تم استخدام منظمات نمو النباتات كاستراتيجية لتقليل الإجهاد الحراري في المحاصيل المختلفة

يشهد إنتاج الأرز انخفاضًا بسبب تغير المناخ وتقلباته في كولومبيا.منظمات نمو النباتتم استخدامها كاستراتيجية لتقليل الإجهاد الحراري في المحاصيل المختلفة. لذلك، كان الهدف من هذه الدراسة هو تقييم التأثيرات الفسيولوجية (موصلية الثغور، وموصلية الثغور، ومحتوى الكلوروفيل الكلي، ونسبة Fv/Fm لنوعين تجاريين من الأرز تعرضا لإجهاد حراري مشترك (درجات حرارة عالية ليلاً ونهارًا)، ودرجة حرارة المظلة ومحتوى الماء النسبي) والمتغيرات الكيميائية الحيوية (محتوى المالونديالدهيد (MDA) وحمض البرولينيك). أجريت التجربتان الأولى والثانية باستخدام نباتات من نوعين من الأرز Federrose 67 ("F67") وFederrose 2000 ("F2000") على التوالي. تم تحليل كلتا التجربتين معًا كسلسلة من التجارب. كانت المعاملات المحددة كما يلي: التحكم المطلق (AC) (نباتات الأرز المزروعة في درجات الحرارة المثلى (درجة حرارة النهار/الليل 30/25 درجة مئوية))، والتحكم في الإجهاد الحراري (SC) [نباتات الأرز المعرضة للإجهاد الحراري المشترك فقط (40/25 درجة مئوية). عند درجة حرارة 30 درجة مئوية، وتعرضت نباتات الأرز للإجهاد ورشّت بمنظمات نمو النباتات (الإجهاد + AUX، الإجهاد + BR، الإجهاد + CK أو الإجهاد + GA) مرتين (قبل 5 أيام وبعد 5 أيام من الإجهاد الحراري). أدى الرش بـ SA إلى زيادة محتوى الكلوروفيل الكلي في كلا الصنفين (بلغ الوزن الطازج لنباتات الأرز "F67" و"F2000" 3.25 و3.65 ملغم/غم على التوالي) مقارنةً بنباتات SC (بلغ الوزن الطازج لنباتات "F67" 2.36 و2.56 ملغم. غم-1) والأرز "F2000"، كما أدى الرش الورقي بـ CK إلى تحسين التوصيل الثغري لنباتات الأرز "F2000" بشكل عام (499.25 مقابل 150.60 ملي مول/م2 ثانية) مقارنةً بمجموعة التحكم في الإجهاد الحراري. مع الإجهاد الحراري، تنخفض درجة حرارة تاج النبات بمقدار 2-3 درجات مئوية، وينخفض ​​محتوى MDA في النباتات. يُظهر مؤشر التحمل النسبي أن الرش الورقي لمبيدي CK (97.69%) وBR (60.73%) يُساعد في تخفيف مشكلة الإجهاد الحراري المُركّب، خاصةً في نباتات الأرز F2000. ختامًا، يُمكن اعتبار الرش الورقي لمبيدي BR أو CK استراتيجية زراعية تُساعد في تقليل الآثار السلبية لظروف الإجهاد الحراري المُركّب على السلوك الفسيولوجي لنباتات الأرز.
ينتمي الأرز (أوريزا ساتيفا) إلى الفصيلة النجيلية، وهو من أكثر الحبوب زراعةً في العالم، إلى جانب الذرة والقمح (باجاج وموهانتي، ٢٠٠٥). تبلغ مساحة زراعة الأرز ٦١٧,٩٣٤ هكتارًا، وبلغ الإنتاج الوطني عام ٢٠٢٠ ٢,٩٣٧,٨٤٠ طنًا، بمتوسط ​​إنتاج ٥.٠٢ طن/هكتار (الاتحاد الوطني للأرز، ٢٠٢١).
يؤثر الاحتباس الحراري على محاصيل الأرز، مما يؤدي إلى أنواع مختلفة من الضغوط غير الحيوية مثل ارتفاع درجات الحرارة وفترات الجفاف. يتسبب تغير المناخ في ارتفاع درجات الحرارة العالمية؛ ومن المتوقع أن ترتفع درجات الحرارة بمقدار 1.0-3.7 درجة مئوية في القرن الحادي والعشرين، مما قد يزيد من وتيرة وشدة الإجهاد الحراري. وقد أثرت درجات الحرارة البيئية المرتفعة على الأرز، مما تسبب في انخفاض غلة المحاصيل بنسبة 6-7٪. ومن ناحية أخرى، يؤدي تغير المناخ أيضًا إلى ظروف بيئية غير مواتية للمحاصيل، مثل فترات الجفاف الشديد أو ارتفاع درجات الحرارة في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي أحداث التقلب مثل ظاهرة النينيو إلى الإجهاد الحراري وتفاقم تلف المحاصيل في بعض المناطق الاستوائية. وفي كولومبيا، من المتوقع أن ترتفع درجات الحرارة في مناطق إنتاج الأرز بمقدار 2-2.5 درجة مئوية بحلول عام 2050، مما يقلل من إنتاج الأرز ويؤثر على تدفقات المنتجات إلى الأسواق وسلاسل التوريد.
تُزرع معظم محاصيل الأرز في مناطق تكون فيها درجات الحرارة قريبة من النطاق الأمثل لنمو المحصول (شاه وآخرون، ٢٠١١). وقد أُفيد بأن متوسط ​​درجات الحرارة المثلى ليلاً ونهاراً لـنمو الأرز وتطورهتكون درجات الحرارة القصوى 28 درجة مئوية و22 درجة مئوية على التوالي (كيلاسي وآخرون، 2018؛ كالديرون بايز وآخرون، 2021). يمكن أن تتسبب درجات الحرارة التي تزيد عن هذه العتبات في فترات من الإجهاد الحراري المتوسط ​​إلى الشديد خلال المراحل الحساسة من نمو الأرز (التفرع، الإزهار، وملء الحبوب)، مما يؤثر سلبًا على محصول الحبوب. يرجع هذا الانخفاض في المحصول بشكل أساسي إلى فترات الإجهاد الحراري الطويلة، والتي تؤثر على فسيولوجيا النبات. بسبب تفاعل عوامل مختلفة، مثل مدة الإجهاد وأقصى درجة حرارة تم الوصول إليها، يمكن أن يتسبب الإجهاد الحراري في مجموعة من الأضرار التي لا رجعة فيها لعملية التمثيل الغذائي للنبات ونموه.
يؤثر الإجهاد الحراري على العديد من العمليات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية في النباتات. تُعد عملية التمثيل الضوئي للأوراق من أكثر العمليات تأثرًا بالإجهاد الحراري في نباتات الأرز، حيث ينخفض ​​معدل التمثيل الضوئي بنسبة 50% عندما تتجاوز درجات الحرارة اليومية 35 درجة مئوية. تختلف الاستجابات الفسيولوجية لنباتات الأرز تبعًا لنوع الإجهاد الحراري. على سبيل المثال، يتم تثبيط معدلات التمثيل الضوئي وموصلية الثغور عندما تتعرض النباتات لدرجات حرارة نهارية عالية (33-40 درجة مئوية) أو درجات حرارة نهارية وليلية عالية (35-40 درجة مئوية خلال النهار، 28-30 درجة مئوية). (C تعني الليل) (Lü et al., 2013؛ Fahad et al., 2016؛ Chaturvedi et al., 2017). تسبب درجات الحرارة الليلية المرتفعة (30 درجة مئوية) تثبيطًا معتدلًا لعملية التمثيل الضوئي ولكنها تزيد من التنفس الليلي (Fahad et al., 2016؛ Alvarado-Sanabria et al., 2017). وبغض النظر عن فترة الإجهاد، فإن الإجهاد الحراري يؤثر أيضًا على محتوى الكلوروفيل في الأوراق، ونسبة فلورسنت الكلوروفيل المتغير إلى فلورسنت الكلوروفيل الأقصى (Fv/Fm)، وتنشيط روبيسكو في نباتات الأرز (كاو وآخرون، 2009؛ ين وآخرون، 2010). سانشيز رينوسو وآخرون، 2014).
التغيرات الكيميائية الحيوية هي جانب آخر من جوانب تكيف النبات مع الإجهاد الحراري (وحيد وآخرون، 2007). وقد استُخدم محتوى البرولين كمؤشر كيميائي حيوي لإجهاد النبات (أحمد وحسن 2011). يلعب البرولين دورًا مهمًا في عملية التمثيل الغذائي للنبات حيث يعمل كمصدر للكربون أو النيتروجين وكمثبت للغشاء في ظل ظروف درجات الحرارة العالية (سانشيز-رينوسو وآخرون، 2014). كما تؤثر درجات الحرارة المرتفعة أيضًا على استقرار الغشاء من خلال بيروكسيد الدهون، مما يؤدي إلى تكوين مالونديالدهيد (MDA) (وحيد وآخرون، 2007). لذلك، استُخدم محتوى MDA أيضًا لفهم السلامة الهيكلية لأغشية الخلايا تحت الإجهاد الحراري (كاو وآخرون، 2009؛ تشافيز-أرياس وآخرون، 2018). وأخيرًا، أدى الإجهاد الحراري المشترك [37/30 درجة مئوية (نهارًا/ليلاً)] إلى زيادة نسبة تسرب الإلكتروليت ومحتوى المالونديالدهيد في الأرز (Liu et al.، 2013).
تم تقييم استخدام منظمات نمو النبات (GRs) لتخفيف الآثار السلبية للإجهاد الحراري، حيث تشارك هذه المواد بشكل فعال في استجابات النبات أو آليات الدفاع الفسيولوجية ضد هذا الإجهاد (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al., 2011; Ahmed et al., 2015). كان للتطبيق الخارجي للموارد الوراثية تأثير إيجابي على تحمل الإجهاد الحراري في محاصيل مختلفة. أظهرت الدراسات أن الهرمونات النباتية مثل الجبرلينات (GA) والسيتوكينينات (CK) والأوكسينات (AUX) والبراسينوستيرويدات (BR) تؤدي إلى زيادة في العديد من المتغيرات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al., 2011; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014). في كولومبيا، لم يُفهم ويُدرَس تطبيق الموارد الوراثية الخارجية وتأثيرها على محاصيل الأرز بشكل كامل. ومع ذلك، أظهرت دراسة سابقة أن الرش الورقي بـ BR يمكن أن يُحسِّن تحمّل الأرز من خلال تحسين خصائص تبادل الغازات، ومحتوى الكلوروفيل أو البرولين في أوراق شتلات الأرز (كوينتيرو-كالديرون وآخرون، ٢٠٢١).
تتوسط السيتوكينينات استجابات النبات للإجهادات اللاحيوية، بما في ذلك الإجهاد الحراري (ها وآخرون، 2012). بالإضافة إلى ذلك، أُفيد بأن الاستخدام الخارجي للـ CK يمكن أن يقلل من الضرر الحراري. على سبيل المثال، أدى الاستخدام الخارجي للزياتين إلى زيادة معدل التمثيل الضوئي، ومحتوى الكلوروفيل أ و ب، وكفاءة نقل الإلكترونات في عشبة البنت جراس الزاحفة (أغروتيس إستولونيفيرا) أثناء الإجهاد الحراري (شو وهوانغ، 2009؛ جيسبرسن وهوانغ، 2015). كما يمكن أن يُحسّن الاستخدام الخارجي للزياتين نشاط مضادات الأكسدة، ويعزز تخليق بروتينات مختلفة، ويقلل من تلف أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) وإنتاج المالونديالدهيد (MDA) في أنسجة النبات (تشيرنيادييف، 2009؛ يانغ وآخرون، 2009). و2016؛ كومار وآخرون، 2020.
أظهر استخدام حمض الجبرلين أيضًا استجابة إيجابية للإجهاد الحراري. وقد أظهرت الدراسات أن تخليق حمض الجبرلين يتوسط مسارات أيضية مختلفة ويزيد من التحمل في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة (ألونسو راميريز وآخرون 2009؛ خان وآخرون 2020). ووجد عبد النبي وآخرون (2020) أن الرش الورقي بحمض الجبرلين الخارجي (25 أو 50 ملغم*لتر) يمكن أن يزيد من معدل التمثيل الضوئي ونشاط مضادات الأكسدة في نباتات البرتقال المعرضة للإجهاد الحراري مقارنةً بالنباتات الضابطة. كما لوحظ أن التطبيق الخارجي لحمض الهيالورونيك يزيد من محتوى الرطوبة النسبية ومحتوى الكلوروفيل والكاروتينويد ويقلل من بيروكسيد الدهون في نخيل التمر (Phoenix dactylifera) تحت الإجهاد الحراري (خان وآخرون، 2020). كما يلعب الأوكسين دورًا مهمًا في تنظيم استجابات النمو التكيفية لظروف درجات الحرارة المرتفعة (صن وآخرون، 2012؛ وانغ وآخرون، 2016). يعمل مُنظِّم النمو هذا كمؤشر كيميائي حيوي في عمليات مُختلفة، مثل تخليق البرولين أو تحلله تحت الإجهاد اللاحيوي (علي وآخرون، ٢٠٠٧). بالإضافة إلى ذلك، يُعزز مُركَّب AUX أيضًا نشاط مضادات الأكسدة، مما يُؤدي إلى انخفاض في MDA في النباتات نتيجةً لانخفاض بيروكسيد الدهون (بيلاش وآخرون، ٢٠١٧). لاحظ سيرجيف وآخرون (٢٠١٨) أن محتوى البرولين - ثنائي ميثيل أمينو إيثوكسي كاربونيل ميثيل) نفثيل كلورو ميثيل إيثر (TA-14) في نباتات البازلاء (Pisum sativum) تحت الإجهاد الحراري يزداد. وفي التجربة نفسها، لاحظوا أيضًا انخفاضًا في مستويات MDA في النباتات المُعالجة مُقارنةً بالنباتات غير المُعالجة بـ AUX.
البراسينوستيرويدات فئة أخرى من منظمات النمو تُستخدم لتخفيف آثار الإجهاد الحراري. أفاد أوغوينو وآخرون (2008) أن رشّ براسينوستيرويد خارجيّ المنشأ زاد من معدل التمثيل الضوئي الصافي، وموصلية الثغور، وأقصى معدل لكربوكسيلة روبيسكو في نباتات الطماطم (Solanum lycopersicum) المعرضة للإجهاد الحراري لمدة 8 أيام. يمكن أن يزيد رشّ الأوراق ببراسينوستيرويدات الإيبيبراسينوستيرويدات من معدل التمثيل الضوئي الصافي في نباتات الخيار (Cucumis sativus) المعرضة للإجهاد الحراري (Yu وآخرون، 2004). بالإضافة إلى ذلك، يُؤخّر رشّ براسينوستيرويد خارجيّ المنشأ تحلل الكلوروفيل، ويزيد من كفاءة استخدام المياه، ويزيد من العائد الكمّي الأقصى للكيمياء الضوئية لـ PSII في النباتات المعرضة للإجهاد الحراري (Holá وآخرون، 2010؛ Toussagunpanit وآخرون، 2015).
بسبب تغير المناخ وتقلبه، تواجه محاصيل الأرز فترات من درجات الحرارة اليومية المرتفعة (Lesk et al., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). في الأنماط الظاهرية للنباتات، تمت دراسة استخدام المغذيات النباتية أو المنشطات الحيوية كاستراتيجية للتخفيف من الإجهاد الحراري في مناطق زراعة الأرز (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021). بالإضافة إلى ذلك، يُعد استخدام المتغيرات البيوكيميائية والفسيولوجية (درجة حرارة الورقة، وموصلية الثغور، ومعايير فلورية الكلوروفيل، والكلوروفيل ومحتوى الماء النسبي، وتخليق المالونديالدهيد والبرولين) أداةً موثوقةً لفحص نباتات الأرز المعرضة للإجهاد الحراري محليًا ودوليًا (سانشيز-رينوسو وآخرون، 2014؛ ألفارادو-سانابريا وآخرون، 2017؛ ومع ذلك، لا تزال الأبحاث المتعلقة باستخدام الرش الورقي بالهرمونات النباتية في الأرز على المستوى المحلي نادرة. لذلك، تُعد دراسة التفاعلات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية لتطبيق منظمات نمو النبات ذات أهمية كبيرة لاقتراح استراتيجيات زراعية عملية لهذا الغرض. معالجة الآثار السلبية لفترة الإجهاد الحراري المعقد في الأرز. لذلك، كان الغرض من هذه الدراسة هو تقييم التأثيرات الفسيولوجية (موصلية الثغور، ومعايير فلورية الكلوروفيل ومحتوى الماء النسبي) والكيميائية الحيوية للتطبيق الورقي لأربعة منظمات نمو نباتية (AUX، (CK، GA وBR). (الأصباغ الضوئية، ومحتويات المالونديالدهيد والبرولين) المتغيرات في اثنين من النمط الجيني للأرز التجاري المعرضين لإجهاد حراري مشترك (درجات حرارة عالية في النهار/الليل).
في هذه الدراسة، أُجريت تجربتان مستقلتان. استُخدمت لأول مرة النمطان الجينيان Federrose 67 (F67: نمط جيني طُوّر في درجات حرارة عالية خلال العقد الماضي) وFederrose 2000 (F2000: نمط جيني طُوّر في العقد الأخير من القرن العشرين وأظهر مقاومة لفيروس الأوراق البيضاء). يُزرع كلا النمطين الجينيين على نطاق واسع من قبل المزارعين الكولومبيين. زُرعت البذور في صواني سعة 10 لترات (طولها 39.6 سم، عرضها 28.8 سم، ارتفاعها 16.8 سم) تحتوي على تربة رملية طينية تحتوي على 2% من المادة العضوية. زُرعت خمس بذور مُنبتة مسبقًا في كل صينية. تم وضع المنصات في دفيئة كلية العلوم الزراعية بالجامعة الوطنية الكولومبية، حرم بوغوتا (43°50′56″ شمالاً، 74°04′051″ غربًا)، على ارتفاع 2556 مترًا فوق مستوى سطح البحر (فوق مستوى سطح البحر). م) وتم تنفيذها من أكتوبر إلى ديسمبر 2019. تجربة واحدة (Federroz 67) وتجربة ثانية (Federroz 2000) في نفس موسم 2020.
الظروف البيئية في الدفيئة خلال كل موسم زراعة هي كما يلي: درجة الحرارة ليلا ونهارا 30/25 درجة مئوية، الرطوبة النسبية 60 ~ 80٪، فترة ضوئية طبيعية 12 ساعة (إشعاع نشط ضوئيًا 1500 ميكرومول (فوتونات) م -2 ثانية -). 1 عند الظهر). تم تسميد النباتات وفقًا لمحتوى كل عنصر بعد 20 يومًا من ظهور البذور (DAE)، وفقًا لسانشيز-رينوسو وآخرون (2019): 670 ملغ نيتروجين لكل نبات، 110 ملغ فوسفور لكل نبات، 350 ملغ بوتاسيوم لكل نبات، 68 ملغ كالسيوم لكل نبات، 20 ملغ مغنيسيوم لكل نبات، 20 ملغ كبريت لكل نبات، 17 ملغ سيليكون لكل نبات. تحتوي النباتات على 10 ملغ بورون لكل نبات، 17 ملغ نحاس لكل نبات، و 44 ملغ زنك لكل نبات. تم الحفاظ على نباتات الأرز حتى 47 يومًا بعد ظهور البذور في كل تجربة عندما وصلت إلى المرحلة الفينولوجية V5 خلال هذه الفترة. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن هذه المرحلة الفينولوجية هي الوقت المناسب لإجراء دراسات الإجهاد الحراري في الأرز (سانشيز-رينوسو وآخرون، 2014؛ ألفارادو-سانابريا وآخرون، 2017).
في كل تجربة، أُجريت عمليتان منفصلتان لمنظم نمو الأوراق. رُشّت المجموعة الأولى من الهرمونات النباتية الورقية قبل 5 أيام من معالجة الإجهاد الحراري (42 يومًا بعد الزرع) لتحضير النباتات للإجهاد البيئي. ثم أُجريت عملية رش ورقية ثانية بعد 5 أيام من تعرض النباتات لظروف الإجهاد (52 يومًا بعد الزرع). استُخدمت أربعة هرمونات نباتية، وخصائص كل مكون فعال مُرشوش في هذه الدراسة مُدرجة في الجدول التكميلي 1. كانت تركيزات منظمات نمو الأوراق المستخدمة كما يلي: (أ) أوكسين (حمض 1-نفثيل أسيتيك: NAA) بتركيز 5 × 10−5 مولار (ب) جبرلين 5 × 10−5 مولار (حمض الجبرليك: NAA)؛ GA3)؛ (iii) السيتوكينين (ترانس-زياتين) 1 × 10-5 م (iv) البراسينوستيرويدات [سبيروستان-6-ون، 3،5-ديهيدروكسي-، (3ب، 5أ، 25R)] 5 × 10-5؛ م. تم اختيار هذه التركيزات لأنها تحفز الاستجابات الإيجابية وتزيد من مقاومة النبات للإجهاد الحراري (زهير وآخرون، 2001؛ وين وآخرون، 2010؛ البسيوني وآخرون، 2012؛ صالحيفار وآخرون، 2017). عولجت نباتات الأرز التي لا تحتوي على أي بخاخات لمنظمات نمو النبات بالماء المقطر فقط. تم رش جميع نباتات الأرز ببخاخ يدوي. ضع 20 مل من الماء على النبات لترطيب السطحين العلوي والسفلي للأوراق. تم استخدام جميع الرش الورقي كمواد مساعدة زراعية (أجروتين، باير كروب ساينس، كولومبيا) بنسبة 0.1٪ (حجم / حجم). المسافة بين الوعاء والرشاش 30 سم.
أُجريت معالجات الإجهاد الحراري بعد 5 أيام من أول رش ورقي (47 ​​يومًا من التعرض) في كل تجربة. نُقلت نباتات الأرز من الدفيئة إلى حجرة نمو بسعة 294 لترًا (MLR-351H، سانيو، إلينوي، الولايات المتحدة الأمريكية) لتثبيت الإجهاد الحراري أو الحفاظ على نفس الظروف البيئية (47 يومًا من التعرض). أُجريت معالجة الإجهاد الحراري المشتركة عن طريق ضبط الحجرة على درجات الحرارة النهارية/الليلية التالية: درجة حرارة عالية خلال النهار [40 درجة مئوية لمدة 5 ساعات (من الساعة 11:00 إلى الساعة 16:00)] وفترة ليلية [30 درجة مئوية لمدة 5 ساعات] لمدة 8 أيام متتالية (من الساعة 19:00 إلى الساعة 24:00). تم اختيار درجة حرارة الإجهاد ووقت التعرض بناءً على دراسات سابقة (سانشيز-رينوسو وآخرون 2014؛ ألفارادو-سانابريا وآخرون 2017). ومن ناحية أخرى، تم نقل مجموعة من النباتات إلى حجرة النمو وتم الاحتفاظ بها في الدفيئة عند نفس درجة الحرارة (30 درجة مئوية خلال النهار / 25 درجة مئوية في الليل) لمدة 8 أيام متتالية.
في نهاية التجربة، تم الحصول على مجموعات المعالجة التالية: (أ) حالة درجة حرارة النمو + تطبيق الماء المقطر [التحكم المطلق (AC)]، (ب) حالة الإجهاد الحراري + تطبيق الماء المقطر [التحكم في الإجهاد الحراري (SC)]، (ج) حالة الإجهاد الحراري + تطبيق الأوكسين (AUX)، (د) حالة الإجهاد الحراري + تطبيق الجبرلين (GA)، (هـ) حالة الإجهاد الحراري + تطبيق السيتوكينين (CK)، و(و) حالة الإجهاد الحراري + البراسينوستيرويد (BR) الملحق. تم استخدام مجموعات المعالجة هذه لنمطين جينيين (F67 وF2000). تم تنفيذ جميع المعالجات بتصميم عشوائي كامل بخمس مكررات، يتكون كل منها من نبات واحد. تم استخدام كل نبات لقراءة المتغيرات التي تم تحديدها في نهاية التجربة. استمرت التجربة 55 يومًا بعد الزراعة.
تم قياس موصلية الثغور (gs) باستخدام مقياس مسامية محمول (SC-1، شركة METER Group Inc.، الولايات المتحدة الأمريكية) يتراوح بين 0 و1000 ملي مول/م²/ثانية، بفتحة حجرة عينة 6.35 مم. أُخذت القياسات بتثبيت مسبار موصل الثغور على ورقة ناضجة مع امتداد كامل للفرع الرئيسي للنبات. لكل معالجة، أُخذت قراءات موصلية الثغور على ثلاث أوراق من كل نبات بين الساعة 11:00 و4:00 مساءً، وحُسب متوسطها.
تم تحديد RWC وفقًا للطريقة التي وصفها غلام وآخرون (2002). استُخدمت الورقة المتمددة بالكامل لتحديد g لقياس RWC أيضًا. حُدد الوزن الطازج (FW) مباشرةً بعد الحصاد باستخدام ميزان رقمي. ثم وُضعت الأوراق في وعاء بلاستيكي مملوء بالماء، وتُركت في الظلام عند درجة حرارة الغرفة (22 درجة مئوية) لمدة 48 ساعة. ثم وُزنت على ميزان رقمي وسُجل وزنها المتمدد (TW). جُففت الأوراق المتورمة في الفرن على درجة حرارة 75 درجة مئوية لمدة 48 ساعة، وسُجل وزنها الجاف (DW).
تم تحديد محتوى الكلوروفيل النسبي باستخدام مقياس الكلوروفيل (atLeafmeter، FT Green LLC، الولايات المتحدة الأمريكية) وتم التعبير عنه بوحدات atLeaf (Dey et al., 2016). سُجِّلت قراءات الكفاءة الكمية القصوى لـ PSII (نسبة Fv/Fm) باستخدام مقياس فلوري الكلوروفيل بالإثارة المستمرة (Handy PEA، Hansatech Instruments، المملكة المتحدة). تم تكيف الأوراق مع الظلام باستخدام مشابك أوراق لمدة 20 دقيقة قبل قياسات Fv/Fm (Restrepo-Diaz and Garces-Varon، 2013). بعد تأقلم الأوراق مع الظلام، تم قياس خط الأساس (F0) وأقصى فلورية (Fm). من هذه البيانات، حُسبت قيمة الفلورسنت المتغيرة (Fv = Fm – F0)، ونسبة الفلورسنت المتغير إلى أقصى قيمة فلورسنت (Fv/Fm)، وأقصى إنتاج كمي للكيمياء الضوئية لـ PSII (Fv/F0)، ونسبة Fm/F0 (بيكر، ٢٠٠٨؛ لي وآخرون، ٢٠١٧). أُخذت قراءات الكلوروفيل وفلورسنت الكلوروفيل النسبية على نفس الأوراق المستخدمة في قياسات gs.
جُمِعَ ما يقارب 800 ملغ من وزن الأوراق الطازج كمتغيرات بيوكيميائية. ثم جُنِّست عينات الأوراق في النيتروجين السائل وخُزِّنت لمزيد من التحليل. تعتمد الطريقة الطيفية المُستخدمة لتقدير محتوى الأنسجة من الكلوروفيل أ، ب، والكاروتينات على الطريقة والمعادلات التي وصفها ويلبورن (1994). جُمِعَت عينات من أنسجة الأوراق (30 ملغ) وجُنِّست في 3 مل من الأسيتون بنسبة 80%. ثم طُرِدَت العينات بالطرد المركزي (النموذج 420101، بيكتون ديكنسون للتشخيصات الأولية للرعاية الصحية، الولايات المتحدة الأمريكية) بسرعة 5000 دورة في الدقيقة لمدة 10 دقائق لإزالة الجسيمات. خُفِّف السائل العلوي ليصل إلى حجم نهائي قدره 6 مل بإضافة الأسيتون بنسبة 80% (سيمز وجامون، 2002). تم تحديد محتوى الكلوروفيل عند 663 (كلوروفيل أ) و 646 (كلوروفيل ب) نانومتر، والكاروتينات عند 470 نانومتر باستخدام مطياف ضوئي (Spectronic BioMate 3 UV-vis، Thermo، الولايات المتحدة الأمريكية).
استُخدمت طريقة حمض الثيوباربيتيوريك (TBA) التي وصفها هودجز وآخرون (1999) لتقييم بيروكسيد الدهون الغشائي (MDA). كما جُنِّس حوالي 0.3 غرام من أنسجة الأوراق في النيتروجين السائل. طُردت العينات مركزيًا بسرعة 5000 دورة في الدقيقة، وقيست الامتصاصية باستخدام مطياف ضوئي عند أطوال موجية 440 و532 و600 نانومتر. وأخيرًا، حُسب تركيز MDA باستخدام معامل الانقراض (157 مولار/مل).
تم تحديد محتوى البرولين في جميع المعالجات باستخدام الطريقة التي وصفها بيتس وآخرون (1973). أضف 10 مل من محلول مائي من حمض السلفوساليسيليك بتركيز 3% إلى العينة المخزنة، ثم رشحها عبر ورق ترشيح واتمان (رقم 2). ثم تفاعل 2 مل من هذا المحلول مع 2 مل من حمض النينهيدريك و2 مل من حمض الأسيتيك الجليدي. وُضع الخليط في حمام مائي عند درجة حرارة 90 درجة مئوية لمدة ساعة. أوقف التفاعل بحضنه على الجليد. رج الأنبوب بقوة باستخدام هزاز دوامي، ثم أذب المحلول الناتج في 4 مل من التولوين. حُددت قراءات الامتصاص عند طول موجي 520 نانومتر باستخدام نفس جهاز قياس الطيف الضوئي المستخدم في تحديد كمية الصبغات الضوئية (Spectronic BioMate 3 UV-Vis، Thermo، Madison، WI، الولايات المتحدة الأمريكية).
الطريقة التي وصفها جيرهاردز وآخرون (2016) لحساب درجة حرارة المظلة ومؤشر كثافة الأوراق. تم التقاط صور حرارية بكاميرا FLIR 2 (FLIR Systems Inc.، بوسطن، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية) بدقة ±2 درجة مئوية في نهاية فترة الإجهاد. ضع سطحًا أبيض خلف النبات للتصوير. مرة أخرى، تم اعتبار مصنعين كنماذج مرجعية. تم وضع النباتات على سطح أبيض؛ تم طلاء أحدهما بمادة مساعدة زراعية (Agrotin، Bayer CropScience، بوغوتا، كولومبيا) لمحاكاة فتح جميع الثغور [الوضع الرطب (Twet)]، وكان الآخر عبارة عن ورقة بدون أي تطبيق [الوضع الجاف (Tdry)] (كاسترو دوكي وآخرون، 2020). كانت المسافة بين الكاميرا والوعاء أثناء التصوير مترًا واحدًا.
تم حساب مؤشر التسامح النسبي بشكل غير مباشر باستخدام موصلية الثغور (gs) للنباتات المعالجة مقارنةً بالنباتات الضابطة (النباتات غير المعالجة بالإجهاد والمُطبقة عليها منظمات النمو) لتحديد تحمل الأنماط الجينية المعالجة التي تم تقييمها في هذه الدراسة. تم الحصول على مؤشر التسامح النسبي (RTI) باستخدام معادلة مُقتبسة من تشافيز-أرياس وآخرون (2020).
في كل تجربة، حُددت جميع المتغيرات الفسيولوجية المذكورة أعلاه وسُجِّلت عند 55 يومًا من الزراعة باستخدام أوراق مُنتفخة بالكامل جُمعت من الغطاء العلوي. بالإضافة إلى ذلك، أُجريت القياسات في حجرة نمو لتجنب تغيير الظروف البيئية التي تنمو فيها النباتات.
تم تحليل بيانات التجربتين الأولى والثانية معًا كسلسلة من التجارب. تألفت كل مجموعة تجريبية من 5 نباتات، وشكّل كل نبات وحدة تجريبية. أُجري تحليل التباين (ANOVA) (قيمة الاحتمالية ≤ 0.05). عند اكتشاف فروق ذات دلالة إحصائية، استُخدم اختبار توكي للمقارنة اللاحقة عند قيمة الاحتمالية ≤ 0.05. استُخدمت دالة جيب التمام لتحويل النسب المئوية. حُللت البيانات باستخدام برنامج Statistix الإصدار 9.0 (شركة Analytical Software، تالاهاسي، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية) ورُسمت باستخدام برنامج SigmaPlot (الإصدار 10.0؛ شركة Systat Software، سان خوسيه، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية). أُجري تحليل المكونات الرئيسية باستخدام برنامج InfoStat 2016 (شركة Analytical Software، جامعة قرطبة الوطنية، الأرجنتين) لتحديد أفضل منظمات نمو النباتات قيد الدراسة.
يُلخص الجدول 1 تحليل التباين (ANOVA) الذي يُظهر التجارب والمعالجات المختلفة وتفاعلاتها مع صبغات التمثيل الضوئي في الأوراق (الكلوروفيل أ، ب، الكلي، والكاروتينات)، ومحتوى المالونديالدهيد (MDA) والبرولين، وموصلية الثغور. كما يُظهر تأثير gs، ومحتوى الماء النسبي (RWC)، ومحتوى الكلوروفيل، ومعايير فلورسنت ألفا الكلوروفيل، ودرجة حرارة التاج (PCT) (درجة مئوية)، ومؤشر إجهاد المحصول (CSI)، ومؤشر التحمل النسبي لنباتات الأرز عند عمر 55 يومًا من الزراعة.
الجدول 1. ملخص بيانات تحليل التباين حول المتغيرات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية للأرز بين التجارب (الأنماط الجينية) ومعالجات الإجهاد الحراري.
يوضح الجدول 2 الاختلافات (P ≤ 0.01) في تفاعلات الصبغة الضوئية للأوراق، ومحتوى الكلوروفيل النسبي (قراءات الأوراق)، ومعايير فلورسنت ألفا-كلوروفيل بين التجارب والمعالجات. أدى ارتفاع درجات الحرارة ليلاً ونهاراً إلى زيادة إجمالي محتوى الكلوروفيل والكاروتينات. أظهرت شتلات الأرز التي لم تُرشّ أوراقها بالهرمونات النباتية (2.36 ملغم/جم للصنف "F67" و2.56 ملغم/جم للصنف "F2000")، مقارنةً بالنباتات المزروعة في ظروف درجة حرارة مثالية (2.67 ملغم/جم))، انخفاضًا في إجمالي محتوى الكلوروفيل. في كلتا التجربتين، بلغ محتوى "F67" 2.80 ملغم/جم للصنف "F2000" 2.80 ملغم/جم. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت شتلات الأرز المعالجة بمزيج من رش AUX وGA تحت الإجهاد الحراري انخفاضًا في محتوى الكلوروفيل في كلا النمطين الجينيين (AUX = 1.96 ملغ جم-1 وGA = 1.45 ملغ جم-1 لـ "F67"؛ AUX = 1.96 ملغ جم-1 وGA = 1.45 ملغ جم-1 لـ "F67"؛ AUX = 2.24 ملغ) جم-1 وGA = 1.43 ملغ جم-1 (لـ "F2000") تحت ظروف الإجهاد الحراري. في ظل ظروف الإجهاد الحراري، أدى العلاج الورقي بـ BR إلى زيادة طفيفة في هذا المتغير في كلا النمطين الجينيين. وأخيرًا، أظهر الرش الورقي بـ CK أعلى قيم للصبغة الضوئية بين جميع المعاملات (معاملات AUX وGA وBR وSC وAC) في النمطين الجينيين F67 (3.24 ملغم جم-1) وF2000 (3.65 ملغم جم-1). كما انخفض المحتوى النسبي للكلوروفيل (وحدة الورقة) أيضًا بسبب الإجهاد الحراري المشترك. كما تم تسجيل أعلى القيم في النباتات التي تم رشها بـ CC في كلا النمطين الجينيين (41.66 لـ "F67" و49.30 لـ "F2000"). أظهرت نسب Fv وFv/Fm اختلافات كبيرة بين المعاملات والأصناف (الجدول 2). وبشكل عام، من بين هذه المتغيرات، كان الصنف F67 أقل عرضة للإجهاد الحراري من الصنف F2000. عانت نسب Fv وFv/Fm أكثر في التجربة الثانية. سجلت شتلات 'F2000' المجهدة التي لم تُرش بأي هرمونات نباتية أدنى قيم Fv (2120.15) ونسبة Fv/Fm (0.59)، إلا أن الرش الورقي بـ CK ساعد في استعادة هذه القيم (Fv: 2591، 89، نسبة Fv/Fm: 0.73). حيث تلقت قراءات مماثلة لتلك المسجلة على نباتات 'F2000' المزروعة في ظل ظروف درجة حرارة مثالية (Fv: 2955.35، نسبة Fv/Fm: 0.73:0.72). ولم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية في الفلورسنت الأولي (F0)، وأقصى فلورسنت (Fm)، وأقصى عائد كمي ضوئي كيميائي لـ PSII (Fv/F0) ونسبة Fm/F0. وأخيرًا، أظهر BR اتجاهًا مشابهًا لما لوحظ مع CK (Fv 2545.06، نسبة Fv/Fm 0.73).
الجدول 2. تأثير الإجهاد الحراري المشترك (40 درجة مئوية/30 درجة مئوية نهارًا/ليلًا) على صبغات التمثيل الضوئي في الأوراق [تأثير الكلوروفيل الكلي (Chl Total)، والكلوروفيل أ (Chl a)، والكلوروفيل ب (Chl b) والكاروتينات Cx+c]، ومحتوى الكلوروفيل النسبي (وحدة Atliff)، ومعايير فلورسنت الكلوروفيل (الفلورسنت الأولي (F0)، والفلورسنت الأقصى (Fm)، والفلورسنت المتغير (Fv)، والكفاءة القصوى لـ PSII (Fv/Fm)، والعائد الكمي الضوئي الأقصى لـ PSII (Fv/F0) وFm/F0 في نباتات نوعين من الأرز [Federrose 67 (F67) وFederrose 2000 (F2000)] بعد 55 يومًا من الظهور (DAE)).
أظهر محتوى الماء النسبي (RWC) لنباتات الأرز التي عولجت بشكل مختلف اختلافات (P ≤ 0.05) في التفاعل بين المعاملات التجريبية والورقية (الشكل 1أ). عند المعالجة بـ SA، تم تسجيل أدنى القيم لكلا النمطين الجينيين (74.01٪ لـ F67 و 76.6٪ لـ F2000). في ظل ظروف الإجهاد الحراري، زاد محتوى الماء النسبي لنباتات الأرز من كلا النمطين الجينيين المعالجين بهرمونات نباتية مختلفة بشكل كبير. بشكل عام، أدت التطبيقات الورقية لـ CK أو GA أو AUX أو BR إلى زيادة محتوى الماء النسبي إلى قيم مماثلة لتلك الخاصة بالنباتات المزروعة في ظل الظروف المثلى أثناء التجربة. سجلت النباتات التي تم رشها ورقيًا والتحكم المطلق قيمًا بلغت حوالي 83٪ لكلا النمطين الجينيين. من ناحية أخرى، أظهرت gs أيضًا اختلافات كبيرة (P ≤ 0.01) في تفاعل التجربة والمعاملة (الشكل 1ب). سجل نبات التحكم المطلق (AC) أيضًا أعلى القيم لكل نمط وراثي (440.65 ملي مول م -2 ثانية -1 لـ F67 و 511.02 ملي مول م -2 ثانية -1 لـ F2000). أظهرت نباتات الأرز المعرضة للإجهاد الحراري المشترك وحده أدنى قيم g لكلا النمطين (150.60 ملي مول م -2 ثانية -1 لـ F67 و 171.32 ملي مول م -2 ثانية -1 لـ F2000). كما أدى الرش الورقي بجميع منظمات نمو النبات إلى زيادة g. في نباتات الأرز F2000 التي تم رشها بـ CC، كان تأثير الرش الورقي بالهرمونات النباتية أكثر وضوحًا. لم تظهر هذه المجموعة من النباتات أي اختلافات مقارنة بنباتات التحكم المطلق (AC 511.02 و CC 499.25 ملي مول م -2 ثانية -1).
الشكل 1. تأثير الإجهاد الحراري المشترك (40 درجة/30 درجة مئوية نهارًا/ليلًا) على محتوى الماء النسبي (RWC) (أ)، وموصلية الثغور (gs) (ب)، وإنتاج المالونديالدهيد (MDA) (ج)، ومحتوى البرولين. (د) في نباتات نوعين من الأرز (F67 وF2000) بعد 55 يومًا من الإنبات (DAE). وشملت المعالجات التي تم تقييمها لكل نوع: التحكم المطلق (AC)، والتحكم في الإجهاد الحراري (SC)، والإجهاد الحراري + الأوكسين (AUX)، والإجهاد الحراري + الجبرلين (GA)، والإجهاد الحراري + ميتوجين الخلية (CK)، والإجهاد الحراري + براسينوستيرويد. (BR). يمثل كل عمود المتوسط ​​± الخطأ المعياري لخمس نقاط بيانات (ن = 5). تشير الأعمدة التي تتبعها أحرف مختلفة إلى فروق ذات دلالة إحصائية وفقًا لاختبار توكي (P ≤ 0.05). تشير الأحرف التي تحمل علامة تساوي إلى أن المتوسط ​​ليس ذا دلالة إحصائية (≤ 0.05).
أظهرت محتويات MDA (قيمة P ≤ 0.01) والبرولين (قيمة P ≤ 0.01) اختلافات ملحوظة في التفاعل بين التجربة ومعالجات الهرمونات النباتية (الشكل 1ج، د). لوحظت زيادة في بيروكسيد الدهون مع المعالجة بالخلايا الجذعية في كلا النمطين الجينيين (الشكل 1ج)، إلا أن النباتات المعالجة برذاذ منظم نمو الأوراق أظهرت انخفاضًا في بيروكسيد الدهون في كلا النمطين الجينيين؛ وبشكل عام، يؤدي استخدام الهرمونات النباتية (CA، AUC، BR، أو GA) إلى انخفاض في بيروكسيد الدهون (محتوى MDA). لم يتم العثور على اختلافات بين نباتات AC من النمطين الجينيين والنباتات تحت الضغط الحراري والمرشوشة بالهرمونات النباتية (تراوحت قيم الوزن الذري الملحوظة في نباتات "F67" من 4.38-6.77 ميكرومول جم-1، وفي نباتات "F2000" FW "تراوحت القيم الملحوظة من 2.84 إلى 9.18 ميكرومول جم-1 (نباتات). من ناحية أخرى، كان تخليق البرولين في نباتات "F67" أقل منه في نباتات "F2000" تحت الضغط المشترك، مما أدى إلى زيادة إنتاج البرولين. في نباتات الأرز المجهدة حرارياً، لوحظ في كلتا التجربتين أن إعطاء هذه الهرمونات زاد بشكل كبير من محتوى الأحماض الأمينية في نباتات F2000 (كانت AUX وBR 30.44 و 18.34 ميكرومول جم-1) على التوالي (الشكل 1G).
تظهر تأثيرات رش منظم نمو النبات الورقي والإجهاد الحراري المشترك على درجة حرارة مظلة النبات ومؤشر التسامح النسبي (RTI) في الشكلين 2أ و ب. بالنسبة لكلا النمطين الجينيين، كانت درجة حرارة مظلة نباتات AC قريبة من 27 درجة مئوية، وكانت درجة حرارة مظلة نباتات SC حوالي 28 درجة مئوية. مع. كما لوحظ أن المعاملات الورقية باستخدام CK وBR أدت إلى انخفاض في درجة حرارة مظلة النبات بمقدار 2-3 درجات مئوية مقارنة بنباتات SC (الشكل 2أ). أظهر RTI سلوكًا مشابهًا للمتغيرات الفسيولوجية الأخرى، مما يدل على اختلافات كبيرة (P ≤ 0.01) في التفاعل بين التجربة والمعالجة (الشكل 2ب). أظهرت نباتات SC انخفاضًا في تحمل النبات في كلا النمطين الجينيين (34.18٪ و 33.52٪ لنباتات الأرز "F67" و "F2000" على التوالي). تعمل التغذية الورقية بالهرمونات النباتية على تحسين RTI في النباتات المعرضة لإجهاد درجات الحرارة العالية. كان هذا التأثير أكثر وضوحًا في نباتات "F2000" المرشوشة بـ CC، حيث بلغ مؤشر RTI 97.69. من ناحية أخرى، لوحظت فروق معنوية فقط في مؤشر إجهاد المحصول (CSI) لنباتات الأرز تحت ظروف إجهاد الرش الورقي (P ≤ 0.01) (الشكل 2ب). أظهرت نباتات الأرز المعرضة لإجهاد حراري معقد فقط أعلى قيمة لمؤشر الإجهاد (0.816). عند رش نباتات الأرز بهرمونات نباتية مختلفة، انخفض مؤشر الإجهاد (تراوحت القيم بين 0.6 و0.67). وأخيرًا، بلغت قيمة نبات الأرز المزروع في الظروف المثلى 0.138.
الشكل 2. آثار الإجهاد الحراري المشترك (40 درجة مئوية/30 درجة مئوية نهارًا/ليلًا) على درجة حرارة المظلة (أ)، ومؤشر التسامح النسبي (RTI) (ب)، ومؤشر إجهاد المحصول (CSI) (ج) لنوعين من النباتات. خضعت جينات الأرز التجارية (F67 وF2000) لمعاملات حرارية مختلفة. وشملت المعاملات التي تم تقييمها لكل جين: التحكم المطلق (AC)، والتحكم في الإجهاد الحراري (SC)، والإجهاد الحراري + الأوكسين (AUX)، والإجهاد الحراري + الجبرلين (GA)، والإجهاد الحراري + ميتوجين الخلية (CK)، والإجهاد الحراري + براسينوستيرويد. (BR). يتضمن الإجهاد الحراري المشترك تعريض نباتات الأرز لدرجات حرارة عالية نهارًا/ليلًا (40 درجة مئوية/30 درجة مئوية نهارًا/ليلًا). يمثل كل عمود المتوسط ​​± الخطأ المعياري لخمس نقاط بيانات (ن = 5). تشير الأعمدة التي تتبعها أحرف مختلفة إلى فروق ذات دلالة إحصائية وفقًا لاختبار توكي (P ≤ 0.05). تشير الحروف التي تحمل علامة يساوي إلى أن المتوسط ​​ليس له دلالة إحصائية (≤ 0.05).
كشف تحليل المكونات الرئيسية (PCA) أن المتغيرات التي تم تقييمها عند 55 يومًا من التقييم أوضحت 66.1٪ من الاستجابات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية لنباتات الأرز المجهدة حرارياً والمعالجة برذاذ منظم النمو (الشكل 3). تمثل المتجهات المتغيرات وتمثل النقاط منظمات نمو النبات (GRs). متجهات gs ومحتوى الكلوروفيل والكفاءة الكمية القصوى لـ PSII (Fv / Fm) والمعلمات الكيميائية الحيوية (TChl و MDA والبرولين) في زوايا قريبة من الأصل، مما يشير إلى وجود ارتباط كبير بين السلوك الفسيولوجي للنباتات ومتغيراتها. تضمنت إحدى المجموعات (V) شتلات الأرز المزروعة في درجة حرارة مثالية (AT) ونباتات F2000 المعالجة بـ CK و BA. في الوقت نفسه، شكلت غالبية النباتات المعالجة بـ GR مجموعة منفصلة (IV)، وشكلت المعالجة بـ GA في F2000 مجموعة منفصلة (II). وعلى النقيض من ذلك، تم وضع شتلات الأرز المعرضة للإجهاد الحراري (المجموعتان الأولى والثالثة) دون أي رش ورقي للهرمونات النباتية (كان كلا النمطين الجينيين من النوع SC) في منطقة مقابل المجموعة الخامسة، مما يدل على تأثير الإجهاد الحراري على فسيولوجيا النبات.
الشكل 3. تحليل ثنائي الأبعاد لتأثيرات الإجهاد الحراري المركب (40 درجة مئوية/30 درجة مئوية نهارًا/ليلًا) على نباتات نوعين من الأرز (F67 وF2000) بعد 55 يومًا من الإنبات (DAE). الاختصارات: AC F67، التحكم المطلق F67؛ SC F67، التحكم في الإجهاد الحراري F67؛ AUX F67، الإجهاد الحراري + أوكسين F67؛ GA F67، الإجهاد الحراري + جبريلين F67؛ CK F67، الإجهاد الحراري + انقسام الخلايا؛ BR F67، الإجهاد الحراري + براسينوستيرويد. F67؛ AC F2000، التحكم المطلق F2000؛ SC F2000، التحكم في الإجهاد الحراري F2000؛ AUX F2000، الإجهاد الحراري + أوكسين F2000؛ GA F2000، الإجهاد الحراري + جبريلين F2000؛ CK F2000، إجهاد حراري + سايتوكينين، BR F2000، إجهاد حراري + ستيرويد نحاسي؛ F2000.
يمكن لمتغيرات مثل محتوى الكلوروفيل، وموصلية الثغور، ونسبة Fv/Fm، ومؤشر CSI، وMDA، وRTI، ومحتوى البرولين أن تساعد في فهم تكيف النمط الجيني للأرز وتقييم تأثير الاستراتيجيات الزراعية تحت الإجهاد الحراري (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). كان الغرض من هذه التجربة هو تقييم تأثير تطبيق أربعة منظمات نمو على المعايير الفسيولوجية والكيميائية الحيوية لشتلات الأرز في ظل ظروف الإجهاد الحراري المعقدة. يُعد اختبار الشتلات طريقة بسيطة وسريعة للتقييم المتزامن لنباتات الأرز اعتمادًا على حجم أو حالة البنية التحتية المتاحة (Sarsu et al. 2018). أظهرت نتائج هذه الدراسة أن الإجهاد الحراري المشترك يحفز استجابات فسيولوجية وكيميائية حيوية مختلفة في النمطين الجينيين للأرز، مما يشير إلى عملية تكيف. وتشير هذه النتائج أيضًا إلى أن رش منظمات النمو الورقية (السيتوكينينات والبراسينوستيرويدات بشكل أساسي) يساعد الأرز على التكيف مع الإجهاد الحراري المعقد حيث يؤثر الإحسان بشكل أساسي على gs وRWC ونسبة Fv/Fm والأصباغ الضوئية ومحتوى البرولين.
يُساعد استخدام منظمات النمو على تحسين الحالة المائية لنباتات الأرز تحت الإجهاد الحراري، والذي قد يرتبط بارتفاع الإجهاد وانخفاض درجات حرارة غطاء النبات. أظهرت هذه الدراسة أنه من بين نباتات "F2000" (النمط الجيني الحساس)، أظهرت نباتات الأرز المعالجة بشكل أساسي بـ CK أو BR قيم gs أعلى وقيم PCT أقل مقارنةً بالنباتات المعالجة بـ SC. كما أظهرت دراسات سابقة أن gs وPCT مؤشران فسيولوجيان دقيقان يُمكنهما تحديد الاستجابة التكيفية لنباتات الأرز وتأثير الاستراتيجيات الزراعية على الإجهاد الحراري (ريستريبو-دياز وغارسيس-فارون، 2013؛ سارسو وآخرون، 2018؛ كوينتيرو). - كار ديلونج وآخرون، 2021). يعزز كلٌّ من هرمونَي CK أو BR في الأوراق من g تحت الإجهاد، لأن هذه الهرمونات النباتية قادرة على تعزيز فتح الثغور من خلال تفاعلات اصطناعية مع جزيئات إشارات أخرى مثل حمض الأبسيسيك (ABA) (محفز إغلاق الثغور تحت الإجهاد اللاأحيائي) (Macková وآخرون، 2013؛ Zhou وآخرون، 2013). (2014). يعزز فتح الثغور تبريد الأوراق ويساعد على خفض درجات حرارة المظلة (Sonjaroon وآخرون، 2018؛ Quintero-Calderón وآخرون، 2021). لهذه الأسباب، قد تكون درجة حرارة المظلة لنباتات الأرز المرشوشة بـ CK أو BR أقل تحت الإجهاد الحراري المشترك.
يمكن أن يؤدي الإجهاد الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة إلى تقليل محتوى الصبغة الضوئية للأوراق (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). في هذه الدراسة، عندما كانت نباتات الأرز تحت ضغط حراري ولم يتم رشها بأي منظمات نمو نباتية، كانت الصبغات الضوئية تميل إلى الانخفاض في كلا النمطين الجينيين (الجدول 2). كما أبلغ Feng et al. (2013) عن انخفاض كبير في محتوى الكلوروفيل في أوراق نمطين جينيين من القمح المعرضين للإجهاد الحراري. غالبًا ما يؤدي التعرض لدرجات الحرارة المرتفعة إلى انخفاض محتوى الكلوروفيل، والذي قد يكون بسبب انخفاض التخليق الحيوي للكلوروفيل أو تحلل الصبغات أو آثارها المشتركة تحت الضغط الحراري (Fahad et al., 2017). ومع ذلك، فإن نباتات الأرز المعالجة بشكل أساسي بـ CK وBA زادت من تركيز الصبغات الضوئية للأوراق تحت الضغط الحراري. كما أبلغ Jespersen و Huang (2015) و Suchsagunpanit et al. عن نتائج مماثلة. (2015)، الذين لاحظوا زيادة في محتوى الكلوروفيل في الأوراق بعد تطبيق هرموني الزياتين والإيبيبراسينوستيرويد في نباتات البنت جراس والأرز المعرضة للإجهاد الحراري، على التوالي. أحد التفسيرات المنطقية لزيادة محتوى الكلوروفيل في الأوراق تحت الإجهاد الحراري المشترك هو أن CK قد يعزز بدء الحث المستمر لمحفزات التعبير الجيني (مثل محفز تنشيط الشيخوخة (SAG12) أو محفز HSP18) ويقلل من فقدان الكلوروفيل في الأوراق. ويؤخر شيخوخة الأوراق ويزيد من مقاومة النبات للحرارة (Liu et al., 2020). يمكن لـ BR حماية الكلوروفيل في الأوراق وزيادة محتواه عن طريق تنشيط أو تحفيز تخليق الإنزيمات المشاركة في تخليق الكلوروفيل في ظل ظروف الإجهاد (Sharma et al., 2017؛ Siddiqui et al., 2018). أخيرًا، يعمل هرمونان نباتيان (CK وBR) أيضًا على تعزيز التعبير عن بروتينات الصدمة الحرارية وتحسين عمليات التكيف الأيضي المختلفة، مثل زيادة تخليق الكلوروفيل (Sharma et al.، 2017؛ Liu et al.، 2020).
توفر معلمات فلورسنت الكلوروفيل أ طريقة سريعة وغير مدمرة يمكنها تقييم تحمل النبات أو تكيفه مع ظروف الإجهاد غير الحيوي (Chaerle et al. 2007؛ Kalaji et al. 2017). تم استخدام معلمات مثل نسبة Fv/Fm كمؤشرات على تكيف النبات مع ظروف الإجهاد (Alvarado-Sanabria et al. 2017؛ Chavez-Arias et al. 2020). في هذه الدراسة، أظهرت نباتات SC أدنى قيم لهذا المتغير، وخاصة نباتات الأرز "F2000". وجد Yin et al. (2010) أيضًا أن نسبة Fv/Fm لأعلى أوراق الأرز نموًا انخفضت بشكل ملحوظ عند درجات حرارة أعلى من 35 درجة مئوية. وفقًا لـ Feng et al. (2013)، تشير نسبة Fv/Fm المنخفضة تحت الإجهاد الحراري إلى انخفاض معدل التقاط طاقة الإثارة وتحويلها بواسطة مركز تفاعل PSII، مما يشير إلى أن مركز تفاعل PSII يتفكك تحت الإجهاد الحراري. وتسمح لنا هذه الملاحظة باستنتاج أن الاضطرابات في الجهاز الضوئي أكثر وضوحًا في الأصناف الحساسة (Fedearroz 2000) مقارنة بالأصناف المقاومة (Fedearroz 67).
أدى استخدام CK أو BR بشكل عام إلى تحسين أداء PSII في ظل ظروف الإجهاد الحراري المعقدة. وقد حصل Suchsagunpanit وآخرون (2015) على نتائج مماثلة، حيث لاحظوا أن تطبيق BR زاد من كفاءة PSII تحت الإجهاد الحراري في الأرز. كما وجد Kumar وآخرون (2020) أن نباتات الحمص المعالجة بـ CK (6-benzyladenine) والمعرضة للإجهاد الحراري زادت من نسبة Fv/Fm، وخلصوا إلى أن التطبيق الورقي لـ CK عن طريق تنشيط دورة صبغة الزياكسانثين عزز نشاط PSII. بالإضافة إلى ذلك، فضل رش أوراق BR عملية التمثيل الضوئي لـ PSII في ظل ظروف الإجهاد المشترك، مما يشير إلى أن تطبيق هذا الهرمون النباتي أدى إلى انخفاض تبديد طاقة إثارة هوائيات PSII وعزز تراكم بروتينات الصدمة الحرارية الصغيرة في البلاستيدات الخضراء (Ogweno et al. 2008؛ Kothari and Lachowitz).، 2021).
غالبًا ما تزداد نسبة MDA والبرولين عند تعرض النباتات لإجهاد لا حيوي مقارنةً بالنباتات المزروعة في ظروف مثالية (Alvarado-Sanabria et al. 2017). كما أظهرت دراسات سابقة أن مستويات MDA والبرولين مؤشرات كيميائية حيوية يمكن استخدامها لفهم عملية التكيف أو تأثير الممارسات الزراعية في الأرز تحت درجات الحرارة المرتفعة ليلًا أو نهارًا (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al. 2021). كما أظهرت هذه الدراسات أن نسبة MDA والبرولين تميل إلى الارتفاع في نباتات الأرز المعرضة لدرجات حرارة عالية ليلًا أو نهارًا على التوالي. ومع ذلك، ساهم الرش الورقي بـ CK وBR في انخفاض MDA وزيادة مستويات البرولين، وخاصةً في النمط الجيني المتسامح (Federroz 67). يمكن لرذاذ CK أن يعزز التعبير المفرط عن أوكسيديز/نازعة هيدروجين السيتوكينين، مما يزيد من محتوى المركبات الواقية مثل البيتين والبرولين (Liu et al., 2020). يعزز BR إنتاج المواد الواقية من التناضح مثل البيتين والسكريات والأحماض الأمينية (بما في ذلك البرولين الحر)، مما يحافظ على التوازن الأسموزي الخلوي في ظل العديد من الظروف البيئية المعاكسة (Kothari and Lachowiec, 2021).
يُستخدم مؤشر إجهاد المحصول (CSI) ومؤشر التحمل النسبي (RTI) لتحديد ما إذا كانت المعالجات التي يتم تقييمها تساعد في تخفيف الضغوط المختلفة (الحيوية وغير الحيوية) ولها تأثير إيجابي على فسيولوجيا النبات (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). يمكن أن تتراوح قيم مؤشر التحمل النسبي من 0 إلى 1، مما يمثل ظروف عدم الإجهاد والإجهاد على التوالي (Lee et al., 2010). تراوحت قيم مؤشر التحمل النسبي للنباتات المجهدة حرارياً (SC) من 0.8 إلى 0.9 (الشكل 2B)، مما يشير إلى أن نباتات الأرز تأثرت سلبًا بالإجهاد المشترك. ومع ذلك، أدى الرش الورقي بـ BC (0.6) أو CK (0.6) بشكل رئيسي إلى انخفاض هذا المؤشر في ظل ظروف الإجهاد اللاحيوي مقارنةً بنباتات الأرز SC. في نباتات F2000، أظهرت RTI زيادة أعلى عند استخدام CA (97.69٪) و BC (60.73٪) مقارنة بـ SA (33.52٪)، مما يشير إلى أن منظمات نمو النبات هذه تساهم أيضًا في تحسين استجابة الأرز لتحمل التركيبة. ارتفاع درجة الحرارة. تم اقتراح هذه المؤشرات لإدارة ظروف الإجهاد في الأنواع المختلفة. أظهرت دراسة أجراها Lee et al. (2010) أن مؤشر CSI لصنفين من القطن تحت إجهاد مائي معتدل كان حوالي 0.85، بينما تراوحت قيم CSI للأصناف المروية جيدًا من 0.4 إلى 0.6، وخلصت إلى أن هذا المؤشر هو مؤشر على تكيف الأصناف مع الماء. الظروف المجهدة. علاوة على ذلك، قام Chavez-Arias et al. (2020) بتقييم فعالية المحفزات الاصطناعية كاستراتيجية شاملة لإدارة الإجهاد في نباتات C. elegans ووجدوا أن النباتات التي تم رشها بهذه المركبات أظهرت RTI أعلى (65٪). وبناءً على ما سبق، يمكن اعتبار CK وBR بمثابة استراتيجيات زراعية تهدف إلى زيادة قدرة الأرز على تحمل الإجهاد الحراري المعقد، حيث تعمل منظمات نمو النبات هذه على تحفيز استجابات كيميائية حيوية وفسيولوجية إيجابية.
في السنوات القليلة الماضية، ركزت أبحاث الأرز في كولومبيا على تقييم الأنماط الجينية المتسامحة مع درجات الحرارة العالية أثناء النهار أو الليل باستخدام السمات الفسيولوجية أو الكيميائية الحيوية (سانشيز-رينوسو وآخرون، 2014؛ ألفارادو-سانابريا وآخرون، 2021). ومع ذلك، في السنوات القليلة الماضية، أصبح تحليل التقنيات العملية والاقتصادية والمربحة مهمًا بشكل متزايد لاقتراح الإدارة المتكاملة للمحاصيل لتحسين آثار فترات الإجهاد الحراري المعقدة في البلاد (كالديرون-بايز وآخرون، 2021؛ كوينتيرو-كالديرون وآخرون، 2021). وبالتالي، فإن الاستجابات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية لنباتات الأرز للإجهاد الحراري المعقد (40 درجة مئوية نهارًا / 30 درجة مئوية ليلاً) التي لوحظت في هذه الدراسة تشير إلى أن الرش الورقي بـ CK أو BR قد يكون طريقة مناسبة لإدارة المحاصيل للتخفيف من الآثار الضارة. تأثير فترات الإجهاد الحراري المعتدل. حسّنت هذه المعالجات تحمل كلا النمطين الجينيين للأرز (مؤشر CSI منخفض ومؤشر RTI مرتفع)، مما يُظهر اتجاهًا عامًا في الاستجابات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية للنبات تحت الإجهاد الحراري المُشترك. تمثلت الاستجابة الرئيسية لنباتات الأرز في انخفاض محتوى GC، والكلوروفيل الكلي، والكلوروفيل ألفا وبيتا، والكاروتينات. بالإضافة إلى ذلك، تُعاني النباتات من تلف PSII (انخفاض في معايير فلورية الكلوروفيل مثل نسبة Fv/Fm) وزيادة في بيروكسيد الدهون. من ناحية أخرى، عند معالجة الأرز بـ CK وBR، خُففت هذه الآثار السلبية وارتفع محتوى البرولين (الشكل 4).
الشكل 4. نموذج مفاهيمي لتأثيرات الإجهاد الحراري المشترك ورشّ منظمات نمو النباتات الورقية على نباتات الأرز. تشير الأسهم الحمراء والزرقاء إلى الآثار السلبية أو الإيجابية للتفاعل بين الإجهاد الحراري والرشّ الورقي لـ BR (البراسينوستيرويد) وCK (السايتوكينين) على الاستجابات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية، على التوالي. gs: موصلية الثغور؛ Total Chl: محتوى الكلوروفيل الكلي؛ Chl α: محتوى الكلوروفيل بيتا؛ Cx+c: محتوى الكاروتينات؛
باختصار، تشير الاستجابات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية في هذه الدراسة إلى أن نباتات الأرز من نوع Fedearroz 2000 أكثر عرضة لفترة من الإجهاد الحراري المعقد مقارنةً بنباتات الأرز من نوع Fedearroz 67. أظهرت جميع منظمات النمو التي خضعت للتقييم في هذه الدراسة (الأوكسينات، والجبرلينات، والسيتوكينينات، والبراسينوستيرويدات) درجة معينة من الانخفاض المشترك في الإجهاد الحراري. ومع ذلك، حفز السيتوكينين والبراسينوستيرويدات تكيفًا أفضل للنبات، حيث زاد كلا المنظمين من محتوى الكلوروفيل، ومعايير فلورسنت ألفا-كلوروفيل، وقيمة gs، وRWC مقارنةً بنباتات الأرز دون أي استخدام، كما خفضا محتوى MDA ودرجة حرارة المظلة. باختصار، نستنتج أن استخدام منظمات نمو النبات (السيتوكينينات والبراسينوستيرويدات) أداة مفيدة في إدارة ظروف الإجهاد في محاصيل الأرز الناتجة عن الإجهاد الحراري الشديد خلال فترات ارتفاع درجات الحرارة.
تم تضمين المواد الأصلية المقدمة في الدراسة مع المقالة، ويمكن توجيه الاستفسارات الإضافية إلى المؤلف المراسل.