Els reguladors del creixement de les plantes s'han utilitzat com a estratègia per reduir l'estrès tèrmic en diversos cultius

La producció d'arròs està disminuint a causa del canvi i la variabilitat climàtics a Colòmbia.Reguladors del creixement de les plantess'han utilitzat com a estratègia per reduir l'estrès tèrmic en diversos cultius. Per tant, l'objectiu d'aquest estudi va ser avaluar els efectes fisiològics (conductància estomatal, contingut total de clorofil·la, relació Fv/Fm de dos genotips d'arròs comercials sotmesos a estrès tèrmic combinat (temperatures elevades de dia i nit), temperatura de la capçada i contingut relatiu d'aigua) i variables bioquímiques (contingut de malondialdehid (MDA) i àcid prolínic). El primer i el segon experiment es van dur a terme utilitzant plantes de dos genotips d'arròs Federrose 67 ("F67") i Federrose 2000 ("F2000"), respectivament. Ambdós experiments es van analitzar junts com una sèrie d'experiments. Els tractaments establerts van ser els següents: control absolut (CA) (plantes d'arròs cultivades a temperatures òptimes (temperatura dia/nit 30/25 °C)), control de l'estrès tèrmic (SC) [plantes d'arròs sotmeses només a estrès tèrmic combinat (40/25 °C). 30°C)], i les plantes d'arròs van ser estressades i ruixades amb reguladors de creixement vegetal (estrès+AUX, estrès+BR, estrès+CK o estrès+GA) dues vegades (5 dies abans i 5 dies després de l'estrès tèrmic). La polvorització amb SA va augmentar el contingut total de clorofil·la d'ambdues varietats (el pes fresc de les plantes d'arròs "F67" i "F2000" va ser de 3,25 i 3,65 mg/g, respectivament) en comparació amb les plantes SC (el pes fresc de les plantes "F67" va ser de 2,36 i 2,56 mg). g-1)" i arròs "F2000", l'aplicació foliar de CK també va millorar generalment la conductància estomatal de les plantes d'arròs "F2000" (499,25 vs. 150,60 mmol m-2 s) en comparació amb el control de l'estrès tèrmic. A causa de l'estrès tèrmic, la temperatura de la corona de la planta disminueix en 2-3 °C i el contingut de MDA a les plantes disminueix. L'índex de tolerància relativa mostra que l'aplicació foliar de CK (97,69%) i BR (60,73%) pot ajudar a alleujar el problema de l'estrès tèrmic combinat, principalment en plantes d'arròs F2000. En conclusió, la polvorització foliar de BR o CK es pot considerar com una estratègia agronòmica per ajudar a reduir els efectes negatius de les condicions d'estrès tèrmic combinat sobre el comportament fisiològic de les plantes d'arròs.
L'arròs (Oryza sativa) pertany a la família de les Poaceae i és un dels cereals més cultivats al món juntament amb el blat de moro i el blat (Bajaj i Mohanty, 2005). La superfície dedicada al cultiu d'arròs és de 617.934 hectàrees, i la producció nacional el 2020 va ser de 2.937.840 tones amb un rendiment mitjà de 5,02 tones/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
L'escalfament global està afectant els cultius d'arròs, provocant diversos tipus d'estrès abiòtic, com ara altes temperatures i períodes de sequera. El canvi climàtic està provocant un augment de les temperatures globals; es preveu que les temperatures augmentin entre 1,0 i 3,7 °C al segle XXI, cosa que podria augmentar la freqüència i la intensitat de l'estrès tèrmic. L'augment de les temperatures ambientals ha afectat l'arròs, provocant una disminució del rendiment dels cultius entre un 6 i un 7%. D'altra banda, el canvi climàtic també provoca condicions ambientals desfavorables per als cultius, com ara períodes de sequera severa o altes temperatures a les regions tropicals i subtropicals. A més, els esdeveniments de variabilitat com ara El Niño poden provocar estrès tèrmic i agreujar els danys als cultius en algunes regions tropicals. A Colòmbia, es preveu que les temperatures a les zones productores d'arròs augmentin entre 2 i 2,5 °C el 2050, cosa que reduirà la producció d'arròs i afectarà els fluxos de productes als mercats i a les cadenes de subministrament.
La majoria dels cultius d'arròs es cultiven en zones on les temperatures són properes al rang òptim per al creixement dels cultius (Shah et al., 2011). S'ha informat que les temperatures mitjanes òptimes del dia i de la nit per acreixement i desenvolupament de l'arròsgeneralment són de 28 °C i 22 °C, respectivament (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). Les temperatures per sobre d'aquests llindars poden causar períodes d'estrès tèrmic de moderat a sever durant les etapes sensibles del desenvolupament de l'arròs (malladura, antesi, floració i ompliment del gra), afectant així negativament el rendiment del gra. Aquesta reducció del rendiment es deu principalment a llargs períodes d'estrès tèrmic, que afecten la fisiologia vegetal. A causa de la interacció de diversos factors, com la durada de l'estrès i la temperatura màxima assolida, l'estrès tèrmic pot causar una sèrie de danys irreversibles al metabolisme i al desenvolupament de les plantes.
L'estrès tèrmic afecta diversos processos fisiològics i bioquímics de les plantes. La fotosíntesi foliar és un dels processos més susceptibles a l'estrès tèrmic en les plantes d'arròs, ja que la taxa de fotosíntesi disminueix en un 50% quan les temperatures diàries superen els 35 °C. Les respostes fisiològiques de les plantes d'arròs varien segons el tipus d'estrès tèrmic. Per exemple, les taxes fotosintètiques i la conductància estomàtica s'inhibeixen quan les plantes s'exposen a temperatures diürnes elevades (33-40 °C) o a temperatures diürnes i nocturnes elevades (35-40 °C durant el dia, 28-30 °C). C significa nit) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). Les temperatures nocturnes elevades (30 °C) causen una inhibició moderada de la fotosíntesi, però augmenten la respiració nocturna (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). Independentment del període d'estrès, l'estrès tèrmic també afecta el contingut de clorofil·la de les fulles, la relació entre la fluorescència variable de la clorofil·la i la fluorescència màxima de la clorofil·la (Fv/Fm) i l'activació de la Rubisco en plantes d'arròs (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010). (Sanchez Reynoso et al., 2014).
Els canvis bioquímics són un altre aspecte de l'adaptació de les plantes a l'estrès tèrmic (Wahid et al., 2007). El contingut de prolina s'ha utilitzat com a indicador bioquímic de l'estrès vegetal (Ahmed i Hassan 2011). La prolina juga un paper important en el metabolisme de les plantes, ja que actua com a font de carboni o nitrogen i com a estabilitzador de membrana en condicions d'alta temperatura (Sánchez-Reinoso et al., 2014). Les altes temperatures també afecten l'estabilitat de la membrana a través de la peroxidació lipídica, donant lloc a la formació de malondialdehid (MDA) (Wahid et al., 2007). Per tant, el contingut de MDA també s'ha utilitzat per comprendre la integritat estructural de les membranes cel·lulars sota estrès tèrmic (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). Finalment, l'estrès tèrmic combinat [37/30 °C (dia/nit)] va augmentar el percentatge de fuita d'electròlits i el contingut de malondialdehid en l'arròs (Liu et al., 2013).
S'ha avaluat l'ús de reguladors del creixement vegetal (GR) per mitigar els efectes negatius de l'estrès tèrmic, ja que aquestes substàncies participen activament en les respostes de les plantes o en els mecanismes fisiològics de defensa contra aquest estrès (Peleg i Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). L'aplicació exògena de recursos genètics ha tingut un efecte positiu sobre la tolerància a l'estrès tèrmic en diversos cultius. Els estudis han demostrat que les fitohormones com les giberel·lines (GA), les citocinines (CK), les auxines (AUX) o els brassinoesteroides (BR) provoquen un augment de diverses variables fisiològiques i bioquímiques (Peleg i Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014). A Colòmbia, l'aplicació exògena de recursos genètics i el seu impacte en els cultius d'arròs no s'han entès ni estudiat completament. No obstant això, un estudi previ va demostrar que la polvorització foliar de BR podria millorar la tolerància de l'arròs millorant les característiques d'intercanvi de gasos, el contingut de clorofil·la o prolina de les fulles de les plàntules d'arròs (Quintero-Calderón et al., 2021).
Les citocinines intervenen en les respostes de les plantes a estrès abiòtic, inclòs l'estrès tèrmic (Ha et al., 2012). A més, s'ha informat que l'aplicació exògena de CK pot reduir el dany tèrmic. Per exemple, l'aplicació exògena de zeatina va augmentar la taxa fotosintètica, el contingut de clorofil·la a i b i l'eficiència del transport d'electrons en l'agrotis estolonifera durant l'estrès tèrmic (Xu i Huang, 2009; Jespersen i Huang, 2015). L'aplicació exògena de zeatina també pot millorar l'activitat antioxidant, potenciar la síntesi de diverses proteïnes, reduir el dany de les espècies reactives d'oxigen (ROS) i la producció de malondialdehid (MDA) en els teixits vegetals (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009, 2016; Kumar et al., 2020).
L'ús d'àcid giberèl·lic també ha demostrat una resposta positiva a l'estrès tèrmic. Els estudis han demostrat que la biosíntesi de GA media diverses vies metabòliques i augmenta la tolerància a condicions d'altes temperatures (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi et al. (2020) van trobar que la polvorització foliar de GA exògen (25 o 50 mg*L) podria augmentar la taxa fotosintètica i l'activitat antioxidant en plantes de taronger sotmeses a estrès tèrmic en comparació amb les plantes de control. També s'ha observat que l'aplicació exògena d'HA augmenta el contingut d'humitat relativa, el contingut de clorofil·la i carotenoides i redueix la peroxidació lipídica en la palmera datilera (Phoenix dactylifera) sota estrès tèrmic (Khan et al., 2020). L'auxina també juga un paper important en la regulació de les respostes de creixement adaptatives a condicions d'altes temperatures (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). Aquest regulador del creixement actua com a marcador bioquímic en diversos processos com la síntesi de prolina o la degradació sota estrès abiòtic (Ali et al. 2007). A més, l'AUX també millora l'activitat antioxidant, cosa que condueix a una disminució de l'MDA en les plantes a causa de la disminució de la peroxidació lipídica (Bielach et al., 2017). Sergeev et al. (2018) van observar que en plantes de pèsol (Pisum sativum) sota estrès tèrmic, el contingut d'èter de prolina-dimetilaminoetoxicarbonilmetil)naftilclorometil (TA-14) augmenta. En el mateix experiment, també van observar nivells més baixos d'MDA en plantes tractades en comparació amb plantes no tractades amb AUX.
Els brassinoesteroides són una altra classe de reguladors de creixement utilitzats per mitigar els efectes de l'estrès tèrmic. Ogweno et al. (2008) van informar que la polvorització exògena amb BR va augmentar la taxa fotosintètica neta, la conductància estomatal i la taxa màxima de carboxilació de Rubisco de plantes de tomàquet (Solanum lycopersicum) sota estrès tèrmic durant 8 dies. La polvorització foliar d'epibrassinoesteroides pot augmentar la taxa fotosintètica neta de les plantes de cogombre (Cucumis sativus) sota estrès tèrmic (Yu et al., 2004). A més, l'aplicació exògena de BR retarda la degradació de la clorofil·la i augmenta l'eficiència de l'ús de l'aigua i el rendiment quàntic màxim de la fotoquímica del PSII en plantes sota estrès tèrmic (Holá et al., 2010; Toussagunpanit et al., 2015).
A causa del canvi climàtic i la variabilitat, els cultius d'arròs s'enfronten a períodes d'elevades temperatures diàries (Lesk et al., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). En el fenotipat de les plantes, s'ha estudiat l'ús de fitonutrients o bioestimulants com a estratègia per mitigar l'estrès per calor a les zones arrosseres (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021). A més, l'ús de variables bioquímiques i fisiològiques (temperatura de la fulla, conductància estomatal, paràmetres de fluorescència de la clorofil·la, contingut d'aigua relatiu i de clorofil·la, síntesi de malondialdehid i prolina) és una eina fiable per a la detecció de plantes d'arròs sota estrès tèrmic a nivell local i internacional (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; No obstant això, la recerca sobre l'ús de polvoritzacions fitohormonals foliars en arròs a nivell local continua sent escassa. Per tant, l'estudi de les reaccions fisiològiques i bioquímiques de l'aplicació de reguladors de creixement vegetal és de gran importància per a la proposta d'estratègies agronòmiques pràctiques per a això, abordant els efectes negatius d'un període d'estrès tèrmic complex en l'arròs. Per tant, l'objectiu d'aquest estudi va ser avaluar els efectes fisiològics (conductància estomatal, paràmetres de fluorescència de la clorofil·la i contingut d'aigua relatiu) i bioquímics de l'aplicació foliar de quatre reguladors de creixement vegetal (AUX, CK, GA i BR). (Pigments fotosintètics, contingut de malondialdehid i prolina) Variables en dos cultius comercials d'arròs. genotips sotmesos a estrès tèrmic combinat (temperatures elevades dia/nit).
En aquest estudi, es van dur a terme dos experiments independents. Es van utilitzar per primera vegada els genotips Federrose 67 (F67: un genotip desenvolupat a altes temperatures durant l'última dècada) i Federrose 2000 (F2000: un genotip desenvolupat a l'última dècada del segle XX que mostra resistència al virus de la fulla blanca). llavors. i el segon experiment, respectivament. Ambdós genotips són àmpliament cultivats pels agricultors colombians. Les llavors es van sembrar en safates de 10 L (longitud 39,6 cm, amplada 28,8 cm, alçada 16,8 cm) que contenien sòl franc-sorrenc amb un 2% de matèria orgànica. Es van plantar cinc llavors pregerminades a cada safata. Els palets es van col·locar a l'hivernacle de la Facultat de Ciències Agràries de la Universitat Nacional de Colòmbia, campus de Bogotà (43°50′56″ N, 74°04′051″ O), a una altitud de 2556 m sobre el nivell del mar (asl). m.) i es van dur a terme d'octubre a desembre de 2019. Un experiment (Federroz 67) i un segon experiment (Federroz 2000) a la mateixa temporada de 2020.
Les condicions ambientals a l'hivernacle durant cada temporada de plantació són les següents: temperatura diürna i nocturna 30/25 °C, humitat relativa 60~80%, fotoperíode natural 12 hores (radiació fotosintèticament activa 1500 µmol (fotons) m-2 s-). 1 al migdia). Les plantes es van fertilitzar segons el contingut de cada element 20 dies després de l'aparició de la llavor (DAE), segons Sánchez-Reinoso et al. (2019): 670 mg de nitrogen per planta, 110 mg de fòsfor per planta, 350 mg de potassi per planta, 68 mg de calci per planta, 20 mg de magnesi per planta, 20 mg de sofre per planta, 17 mg de silici per planta. Les plantes contenen 10 mg de bor per planta, 17 mg de coure per planta i 44 mg de zinc per planta. Les plantes d'arròs es van mantenir fins a 47 DAE en cada experiment quan van arribar a l'estadi fenològic V5 durant aquest període. Estudis previs han demostrat que aquesta etapa fenològica és un moment adequat per dur a terme estudis d'estrès tèrmic en arròs (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
En cada experiment, es van realitzar dues aplicacions separades del regulador del creixement foliar. El primer conjunt de polvoritzacions foliars amb fitohormones es va aplicar 5 dies abans del tractament d'estrès tèrmic (42 DAE) per preparar les plantes per a l'estrès ambiental. A continuació, es va administrar una segona polvorització foliar 5 dies després que les plantes estiguessin exposades a condicions d'estrès (52 DAE). Es van utilitzar quatre fitohormones i les propietats de cada ingredient actiu polvoritzat en aquest estudi es mostren a la Taula suplementària 1. Les concentracions de reguladors del creixement foliar utilitzades van ser les següents: (i) Auxina (àcid 1-naftilacètic: NAA) a una concentració de 5 × 10−5 M (ii) 5 × 10–5 M giberel·lina (àcid giberèl·lic: NAA); GA3); (iii) Citocinina (trans-zeatina) 1 × 10-5 M (iv) Brassinoesteroides [Spirostan-6-ona, 3,5-dihidroxi-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. Aquestes concentracions es van escollir perquè indueixen respostes positives i augmenten la resistència de les plantes a l'estrès tèrmic (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). Les plantes d'arròs sense cap regulador de creixement vegetal es van tractar només amb aigua destil·lada. Totes les plantes d'arròs es van ruixar amb un polvoritzador manual. Apliqueu 20 ml d'H2O a la planta per humitejar les superfícies superior i inferior de les fulles. Tots els polvoritzadors foliars van utilitzar adjuvant agrícola (Agrotin, Bayer CropScience, Colòmbia) al 0,1% (v/v). La distància entre el test i el polvoritzador és de 30 cm.
Els tractaments d'estrès tèrmic es van administrar 5 dies després de la primera polvorització foliar (47 DAE) a cada experiment. Les plantes d'arròs es van transferir de l'hivernacle a una cambra de creixement de 294 L (MLR-351H, Sanyo, IL, EUA) per establir l'estrès tèrmic o mantenir les mateixes condicions ambientals (47 DAE). El tractament combinat d'estrès tèrmic es va dur a terme configurant la cambra a les següents temperatures diürnes/nits: temperatura màxima diürna [40 °C durant 5 hores (d'11:00 a 16:00)] i període nocturn [30 °C durant 5 hores]. 8 dies seguits (de 19:00 a 24:00). La temperatura d'estrès i el temps d'exposició es van seleccionar en funció d'estudis anteriors (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017). D'altra banda, un grup de plantes transferides a la cambra de creixement es van mantenir a l'hivernacle a la mateixa temperatura (30 °C durant el dia / 25 °C a la nit) durant 8 dies consecutius.
Al final de l'experiment, es van obtenir els següents grups de tractament: (i) condició de temperatura de creixement + aplicació d'aigua destil·lada [Control absolut (AC)], (ii) condició d'estrès tèrmic + aplicació d'aigua destil·lada [Control de l'estrès tèrmic (SC)], (iii) condició d'estrès tèrmic + aplicació d'auxina (AUX), (iv) condició d'estrès tèrmic + aplicació de giberel·lina (GA), (v) condició d'estrès tèrmic + aplicació de citocinina (CK), i (vi) condició d'estrès tèrmic + brassinosteroide (BR) Apèndix. Aquests grups de tractament es van utilitzar per a dos genotips (F67 i F2000). Tots els tractaments es van dur a terme en un disseny completament aleatoritzat amb cinc rèpliques, cadascuna consistent en una planta. Cada planta es va utilitzar per llegir les variables determinades al final de l'experiment. L'experiment va durar 55 DAE.
La conductància estomàtica (gs) es va mesurar amb un porosòmetre portàtil (SC-1, METER Group Inc., EUA) amb un rang de 0 a 1000 mmol m-2 s-1, amb una obertura de la cambra de mostra de 6,35 mm. Les mesures es prenen connectant una sonda estomàmetre a una fulla madura amb la tija principal de la planta completament expandida. Per a cada tractament, es van prendre lectures de gs en tres fulles de cada planta entre les 11:00 i les 16:00 i es va calcular la mitjana.
El pes fresc (PF) es va determinar segons el mètode descrit per Ghoulam et al. (2002). La làmina completament expandida utilitzada per determinar g també es va utilitzar per mesurar el PF. El pes fresc (PF) es va determinar immediatament després de la collita mitjançant una balança digital. A continuació, es van col·locar les fulles en un recipient de plàstic ple d'aigua i es van deixar a les fosques a temperatura ambient (22 °C) durant 48 hores. A continuació, es van pesar en una balança digital i es va registrar el pes expandit (PF). Les fulles inflades es van assecar al forn a 75 °C durant 48 hores i es va registrar el seu pes sec (PF).
El contingut relatiu de clorofil·la es va determinar mitjançant un mesurador de clorofil·la (atLeafmeter, FT Green LLC, EUA) i es va expressar en unitats atLeaf (Dey et al., 2016). Les lectures màximes d'eficiència quàntica del PSII (relació Fv/Fm) es van registrar mitjançant un fluorímetre de clorofil·la d'excitació contínua (Handy PEA, Hansatech Instruments, Regne Unit). Les fulles es van adaptar a la foscor mitjançant pinces per a fulles durant 20 minuts abans de les mesures de Fv/Fm (Restrepo-Diaz i Garces-Varon, 2013). Després que les fulles s'aclimatessin a la foscor, es van mesurar la línia de base (F0) i la fluorescència màxima (Fm). A partir d'aquestes dades, es va calcular la fluorescència variable (Fv = Fm – F0), la relació entre la fluorescència variable i la fluorescència màxima (Fv/Fm), el rendiment quàntic màxim de la fotoquímica del PSII (Fv/F0) i la relació Fm/F0 (Baker, 2008; Lee et al., 2017). Les lectures relatives de clorofil·la i fluorescència de clorofil·la es van prendre a les mateixes fulles utilitzades per a les mesures de gs.
Es van recollir aproximadament 800 mg de pes fresc de fulla com a variables bioquímiques. Les mostres de fulles es van homogeneïtzar en nitrogen líquid i es van emmagatzemar per a anàlisis posteriors. El mètode espectromètric utilitzat per estimar el contingut de clorofil·la a, b i carotenoides dels teixits es basa en el mètode i les equacions descrits per Wellburn (1994). Es van recollir mostres de teixit foliar (30 mg) i es van homogeneïtzar en 3 ml d'acetona al 80%. A continuació, les mostres es van centrifugar (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, EUA) a 5000 rpm durant 10 min per eliminar partícules. El sobrenedant es va diluir fins a un volum final de 6 ml afegint-hi acetona al 80% (Sims i Gamon, 2002). El contingut de clorofil·la es va determinar a 663 (clorofil·la a) i 646 (clorofil·la b) nm, i el de carotenoides a 470 nm mitjançant un espectrofotòmetre (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, EUA).
El mètode de l'àcid tiobarbitúric (TBA) descrit per Hodges et al. (1999) es va utilitzar per avaluar la peroxidació lipídica de la membrana (MDA). També es van homogeneïtzar aproximadament 0,3 g de teixit foliar en nitrogen líquid. Les mostres es van centrifugar a 5000 rpm i es va mesurar l'absorbància en un espectrofotòmetre a 440, 532 i 600 nm. Finalment, la concentració de MDA es va calcular utilitzant el coeficient d'extinció (157 M mL−1).
El contingut de prolina de tots els tractaments es va determinar mitjançant el mètode descrit per Bates et al. (1973). Afegiu 10 ml d'una solució aquosa al 3% d'àcid sulfosalicílic a la mostra emmagatzemada i filtreu-la a través de paper de filtre Whatman (núm. 2). A continuació, es van fer reaccionar 2 ml d'aquest filtrat amb 2 ml d'àcid ninhídric i 2 ml d'àcid acètic glacial. La barreja es va col·locar en un bany d'aigua a 90 °C durant 1 hora. Atureu la reacció incubant-la en gel. Agiteu el tub vigorosament amb un agitador de vòrtex i dissoleu la solució resultant en 4 ml de toluè. Les lectures d'absorbància es van determinar a 520 nm utilitzant el mateix espectrofotòmetre utilitzat per a la quantificació de pigments fotosintètics (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, EUA).
El mètode descrit per Gerhards et al. (2016) per calcular la temperatura de la capçada i l'ICS. Es van fer fotografies tèrmiques amb una càmera FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, EUA) amb una precisió de ±2 °C al final del període d'estrès. Col·loqueu una superfície blanca darrere de la planta per a la fotografia. De nou, es van considerar dues fàbriques com a models de referència. Les plantes es van col·locar sobre una superfície blanca; una es va recobrir amb un adjuvant agrícola (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotà, Colòmbia) per simular l'obertura de tots els estomes [mode humit (Twet)], i l'altra era una fulla sense cap aplicació [mode sec (Tdry)] (Castro-Duque et al., 2020). La distància entre la càmera i el test durant la filmació va ser d'1 m.
L'índex de tolerància relativa es va calcular indirectament utilitzant la conductància estomatal (gs) de les plantes tractades en comparació amb les plantes de control (plantes sense tractaments d'estrès i amb reguladors de creixement aplicats) per determinar la tolerància dels genotips tractats avaluats en aquest estudi. L'índex de tolerància relativa es va obtenir mitjançant una equació adaptada de Chávez-Arias et al. (2020).
En cada experiment, totes les variables fisiològiques esmentades anteriorment es van determinar i registrar a 55 DAE utilitzant fulles completament expandides recollides de la part superior de la capçada. A més, es van dur a terme mesures en una cambra de creixement per evitar canviar les condicions ambientals en què creixen les plantes.
Les dades del primer i segon experiments es van analitzar conjuntament com una sèrie d'experiments. Cada grup experimental constava de 5 plantes, i cada planta constituïa una unitat experimental. Es va realitzar una anàlisi de la variància (ANOVA) (P ≤ 0,05). Quan es van detectar diferències significatives, es va utilitzar la prova comparativa post hoc de Tukey a P ≤ 0,05. Es va utilitzar la funció arcsinus per convertir els valors percentuals. Les dades es van analitzar mitjançant el programari Statistix v 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, EUA) i es van representar gràficament mitjançant SigmaPlot (versió 10.0; Systat Software, San Jose, CA, EUA). L'anàlisi de components principals es va dur a terme mitjançant el programari InfoStat 2016 (Analysis Software, Universitat Nacional de Córdoba, Argentina) per identificar els millors reguladors del creixement de les plantes en estudi.
La Taula 1 resumeix l'ANOVA que mostra els experiments, els diferents tractaments i les seves interaccions amb els pigments fotosintètics de les fulles (clorofil·la a, b, total i carotenoides), el contingut de malondialdehid (MDA) i prolina, i la conductància estomàtica. Efecte de gs, contingut relatiu d'aigua (RWC), contingut de clorofil·la, paràmetres de fluorescència de clorofil·la alfa, temperatura de la corona (PCT) (°C), índex d'estrès del cultiu (CSI) i índex de tolerància relativa de les plantes d'arròs a 55 DAE.
Taula 1. Resum de les dades d'ANOVA sobre les variables fisiològiques i bioquímiques de l'arròs entre experiments (genotips) i tractaments d'estrès tèrmic.
Les diferències (P≤0,01) en les interaccions dels pigments fotosintètics de les fulles, el contingut relatiu de clorofil·la (lectures d'Atleaf) i els paràmetres de fluorescència de l'alfa-clorofil·la entre experiments i tractaments es mostren a la Taula 2. Les temperatures elevades diürnes i nocturnes van augmentar el contingut total de clorofil·la i carotenoides. Les plàntules d'arròs sense cap polvorització foliar de fitohormones (2,36 mg g-1 per a "F67" i 2,56 mg g-1 per a "F2000") en comparació amb les plantes cultivades en condicions de temperatura òptimes (2,67 mg g-1) van mostrar un contingut total de clorofil·la més baix. En ambdós experiments, "F67" va ser de 2,80 mg g-1 i "F2000" va ser de 2,80 mg g-1. A més, les plàntules d'arròs tractades amb una combinació de polvoritzacions amb AUX i GA sota estrès tèrmic també van mostrar una disminució del contingut de clorofil·la en ambdós genotips (AUX = 1,96 mg g-1 i GA = 1,45 mg g-1 per a "F67"; AUX = 1,96 mg g-1 i GA = 1,45 mg g-1 per a "F67"; AUX = 2,24 mg) g-1 i GA = 1,43 mg g-1 (per a "F2000") en condicions d'estrès tèrmic. En condicions d'estrès tèrmic, el tractament foliar amb BR va provocar un lleuger augment d'aquesta variable en ambdós genotips. Finalment, la polvorització foliar amb CK va mostrar els valors més alts de pigment fotosintètic entre tots els tractaments (tractaments amb AUX, GA, BR, SC i AC) en els genotips F67 (3,24 mg g-1) i F2000 (3,65 mg g-1). El contingut relatiu de clorofil·la (unitat Atleaf) també es va reduir per l'estrès tèrmic combinat. Els valors més alts també es van registrar en plantes ruixades amb CC en ambdós genotips (41,66 per a "F67" i 49,30 per a "F2000"). Les ràtios Fv i Fv/Fm van mostrar diferències significatives entre tractaments i cultivars (Taula 2). En general, entre aquestes variables, el cultivar F67 va ser menys susceptible a l'estrès tèrmic que el cultivar F2000. Les ràtios Fv i Fv/Fm van patir més en el segon experiment. Les plàntules 'F2000' estressades que no van ser ruixades amb cap fitohormona van tenir els valors de Fv (2120,15) i les ràtios Fv/Fm (0,59) més baixos, però la polvorització foliar amb CK va ajudar a restaurar aquests valors (Fv: 2591,89, ràtio Fv/Fm: 0,73). , rebent lectures similars a les enregistrades en plantes "F2000" cultivades en condicions de temperatura òptimes (Fv: 2955,35, relació Fv/Fm: 0,73:0,72). No hi va haver diferències significatives en la fluorescència inicial (F0), la fluorescència màxima (Fm), el rendiment quàntic fotoquímic màxim de PSII (Fv/F0) i la relació Fm/F0. Finalment, BR va mostrar una tendència similar a la observada amb CK (Fv 2545,06, relació Fv/Fm 0,73).
Taula 2. Efecte de l'estrès tèrmic combinat (40°/30°C dia/nit) sobre els pigments fotosintètics de les fulles [clorofil·la total (Chl Total), clorofil·la a (Chl a), clorofil·la b (Chl b) i efecte dels carotenoides Cx+c]], contingut relatiu de clorofil·la (unitat Atliff), paràmetres de fluorescència de la clorofil·la (fluorescència inicial (F0), fluorescència màxima (Fm), fluorescència variable (Fv), eficiència màxima del PSII (Fv/Fm), rendiment quàntic fotoquímic màxim de PSII (Fv/F0) i Fm/F0 en plantes de dos genotips d'arròs [Federrose 67 (F67) i Federrose 2000 (F2000)] 55 dies després de l'aparició (DAE)).
El contingut relatiu d'aigua (RWC) de les plantes d'arròs tractades de manera diferent va mostrar diferències (P ≤ 0,05) en la interacció entre els tractaments experimentals i foliars (Fig. 1A). Quan es van tractar amb SA, es van registrar els valors més baixos per a tots dos genotips (74,01% per a F67 i 76,6% per a F2000). En condicions d'estrès tèrmic, el RWC de les plantes d'arròs d'ambdós genotips tractades amb diferents fitohormones va augmentar significativament. En general, les aplicacions foliars de CK, GA, AUX o BR van augmentar el RWC a valors similars als de les plantes cultivades en condicions òptimes durant l'experiment. Les plantes de control absolut i les ruixades foliarment van registrar valors d'al voltant del 83% per a tots dos genotips. D'altra banda, gs també va mostrar diferències significatives (P ≤ 0,01) en la interacció experiment-tractament (Fig. 1B). La planta de control absolut (CA) també va registrar els valors més alts per a cada genotip (440,65 mmol m-2s-1 per a F67 i 511,02 mmol m-2s-1 per a F2000). Les plantes d'arròs sotmeses a estrès tèrmic combinat només van mostrar els valors de gs més baixos per a tots dos genotips (150,60 mmol m-2s-1 per a F67 i 171,32 mmol m-2s-1 per a F2000). El tractament foliar amb tots els reguladors de creixement vegetal també va augmentar la g. En plantes d'arròs F2000 ruixades amb CC, l'efecte de la ruixatura foliar amb fitohormones va ser més evident. Aquest grup de plantes no va mostrar diferències en comparació amb les plantes de control absolut (CA 511,02 i CC 499,25 mmol m-2s-1).
Figura 1. Efecte de l'estrès tèrmic combinat (40°/30°C dia/nit) sobre el contingut relatiu d'aigua (RWC) (A), la conductància estomatal (gs) (B), la producció de malondialdehid (MDA) (C) i el contingut de prolina (D) en plantes de dos genotips d'arròs (F67 i F2000) als 55 dies després de l'emergència (DAE). Els tractaments avaluats per a cada genotip van incloure: control absolut (AC), control de l'estrès tèrmic (SC), estrès tèrmic + auxina (AUX), estrès tèrmic + giberel·lina (GA), estrès tèrmic + mitògen cel·lular (CK) i estrès tèrmic + brassinosteroide (BR). Cada columna representa la mitjana ± error estàndard de cinc punts de dades (n = 5). Les columnes seguides de lletres diferents indiquen diferències estadísticament significatives segons la prova de Tukey (P ≤ 0,05). Les lletres amb un signe igual indiquen que la mitjana no és estadísticament significativa (≤ 0,05).
Els continguts de MDA (P ≤ 0,01) i prolina (P ≤ 0,01) també van mostrar diferències significatives en la interacció entre l'experiment i els tractaments amb fitohormones (Fig. 1C, D). Es va observar un augment de la peroxidació lipídica amb el tractament SC en ambdós genotips (Figura 1C), però les plantes tractades amb esprai regulador del creixement foliar van mostrar una disminució de la peroxidació lipídica en ambdós genotips; En general, l'ús de fitohormones (CA, AUC, BR o GA) condueix a una disminució de la peroxidació lipídica (contingut de MDA). No es van trobar diferències entre plantes AC de dos genotips i plantes sota estrès tèrmic i ruixades amb fitohormones (els valors observats de FW en plantes "F67" van oscil·lar entre 4,38 i 6,77 µmol g-1, i en plantes FW "F2000" els valors observats van oscil·lar entre 2,84 i 9,18 µmol g-1 (plantes). D'altra banda, la síntesi de prolina en plantes "F67" va ser menor que en plantes "F2000" sota estrès combinat, cosa que va provocar un augment de la producció de prolina. En plantes d'arròs sotmeses a estrès tèrmic, en ambdós experiments, es va observar que l'administració d'aquestes hormones va augmentar significativament el contingut d'aminoàcids de les plantes F2000 (AUX i BR van ser 30,44 i 18,34 µmol g-1) respectivament (Fig. 1G).
Els efectes de la polvorització foliar amb regulador de creixement de plantes i l'estrès tèrmic combinat sobre la temperatura de la capçada de la planta i l'índex de tolerància relativa (ITR) es mostren a les figures 2A i B. Per a tots dos genotips, la temperatura de la capçada de les plantes AC era propera als 27 °C, i la de les plantes SC era d'uns 28 °C. AMB. També es va observar que els tractaments foliars amb CK i BR van provocar una disminució de 2-3 °C en la temperatura de la capçada en comparació amb les plantes SC (Figura 2A). L'ITR va mostrar un comportament similar a altres variables fisiològiques, mostrant diferències significatives (P ≤ 0,01) en la interacció entre l'experiment i el tractament (Figura 2B). Les plantes SC van mostrar una menor tolerància vegetal en tots dos genotips (34,18% i 33,52% per a les plantes d'arròs "F67" i "F2000", respectivament). L'alimentació foliar amb fitohormones millora l'ITR en plantes exposades a estrès d'alta temperatura. Aquest efecte va ser més pronunciat en plantes "F2000" polvoritzades amb CC, en què l'ITR va ser de 97,69. D'altra banda, només es van observar diferències significatives en l'índex d'estrès de rendiment (ICS) de les plantes d'arròs en condicions d'estrès de polvorització foliar (P ≤ 0,01) (Fig. 2B). Només les plantes d'arròs sotmeses a estrès tèrmic complex van mostrar el valor més alt de l'índex d'estrès (0,816). Quan les plantes d'arròs van ser polvoritzades amb diverses fitohormones, l'índex d'estrès va ser més baix (valors de 0,6 a 0,67). Finalment, la planta d'arròs cultivada en condicions òptimes va tenir un valor de 0,138.
Figura 2. Efectes de l'estrès tèrmic combinat (40°/30°C dia/nit) sobre la temperatura de la capçada (A), l'índex de tolerància relativa (RTI) (B) i l'índex d'estrès del cultiu (CSI) (C) de dues espècies vegetals. Els genotips d'arròs comercials (F67 i F2000) van ser sotmesos a diferents tractaments tèrmics. Els tractaments avaluats per a cada genotip van incloure: control absolut (AC), control de l'estrès tèrmic (SC), estrès tèrmic + auxina (AUX), estrès tèrmic + giberel·lina (GA), estrès tèrmic + mitògen cel·lular (CK) i estrès tèrmic + brassinosteroide (BR). L'estrès tèrmic combinat implica exposar les plantes d'arròs a temperatures elevades dia/nit (40°/30°C dia/nit). Cada columna representa la mitjana ± error estàndard de cinc punts de dades (n = 5). Les columnes seguides de lletres diferents indiquen diferències estadísticament significatives segons la prova de Tukey (P ≤ 0,05). Les lletres amb un signe igual indiquen que la mitjana no és estadísticament significativa (≤ 0,05).
L'anàlisi de components principals (PCA) va revelar que les variables avaluades a 55 DAE explicaven el 66,1% de les respostes fisiològiques i bioquímiques de les plantes d'arròs sotmeses a estrès tèrmic tractades amb esprai regulador de creixement (Fig. 3). Els vectors representen variables i els punts representen reguladors de creixement vegetal (GR). Els vectors de gs, contingut de clorofil·la, eficiència quàntica màxima de PSII (Fv/Fm) i paràmetres bioquímics (TChl, MDA i prolina) es troben en angles propers a l'origen, cosa que indica una alta correlació entre el comportament fisiològic de les plantes i la variable. Un grup (V) incloïa plàntules d'arròs cultivades a temperatura òptima (AT) i plantes F2000 tractades amb CK i BA. Al mateix temps, la majoria de les plantes tractades amb GR van formar un grup separat (IV), i el tractament amb GA en F2000 va formar un grup separat (II). En canvi, les plàntules d'arròs sotmeses a estrès tèrmic (grups I i III) sense cap esprai foliar de fitohormones (ambdós genotips eren SC) es van situar en una zona oposada al grup V, cosa que demostra l'efecte de l'estrès tèrmic sobre la fisiologia vegetal. .
Figura 3. Anàlisi biogràfica dels efectes de l'estrès tèrmic combinat (40°/30°C dia/nit) en plantes de dos genotips d'arròs (F67 i F2000) als 55 dies després de l'emergència (DAE). Abreviatures: AC F67, control absolut F67; SC F67, control de l'estrès tèrmic F67; AUX F67, estrès tèrmic + auxina F67; GA F67, estrès tèrmic + giberel·lina F67; CK F67, estrès tèrmic + divisió cel·lular BR F67, estrès tèrmic + brassinosteroide. F67; AC F2000, control absolut F2000; SC F2000, control de l'estrès tèrmic F2000; AUX F2000, estrès tèrmic + auxina F2000; GA F2000, estrès tèrmic + giberel·lina F2000; CK F2000, estrès tèrmic + citocinina, BR F2000, estrès tèrmic + esteroide de llautó; F2000.
Variables com el contingut de clorofil·la, la conductància estomatal, la relació Fv/Fm, l'ICS, l'MDA, l'IRT i el contingut de prolina poden ajudar a comprendre l'adaptació dels genotips d'arròs i avaluar l'impacte de les estratègies agronòmiques sota estrès tèrmic (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). L'objectiu d'aquest experiment va ser avaluar l'efecte de l'aplicació de quatre reguladors de creixement sobre els paràmetres fisiològics i bioquímics de les plàntules d'arròs en condicions complexes d'estrès tèrmic. Les proves de plàntules són un mètode senzill i ràpid per a l'avaluació simultània de les plantes d'arròs, depenent de la mida o l'estat de la infraestructura disponible (Sarsu et al. 2018). Els resultats d'aquest estudi van mostrar que l'estrès tèrmic combinat indueix diferents respostes fisiològiques i bioquímiques en els dos genotips d'arròs, cosa que indica un procés d'adaptació. Aquests resultats també indiquen que els polvoritzadors de reguladors de creixement foliar (principalment citocinines i brassinoesteroides) ajuden l'arròs a adaptar-se a l'estrès tèrmic complex, ja que el factor afavoreix principalment la gs, la RWC, la relació Fv/Fm, els pigments fotosintètics i el contingut de prolina.
L'aplicació de reguladors de creixement ajuda a millorar l'estat hídric de les plantes d'arròs sota estrès tèrmic, que pot estar associat amb un estrès més elevat i temperatures més baixes de la capçada de la planta. Aquest estudi va mostrar que entre les plantes "F2000" (genotip susceptible), les plantes d'arròs tractades principalment amb CK o BR tenien valors de gs més alts i valors de PCT més baixos que les plantes tractades amb SC. Estudis anteriors també han demostrat que la gs i la PCT són indicadors fisiològics precisos que poden determinar la resposta adaptativa de les plantes d'arròs i els efectes de les estratègies agronòmiques sobre l'estrès tèrmic (Restrepo-Diaz i Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et al., 2021). La CK o BR de la fulla milloren la g sota estrès perquè aquestes hormones vegetals poden promoure l'obertura estomatal mitjançant interaccions sintètiques amb altres molècules de senyalització com l'ABA (promotor del tancament estomatal sota estrès abiòtic) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). , 2014). L'obertura dels estomes promou el refredament de les fulles i ajuda a reduir les temperatures de la capçada (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). Per aquestes raons, la temperatura de la capçada de les plantes d'arròs ruixades amb CK o BR pot ser més baixa sota estrès tèrmic combinat.
L'estrès per altes temperatures pot reduir el contingut de pigments fotosintètics de les fulles (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). En aquest estudi, quan les plantes d'arròs estaven sota estrès tèrmic i no es van ruixar amb cap regulador del creixement vegetal, els pigments fotosintètics tendien a disminuir en ambdós genotips (Taula 2). Feng et al. (2013) també van informar d'una disminució significativa del contingut de clorofil·la en les fulles de dos genotips de blat exposats a estrès tèrmic. L'exposició a altes temperatures sovint provoca una disminució del contingut de clorofil·la, que pot ser deguda a una disminució de la biosíntesi de clorofil·la, a la degradació dels pigments o als seus efectes combinats sota estrès tèrmic (Fahad et al., 2017). Tanmateix, les plantes d'arròs tractades principalment amb CK i BA van augmentar la concentració de pigments fotosintètics de les fulles sota estrès tèrmic. Jespersen i Huang (2015) i Suchsagunpanit et al. també van informar de resultats similars. (2015), que van observar un augment en el contingut de clorofil·la de les fulles després de l'aplicació d'hormones zeatina i epibrassinoesteroides en graminaceae i arròs sotmesos a estrès tèrmic, respectivament. Una explicació raonable de per què la CK i la BR promouen un augment del contingut de clorofil·la de les fulles sota estrès tèrmic combinat és que la CK pot millorar la iniciació de la inducció sostinguda de promotors d'expressió (com ara el promotor activador de la senescència (SAG12) o el promotor HSP18) i reduir la pèrdua de clorofil·la a les fulles, retardar la senescència de les fulles i augmentar la resistència de les plantes a la calor (Liu et al., 2020). La BR pot protegir la clorofil·la de les fulles i augmentar el contingut de clorofil·la de les fulles activant o induint la síntesi d'enzims implicats en la biosíntesi de la clorofil·la en condicions d'estrès (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). Finalment, dues fitohormones (CK i BR) també promouen l'expressió de proteïnes de xoc tèrmic i milloren diversos processos d'adaptació metabòlica, com ara l'augment de la biosíntesi de clorofil·la (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
Els paràmetres de fluorescència de la clorofil·la a proporcionen un mètode ràpid i no destructiu que pot avaluar la tolerància o l'adaptació de les plantes a condicions d'estrès abiòtic (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). Paràmetres com la relació Fv/Fm s'han utilitzat com a indicadors de l'adaptació de les plantes a condicions d'estrès (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). En aquest estudi, les plantes SC van mostrar els valors més baixos d'aquesta variable, predominantment les plantes d'arròs "F2000". Yin et al. (2010) també van trobar que la relació Fv/Fm de les fulles d'arròs de major maduració va disminuir significativament a temperatures superiors a 35 °C. Segons Feng et al. (2013), la menor relació Fv/Fm sota estrès tèrmic indica que la taxa de captura i conversió d'energia d'excitació pel centre de reacció del PSII es redueix, cosa que indica que el centre de reacció del PSII es desintegra sota estrès tèrmic. Aquesta observació ens permet concloure que les alteracions en l'aparell fotosintètic són més pronunciades en varietats sensibles (Fedearroz 2000) que en varietats resistents (Fedearroz 67).
L'ús de CK o BR generalment millorava el rendiment del PSII en condicions complexes d'estrès tèrmic. Suchsagunpanit et al. (2015) van obtenir resultats similars, que van observar que l'aplicació de BR augmentava l'eficiència del PSII sota estrès tèrmic en l'arròs. Kumar et al. (2020) també van trobar que les plantes de cigrons tractades amb CK (6-benziladenina) i sotmeses a estrès tèrmic augmentaven la relació Fv/Fm, concloent que l'aplicació foliar de CK mitjançant l'activació del cicle del pigment de zeaxantina promovia l'activitat del PSII. A més, l'esprai foliar amb BR afavoria la fotosíntesi del PSII en condicions d'estrès combinat, cosa que indica que l'aplicació d'aquesta fitohormona provocava una disminució de la dissipació de l'energia d'excitació de les antenes de PSII i promovia l'acumulació de petites proteïnes de xoc tèrmic en els cloroplasts (Ogweno et al. 2008; Kothari i Lachowitz, 2021).
Els continguts de MDA i prolina sovint augmenten quan les plantes estan sota estrès abiòtic en comparació amb les plantes cultivades en condicions òptimes (Alvarado-Sanabria et al. 2017). Estudis anteriors també han demostrat que els nivells de MDA i prolina són indicadors bioquímics que es poden utilitzar per entendre el procés d'adaptació o l'impacte de les pràctiques agronòmiques en l'arròs sota temperatures elevades diürnes o nocturnes (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al., 2021). Aquests estudis també van mostrar que els continguts de MDA i prolina tendien a ser més alts en plantes d'arròs exposades a altes temperatures a la nit o durant el dia, respectivament. Tanmateix, la polvorització foliar de CK i BR va contribuir a una disminució de l'MDA i a un augment dels nivells de prolina, principalment en el genotip tolerant (Federroz 67). La polvorització de CK pot promoure la sobreexpressió de la citocinina oxidasa/deshidrogenasa, augmentant així el contingut de compostos protectors com la betaïna i la prolina (Liu et al., 2020). La BR promou la inducció d'osmoprotectors com la betaïna, els sucres i els aminoàcids (inclosa la prolina lliure), mantenint l'equilibri osmòtic cel·lular en moltes condicions ambientals adverses (Kothari i Lachowiec, 2021).
L'índex d'estrès del cultiu (ICC) i l'índex de tolerància relativa (ITR) s'utilitzen per determinar si els tractaments que s'estan avaluant ajuden a mitigar diversos estrès (abiòtics i biòtics) i tenen un efecte positiu en la fisiologia vegetal (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). Els valors de l'ICC poden variar de 0 a 1, representant condicions de no estrès i d'estrès, respectivament (Lee et al., 2010). Els valors de l'ICC de les plantes sotmeses a estrès tèrmic (SC) van oscil·lar entre 0,8 i 0,9 (Figura 2B), cosa que indica que les plantes d'arròs es van veure afectades negativament per l'estrès combinat. Tanmateix, la polvorització foliar de BC (0,6) o CK (0,6) va conduir principalment a una disminució d'aquest indicador en condicions d'estrès abiòtic en comparació amb les plantes d'arròs SC. En plantes F2000, l'RTI va mostrar un augment més alt quan es va utilitzar CA (97,69%) i BC (60,73%) en comparació amb SA (33,52%), cosa que indica que aquests reguladors del creixement vegetal també contribueixen a millorar la resposta de l'arròs a la tolerància de la composició al sobreescalfament. Aquests índexs s'han proposat per gestionar condicions d'estrès en diferents espècies. Un estudi realitzat per Lee et al. (2010) va mostrar que l'CSI de dues varietats de cotó sota estrès hídric moderat era d'aproximadament 0,85, mentre que els valors de CSI de varietats ben regades oscil·laven entre 0,4 i 0,6, concloent que aquest índex és un indicador de l'adaptació a l'aigua de les varietats a condicions estressants. A més, Chavez-Arias et al. (2020) van avaluar l'eficàcia dels elicitors sintètics com a estratègia integral de gestió de l'estrès en plantes de C. elegans i van trobar que les plantes ruixades amb aquests compostos van exhibir un RTI més alt (65%). Basant-nos en l'anterior, CK i BR es poden considerar com a estratègies agronòmiques destinades a augmentar la tolerància de l'arròs a l'estrès tèrmic complex, ja que aquests reguladors del creixement de les plantes indueixen respostes bioquímiques i fisiològiques positives.
En els darrers anys, la recerca sobre l'arròs a Colòmbia s'ha centrat en l'avaluació de genotips tolerants a temperatures elevades diürnes o nocturnes mitjançant trets fisiològics o bioquímics (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021). Tanmateix, en els darrers anys, l'anàlisi de tecnologies pràctiques, econòmiques i rendibles ha adquirit cada cop més importància per proposar una gestió integrada de cultius per millorar els efectes de períodes complexos d'estrès tèrmic al país (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). Així, les respostes fisiològiques i bioquímiques de les plantes d'arròs a l'estrès tèrmic complex (40 °C dia/30 °C nit) observades en aquest estudi suggereixen que la polvorització foliar amb CK o BR pot ser un mètode de gestió de cultius adequat per mitigar els efectes adversos. Efecte de períodes d'estrès tèrmic moderat. Aquests tractaments van millorar la tolerància d'ambdós genotips d'arròs (CSI baix i RTI alt), demostrant una tendència general en les respostes fisiològiques i bioquímiques de les plantes sota estrès tèrmic combinat. La principal resposta de les plantes d'arròs va ser una disminució del contingut de GC, clorofil·la total, clorofil·les α i β i carotenoides. A més, les plantes pateixen danys per PSII (disminució dels paràmetres de fluorescència de la clorofil·la com ara la relació Fv/Fm) i augment de la peroxidació lipídica. D'altra banda, quan l'arròs es va tractar amb CK i BR, aquests efectes negatius es van mitigar i el contingut de prolina va augmentar (Fig. 4).
Figura 4. Model conceptual dels efectes de l'estrès tèrmic combinat i l'aplicació foliar de reguladors del creixement vegetal en plantes d'arròs. Les fletxes vermelles i blaves indiquen els efectes negatius o positius de la interacció entre l'estrès tèrmic i l'aplicació foliar de BR (brassinoesteroide) i CK (citocinina) sobre les respostes fisiològiques i bioquímiques, respectivament. gs: conductància estomatal; Chl total: contingut total de clorofil·la; Chl α: contingut de clorofil·la β; Cx+c: contingut de carotenoides;
En resum, les respostes fisiològiques i bioquímiques d'aquest estudi indiquen que les plantes d'arròs Fedearroz 2000 són més susceptibles a un període d'estrès tèrmic complex que les plantes d'arròs Fedearroz 67. Tots els reguladors de creixement avaluats en aquest estudi (auxines, giberel·lines, citocinines o brassinoesteroides) van demostrar un cert grau de reducció combinada de l'estrès tèrmic. No obstant això, la citocinina i els brassinoesteroides van induir una millor adaptació de la planta, ja que ambdós reguladors de creixement vegetal van augmentar el contingut de clorofil·la, els paràmetres de fluorescència d'alfa-clorofil·la, la gs i la RWC en comparació amb les plantes d'arròs sense cap aplicació, i també van disminuir el contingut de MDA i la temperatura de la capçada. En resum, concloem que l'ús de reguladors de creixement vegetal (citocinines i brassinoesteroides) és una eina útil per gestionar les condicions d'estrès en els cultius d'arròs causades per estrès tèrmic sever durant períodes d'altes temperatures.
Els materials originals presentats en l'estudi s'inclouen amb l'article, i per a més consultes es poden adreçar a l'autor corresponent.