un genotipo sviluppato nell'ultimo decennio del XX secolo che mostra resistenza al virus della foglia bianca) sono stati utilizzati per la prima volta. semi. e il secondo esperimento, rispettivamente. Entrambi i genotipi sono ampiamente coltivati ​​dagli agricoltori colombiani. I semi sono stati seminati in vassoi da 10 litri (lunghezza 39,6 cm, larghezza 28,8 cm, altezza 16,8 cm) contenenti terreno sabbioso-limoso con il 2% di sostanza organica. Cinque semi pre-germinati sono stati piantati in ciascun vassoio. I pallet sono stati collocati nella serra della Facoltà di Scienze Agrarie dell'Università Nazionale della Colombia, campus di Bogotà (43°50′56″ N, 74°04′051″ O), a un'altitudine di 2556 m sul livello del mare (slm). m.) e sono stati condotti da ottobre a dicembre 2019. Un esperimento (Federroz 67) e un secondo esperimento (Federroz 2000) nella stessa stagione del 2020.
Le condizioni ambientali in serra durante ogni stagione di semina sono le seguenti: temperatura diurna e notturna 30/25 °C, umidità relativa 60~80%, fotoperiodo naturale 12 ore (radiazione fotosinteticamente attiva 1500 µmol (fotoni) m-2 s-). 1 a mezzogiorno. Le piante sono state fertilizzate in base al contenuto di ciascun elemento 20 giorni dopo l'emergenza dei semi (DAE), secondo Sánchez-Reinoso et al. (2019): 670 mg di azoto per pianta, 110 mg di fosforo per pianta, 350 mg di potassio per pianta, 68 mg di calcio per pianta, 20 mg di magnesio per pianta, 20 mg di zolfo per pianta, 17 mg di silicio per pianta. Le piante contengono 10 mg di boro per pianta, 17 mg di rame per pianta e 44 mg di zinco per pianta. Le piante di riso sono state mantenute fino a 47 DAE in ogni esperimento quando hanno raggiunto lo stadio fenologico V5 durante questo periodo. Studi precedenti hanno dimostrato che questa fase fenologica è un momento appropriato per condurre studi sullo stress termico nel riso (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
In ciascun esperimento, sono state eseguite due applicazioni separate del regolatore di crescita fogliare. La prima serie di spray fogliari di fitormoni è stata applicata 5 giorni prima del trattamento di stress da calore (42 DAE) per preparare le piante allo stress ambientale. Un secondo spray fogliare è stato quindi somministrato 5 giorni dopo che le piante erano state esposte a condizioni di stress (52 DAE). Sono stati utilizzati quattro fitormoni e le proprietà di ciascun principio attivo spruzzato in questo studio sono elencate nella Tabella supplementare 1. Le concentrazioni dei regolatori di crescita fogliare utilizzati sono state le seguenti: (i) Auxina (acido 1-naftilacetico: NAA) a una concentrazione di 5 × 10⁻⁰ M (ii) 5 × 10⁻⁰ M gibberellina (acido gibberellico: NAA); GA3); (iii) Citochinina (trans-zeatina) 1 × 10-5 M (iv) Brassinosteroidi [Spirostan-6-one, 3,5-diidrossi-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. Queste concentrazioni sono state scelte perché inducono risposte positive e aumentano la resistenza delle piante allo stress da calore (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). Le piante di riso senza spray fitoregolatori sono state trattate solo con acqua distillata. Tutte le piante di riso sono state spruzzate con uno spruzzatore manuale. Applicare 20 ml di H2O alla pianta per inumidire le superfici superiore e inferiore delle foglie. Tutti gli spray fogliari hanno utilizzato un adiuvante agricolo (Agrotin, Bayer CropScience, Colombia) allo 0,1% (v/v). La distanza tra il vaso e lo spruzzatore è di 30 cm.
I trattamenti per lo stress da calore sono stati somministrati 5 giorni dopo il primo trattamento fogliare (47 DAE) in ciascun esperimento. Le piante di riso sono state trasferite dalla serra a una camera di crescita da 294 L (MLR-351H, Sanyo, IL, USA) per stabilire lo stress da calore o mantenere le stesse condizioni ambientali (47 DAE). Il trattamento combinato per lo stress da calore è stato effettuato impostando la camera alle seguenti temperature giorno/notte: temperatura massima diurna [40 °C per 5 ore (dalle 11:00 alle 16:00)] e periodo notturno [30 °C per 5 ore] per 8 giorni consecutivi (dalle 19:00 alle 24:00). La temperatura di stress e il tempo di esposizione sono stati selezionati sulla base di studi precedenti (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017). D'altro canto, un gruppo di piante trasferite nella camera di crescita sono state mantenute nella serra alla stessa temperatura (30°C di giorno/25°C di notte) per 8 giorni consecutivi.
Al termine dell'esperimento, sono stati ottenuti i seguenti gruppi di trattamento: (i) condizione di temperatura di crescita + applicazione di acqua distillata [Controllo assoluto (AC)], (ii) condizione di stress termico + applicazione di acqua distillata [Controllo dello stress termico (SC)], (iii) condizioni condizione di stress termico + applicazione di auxina (AUX), (iv) condizione di stress termico + applicazione di gibberellina (GA), (v) condizione di stress termico + applicazione di citochinine (CK) e (vi) condizione di stress termico + brassinosteroide (BR) Appendice. Questi gruppi di trattamento sono stati utilizzati per due genotipi (F67 e F2000). Tutti i trattamenti sono stati condotti secondo uno schema completamente randomizzato con cinque repliche, ciascuna composta da una pianta. Ogni pianta è stata utilizzata per leggere le variabili determinate al termine dell'esperimento. L'esperimento è durato 55 DAE.
La conduttanza stomatica (gs) è stata misurata utilizzando un porosometro portatile (SC-1, METER Group Inc., USA) con un intervallo di misura compreso tra 0 e 1000 mmol m-2 s-1, con un'apertura della camera di campionamento di 6,35 mm. Le misurazioni vengono effettuate collegando una sonda stomatica a una foglia matura con il germoglio principale della pianta completamente espanso. Per ogni trattamento, le letture di gs sono state effettuate su tre foglie di ciascuna pianta tra le 11:00 e le 16:00 e ne è stata calcolata la media.
L'RWC è stato determinato secondo il metodo descritto da Ghoulam et al. (2002). Il foglio completamente espanso utilizzato per determinare g è stato utilizzato anche per misurare l'RWC. Il peso fresco (FW) è stato determinato immediatamente dopo la raccolta utilizzando una bilancia digitale. Le foglie sono state quindi poste in un contenitore di plastica pieno d'acqua e lasciate al buio a temperatura ambiente (22 °C) per 48 ore. Quindi, pesate su una bilancia digitale e registrate il peso espanso (TW). Le foglie gonfie sono state essiccate in forno a 75 °C per 48 ore e ne è stato registrato il peso secco (DW).
Il contenuto relativo di clorofilla è stato determinato utilizzando un clorometro (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) ed espresso in unità atLeaf (Dey et al., 2016). Le letture della massima efficienza quantica del PSII (rapporto Fv/Fm) sono state registrate utilizzando un fluorimetro a clorofilla a eccitazione continua (Handy PEA, Hansatech Instruments, Regno Unito). Le foglie sono state adattate al buio utilizzando pinze fogliari per 20 minuti prima delle misurazioni Fv/Fm (Restrepo-Diaz e Garces-Varon, 2013). Dopo l'acclimatamento al buio delle foglie, sono state misurate la fluorescenza basale (F0) e quella massima (Fm). Da questi dati, sono stati calcolati la fluorescenza variabile (Fv = Fm – F0), il rapporto tra fluorescenza variabile e fluorescenza massima (Fv/Fm), la resa quantica massima della fotochimica del PSII (Fv/F0) e il rapporto Fm/F0 (Baker, 2008; Lee et al., 2017). Le letture relative della clorofilla e della fluorescenza della clorofilla sono state effettuate sulle stesse foglie utilizzate per le misurazioni di gs.
Sono stati raccolti circa 800 mg di peso fresco delle foglie come variabili biochimiche. I campioni di foglie sono stati quindi omogeneizzati in azoto liquido e conservati per ulteriori analisi. Il metodo spettrometrico utilizzato per stimare il contenuto di clorofilla a, b e carotenoidi nei tessuti si basa sul metodo e sulle equazioni descritte da Wellburn (1994). Campioni di tessuto fogliare (30 mg) sono stati raccolti e omogeneizzati in 3 ml di acetone all'80%. I campioni sono stati quindi centrifugati (modello 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, USA) a 5000 giri al minuto per 10 minuti per rimuovere le particelle. Il surnatante è stato diluito fino a un volume finale di 6 ml aggiungendo acetone all'80% (Sims e Gamon, 2002). Il contenuto di clorofilla è stato determinato a 663 (clorofilla a) e 646 (clorofilla b) nm, e di carotenoidi a 470 nm utilizzando uno spettrofotometro (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA).
Il metodo dell'acido tiobarbiturico (TBA) descritto da Hodges et al. (1999) è stato utilizzato per valutare la perossidazione lipidica di membrana (MDA). Circa 0,3 g di tessuto fogliare sono stati inoltre omogeneizzati in azoto liquido. I campioni sono stati centrifugati a 5000 giri al minuto e l'assorbanza è stata misurata con uno spettrofotometro a 440, 532 e 600 nm. Infine, la concentrazione di MDA è stata calcolata utilizzando il coefficiente di estinzione (157 M mL−1).
Il contenuto di prolina di tutti i trattamenti è stato determinato utilizzando il metodo descritto da Bates et al. (1973). Aggiungere 10 ml di una soluzione acquosa al 3% di acido solfosalicilico al campione conservato e filtrare su carta da filtro Whatman (n. 2). Quindi, 2 ml di questo filtrato sono stati fatti reagire con 2 ml di acido ninidrico e 2 ml di acido acetico glaciale. La miscela è stata posta in un bagno d'acqua a 90 °C per 1 ora. Arrestare la reazione incubando in ghiaccio. Agitare vigorosamente la provetta utilizzando un vortex e sciogliere la soluzione risultante in 4 ml di toluene. Le letture dell'assorbanza sono state determinate a 520 nm utilizzando lo stesso spettrofotometro utilizzato per la quantificazione dei pigmenti fotosintetici (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA).
Il metodo descritto da Gerhards et al. (2016) per calcolare la temperatura della chioma e il CSI. Le fotografie termiche sono state scattate con una termocamera FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) con una precisione di ±2 °C al termine del periodo di stress. Posizionare una superficie bianca dietro la pianta per la fotografia. Anche in questo caso, due fabbriche sono state considerate come modelli di riferimento. Le piante sono state posizionate su una superficie bianca; una era rivestita con un coadiuvante agricolo (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotà, Colombia) per simulare l'apertura di tutti gli stomi [modalità umida (Twet)], e l'altra era una foglia senza alcuna applicazione [modalità secca (Tdry)] (Castro-Duque et al., 2020). La distanza tra la termocamera e il vaso durante le riprese era di 1 m.
L'indice di tolleranza relativa è stato calcolato indirettamente utilizzando la conduttanza stomatica (gs) delle piante trattate rispetto alle piante di controllo (piante senza trattamenti di stress e con regolatori di crescita applicati) per determinare la tolleranza dei genotipi trattati valutati in questo studio. L'RTI è stato ottenuto utilizzando un'equazione adattata da Chávez-Arias et al. (2020).
In ciascun esperimento, tutte le variabili fisiologiche sopra menzionate sono state determinate e registrate a 55 DAE utilizzando foglie completamente espanse raccolte dalla chioma superiore. Inoltre, le misurazioni sono state effettuate in una camera di crescita per evitare di alterare le condizioni ambientali in cui le piante crescono.
I dati del primo e del secondo esperimento sono stati analizzati insieme come una serie di esperimenti. Ogni gruppo sperimentale era composto da 5 piante e ciascuna pianta costituiva un'unità sperimentale. È stata eseguita l'analisi della varianza (ANOVA) (P ≤ 0,05). In caso di differenze significative, è stato utilizzato il test comparativo post hoc di Tukey con P ≤ 0,05. Utilizzare la funzione arcoseno per convertire i valori percentuali. I dati sono stati analizzati utilizzando il software Statistix v 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) e rappresentati graficamente con SigmaPlot (versione 10.0; Systat Software, San Jose, CA, USA). L'analisi delle componenti principali è stata effettuata utilizzando il software InfoStat 2016 (Analysis Software, Università Nazionale di Cordoba, Argentina) per identificare i migliori regolatori di crescita delle piante in studio.
La Tabella 1 riassume l'ANOVA che mostra gli esperimenti, i diversi trattamenti e le loro interazioni con i pigmenti fotosintetici fogliari (clorofilla a, b, totale e carotenoidi), il contenuto di malondialdeide (MDA) e prolina e la conduttanza stomatica. Effetto di gs, contenuto d'acqua relativo (RWC), contenuto di clorofilla, parametri di fluorescenza della clorofilla alfa, temperatura della chioma (PCT) (°C), indice di stress colturale (CSI) e indice di tolleranza relativa delle piante di riso a 55 DAE.
Tabella 1. Riepilogo dei dati ANOVA sulle variabili fisiologiche e biochimiche del riso tra esperimenti (genotipi) e trattamenti di stress termico.
Le differenze (P≤0,01) nelle interazioni dei pigmenti fotosintetici fogliari, nel contenuto relativo di clorofilla (letture Atleaf) e nei parametri di fluorescenza dell'alfa-clorofilla tra esperimenti e trattamenti sono mostrate nella Tabella 2. Le alte temperature diurne e notturne hanno aumentato il contenuto totale di clorofilla e carotenoidi. Le piantine di riso senza alcuna applicazione fogliare di fitormoni (2,36 mg g-1 per "F67" e 2,56 mg g-1 per "F2000") hanno mostrato un contenuto totale di clorofilla inferiore rispetto alle piante cresciute in condizioni di temperatura ottimali (2,67 mg g-1). In entrambi gli esperimenti, "F67" era di 2,80 mg g-1 e "F2000" era di 2,80 mg g-1. Inoltre, le piantine di riso trattate con una combinazione di spray AUX e GA sotto stress da calore hanno mostrato anche una diminuzione del contenuto di clorofilla in entrambi i genotipi (AUX = 1,96 mg g-1 e GA = 1,45 mg g-1 per "F67"; AUX = 1,96 mg g-1 e GA = 1,45 mg g-1 per "F67"; AUX = 2,24 mg) g-1 e GA = 1,43 mg g-1 (per "F2000") in condizioni di stress da calore. In condizioni di stress da calore, il trattamento fogliare con BR ha determinato un leggero aumento di questa variabile in entrambi i genotipi. Infine, lo spray fogliare CK ha mostrato i valori di pigmento fotosintetico più elevati tra tutti i trattamenti (trattamenti AUX, GA, BR, SC e AC) nei genotipi F67 (3,24 mg g-1) e F2000 (3,65 mg g-1). Anche il contenuto relativo di clorofilla (unità fogliare) è stato ridotto dallo stress termico combinato. I valori più elevati sono stati registrati anche nelle piante spruzzate con CC in entrambi i genotipi (41,66 per "F67" e 49,30 per "F2000"). I rapporti Fv e Fv/Fm hanno mostrato differenze significative tra trattamenti e cultivar (Tabella 2). Nel complesso, tra queste variabili, la cultivar F67 è risultata meno suscettibile allo stress termico rispetto alla cultivar F2000. I rapporti Fv e Fv/Fm hanno sofferto maggiormente nel secondo esperimento. Le piantine 'F2000' stressate che non erano state trattate con fitormoni presentavano i valori di Fv più bassi (2120,15) e rapporti Fv/Fm (0,59), ma la nebulizzazione fogliare con CK ha contribuito a ripristinare questi valori (Fv: 2591, 89, rapporto Fv/Fm: 0,73), ottenendo letture simili a quelle registrate su piante "F2000" coltivate in condizioni di temperatura ottimali (Fv: 2955,35, rapporto Fv/Fm: 0,73:0,72). Non sono state rilevate differenze significative nella fluorescenza iniziale (F0), nella fluorescenza massima (Fm), nella resa quantica fotochimica massima di PSII (Fv/F0) e nel rapporto Fm/F0. Infine, BR ha mostrato un andamento simile a quello osservato con CK (Fv 2545,06, rapporto Fv/Fm 0,73).
Tabella 2. Effetto dello stress termico combinato (40°/30°C giorno/notte) sui pigmenti fotosintetici delle foglie [effetto clorofilla totale (Chl Total), clorofilla a (Chl a), clorofilla b (Chl b) e carotenoidi Cx+c], contenuto relativo di clorofilla (unità Atliff), parametri di fluorescenza della clorofilla (fluorescenza iniziale (F0), fluorescenza massima (Fm), fluorescenza variabile (Fv), efficienza massima del PSII (Fv/Fm), resa quantica massima fotochimica del PSII (Fv/F0) e Fm/F0 in piante di due genotipi di riso [Federrose 67 (F67) e Federrose 2000 (F2000)] 55 giorni dopo l'emergenza (DAE)).
Il contenuto idrico relativo (RWC) di piante di riso trattate in modo diverso ha mostrato differenze (P ≤ 0,05) nell'interazione tra trattamenti sperimentali e fogliari (Fig. 1A). Quando trattate con SA, sono stati registrati i valori più bassi per entrambi i genotipi (74,01% per F67 e 76,6% per F2000). In condizioni di stress termico, il RWC delle piante di riso di entrambi i genotipi trattate con diversi fitormoni è aumentato significativamente. Nel complesso, le applicazioni fogliari di CK, GA, AUX o BR hanno aumentato il RWC a valori simili a quelli delle piante cresciute in condizioni ottimali durante l'esperimento. Il controllo assoluto e le piante trattate fogliarmente hanno registrato valori di circa l'83% per entrambi i genotipi. D'altra parte, anche le piante trattate con gs hanno mostrato differenze significative (P ≤ 0,01) nell'interazione esperimento-trattamento (Fig. 1B). La pianta di controllo assoluto (AC) ha anche registrato i valori più elevati per ciascun genotipo (440,65 mmol m-2s-1 per F67 e 511,02 mmol m-2s-1 per F2000). Le piante di riso sottoposte al solo stress termico combinato hanno mostrato i valori di gs più bassi per entrambi i genotipi (150,60 mmol m-2s-1 per F67 e 171,32 mmol m-2s-1 per F2000). Anche il trattamento fogliare con tutti i fitoregolatori ha aumentato i g. Sulle piante di riso F2000 trattate con CC, l'effetto dell'irrorazione fogliare con fitormoni è stato più evidente. Questo gruppo di piante non ha mostrato differenze rispetto alle piante di controllo assoluto (AC 511,02 e CC 499,25 mmol m-2s-1).
Figura 1. Effetto dello stress termico combinato (40°/30°C giorno/notte) sul contenuto idrico relativo (RWC) (A), sulla conduttanza stomatica (gs) (B), sulla produzione di malondialdeide (MDA) (C) e sul contenuto di prolina (D) in piante di due genotipi di riso (F67 e F2000) a 55 giorni dall'emergenza (DAE). I trattamenti valutati per ciascun genotipo includevano: controllo assoluto (AC), controllo dello stress termico (SC), stress termico + auxina (AUX), stress termico + gibberellina (GA), stress termico + mitogeno cellulare (CK) e stress termico + brassinosteroide (BR). Ogni colonna rappresenta la media ± errore standard di cinque punti dati (n = 5). Le colonne seguite da lettere diverse indicano differenze statisticamente significative secondo il test di Tukey (P ≤ 0,05). Le lettere con segno di uguale indicano che la media non è statisticamente significativa (≤ 0,05).
Anche i contenuti di MDA (P ≤ 0,01) e prolina (P ≤ 0,01) hanno mostrato differenze significative nell'interazione tra l'esperimento e i trattamenti con fitormoni (Fig. 1C, D). Un aumento della perossidazione lipidica è stato osservato con il trattamento con SC in entrambi i genotipi (Figura 1C), tuttavia le piante trattate con spray regolatore di crescita fogliare hanno mostrato una riduzione della perossidazione lipidica in entrambi i genotipi; In generale, l'uso di fitormoni (CA, AUC, BR o GA) porta a una riduzione della perossidazione lipidica (contenuto di MDA). Non sono state riscontrate differenze tra le piante AC di due genotipi e le piante sottoposte a stress termico e trattate con fitormoni (i valori FW osservati nelle piante "F67" variavano da 4,38 a 6,77 µmol g-1 e nelle piante FW "F2000" i valori osservati variavano da 2,84 a 9,18 µmol g-1 (piante). D'altra parte, la sintesi di prolina nelle piante "F67" era inferiore rispetto alle piante "F2000" sotto stress combinato, il che ha portato a un aumento della produzione di prolina. Nelle piante di riso sottoposte a stress termico, in entrambi gli esperimenti, è stato osservato che la somministrazione di questi ormoni ha aumentato significativamente il contenuto di aminoacidi delle piante F2000 (AUX e BR erano rispettivamente 30,44 e 18,34 µmol g-1) (Fig. 1G).
Gli effetti dello spray fogliare con regolatore di crescita delle piante e dello stress termico combinato sulla temperatura della chioma e sull'indice di tolleranza relativa (RTI) delle piante sono mostrati nelle Figure 2A e B. Per entrambi i genotipi, la temperatura della chioma delle piante AC era prossima a 27 °C e quella delle piante SC era di circa 28 °C. È stato inoltre osservato che i trattamenti fogliari con CK e BR hanno comportato una diminuzione di 2-3 °C della temperatura della chioma rispetto alle piante SC (Figura 2A). L'RTI ha mostrato un comportamento simile ad altre variabili fisiologiche, mostrando differenze significative (P ≤ 0,01) nell'interazione tra esperimento e trattamento (Figura 2B). Le piante SC hanno mostrato una minore tolleranza in entrambi i genotipi (34,18% e 33,52% rispettivamente per le piante di riso "F67" e "F2000"). La somministrazione fogliare di fitormoni migliora l'RTI nelle piante esposte a stress da alte temperature. Questo effetto è stato più pronunciato nelle piante "F2000" trattate con CC, in cui l'RTI era 97,69. D'altra parte, sono state osservate differenze significative solo nell'indice di stress di resa (CSI) delle piante di riso in condizioni di stress da irrorazione fogliare (P ≤ 0,01) (Fig. 2B). Solo le piante di riso sottoposte a stress termico complesso hanno mostrato il valore più alto dell'indice di stress (0,816). Quando le piante di riso sono state trattate con vari fitormoni, l'indice di stress è risultato inferiore (valori da 0,6 a 0,67). Infine, la pianta di riso cresciuta in condizioni ottimali ha avuto un valore di 0,138.
Figura 2. Effetti dello stress termico combinato (40°/30°C giorno/notte) sulla temperatura della chioma (A), sull'indice di tolleranza relativa (RTI) (B) e sull'indice di stress colturale (CSI) (C) di due specie vegetali. Genotipi di riso commerciale (F67 e F2000) sono stati sottoposti a diversi trattamenti termici. I trattamenti valutati per ciascun genotipo includevano: controllo assoluto (AC), controllo dello stress termico (SC), stress termico + auxina (AUX), stress termico + gibberellina (GA), stress termico + mitogeno cellulare (CK) e stress termico + brassinosteroide (BR). Lo stress termico combinato prevede l'esposizione delle piante di riso a temperature elevate diurne/notturne (40°/30°C giorno/notte). Ogni colonna rappresenta la media ± errore standard di cinque punti dati (n = 5). Le colonne seguite da lettere diverse indicano differenze statisticamente significative secondo il test di Tukey (P ≤ 0,05). Le lettere con il segno di uguale indicano che la media non è statisticamente significativa (≤ 0,05).
L'analisi delle componenti principali (PCA) ha rivelato che le variabili valutate a 55 DAE spiegavano il 66,1% delle risposte fisiologiche e biochimiche delle piante di riso sottoposte a stress termico e trattate con spray regolatore di crescita (Fig. 3). I vettori rappresentano le variabili e i punti rappresentano i regolatori di crescita delle piante (GR). I vettori di gs, contenuto di clorofilla, massima efficienza quantica di PSII (Fv/Fm) e parametri biochimici (TChl, MDA e prolina) sono ad angoli ravvicinati rispetto all'origine, indicando un'elevata correlazione tra il comportamento fisiologico delle piante e le variabili stesse. Un gruppo (V) includeva piantine di riso cresciute a temperatura ottimale (AT) e piante F2000 trattate con CK e BA. Allo stesso tempo, la maggior parte delle piante trattate con GR formava un gruppo separato (IV), e il trattamento con GA in F2000 formava un gruppo separato (II). Al contrario, le piantine di riso sottoposte a stress termico (gruppi I e III) senza alcuna irrorazione fogliare di fitormoni (entrambi i genotipi erano SC) si trovavano in una zona opposta al gruppo V, dimostrando l'effetto dello stress termico sulla fisiologia delle piante.
Figura 3. Analisi bigrafica degli effetti dello stress termico combinato (40°/30°C giorno/notte) su piante di due genotipi di riso (F67 e F2000) a 55 giorni dall'emergenza (DAE). Abbreviazioni: AC F67, controllo assoluto F67; SC F67, controllo dello stress termico F67; AUX F67, stress termico + auxina F67; GA F67, stress termico + gibberellina F67; CK F67, stress termico + divisione cellulare BR F67, stress termico + brassinosteroide. F67; AC F2000, controllo assoluto F2000; SC F2000, controllo dello stress termico F2000; AUX F2000, stress termico + auxina F2000; GA F2000, stress termico + gibberellina F2000; CK F2000, stress da calore + citochinina, BR F2000, stress da calore + steroide di ottone; F2000.
Variabili come il contenuto di clorofilla, la conduttanza stomatica, il rapporto Fv/Fm, CSI, MDA, RTI e il contenuto di prolina possono aiutare a comprendere l'adattamento dei genotipi di riso e a valutare l'impatto delle strategie agronomiche in condizioni di stress termico (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). Lo scopo di questo esperimento era valutare l'effetto dell'applicazione di quattro regolatori di crescita sui parametri fisiologici e biochimici delle piantine di riso in condizioni complesse di stress termico. Il test sulle piantine è un metodo semplice e rapido per la valutazione simultanea delle piante di riso a seconda delle dimensioni o delle condizioni dell'infrastruttura disponibile (Sarsu et al. 2018). I risultati di questo studio hanno mostrato che lo stress termico combinato induce diverse risposte fisiologiche e biochimiche nei due genotipi di riso, indicando un processo di adattamento. Questi risultati indicano anche che gli spray regolatori della crescita fogliare (principalmente citochinine e brassinosteroidi) aiutano il riso ad adattarsi allo stress termico complesso, poiché influenzano principalmente gs, RWC, rapporto Fv/Fm, pigmenti fotosintetici e contenuto di prolina.
L'applicazione di regolatori di crescita contribuisce a migliorare lo stato idrico delle piante di riso sottoposte a stress termico, che può essere associato a un maggiore stress e a temperature più basse della chioma. Questo studio ha dimostrato che tra le piante "F2000" (genotipo suscettibile), le piante di riso trattate principalmente con CK o BR presentavano valori di gs più elevati e valori di PCT più bassi rispetto alle piante trattate con SC. Studi precedenti hanno anche dimostrato che gs e PCT sono indicatori fisiologici accurati in grado di determinare la risposta adattativa delle piante di riso e gli effetti delle strategie agronomiche sullo stress termico (Restrepo-Diaz e Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et al., 2021). La CK o la BR fogliari aumentano la g in condizioni di stress perché questi ormoni vegetali possono promuovere l'apertura degli stomi attraverso interazioni sintetiche con altre molecole di segnalazione come l'ABA (promotore della chiusura degli stomi in condizioni di stress abiotico) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). , 2014). L'apertura degli stomi favorisce il raffreddamento delle foglie e contribuisce a ridurre le temperature della chioma (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). Per questi motivi, la temperatura della chioma delle piante di riso trattate con CK o BR può essere inferiore in condizioni di stress termico combinato.
Lo stress da alte temperature può ridurre il contenuto di pigmenti fotosintetici nelle foglie (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). In questo studio, quando le piante di riso erano sottoposte a stress termico e non trattate con alcun fitoregolatore, i pigmenti fotosintetici tendevano a diminuire in entrambi i genotipi (Tabella 2). Anche Feng et al. (2013) hanno riportato una significativa diminuzione del contenuto di clorofilla nelle foglie di due genotipi di grano esposti a stress termico. L'esposizione ad alte temperature si traduce spesso in una diminuzione del contenuto di clorofilla, che potrebbe essere dovuta alla ridotta biosintesi della clorofilla, alla degradazione dei pigmenti o ai loro effetti combinati in condizioni di stress termico (Fahad et al., 2017). Tuttavia, le piante di riso trattate principalmente con CK e BA hanno aumentato la concentrazione di pigmenti fotosintetici nelle foglie in condizioni di stress termico. Risultati simili sono stati riportati anche da Jespersen e Huang (2015) e Suchsagunpanit et al. (2015), che hanno osservato un aumento del contenuto di clorofilla fogliare in seguito all'applicazione di ormoni zeatina ed epibrassinosteroidi rispettivamente in agrostide e riso sottoposti a stress termico. Una spiegazione ragionevole del perché CK e BR promuovano un aumento del contenuto di clorofilla fogliare in condizioni di stress termico combinato è che CK può migliorare l'avvio dell'induzione sostenuta di promotori di espressione (come il promotore attivante la senescenza (SAG12) o il promotore HSP18) e ridurre la perdita di clorofilla nelle foglie, ritardare la senescenza fogliare e aumentare la resistenza delle piante al calore (Liu et al., 2020). BR può proteggere la clorofilla fogliare e aumentarne il contenuto attivando o inducendo la sintesi di enzimi coinvolti nella biosintesi della clorofilla in condizioni di stress (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). Infine, due fitormoni (CK e BR) promuovono anche l'espressione delle proteine ​​da shock termico e migliorano vari processi di adattamento metabolico, come l'aumento della biosintesi della clorofilla (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
I parametri di fluorescenza della clorofilla a forniscono un metodo rapido e non distruttivo per valutare la tolleranza o l'adattamento delle piante a condizioni di stress abiotico (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). Parametri come il rapporto Fv/Fm sono stati utilizzati come indicatori dell'adattamento delle piante a condizioni di stress (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). In questo studio, le piante di riso SC hanno mostrato i valori più bassi di questa variabile, prevalentemente piante di riso "F2000". Anche Yin et al. (2010) hanno riscontrato che il rapporto Fv/Fm delle foglie di riso con accestimento più rapido diminuiva significativamente a temperature superiori a 35 °C. Secondo Feng et al. (2013), il rapporto Fv/Fm inferiore in condizioni di stress termico indica che il tasso di cattura e conversione dell'energia di eccitazione da parte del centro di reazione del PSII è ridotto, a indicare che il centro di reazione del PSII si disintegra in condizioni di stress termico. Questa osservazione ci permette di concludere che i disturbi nell'apparato fotosintetico sono più pronunciati nelle varietà sensibili (Fedearroz 2000) rispetto a quelle resistenti (Fedearroz 67).
L'uso di CK o BR ha generalmente migliorato le prestazioni del PSII in condizioni complesse di stress termico. Risultati simili sono stati ottenuti da Suchsagunpanit et al. (2015), che hanno osservato che l'applicazione di BR ha aumentato l'efficienza del PSII in condizioni di stress termico nel riso. Kumar et al. (2020) hanno anche riscontrato che le piante di cece trattate con CK (6-benziladenina) e sottoposte a stress termico hanno aumentato il rapporto Fv/Fm, concludendo che l'applicazione fogliare di CK, attivando il ciclo del pigmento della zeaxantina, ha promosso l'attività del PSII. Inoltre, lo spray fogliare con BR ha favorito la fotosintesi del PSII in condizioni di stress combinato, indicando che l'applicazione di questo fitormone ha comportato una ridotta dissipazione dell'energia di eccitazione delle antenne del PSII e ha promosso l'accumulo di piccole proteine ​​da shock termico nei cloroplasti (Ogweno et al. 2008; Kothari e Lachowitz). , 2021).
I contenuti di MDA e prolina spesso aumentano quando le piante sono sottoposte a stress abiotico rispetto alle piante coltivate in condizioni ottimali (Alvarado-Sanabria et al., 2017). Studi precedenti hanno inoltre dimostrato che i livelli di MDA e prolina sono indicatori biochimici che possono essere utilizzati per comprendere il processo di adattamento o l'impatto delle pratiche agronomiche nel riso in condizioni di alte temperature diurne o notturne (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al., 2021). Questi studi hanno inoltre dimostrato che i contenuti di MDA e prolina tendevano ad essere più elevati nelle piante di riso esposte ad alte temperature rispettivamente di notte o di giorno. Tuttavia, l'irrorazione fogliare di CK e BR ha contribuito a una diminuzione di MDA e a un aumento dei livelli di prolina, principalmente nel genotipo tollerante (Federroz 67). Lo spray CK può promuovere la sovraespressione della citochinina ossidasi/deidrogenasi, aumentando così il contenuto di composti protettivi come betaina e prolina (Liu et al., 2020). Il BR promuove l'induzione di osmoprotettori come betaina, zuccheri e amminoacidi (inclusa la prolina libera), mantenendo l'equilibrio osmotico cellulare in molte condizioni ambientali avverse (Kothari e Lachowiec, 2021).
L'indice di stress colturale (CSI) e l'indice di tolleranza relativa (RTI) vengono utilizzati per determinare se i trattamenti in valutazione contribuiscono a mitigare vari stress (abiotici e biotici) e hanno un effetto positivo sulla fisiologia vegetale (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). I valori di CSI possono variare da 0 a 1, rappresentando rispettivamente condizioni di non stress e di stress (Lee et al., 2010). I valori di CSI delle piante sottoposte a stress termico (SC) variavano da 0,8 a 0,9 (Figura 2B), indicando che le piante di riso sono state influenzate negativamente dallo stress combinato. Tuttavia, l'irrorazione fogliare di BC (0,6) o CK (0,6) ha portato principalmente a una diminuzione di questo indicatore in condizioni di stress abiotico rispetto alle piante di riso SC. Nelle piante F2000, l'RTI ha mostrato un aumento maggiore quando si utilizzava CA (97,69%) e BC (60,73%) rispetto a SA (33,52%), indicando che questi regolatori della crescita delle piante contribuiscono anche a migliorare la risposta del riso alla tolleranza della composizione. Surriscaldamento. Questi indici sono stati proposti per gestire condizioni di stress in diverse specie. Uno studio condotto da Lee et al. (2010) ha mostrato che il CSI di due varietà di cotone sottoposte a stress idrico moderato era di circa 0,85, mentre i valori di CSI di varietà ben irrigate variavano da 0,4 a 0,6, concludendo che questo indice è un indicatore dell'adattamento idrico delle varietà. condizioni di stress. Inoltre, Chavez-Arias et al. (2020) hanno valutato l'efficacia degli elicitori sintetici come strategia completa di gestione dello stress nelle piante di C. elegans e hanno scoperto che le piante irrorate con questi composti mostravano un RTI più elevato (65%). Sulla base di quanto sopra, CK e BR possono essere considerati strategie agronomiche volte ad aumentare la tolleranza del riso allo stress termico complesso, poiché questi regolatori della crescita delle piante inducono risposte biochimiche e fisiologiche positive.
Negli ultimi anni, la ricerca sul riso in Colombia si è concentrata sulla valutazione di genotipi tolleranti a temperature elevate, diurne o notturne, utilizzando caratteristiche fisiologiche o biochimiche (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021). Tuttavia, negli ultimi anni, l'analisi di tecnologie pratiche, economiche e redditizie è diventata sempre più importante per proporre una gestione integrata delle colture volta a migliorare gli effetti di periodi complessi di stress da calore nel Paese (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). Pertanto, le risposte fisiologiche e biochimiche delle piante di riso a stress da calore complesso (40 °C giorno/30 °C notte) osservate in questo studio suggeriscono che l'irrorazione fogliare con CK o BR possa essere un metodo di gestione delle colture idoneo a mitigare gli effetti avversi. Effetto di periodi di stress da calore moderato. Questi trattamenti hanno migliorato la tolleranza di entrambi i genotipi di riso (basso CSI e alto RTI), dimostrando una tendenza generale nelle risposte fisiologiche e biochimiche delle piante in condizioni di stress termico combinato. La principale risposta delle piante di riso è stata una diminuzione del contenuto di GC, clorofilla totale, clorofille α e β e carotenoidi. Inoltre, le piante hanno subito danni da PSII (diminuzione dei parametri di fluorescenza della clorofilla come il rapporto Fv/Fm) e aumento della perossidazione lipidica. D'altra parte, quando il riso è stato trattato con CK e BR, questi effetti negativi sono stati mitigati e il contenuto di prolina è aumentato (Fig. 4).
Figura 4. Modello concettuale degli effetti della combinazione di stress termico e di un trattamento fogliare con un regolatore di crescita delle piante di riso. Le frecce rosse e blu indicano gli effetti negativi o positivi dell'interazione tra stress termico e applicazione fogliare di BR (brassinosteroide) e CK (citochinina) sulle risposte fisiologiche e biochimiche, rispettivamente. gs: conduttanza stomatica; Chl totale: contenuto totale di clorofilla; Chl α: contenuto di clorofilla β; Cx+c: contenuto di carotenoidi;
In sintesi, le risposte fisiologiche e biochimiche di questo studio indicano che le piante di riso Fedearroz 2000 sono più suscettibili a un periodo di stress termico complesso rispetto alle piante di riso Fedearroz 67. Tutti i regolatori di crescita valutati in questo studio (auxine, gibberelline, citochinine o brassinosteroidi) hanno dimostrato un certo grado di riduzione dello stress termico combinato. Tuttavia, citochinine e brassinosteroidi hanno indotto un migliore adattamento delle piante, poiché entrambi i regolatori di crescita hanno aumentato il contenuto di clorofilla, i parametri di fluorescenza dell'alfa-clorofilla, gs e RWC rispetto alle piante di riso senza alcuna applicazione, e hanno anche ridotto il contenuto di MDA e la temperatura della chioma. In sintesi, concludiamo che l'uso di regolatori di crescita (citochinine e brassinosteroidi) è uno strumento utile nella gestione delle condizioni di stress nelle colture di riso causate da grave stress termico durante periodi di alte temperature.
I materiali originali presentati nello studio sono inclusi nell'articolo; ulteriori informazioni possono essere richieste all'autore corrispondente.