I regolatori della crescita delle piante sono stati utilizzati come strategia per ridurre lo stress termico in diverse colture.

La produzione di riso in Colombia è in calo a causa dei cambiamenti climatici e della loro variabilità.Regolatori della crescita delle piantesono stati utilizzati come strategia per ridurre lo stress termico in varie colture. Pertanto, l'obiettivo di questo studio era valutare gli effetti fisiologici (conduttanza stomatica, conduttanza stomatica, contenuto totale di clorofilla, rapporto Fv/Fm di due genotipi di riso commerciali sottoposti a stress termico combinato (alte temperature diurne e notturne), temperatura della chioma e contenuto idrico relativo) e le variabili biochimiche (malondialdeide (MDA) e contenuto di acido prolinico). Il primo e il secondo esperimento sono stati condotti utilizzando piante di due genotipi di riso, Federrose 67 (“F67”) e Federrose 2000 (“F2000”), rispettivamente. 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 diurna/notturna 30/25°C)), controllo stress termico (SC) [piante di riso sottoposte solo a stress termico combinato (40/25°C). 30°C)], e le piante di riso sono state stressate e irrorate con regolatori di crescita vegetale (stress+AUX, stress+BR, stress+CK o stress+GA) due volte (5 giorni prima e 5 giorni dopo lo stress termico). L'irrorazione con SA ha aumentato il contenuto totale di clorofilla di 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 migliorato generalmente la conduttanza stomatica delle piante di riso "F2000" (499,25 vs. 150,60 mmol m-2 s) rispetto al controllo dello stress termico. stress termico, la temperatura della corona 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 termico combinato, soprattutto nelle piante di riso F2000. In conclusione, la nebulizzazione fogliare di BR o CK può essere considerata una strategia agronomica per contribuire a ridurre gli effetti negativi delle condizioni di stress termico 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, causando vari tipi di stress abiotici come temperature elevate e periodi di siccità. Il cambiamento climatico sta provocando un aumento delle temperature globali; si prevede un aumento delle temperature di 1,0-3,7 °C nel XXI secolo, il che potrebbe incrementare 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'altra parte, il cambiamento climatico porta anche a condizioni ambientali sfavorevoli per le colture, come periodi di grave siccità o temperature elevate nelle regioni tropicali e subtropicali. Inoltre, eventi di variabilità come El Niño possono causare stress da calore e aggravare i danni alle colture in alcune regioni tropicali. In Colombia, si prevede che le temperature nelle aree produttrici 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 coltivazioni di riso avviene in aree in cui le temperature sono vicine 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 risoGeneralmente sono 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, fioritura, fioritura e riempimento della granella), influenzando negativamente la resa. Questa riduzione della resa è dovuta principalmente a lunghi periodi di stress termico, che influenzano la fisiologia della pianta. 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 termico influenza diversi processi fisiologici e biochimici nelle piante. La fotosintesi fogliare è uno dei processi più sensibili allo stress termico 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 termico. Ad esempio, i tassi di fotosintesi e la conduttanza stomatica vengono inibiti quando le piante sono esposte ad alte temperature diurne (33-40 °C) o ad alte temperature sia diurne che notturne (35-40 °C durante il giorno, 28-30 °C durante la notte). (C sta per notte) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). Le alte temperature notturne (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 termico influisce anche sul contenuto di clorofilla nelle foglie, sul rapporto tra la fluorescenza variabile della clorofilla e la 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).
Le modifiche biochimiche 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 nelle piante (Ahmed e Hassan 2011). La prolina svolge un ruolo importante nel metabolismo vegetale, agendo come fonte di carbonio o azoto e come stabilizzatore di membrana in condizioni di alta temperatura (Sánchez-Reinoso et al., 2014). Le alte temperature influenzano anche la stabilità delle membrane 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 in condizioni di 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 della crescita vegetale (GR) è stato valutato per mitigare gli effetti negativi dello stress termico, poiché queste sostanze sono attivamente coinvolte nelle risposte delle piante o nei meccanismi di difesa fisiologica contro tale stress (Peleg e Blumwald, 2011; Yin et al., 2011; Ahmed et al., 2015). L'applicazione esogena di risorse genetiche ha avuto un effetto positivo sulla tolleranza allo stress termico in diverse colture. Studi hanno dimostrato che fitormoni come gibberelline (GA), citochinine (CK), auxine (AUX) o brassinosteroidi (BR) portano a un aumento di diverse variabili fisiologiche e biochimiche (Peleg e Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 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 ancora completamente compresi e studiati. Tuttavia, uno studio precedente ha dimostrato che la nebulizzazione fogliare di BR potrebbe migliorare la tolleranza del riso migliorando le caratteristiche di scambio gassoso, il contenuto di clorofilla o di prolina nelle foglie delle piantine di riso (Quintero-Calderón et al., 2021).
Le citochinine mediano le risposte delle piante agli stress abiotici, incluso lo stress termico (Ha et al., 2012). Inoltre, è stato riportato che l'applicazione esogena di CK può ridurre i danni termici. 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'agrostide stolonifera (Agrostis estolonifera) durante lo stress termico (Xu e Huang, 2009; Jespersen e Huang, 2015). L'applicazione esogena di zeatina può anche migliorare l'attività antiossidante, aumentare la sintesi di varie proteine, ridurre i danni 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 dell'acido gibberellico ha anche mostrato una risposta positiva allo stress termico. Studi hanno dimostrato che la biosintesi dell'acido gibberellico media diverse vie metaboliche e aumenta la tolleranza in condizioni di alta temperatura (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi et al. (2020) hanno scoperto che la nebulizzazione fogliare di acido gibberellico esogeno (25 o 50 mg*L) potrebbe aumentare il tasso di fotosintesi e l'attività antiossidante nelle piante di arancio sottoposte a stress termico rispetto alle piante di controllo. È stato anche osservato che l'applicazione esogena di acido ialuronico aumenta il contenuto di umidità relativa, il contenuto di clorofilla e carotenoidi e riduce la perossidazione lipidica nella palma da dattero (Phoenix dactylifera) in condizioni di stress termico (Khan et al., 2020). L'auxina svolge anche un ruolo importante nella regolazione delle risposte di crescita adattative alle condizioni di alta temperatura (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 potenzia 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, aumenta il contenuto di prolina – dimetilamminoetossicarbonilmetil)naftilclorometil etere (TA-14). Nello stesso esperimento, hanno anche osservato livelli più bassi di MDA nelle piante trattate rispetto alle piante non trattate con AUX.
I brassinosteroidi rappresentano un'altra classe di regolatori della crescita utilizzati per mitigare gli effetti dello stress termico. Ogweno et al. (2008) hanno riportato che la nebulizzazione esogena di BR ha aumentato il tasso di fotosintesi netta, la conduttanza stomatica e il tasso massimo di carbossilazione della Rubisco in piante di pomodoro (Solanum lycopersicum) sottoposte a stress termico per 8 giorni. La nebulizzazione fogliare di epibrassinosteroidi può aumentare il tasso di fotosintesi netta in piante di cetriolo (Cucumis sativus) sottoposte a stress termico (Yu et al., 2004). Inoltre, l'applicazione esogena di BR ritarda la degradazione della clorofilla e aumenta l'efficienza dell'uso dell'acqua e la resa quantica massima della fotochimica del PSII nelle piante sottoposte a stress termico (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 sotto stress termico a livello locale e internazionale (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; Tuttavia, la ricerca sull'uso di irrorazioni fogliari di fitormoni nel riso a livello locale rimane rara. Pertanto, lo studio delle reazioni fisiologiche e biochimiche dell'applicazione di regolatori della crescita delle piante 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 è stato quello di valutare gli effetti fisiologici (conduttanza stomatica, parametri di fluorescenza della clorofilla e contenuto idrico relativo) e biochimici dell'applicazione fogliare di quattro regolatori della crescita delle piante (AUX, CK, GA e BR). (Pigmenti fotosintetici, malondialdeide e contenuto di prolina) Variabili in due genotipi commerciali di riso sottoposti a stress termico combinato (temperature diurne/notturne elevate).
In questo studio sono stati condotti due esperimenti indipendenti. I genotipi Federrose 67 (F67: un genotipo sviluppato ad alte temperature durante l'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. Il primo esperimento è stato condotto nel primo e nel secondo. 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 franco-sabbioso con il 2% di sostanza organica. Cinque semi pre-germogliati sono stati piantati in ogni vassoio. I vassoi sono stati collocati nella serra della Facoltà di Scienze Agrarie dell'Università Nazionale della Colombia, campus di Bogotá (43°50′56″ N, 74°04′051″ W), ad un'altitudine di 2556 m sul livello del mare. 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 nella 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-). Le piante sono state fertilizzate secondo il 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 ciascun 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 effettuate due applicazioni separate del regolatore di crescita fogliare. La prima serie di irrorazioni fogliari di fitormoni è stata applicata 5 giorni prima del trattamento con stress termico (42 DAE) per preparare le piante allo stress ambientale. Una seconda irrorazione fogliare è stata quindi effettuata 5 giorni dopo che le piante sono state esposte alle condizioni di stress (52 DAE). Sono stati utilizzati quattro fitormoni e le proprietà di ciascun principio attivo irrorato in questo studio sono elencate nella Tabella supplementare 1. Le concentrazioni dei regolatori di crescita fogliare utilizzati erano le seguenti: (i) Auxina (acido 1-naftilacetico: NAA) a una concentrazione di 5 × 10−5 M (ii) 5 × 10–5 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 termico (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). Le piante di riso senza alcun trattamento con regolatori di crescita vegetale sono state trattate solo con acqua distillata. Tutte le piante di riso sono state irrorate con uno spruzzatore manuale. Applicare 20 ml di H2O alla pianta per inumidire le superfici superiore e inferiore delle foglie. Tutti gli irroramenti fogliari hanno utilizzato un coadiuvante agricolo (Agrotin, Bayer CropScience, Colombia) allo 0,1% (v/v). La distanza tra il vaso e lo spruzzatore è di 30 cm.
I trattamenti di stress termico sono stati somministrati 5 giorni dopo la prima irrorazione 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 indurre stress termico o mantenere le stesse condizioni ambientali (47 DAE). Il trattamento combinato di stress termico è stato effettuato impostando la camera alle seguenti temperature giorno/notte: temperatura elevata 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'altra parte, un gruppo di piante trasferite nella camera di crescita è stato mantenuto in serra alla stessa temperatura (30 °C durante il giorno/25 °C durante la 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 stress termico (SC)], (iii) condizioni di stress termico + applicazione di auxina (AUX), (iv) condizione di stress termico + applicazione di gibberellina (GA), (v) condizione di stress termico + applicazione di citochinina (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 eseguiti in un disegno completamente randomizzato con cinque repliche, ciascuna costituita 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 misurazione da 0 a 1000 mmol m-2 s-1 e un'apertura della camera di campionamento di 6,35 mm. Le misurazioni sono state effettuate fissando una sonda stomatica a una foglia matura con il fusto principale della pianta completamente espanso. Per ciascun trattamento, le letture di gs sono state rilevate su tre foglie di ciascuna pianta tra le 11:00 e le 16:00 e successivamente è stata calcolata la media dei valori ottenuti.
Il contenuto idrico relativo (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 riempito d'acqua e lasciate al buio a temperatura ambiente (22 °C) per 48 ore. Successivamente sono state pesate su una bilancia digitale e registrato il peso espanso (TW). Le foglie gonfie sono state essiccate in forno a 75 °C per 48 ore e il loro peso secco (DW) è stato registrato.
Il contenuto relativo di clorofilla è stato determinato utilizzando un clorofillometro (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) ed espresso in unità atLeaf (Dey et al., 2016). Le letture dell'efficienza quantica massima del PSII (rapporto Fv/Fm) sono state registrate utilizzando un fluorimetro a eccitazione continua per la clorofilla (Handy PEA, Hansatech Instruments, Regno Unito). Le foglie sono state adattate al buio utilizzando morsetti fogliari per 20 minuti prima delle misurazioni di Fv/Fm (Restrepo-Diaz e Garces-Varon, 2013). Dopo l'acclimatazione al buio delle foglie, sono stati misurati la fluorescenza basale (F0) e la fluorescenza 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 gs.
Circa 800 mg di peso fresco di foglie sono stati raccolti 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 rpm per 10 min 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 quello dei 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 omogeneizzati in azoto liquido. I campioni sono stati centrifugati a 5000 rpm 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 attraverso 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 termostatico a 90 °C per 1 ora. Interrompere la reazione incubando in ghiaccio. Agitare energicamente la provetta con un agitatore a vortice e sciogliere la soluzione risultante in 4 ml di toluene. Le letture di 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 telecamera 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, sono state considerate due fabbriche come modelli di riferimento. Le piante sono state posizionate su una superficie bianca; una era rivestita con un coadiuvante agricolo (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Colombia) per simulare l'apertura di tutti gli stomi [modalità umida (Twet)], e l'altra era una foglia senza alcuna applicazione [modalità asciutta (Tdry)] (Castro-Duque et al., 2020). La distanza tra la telecamera 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 giorni dalla semina (DAE) utilizzando foglie completamente espanse raccolte dalla parte superiore della chioma. Inoltre, le misurazioni sono state effettuate in una camera di crescita per evitare di alterare le condizioni ambientali in cui crescono le piante.
I dati del primo e del secondo esperimento sono stati analizzati congiuntamente come una serie di esperimenti. Ogni gruppo sperimentale era composto da 5 piante e ogni pianta costituiva un'unità sperimentale. È stata eseguita un'analisi della varianza (ANOVA) (P ≤ 0,05). Quando sono state rilevate differenze significative, è stato utilizzato il test comparativo post hoc di Tukey a 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 condotta utilizzando il software InfoStat 2016 (Analysis Software, Università Nazionale di Cordoba, Argentina) per identificare i migliori regolatori di crescita vegetale in esame.
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 malondialdeide (MDA) e il contenuto di prolina e la conduttanza stomatica. Effetto di gs, contenuto idrico relativo (RWC), contenuto di clorofilla, parametri di fluorescenza della clorofilla alfa, temperatura della corona (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 delle foglie) 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 irrorazione fogliare di fitormoni (2,36 mg g-1 per "F67" e 2,56 mg g-1 per "F2000") rispetto alle piante coltivate in condizioni di temperatura ottimali (2,67 mg g-1)) hanno mostrato un contenuto totale di clorofilla inferiore. In entrambi gli esperimenti, "F67" era 2,80 mg g-1 e "F2000" era 2,80 mg g-1. Inoltre, le piantine di riso trattate con una combinazione di irrorazioni di AUX e GA in condizioni di stress termico 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 termico. In condizioni di stress termico, 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 più alti di pigmenti fotosintetici 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 alti sono stati registrati anche nelle piante irrorate 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 subito maggiori danni nel secondo esperimento. Le piantine 'F2000' stressate che non sono state irrorate con alcun fitormone avevano i valori Fv più bassi (2120,15) e rapporti Fv/Fm (0,59), ma l'irrorazione fogliare con CK ha aiutato a ripristinare questi valori (Fv: 2591, 89, rapporto Fv/Fm: 0,73). , ricevendo letture simili a quelle registrate sulle piante “F2000” cresciute in condizioni di temperatura ottimali (Fv: 2955,35, rapporto Fv/Fm: 0,73:0,72). Non ci sono state differenze significative nella fluorescenza iniziale (F0), nella fluorescenza massima (Fm), nella resa quantica fotochimica massima del 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 fogliari [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) delle 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, i valori più bassi sono stati registrati per entrambi i genotipi (74,01% per F67 e 76,6% per F2000). In condizioni di stress termico, l'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 l'RWC a valori simili a quelli delle piante cresciute in condizioni ottimali durante l'esperimento. Il controllo assoluto e le piante irrorate fogliarmente hanno registrato valori intorno all'83% per entrambi i genotipi. D'altra parte, anche gs ha mostrato differenze significative (P ≤ 0,01) nell'interazione esperimento-trattamento (Fig. 1B). La pianta di controllo assoluto (AC) ha registrato anche i valori più alti 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 solo a 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). Il trattamento fogliare con tutti i regolatori di crescita vegetale ha anche aumentato g. Sulle piante di riso F2000 irrorate 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 il segno di uguale indicano che la media non è statisticamente significativa (≤ 0,05).
I contenuti di MDA (P ≤ 0,01) e prolina (P ≤ 0,01) hanno mostrato differenze significative anche nell'interazione tra esperimento e trattamenti con fitormoni (Fig. 1C, D). Un aumento della perossidazione lipidica è stato osservato con il trattamento SC in entrambi i genotipi (Figura 1C), tuttavia le piante trattate con spray regolatore di crescita fogliare hanno mostrato una diminuzione della perossidazione lipidica in entrambi i genotipi; In generale, l'uso di fitormoni (CA, AUC, BR o GA) porta a una diminuzione 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 irrorate con fitormoni (i valori FW osservati nelle piante “F67” variavano da 4,38–6,77 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 di regolatore di crescita vegetale e dello stress termico combinato sulla temperatura della chioma delle piante e sull'indice di tolleranza relativa (RTI) sono mostrati nelle Figure 2A e B. Per entrambi i genotipi, la temperatura della chioma delle piante AC era vicina a 27 °C, e quella delle piante SC era intorno a 28 °C. È stato anche osservato che i trattamenti fogliari con CK e BR hanno determinato 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 alta temperatura. Questo effetto è stato più pronunciato nelle piante “F2000” irrorate con CC, in cui l'RTI era 97,69. D'altra parte, differenze significative sono state osservate solo nell'indice di stress di resa (CSI) delle piante di riso in condizioni di stress da irrorazione di fattori fogliari (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 irrorate con vari fitormoni, l'indice di stress era inferiore (valori da 0,6 a 0,67). Infine, la pianta di riso coltivata in condizioni ottimali aveva 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 commerciali (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 ad alte temperature 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 vegetale (GR). I vettori di gs, contenuto di clorofilla, efficienza quantica massima del 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. Un gruppo (V) includeva piantine di riso cresciute alla 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 alcun trattamento fogliare con fitormoni (entrambi i genotipi erano SC) si trovavano in una zona opposta al gruppo V, a dimostrazione dell'effetto dello stress termico sulla fisiologia della pianta.
Figura 3. Analisi biografica degli effetti dello stress termico combinato (40°/30°C giorno/notte) su piante di due genotipi di riso (F67 e F2000) a 55 giorni dalla germinazione (DAE). Abbreviazioni: AC F67, controllo assoluto F67; SC F67, controllo 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 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 brassico; 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 delle infrastrutture disponibili (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 inoltre che gli spray regolatori della crescita fogliare (principalmente citochinine e brassinosteroidi) aiutano il riso ad adattarsi a uno stress termico complesso, poiché favoriscono 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 della chioma più basse. 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 inferiori rispetto alle piante trattate con SC. Studi precedenti hanno inoltre 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). Il trattamento delle foglie con CK o BR aumenta la conduttanza stomatica (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 stomatica 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 delle foglie (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). In questo studio, quando le piante di riso erano sottoposte a stress termico e non venivano irrorate con alcun regolatore di crescita vegetale, i pigmenti fotosintetici tendevano a diminuire in entrambi i genotipi (Tabella 2). Anche Feng et al. (2013) hanno riportato una diminuzione significativa del contenuto di clorofilla nelle foglie di due genotipi di grano esposti a stress termico. L'esposizione ad alte temperature spesso si traduce in una diminuzione del contenuto di clorofilla, che può essere dovuta a una 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 fogliari 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 zeatina e ormoni epibrassinosteroidi rispettivamente in agrostide e riso sottoposti a stress termico. Una spiegazione plausibile 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 dei promotori di espressione (come il promotore di attivazione della 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 aumentare il contenuto di clorofilla fogliare 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 alle 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 alle condizioni di stress (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). In questo studio, le piante SC hanno mostrato i valori più bassi di questa variabile, prevalentemente le piante di riso "F2000". Anche Yin et al. (2010) hanno riscontrato che il rapporto Fv/Fm delle foglie di riso con il più alto grado di accestimento 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 PSII è ridotto, il che indica che il centro di reazione 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) che nelle varietà 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 come l'applicazione di BR aumentasse l'efficienza del PSII in condizioni di stress termico nel riso. Anche Kumar et al. (2020) hanno riscontrato che le piante di ceci trattate con CK (6-benziladenina) e sottoposte a stress termico aumentavano il rapporto Fv/Fm, concludendo che l'applicazione fogliare di CK, attivando il ciclo del pigmento della zeaxantina, promuoveva l'attività del PSII. Inoltre, la nebulizzazione fogliare di BR favoriva la fotosintesi del PSII in condizioni di stress combinato, indicando che l'applicazione di questo fitormone comportava una ridotta dissipazione dell'energia di eccitazione delle antenne del PSII e promuoveva l'accumulo di piccole proteine ​​da shock termico nei cloroplasti (Ogweno et al. 2008; Kothari e Lachowitz , 2021).
I livelli 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 anche 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 anche mostrato che i livelli di MDA e prolina tendevano ad essere più elevati nelle piante di riso esposte ad alte temperature di notte o durante il giorno, rispettivamente. Tuttavia, la nebulizzazione fogliare di CK e BR ha contribuito a una diminuzione dell'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 la betaina e la prolina (Liu et al., 2020). BR promuove l'induzione di osmoprotettori come la betaina, gli zuccheri e gli amminoacidi (inclusa la prolina libera), mantenendo l'equilibrio osmotico cellulare in molte condizioni ambientali avverse (Kothari e Lachowiec, 2021).
L'indice di stress delle colture (CSI) e l'indice di tolleranza relativa (RTI) vengono utilizzati per determinare se i trattamenti in fase di valutazione contribuiscono ad attenuare vari stress (abiotici e biotici) e hanno un effetto positivo sulla fisiologia delle piante (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). I valori del CSI possono variare da 0 a 1, rappresentando rispettivamente condizioni di non stress e di stress (Lee et al., 2010). I valori del CSI delle piante sottoposte a stress termico (SC) variavano da 0,8 a 0,9 (Figura 2B), indicando che le piante di riso erano influenzate negativamente dallo stress combinato. Tuttavia, la nebulizzazione 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 di crescita vegetale contribuiscono anche a migliorare la risposta del riso alla tolleranza della composizione. Sovraccarico. Questi indici sono stati proposti per gestire le condizioni di stress in diverse specie. Uno studio condotto da Lee et al. (2010) ha mostrato che il CSI di due varietà di cotone sotto stress idrico moderato era di circa 0,85, mentre i valori CSI delle varietà ben irrigate variavano da 0,4 a 0,6, concludendo che questo indice è un indicatore dell'adattamento idrico delle varietà in 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 spruzzate 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 vegetale inducono risposte biochimiche e fisiologiche positive.
Negli ultimi anni, la ricerca sul riso in Colombia si è concentrata sulla valutazione di genotipi tolleranti alle alte temperature diurne o notturne utilizzando tratti fisiologici o biochimici (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 al fine di migliorare gli effetti di periodi complessi di stress termico nel paese (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). Pertanto, le risposte fisiologiche e biochimiche delle piante di riso allo stress termico complesso (40 °C di giorno/30 °C di notte) osservate in questo studio suggeriscono che l'irrorazione fogliare con CK o BR potrebbe essere un metodo di gestione delle colture adatto per mitigare gli effetti negativi. Effetto di periodi di stress termico 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 sotto stress termico combinato. La risposta principale 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 al PSII (diminuzione dei parametri di fluorescenza della clorofilla come il rapporto Fv/Fm) e un aumento della perossidazione lipidica. D'altra parte, quando il riso è stato trattato con CK e BR, questi effetti negativi sono stati attenuati e il contenuto di prolina è aumentato (Fig. 4).
Figura 4. Modello concettuale degli effetti dello stress termico combinato e dell'applicazione fogliare di regolatori di crescita vegetale sulle piante di riso. Le frecce rosse e blu indicano rispettivamente gli effetti negativi o positivi dell'interazione tra stress termico e applicazione fogliare di BR (brassinosteroide) e CK (citochinina) sulle risposte fisiologiche e biochimiche. gs: conduttanza stomatica; Clorofilla totale: contenuto totale di clorofilla; Clorofilla α: contenuto di clorofilla β; Cx+c: contenuto di carotenoidi;
In sintesi, le risposte fisiologiche e biochimiche osservate in 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, le citochinine e i brassinosteroidi hanno indotto un migliore adattamento delle piante, in quanto entrambi i regolatori di crescita hanno aumentato il contenuto di clorofilla, i parametri di fluorescenza dell'alfa-clorofilla, la conduttanza stomatica (gs) e il contenuto idrico relativo (RWC) rispetto alle piante di riso non trattate, e hanno anche ridotto il contenuto di MDA e la temperatura della chioma. In conclusione, riteniamo che l'uso di regolatori di crescita (citochinine e brassinosteroidi) sia uno strumento utile per gestire le condizioni di stress nelle colture di riso causate da un grave stress termico durante periodi di alte temperature.
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