สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชถูกนำมาใช้เป็นกลยุทธ์ในการลดความเครียดจากความร้อนในพืชผลหลายชนิด

ผลผลิตข้าวในโคลอมเบียกำลังลดลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและความแปรปรวนของสภาพอากาศสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชมีการใช้กลยุทธ์ต่างๆ เพื่อลดความเครียดจากความร้อนในพืชหลายชนิด ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้คือการประเมินผลกระทบทางสรีรวิทยา (การนำไฟฟ้าของปากใบ ปริมาณคลอโรฟิลล์รวม อัตราส่วน Fv/Fm) ของข้าวสองสายพันธุ์ทางการค้าที่ได้รับความเครียดจากความร้อนร่วมกัน (อุณหภูมิกลางวันและกลางคืนสูง) อุณหภูมิทรงพุ่ม และปริมาณน้ำสัมพัทธ์) และตัวแปรทางชีวเคมี (มาลอนไดอัลดีไฮด์ (MDA) และปริมาณกรดโพรลินิก) การทดลองครั้งที่หนึ่งและครั้งที่สองดำเนินการโดยใช้ต้นข้าวสองสายพันธุ์ ได้แก่ Federrose 67 (“F67”) และ Federrose 2000 (“F2000”) ตามลำดับ การทดลองทั้งสองถูกวิเคราะห์ร่วมกันเป็นชุดการทดลอง การทดลองที่กำหนดไว้มีดังนี้: กลุ่มควบคุม (AC) (ต้นข้าวที่ปลูกในอุณหภูมิที่เหมาะสม (อุณหภูมิกลางวัน/กลางคืน 30/25°C)) กลุ่มควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC) [ต้นข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อนร่วมกันเท่านั้น (40/25°C)] ในการทดลองนี้ ต้นข้าวได้รับความเครียดจากความร้อน โดยฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (stress+AUX, stress+BR, stress+CK หรือ stress+GA) สองครั้ง (5 วันก่อนและ 5 วันหลังได้รับความเครียดจากความร้อน) การฉีดพ่นด้วย SA ช่วยเพิ่มปริมาณคลอโรฟิลล์รวมของทั้งสองพันธุ์ (น้ำหนักสดของต้นข้าว “F67” และ “F2000” เท่ากับ 3.25 และ 3.65 มก./กรัม ตามลำดับ) เมื่อเทียบกับต้นข้าวในกลุ่มควบคุม (น้ำหนักสดของต้นข้าว “F67” เท่ากับ 2.36 และ 2.56 มก./กรัม) นอกจากนี้ การฉีดพ่น CK ทางใบยังช่วยปรับปรุงการนำไฟฟ้าของปากใบของต้นข้าว “F2000” (499.25 เทียบกับ 150.60 มิลลิโมล/ตร.ม./วินาที) เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุมที่ได้รับความเครียดจากความร้อน ภายใต้ความเครียดจากความร้อน อุณหภูมิของส่วนยอดของต้นข้าวลดลง 2-3 องศาเซลเซียส และปริมาณ MDA ในพืชลดลง ดัชนีความทนทานสัมพัทธ์แสดงให้เห็นว่าการฉีดพ่นทางใบด้วย CK (97.69%) และ BR (60.73%) สามารถช่วยบรรเทาปัญหาความเครียดจากความร้อนร่วมได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในต้นข้าวพันธุ์ F2000 สรุปได้ว่า การฉีดพ่นทางใบด้วย BR หรือ CK สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นกลยุทธ์ทางการเกษตรเพื่อช่วยลดผลกระทบเชิงลบของสภาวะความเครียดจากความร้อนร่วมต่อพฤติกรรมทางสรีรวิทยาของต้นข้าว
ข้าว (Oryza sativa) จัดอยู่ในวงศ์ Poaceae และเป็นหนึ่งในธัญพืชที่ปลูกมากที่สุดในโลก ร่วมกับข้าวโพดและข้าวสาลี (Bajaj และ Mohanty, 2005) พื้นที่เพาะปลูกข้าวมีจำนวน 617,934 เฮกตาร์ และผลผลิตระดับชาติในปี 2020 อยู่ที่ 2,937,840 ตัน โดยมีผลผลิตเฉลี่ย 5.02 ตันต่อเฮกตาร์ (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021)
ภาวะโลกร้อนส่งผลกระทบต่อพืชข้าว ทำให้เกิดความเครียดจากปัจจัยทางกายภาพต่างๆ เช่น อุณหภูมิสูงและภาวะแห้งแล้ง การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้อุณหภูมิโลกสูงขึ้น โดยคาดการณ์ว่าอุณหภูมิจะสูงขึ้น 1.0–3.7 องศาเซลเซียสในศตวรรษที่ 21 ซึ่งอาจเพิ่มความถี่และความรุนแรงของความเครียดจากความร้อน อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมที่สูงขึ้นส่งผลกระทบต่อข้าว ทำให้ผลผลิตลดลง 6–7% ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศยังนำไปสู่สภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยต่อพืชผล เช่น ภาวะแห้งแล้งรุนแรงหรืออุณหภูมิสูงในเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน นอกจากนี้ เหตุการณ์ความแปรปรวน เช่น เอลนีโญ อาจนำไปสู่ความเครียดจากความร้อนและทำให้พืชผลเสียหายมากขึ้นในบางพื้นที่เขตร้อน ในโคลอมเบีย คาดการณ์ว่าอุณหภูมิในพื้นที่ปลูกข้าวจะเพิ่มขึ้น 2–2.5 องศาเซลเซียสภายในปี 2050 ซึ่งจะลดผลผลิตข้าวและส่งผลกระทบต่อการไหลเวียนของผลิตภัณฑ์ไปยังตลาดและห่วงโซ่อุปทาน
ข้าวส่วนใหญ่ปลูกในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิใกล้เคียงกับช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเจริญเติบโตของพืช (Shah et al., 2011) มีรายงานว่าอุณหภูมิเฉลี่ยกลางวันและกลางคืนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการปลูกข้าวคือ...การเจริญเติบโตและการพัฒนาของข้าวโดยทั่วไปอุณหภูมิที่เหมาะสมจะอยู่ที่ 28°C และ 22°C ตามลำดับ (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021) อุณหภูมิที่สูงกว่าเกณฑ์เหล่านี้สามารถก่อให้เกิดภาวะเครียดจากความร้อนระดับปานกลางถึงรุนแรงในช่วงระยะที่สำคัญของการเจริญเติบโตของข้าว (การแตกกอ การออกดอก การติดดอก และการสร้างเมล็ด) ซึ่งส่งผลเสียต่อผลผลิตข้าว การลดลงของผลผลิตนี้ส่วนใหญ่เกิดจากภาวะเครียดจากความร้อนเป็นเวลานาน ซึ่งส่งผลกระทบต่อสรีรวิทยาของพืช เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของปัจจัยต่างๆ เช่น ระยะเวลาของความเครียดและอุณหภูมิสูงสุดที่ได้รับ ภาวะเครียดจากความร้อนสามารถก่อให้เกิดความเสียหายที่ไม่สามารถแก้ไขได้ต่อกระบวนการเผาผลาญและการเจริญเติบโตของพืชได้
ความเครียดจากความร้อนส่งผลกระทบต่อกระบวนการทางสรีรวิทยาและชีวเคมีต่างๆ ในพืช การสังเคราะห์แสงของใบเป็นหนึ่งในกระบวนการที่อ่อนไหวต่อความเครียดจากความร้อนมากที่สุดในต้นข้าว เนื่องจากอัตราการสังเคราะห์แสงลดลงถึง 50% เมื่ออุณหภูมิรายวันสูงเกิน 35°C การตอบสนองทางสรีรวิทยาของต้นข้าวจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของความเครียดจากความร้อน ตัวอย่างเช่น อัตราการสังเคราะห์แสงและการนำไฟฟ้าของปากใบจะถูกยับยั้งเมื่อพืชสัมผัสกับอุณหภูมิสูงในเวลากลางวัน (33–40°C) หรืออุณหภูมิสูงทั้งกลางวันและกลางคืน (35–40°C ในเวลากลางวัน และ 28–30°C ในเวลากลางคืน) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017) อุณหภูมิกลางคืนที่สูง (30°C) ทำให้การสังเคราะห์แสงลดลงปานกลาง แต่เพิ่มการหายใจในเวลากลางคืน (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017) ไม่ว่าจะเป็นช่วงเวลาใดของภาวะเครียดจากความร้อน ภาวะเครียดจากความร้อนยังส่งผลต่อปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบ อัตราส่วนของค่าการเรืองแสงแปรผันของคลอโรฟิลล์ต่อค่าการเรืองแสงสูงสุดของคลอโรฟิลล์ (Fv/Fm) และการกระตุ้นของเอนไซม์ Rubisco ในต้นข้าว (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010; Sanchez Reynoso et al., 2014)
การเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีเป็นอีกแง่มุมหนึ่งของการปรับตัวของพืชต่อความเครียดจากความร้อน (Wahid et al., 2007) ปริมาณโพรลีนถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวเคมีของความเครียดในพืช (Ahmed and Hassan 2011) โพรลีนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการเผาผลาญของพืช เนื่องจากทำหน้าที่เป็นแหล่งคาร์บอนหรือไนโตรเจน และเป็นตัวทำให้เยื่อหุ้มเซลล์คงตัวภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง (Sánchez-Reinoso et al., 2014) อุณหภูมิสูงยังส่งผลต่อความเสถียรของเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมัน ทำให้เกิดมาลอนไดอัลดีไฮด์ (MDA) (Wahid et al., 2007) ดังนั้น ปริมาณ MDA จึงถูกนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจความสมบูรณ์ของโครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ภายใต้ความเครียดจากความร้อน (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018) สุดท้ายนี้ ภาวะความเครียดจากความร้อนแบบผสมผสาน [37/30°C (กลางวัน/กลางคืน)] ทำให้เปอร์เซ็นต์การรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์และปริมาณมาลอนไดอัลดีไฮด์ในข้าวเพิ่มขึ้น (Liu et al., 2013)
การใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (GRs) ได้รับการประเมินว่าสามารถบรรเทาผลกระทบด้านลบจากความเครียดจากความร้อนได้ เนื่องจากสารเหล่านี้มีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการตอบสนองของพืชหรือกลไกการป้องกันทางสรีรวิทยาต่อความเครียดดังกล่าว (Peleg และ Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015) การประยุกต์ใช้ทรัพยากรทางพันธุกรรมจากภายนอกมีผลดีต่อความทนทานต่อความเครียดจากความร้อนในพืชผลต่างๆ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าฮอร์โมนพืช เช่น จิบเบอเรลลิน (GA) ไซโตไคนิน (CK) ออกซิน (AUX) หรือบราสซิโนสเตอรอยด์ (BR) นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของตัวแปรทางสรีรวิทยาและชีวเคมีต่างๆ (Peleg และ Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014) ในโคลอมเบีย การนำทรัพยากรทางพันธุกรรมจากภายนอกมาใช้และผลกระทบต่อพืชข้าว ยังไม่เป็นที่เข้าใจและศึกษาอย่างถ่องแท้ อย่างไรก็ตาม การศึกษาครั้งก่อนแสดงให้เห็นว่า การฉีดพ่น BR ทางใบสามารถปรับปรุงความทนทานของข้าวได้โดยการปรับปรุงลักษณะการแลกเปลี่ยนก๊าซ ปริมาณคลอโรฟิลล์ หรือปริมาณโพรลีนในใบของต้นกล้าข้าว (Quintero-Calderón et al., 2021)
ไซโตไคนินมีบทบาทในการตอบสนองของพืชต่อความเครียดจากปัจจัยทางชีวภาพที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิต รวมถึงความเครียดจากความร้อน (Ha et al., 2012) นอกจากนี้ ยังมีรายงานว่าการใช้ไซโตไคนินจากภายนอกสามารถลดความเสียหายจากความร้อนได้ ตัวอย่างเช่น การใช้ซีเอตินจากภายนอกช่วยเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสง ปริมาณคลอโรฟิลล์เอและบี และประสิทธิภาพการขนส่งอิเล็กตรอนในหญ้าเบนท์กราส (Agrotis estolonifera) ในระหว่างความเครียดจากความร้อน (Xu and Huang, 2009; Jespersen and Huang, 2015) การใช้ซีเอตินจากภายนอกยังสามารถปรับปรุงกิจกรรมต้านอนุมูลอิสระ เพิ่มการสังเคราะห์โปรตีนต่างๆ ลดความเสียหายจากอนุมูลอิสระ (ROS) และการผลิตมาลอนไดอัลดีไฮด์ (MDA) ในเนื้อเยื่อพืช (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009, 2016; Kumar et al., 2020)
การใช้กรดจิบเบอเรลลิกยังแสดงให้เห็นถึงการตอบสนองที่ดีต่อภาวะเครียดจากความร้อน งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์ GA มีบทบาทในการควบคุมกระบวนการเมตาบอลิซึมต่างๆ และเพิ่มความทนทานต่อสภาวะอุณหภูมิสูง (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020) Abdel-Nabi et al. (2020) พบว่าการฉีดพ่น GA จากภายนอก (25 หรือ 50 มก.*ลิตร) ทางใบสามารถเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสงและกิจกรรมต้านอนุมูลอิสระในต้นส้มที่ได้รับความเครียดจากความร้อนเมื่อเทียบกับต้นควบคุม นอกจากนี้ยังพบว่าการใช้ HA จากภายนอกช่วยเพิ่มปริมาณความชื้นสัมพัทธ์ ปริมาณคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ และลดการเกิดออกซิเดชันของไขมันในต้นปาล์มอินทผลัม (Phoenix dactylifera) ภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อน (Khan et al., 2020) ออกซินยังมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการตอบสนองการเจริญเติบโตแบบปรับตัวต่อสภาวะอุณหภูมิสูง (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016) สารควบคุมการเจริญเติบโตนี้ทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวเคมีในกระบวนการต่างๆ เช่น การสังเคราะห์หรือการสลายตัวของโพรลีนภายใต้ความเครียดจากปัจจัยทางชีวภาพ (Ali et al. 2007) นอกจากนี้ AUX ยังช่วยเพิ่มกิจกรรมต้านอนุมูลอิสระ ซึ่งนำไปสู่การลดลงของ MDA ในพืชเนื่องจากการลดลงของการเกิดออกซิเดชันของไขมัน (Bielach et al., 2017) Sergeev et al. (2018) สังเกตว่าในต้นถั่วลันเตา (Pisum sativum) ภายใต้ความเครียดจากความร้อน ปริมาณของโพรลีน – ไดเมทิลอะมิโนเอทอกซีคาร์บอนิลเมทิล)แนฟทิลคลอโรเมทิลอีเทอร์ (TA-14) เพิ่มขึ้น ในการทดลองเดียวกัน พวกเขายังสังเกตเห็นระดับ MDA ที่ต่ำกว่าในพืชที่ได้รับการบำบัดด้วย AUX เมื่อเทียบกับพืชที่ไม่ได้รับการบำบัดด้วย AUX
บราสซิโนสเตียรอยด์เป็นสารควบคุมการเจริญเติบโตอีกกลุ่มหนึ่งที่ใช้เพื่อบรรเทาผลกระทบจากความเครียดจากความร้อน Ogweno et al. (2008) รายงานว่าการพ่นบราสซิโนสเตียรอยด์จากภายนอกเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิ การนำไฟฟ้าของปากใบ และอัตราสูงสุดของการคาร์บอกซิเลชันของรูบิสโกในต้นมะเขือเทศ (Solanum lycopersicum) ภายใต้ความเครียดจากความร้อนเป็นเวลา 8 วัน การพ่นเอพิบราสซิโนสเตียรอยด์ทางใบสามารถเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิของต้นแตงกวา (Cucumis sativus) ภายใต้ความเครียดจากความร้อน (Yu et al., 2004) นอกจากนี้ การใช้บราสซิโนสเตียรอยด์จากภายนอกยังช่วยชะลอการเสื่อมสภาพของคลอโรฟิลล์และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำและผลผลิตควอนตัมสูงสุดของปฏิกิริยาเคมีแสงของ PSII ในพืชภายใต้ความเครียดจากความร้อน (Holá et al., 2010; Toussagunpanit et al., 2015)
เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและความแปรปรวน พืชข้าวจึงเผชิญกับช่วงที่มีอุณหภูมิสูงในแต่ละวัน (Lesk et al., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021) ในฟีโนไทป์ของพืช การใช้ไฟโตนิวเทรียนท์หรือสารกระตุ้นชีวภาพได้รับการศึกษาเพื่อเป็นกลยุทธ์ในการบรรเทาความเครียดจากความร้อนในพื้นที่ปลูกข้าว (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021) นอกจากนี้ การใช้ตัวแปรทางชีวเคมีและสรีรวิทยา (อุณหภูมิใบ การนำไฟฟ้าของปากใบ พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ ปริมาณคลอโรฟิลล์และน้ำสัมพัทธ์ การสังเคราะห์มาลอนไดอัลดีไฮด์และโพรลีน) เป็นเครื่องมือที่เชื่อถือได้สำหรับการคัดกรองต้นข้าวที่อยู่ภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อนทั้งในระดับท้องถิ่นและระดับนานาชาติ (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017) อย่างไรก็ตาม การวิจัยเกี่ยวกับการใช้สเปรย์ฮอร์โมนพืชทางใบในข้าวในระดับท้องถิ่นยังคงมีน้อย ดังนั้น การศึกษาปฏิกิริยาทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเสนอแนวทางการจัดการทางการเกษตรที่ใช้ได้จริงเพื่อแก้ไขผลกระทบเชิงลบของภาวะเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนในข้าว ดังนั้น วัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้คือการประเมินผลทางสรีรวิทยา (การนำไฟฟ้าของปากใบ พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ และปริมาณน้ำสัมพัทธ์) และผลทางชีวเคมีของการฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช 4 ชนิดทางใบ ตัวควบคุม (AUX, CK, GA และ BR) (ปริมาณรงควัตถุสังเคราะห์แสง มาลอนไดอัลดีไฮด์ และโพรลีน) ตัวแปรในข้าวสองสายพันธุ์ทางการค้าที่ได้รับความเครียดจากความร้อนร่วมกัน (อุณหภูมิสูงทั้งกลางวันและกลางคืน)
ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ทำการทดลองอิสระสองครั้ง โดยใช้พันธุ์เฟเดอร์โรส 67 (F67: พันธุ์ที่พัฒนาขึ้นในอุณหภูมิสูงในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา) และเฟเดอร์โรส 2000 (F2000: พันธุ์ที่พัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษสุดท้ายของศตวรรษที่ 20 ซึ่งแสดงความต้านทานต่อไวรัสใบขาว) ในการทดลองครั้งแรกและครั้งที่สองตามลำดับ ทั้งสองพันธุ์นี้เป็นที่นิยมปลูกกันอย่างแพร่หลายในหมู่เกษตรกรชาวโคลอมเบีย เมล็ดพันธุ์ถูกหว่านในถาดขนาด 10 ลิตร (ยาว 39.6 ซม. กว้าง 28.8 ซม. สูง 16.8 ซม.) ที่บรรจุด้วยดินร่วนปนทรายที่มีอินทรียวัตถุ 2% โดยปลูกเมล็ดพันธุ์ที่งอกแล้ว 5 เมล็ดในแต่ละถาด พาเลทถูกวางไว้ในเรือนกระจกของคณะวิทยาศาสตร์การเกษตร มหาวิทยาลัยแห่งชาติโคลอมเบีย วิทยาเขตโบโกตา (43°50′56″ เหนือ, 74°04′051″ ตะวันตก) ที่ระดับความสูง 2556 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล และดำเนินการทดลองตั้งแต่เดือนตุลาคมถึงธันวาคม 2019 การทดลองหนึ่งครั้ง (Federroz 67) และการทดลองครั้งที่สอง (Federroz 2000) ในฤดูกาลเดียวกันของปี 2020
สภาพแวดล้อมในเรือนกระจกในช่วงฤดูปลูกแต่ละครั้งมีดังนี้: อุณหภูมิกลางวันและกลางคืน 30/25°C ความชื้นสัมพัทธ์ 60~80% ช่วงเวลาแสงธรรมชาติ 12 ชั่วโมง (รังสีสังเคราะห์แสง 1500 µmol (โฟตอน) m-2 s-) โดยเริ่มให้ปุ๋ยตอนเที่ยงวันแก่ต้นกล้า 20 วันหลังจากเมล็ดงอก (DAE) ตามที่ Sánchez-Reinoso et al. (2019) ระบุไว้ คือ ไนโตรเจน 670 มิลลิกรัมต่อต้น ฟอสฟอรัส 110 มิลลิกรัมต่อต้น โพแทสเซียม 350 มิลลิกรัมต่อต้น แคลเซียม 68 มิลลิกรัมต่อต้น แมกนีเซียม 20 มิลลิกรัมต่อต้น กำมะถัน 20 มิลลิกรัมต่อต้น ซิลิคอน 17 มิลลิกรัมต่อต้น และโบรอน 10 มิลลิกรัมต่อต้น ทองแดง 17 มิลลิกรัมต่อต้น และสังกะสี 44 มิลลิกรัมต่อต้น ในแต่ละการทดลอง ต้นข้าวจะถูกเลี้ยงไว้จนถึง 47 วันหลังการงอก (DAE) เมื่อถึงระยะการเจริญเติบโต V5 ในช่วงเวลานั้น การศึกษาในอดีตแสดงให้เห็นว่าระยะการเจริญเติบโตนี้เป็นช่วงเวลาที่เหมาะสมในการศึกษาความเครียดจากความร้อนในข้าว (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017)
ในการทดลองแต่ละครั้ง จะมีการฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของใบสองครั้ง ครั้งแรกฉีดพ่น 5 วันก่อนการให้ความร้อน (42 วันหลังการงอก) เพื่อเตรียมพืชให้พร้อมสำหรับความเครียดจากสภาพแวดล้อม จากนั้นจึงฉีดพ่นครั้งที่สอง 5 วันหลังจากที่พืชได้รับความเครียด (52 วันหลังการงอก) ใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของใบสี่ชนิด และคุณสมบัติของสารออกฤทธิ์แต่ละชนิดที่ใช้ในการศึกษานี้แสดงอยู่ในตารางเสริม 1 ความเข้มข้นของสารควบคุมการเจริญเติบโตของใบที่ใช้มีดังนี้: (i) ออกซิน (กรด 1-แนฟทิลอะซิติก: NAA) ที่ความเข้มข้น 5 × 10−5 M (ii) จิบเบอเรลลิน (กรดจิบเบอเรลลิก: NAA); GA3); ที่ความเข้มข้น 5 × 10–5 M (iii) ไซโตไคนิน (ทรานส์-ซีเอติน) 1 × 10⁻⁵ M (iv) บราสซิโนสเตียรอยด์ [สไปโรสแตน-6-โอน, 3,5-ไดไฮดรอกซี-, (3b,5a,25R)] 5 × 10⁻⁵ M ความเข้มข้นเหล่านี้ถูกเลือกเนื่องจากกระตุ้นการตอบสนองในเชิงบวกและเพิ่มความต้านทานของพืชต่อความเครียดจากความร้อน (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017) ต้นข้าวที่ไม่ได้รับการฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชใดๆ จะได้รับการบำบัดด้วยน้ำกลั่นเท่านั้น ต้นข้าวทุกต้นได้รับการฉีดพ่นด้วยเครื่องพ่นแบบมือถือ ฉีดพ่นน้ำ 20 มล. ลงบนต้นพืชเพื่อให้ผิวใบด้านบนและด้านล่างชุ่มชื้น การฉีดพ่นทางใบทั้งหมดใช้สารเสริมทางการเกษตร (Agrotin, Bayer CropScience, โคลอมเบีย) ที่ 0.1% (v/v) ระยะห่างระหว่างกระถางกับหัวฉีดน้ำคือ 30 เซนติเมตร
ในแต่ละการทดลอง ได้ทำการทดลองโดยการให้ความเครียดจากความร้อนแก่ต้นข้าว 5 วันหลังจากฉีดพ่นทางใบครั้งแรก (47 วันหลังปลูก) โดยย้ายต้นข้าวจากเรือนกระจกไปยังห้องเพาะปลูกขนาด 294 ลิตร (MLR-351H, Sanyo, IL, USA) เพื่อสร้างความเครียดจากความร้อนหรือรักษาสภาพแวดล้อมเดิม (47 วันหลังปลูก) การทดลองให้ความเครียดจากความร้อนแบบผสมผสานนั้น ทำได้โดยการตั้งอุณหภูมิในห้องเพาะปลูกดังนี้ อุณหภูมิสูงสุดในเวลากลางวัน [40°C เป็นเวลา 5 ชั่วโมง (ตั้งแต่ 11:00 ถึง 16:00 น.)] และอุณหภูมิสูงสุดในเวลากลางคืน [30°C เป็นเวลา 5 ชั่วโมง] ทำเช่นนี้ติดต่อกัน 8 วัน (ตั้งแต่ 19:00 ถึง 24:00 น.) อุณหภูมิและระยะเวลาการให้ความเครียดถูกเลือกโดยอ้างอิงจากงานวิจัยก่อนหน้านี้ (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017) ในทางกลับกัน กลุ่มพืชที่ถูกย้ายไปยังห้องเพาะปลูกถูกเก็บไว้ในเรือนกระจกที่อุณหภูมิเดียวกัน (30°C ในเวลากลางวัน/25°C ในเวลากลางคืน) เป็นเวลา 8 วันติดต่อกัน
เมื่อสิ้นสุดการทดลอง ได้กลุ่มทดลองดังต่อไปนี้: (i) สภาวะอุณหภูมิการเจริญเติบโต + การใช้น้ำกลั่น [กลุ่มควบคุม (AC)], (ii) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้น้ำกลั่น [กลุ่มควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC)], (iii) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้ฮอร์โมนออกซิน (AUX), (iv) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้ฮอร์โมนจิบเบอเรลลิน (GA), (v) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้ฮอร์โมนไซโตไคนิน (CK), และ (vi) สภาวะความเครียดจากความร้อน + ฮอร์โมนบราสซิโนสเตียรอยด์ (BR) ภาคผนวก กลุ่มทดลองเหล่านี้ใช้กับพืชสองสายพันธุ์ (F67 และ F2000) การทดลองทั้งหมดดำเนินการในรูปแบบการสุ่มสมบูรณ์ โดยมี 5 ซ้ำ แต่ละซ้ำประกอบด้วยพืช 1 ต้น แต่ละต้นใช้ในการวัดค่าตัวแปรต่างๆ เมื่อสิ้นสุดการทดลอง การทดลองใช้เวลา 55 วันหลังการงอก (DAE)
ค่าการนำไฟฟ้าของปากใบ (gs) ถูกวัดโดยใช้เครื่องวัดค่าการนำไฟฟ้าของปากใบแบบพกพา (SC-1, METER Group Inc., USA) ซึ่งมีช่วงการวัดตั้งแต่ 0 ถึง 1000 mmol m-2 s-1 โดยมีขนาดช่องเปิดของห้องตัวอย่าง 6.35 มม. การวัดจะทำโดยการติดหัววัดของเครื่องวัดค่าการนำไฟฟ้าของปากใบเข้ากับใบที่เจริญเต็มที่ โดยที่ลำต้นหลักของพืชเจริญเติบโตเต็มที่ สำหรับแต่ละการทดลอง จะทำการวัดค่า gs จากใบสามใบของแต่ละต้น ระหว่างเวลา 11:00 น. ถึง 16:00 น. และนำค่าเฉลี่ยมาใช้
ค่า RWC ถูกกำหนดตามวิธีการที่อธิบายโดย Ghoulam et al. (2002) แผ่นใบที่ขยายตัวเต็มที่ซึ่งใช้ในการหาค่า g นั้นถูกนำมาใช้ในการวัดค่า RWC ด้วยเช่นกัน น้ำหนักสด (FW) ถูกวัดทันทีหลังการเก็บเกี่ยวโดยใช้เครื่องชั่งดิจิทัล จากนั้นนำใบไปใส่ในภาชนะพลาสติกที่บรรจุน้ำและทิ้งไว้ในที่มืดที่อุณหภูมิห้อง (22°C) เป็นเวลา 48 ชั่วโมง จากนั้นชั่งน้ำหนักด้วยเครื่องชั่งดิจิทัลและบันทึกน้ำหนักที่ขยายตัว (TW) ใบที่บวมแล้วถูกนำไปอบแห้งที่อุณหภูมิ 75°C เป็นเวลา 48 ชั่วโมง และบันทึกน้ำหนักแห้ง (DW)
ปริมาณคลอโรฟิลล์สัมพัทธ์ถูกกำหนดโดยใช้เครื่องวัดคลอโรฟิลล์ (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) และแสดงในหน่วย atLeaf (Dey et al., 2016) ค่าประสิทธิภาพควอนตัมสูงสุดของ PSII (อัตราส่วน Fv/Fm) ถูกบันทึกโดยใช้เครื่องวัดฟลูออเรสเซนซ์คลอโรฟิลล์แบบกระตุ้นต่อเนื่อง (Handy PEA, Hansatech Instruments, UK) ใบไม้ถูกปรับสภาพในที่มืดโดยใช้ที่หนีบใบเป็นเวลา 20 นาทีก่อนการวัด Fv/Fm (Restrepo-Diaz and Garces-Varon, 2013) หลังจากที่ใบไม้ได้รับการปรับสภาพในที่มืดแล้ว ค่าฟลูออเรสเซนซ์พื้นฐาน (F0) และค่าฟลูออเรสเซนซ์สูงสุด (Fm) จะถูกวัด จากข้อมูลเหล่านี้ ค่าการเรืองแสงแปรผัน (Fv = Fm – F0), อัตราส่วนของการเรืองแสงแปรผันต่อการเรืองแสงสูงสุด (Fv/Fm), ผลผลิตควอนตัมสูงสุดของปฏิกิริยาเคมีแสงของ PSII (Fv/F0) และอัตราส่วน Fm/F0 ถูกคำนวณ (Baker, 2008; Lee et al., 2017) ค่าคลอโรฟิลล์สัมพัทธ์และค่าการเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ถูกวัดจากใบเดียวกันกับที่ใช้ในการวัด gs
เก็บตัวอย่างใบสดประมาณ 800 มิลลิกรัมเพื่อใช้เป็นตัวแปรทางชีวเคมี จากนั้นนำตัวอย่างใบไปบดให้เป็นเนื้อเดียวกันในไนโตรเจนเหลวและเก็บไว้เพื่อการวิเคราะห์เพิ่มเติม วิธีการทางสเปกโทรเมตริกที่ใช้ในการประมาณปริมาณคลอโรฟิลล์เอ บี และแคโรทีนอยด์ในเนื้อเยื่อนั้นอิงตามวิธีการและสมการที่อธิบายโดย Wellburn (1994) เก็บตัวอย่างเนื้อเยื่อใบ (30 มิลลิกรัม) และบดให้เป็นเนื้อเดียวกันในอะซิโตน 80% ปริมาตร 3 มิลลิลิตร จากนั้นนำตัวอย่างไปปั่นเหวี่ยง (รุ่น 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, สหรัฐอเมริกา) ที่ความเร็ว 5000 รอบต่อนาที เป็นเวลา 10 นาที เพื่อกำจัดอนุภาค สารละลายส่วนบนถูกเจือจางให้มีปริมาตรสุดท้าย 6 มิลลิลิตร โดยเติมอะซิโตน 80% (Sims และ Gamon, 2002) ปริมาณคลอโรฟิลล์ถูกวัดที่ความยาวคลื่น 663 (คลอโรฟิลล์เอ) และ 646 (คลอโรฟิลล์บี) นาโนเมตร และแคโรทีนอยด์ที่ความยาวคลื่น 470 นาโนเมตร โดยใช้เครื่องสเปกโทรโฟโตมิเตอร์ (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA)
ใช้วิธี thiobarbituric acid (TBA) ตามที่ Hodges et al. (1999) อธิบายไว้ เพื่อประเมินการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมันในเยื่อหุ้มเซลล์ (MDA) โดยนำเนื้อเยื่อใบประมาณ 0.3 กรัม มาบดให้ละเอียดในไนโตรเจนเหลว จากนั้นนำตัวอย่างไปปั่นเหวี่ยงที่ 5000 รอบต่อนาที และวัดค่าการดูดกลืนแสงด้วยเครื่องสเปกโทรโฟโตมิเตอร์ที่ความยาวคลื่น 440, 532 และ 600 นาโนเมตร สุดท้าย คำนวณความเข้มข้นของ MDA โดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสง (157 M mL−1)
ปริมาณโพรลีนในทุกกรรมวิธีถูกกำหนดโดยใช้วิธีการที่อธิบายโดย Bates et al. (1973) เติมสารละลายกรดซัลโฟซาลิไซลิก 3% ในน้ำ 10 มล. ลงในตัวอย่างที่เก็บไว้ แล้วกรองผ่านกระดาษกรอง Whatman (เบอร์ 2) จากนั้น นำสารละลายที่กรองแล้ว 2 มล. มาทำปฏิกิริยากับกรดนินไฮดริก 2 มล. และกรดอะซิติกเข้มข้น 2 มล. นำส่วนผสมไปแช่ในอ่างน้ำที่อุณหภูมิ 90°C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง หยุดปฏิกิริยาโดยการแช่เย็นบนน้ำแข็ง เขย่าหลอดอย่างแรงโดยใช้เครื่องเขย่าแบบหมุนวน แล้วละลายสารละลายที่ได้ในโทลูอีน 4 มล. วัดค่าการดูดกลืนแสงที่ 520 นาโนเมตรโดยใช้เครื่องสเปกโทรโฟโตมิเตอร์เครื่องเดียวกับที่ใช้ในการหาปริมาณรงควัตถุสังเคราะห์แสง (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA)
วิธีการที่อธิบายโดย Gerhards et al. (2016) ใช้ในการคำนวณอุณหภูมิทรงพุ่มและ CSI ถ่ายภาพความร้อนด้วยกล้อง FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) ที่มีความแม่นยำ ±2°C ในช่วงปลายของระยะเวลาที่เกิดความเครียด วางพื้นผิวสีขาวไว้ด้านหลังต้นพืชสำหรับการถ่ายภาพ อีกครั้งหนึ่ง ได้พิจารณาโรงงานสองแห่งเป็นแบบจำลองอ้างอิง วางต้นพืชบนพื้นผิวสีขาว โดยต้นหนึ่งเคลือบด้วยสารช่วยการเจริญเติบโตทางการเกษตร (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Colombia) เพื่อจำลองการเปิดของปากใบทั้งหมด [โหมดเปียก (Twet)] และอีกต้นหนึ่งเป็นใบที่ไม่ได้รับการเคลือบใดๆ [โหมดแห้ง (Tdry)] (Castro -Duque et al., 2020) ระยะห่างระหว่างกล้องกับกระถางขณะถ่ายทำคือ 1 เมตร
ดัชนีความทนทานสัมพัทธ์คำนวณโดยอ้อมโดยใช้ค่าการนำไฟฟ้าของปากใบ (gs) ของพืชที่ได้รับการบำบัดเปรียบเทียบกับพืชควบคุม (พืชที่ไม่ได้รับการบำบัดด้วยความเครียดและมีการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโต) เพื่อกำหนดความทนทานของสายพันธุ์ที่ได้รับการบำบัดที่ประเมินในงานวิจัยนี้ RTI ได้รับโดยใช้สมการที่ดัดแปลงมาจาก Chávez-Arias et al. (2020)
ในการทดลองแต่ละครั้ง ตัวแปรทางสรีรวิทยาที่กล่าวถึงข้างต้นทั้งหมดถูกวัดและบันทึกไว้ที่ 55 วันหลังการงอก โดยใช้ใบที่เจริญเติบโตเต็มที่ซึ่งเก็บจากส่วนบนของทรงพุ่ม นอกจากนี้ การวัดยังดำเนินการในห้องควบคุมการเจริญเติบโตเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมที่พืชเจริญเติบโต
ข้อมูลจากการทดลองครั้งที่หนึ่งและครั้งที่สองถูกวิเคราะห์ร่วมกันเป็นชุดการทดลอง แต่ละกลุ่มทดลองประกอบด้วยพืช 5 ต้น และแต่ละต้นถือเป็นหน่วยทดลอง ทำการวิเคราะห์ความแปรปรวน (ANOVA) (P ≤ 0.05) เมื่อตรวจพบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ จะใช้การทดสอบเปรียบเทียบแบบ Tukey หลังการวิเคราะห์ที่ P ≤ 0.05 ใช้ฟังก์ชัน arcsine ในการแปลงค่าเปอร์เซ็นต์ วิเคราะห์ข้อมูลโดยใช้ซอฟต์แวร์ Statistix v 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) และสร้างกราฟโดยใช้ SigmaPlot (เวอร์ชัน 10.0; Systat Software, San Jose, CA, USA) ทำการวิเคราะห์องค์ประกอบหลักโดยใช้ซอฟต์แวร์ InfoStat 2016 (Analysis Software, National University of Cordoba, Argentina) เพื่อระบุสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชที่ดีที่สุดในการศึกษา
ตารางที่ 1 สรุปผลการวิเคราะห์ความแปรปรวน (ANOVA) ที่แสดงการทดลอง การบำบัดที่แตกต่างกัน และปฏิสัมพันธ์ระหว่างการบำบัดกับรงควัตถุสังเคราะห์แสงในใบ (คลอโรฟิลล์เอ บี รวม และแคโรทีนอยด์) มาลอนไดอัลดีไฮด์ (MDA) และปริมาณโพรลีน รวมถึงการนำไฟฟ้าของปากใบ ผลกระทบของ gs ปริมาณน้ำสัมพัทธ์ (RWC) ปริมาณคลอโรฟิลล์ พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์อัลฟา อุณหภูมิทรงพุ่ม (PCT) (°C) ดัชนีความเครียดของพืช (CSI) และดัชนีความทนทานสัมพัทธ์ของต้นข้าวที่ 55 วันหลังปลูก (DAE)
ตารางที่ 1 สรุปข้อมูล ANOVA เกี่ยวกับตัวแปรทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของข้าวระหว่างการทดลอง (พันธุ์ข้าว) และการบำบัดด้วยความเครียดจากความร้อน
ความแตกต่าง (P≤0.01) ในปฏิสัมพันธ์ของรงควัตถุสังเคราะห์แสงในใบ ปริมาณคลอโรฟิลล์สัมพัทธ์ (ค่าที่วัดได้จากใบ) และพารามิเตอร์การเรืองแสงของอัลฟาคลอโรฟิลล์ระหว่างการทดลองและวิธีการบำบัดแสดงไว้ในตารางที่ 2 อุณหภูมิกลางวันและกลางคืนที่สูงขึ้นทำให้ปริมาณคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์รวมเพิ่มขึ้น ต้นกล้าข้าวที่ไม่ได้รับการฉีดพ่นฮอร์โมนพืชทางใบ (2.36 มก./กรัม สำหรับ “F67” และ 2.56 มก./กรัม สำหรับ “F2000”) เมื่อเทียบกับต้นกล้าที่ปลูกภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสม (2.67 มก./กรัม)) แสดงให้เห็นปริมาณคลอโรฟิลล์รวมที่ต่ำกว่า ในทั้งสองการทดลอง “F67” มีค่า 2.80 มก./กรัม และ “F2000” มีค่า 2.80 มก./กรัม นอกจากนี้ ต้นกล้าข้าวที่ได้รับการบำบัดด้วยการพ่นสาร AUX และ GA ร่วมกันภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อน ยังแสดงให้เห็นถึงปริมาณคลอโรฟิลล์ที่ลดลงในทั้งสองสายพันธุ์ (AUX = 1.96 มก./ก. และ GA = 1.45 มก./ก. สำหรับ “F67” ; AUX = 1.96 มก./ก. และ GA = 1.45 มก./ก. สำหรับ “F67”; AUX = 2.24 มก.) และ GA = 1.43 มก./ก. (สำหรับ “F2000”) ภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อน ภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อน การพ่นสาร BR ทางใบส่งผลให้ค่าตัวแปรนี้เพิ่มขึ้นเล็กน้อยในทั้งสองสายพันธุ์ สุดท้าย การพ่นสารควบคุม (CK) ทางใบแสดงค่ารงควัตถุสังเคราะห์แสงสูงสุดในบรรดาการบำบัดทั้งหมด (AUX, GA, BR, SC และ AC) ในสายพันธุ์ F67 (3.24 มก./ก.) และ F2000 (3.65 มก./ก.) ปริมาณคลอโรฟิลล์สัมพัทธ์ (หน่วยต่อใบ) ลดลงเช่นกันเมื่อได้รับความเครียดจากความร้อนร่วมกัน ค่าสูงสุดถูกบันทึกไว้ในพืชที่ฉีดพ่นด้วย CC ในทั้งสองสายพันธุ์ (41.66 สำหรับ “F67” และ 49.30 สำหรับ “F2000”) ค่า Fv และอัตราส่วน Fv/Fm แสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการทดลองและสายพันธุ์ (ตารางที่ 2) โดยรวมแล้ว ในบรรดาตัวแปรเหล่านี้ สายพันธุ์ F67 มีความไวต่อความเครียดจากความร้อนน้อยกว่าสายพันธุ์ F2000 ค่า Fv และอัตราส่วน Fv/Fm ได้รับผลกระทบมากกว่าในการทดลองครั้งที่สอง ต้นกล้า 'F2000' ที่ได้รับความเครียดและไม่ได้รับการฉีดพ่นด้วยฮอร์โมนพืชใดๆ มีค่า Fv ต่ำที่สุด (2120.15) และอัตราส่วน Fv/Fm ต่ำที่สุด (0.59) แต่การฉีดพ่นทางใบด้วย CK ช่วยฟื้นฟูค่าเหล่านี้ (Fv: 2591.89, อัตราส่วน Fv/Fm: 0.73) โดยได้ค่าที่คล้ายคลึงกับที่บันทึกไว้ในต้น “F2000” ที่ปลูกภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสม (Fv: 2955.35, อัตราส่วน Fv/Fm: 0.73:0.72) ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในค่าการเรืองแสงเริ่มต้น (F0), ค่าการเรืองแสงสูงสุด (Fm), ผลผลิตควอนตัมทางเคมีแสงสูงสุดของ PSII (Fv/F0) และอัตราส่วน Fm/F0 สุดท้าย BR แสดงแนวโน้มที่คล้ายคลึงกับที่สังเกตได้ใน CK (Fv 2545.06, อัตราส่วน Fv/Fm 0.73)
ตารางที่ 2 ผลกระทบของความเครียดจากความร้อนแบบผสมผสาน (40°C กลางวัน/30°C กลางคืน) ต่อรงควัตถุสังเคราะห์แสงในใบ [คลอโรฟิลล์รวม (Chl Total), คลอโรฟิลล์เอ (Chl a), คลอโรฟิลล์บี (Chl b) และแคโรทีนอยด์ Cx+c], ปริมาณคลอโรฟิลล์สัมพัทธ์ (หน่วย Atliff), พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ (การเรืองแสงเริ่มต้น (F0), การเรืองแสงสูงสุด (Fm), การเรืองแสงแปรผัน (Fv), ประสิทธิภาพ PSII สูงสุด (Fv/Fm), ผลผลิตควอนตัมทางเคมีแสงสูงสุดของ PSII (Fv/F0) และ Fm/F0 ในต้นข้าวสองสายพันธุ์ [Federrose 67 (F67) และ Federrose 2000 (F2000)] 55 วันหลังงอก (DAE))
ปริมาณน้ำสัมพัทธ์ (RWC) ของต้นข้าวที่ได้รับการบำบัดแตกต่างกัน แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (P ≤ 0.05) ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการบำบัดทางใบ (รูปที่ 1A) เมื่อได้รับการบำบัดด้วย SA ค่าที่ต่ำที่สุดถูกบันทึกไว้สำหรับทั้งสองสายพันธุ์ (74.01% สำหรับ F67 และ 76.6% สำหรับ F2000) ภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อน RWC ของต้นข้าวทั้งสองสายพันธุ์ที่ได้รับการบำบัดด้วยฮอร์โมนพืชที่แตกต่างกันเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยรวมแล้ว การฉีดพ่นทางใบด้วย CK, GA, AUX หรือ BR เพิ่ม RWC ให้มีค่าใกล้เคียงกับต้นข้าวที่ปลูกภายใต้สภาวะที่เหมาะสมในระหว่างการทดลอง ต้นข้าวที่ควบคุมอย่างสมบูรณ์และต้นข้าวที่ฉีดพ่นทางใบมีค่าประมาณ 83% สำหรับทั้งสองสายพันธุ์ ในทางกลับกัน gs ยังแสดงให้เห็นถึงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (P ≤ 0.01) ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการบำบัด (รูปที่ 1B) ต้นข้าวกลุ่มควบคุม (AC) มีค่าสูงสุดสำหรับแต่ละสายพันธุ์ (440.65 มิลลิโมล ตร.ม./วินาที สำหรับ F67 และ 511.02 มิลลิโมล ตร.ม./วินาที สำหรับ F2000) ส่วนต้นข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อนเพียงอย่างเดียวมีค่า gs ต่ำที่สุดสำหรับทั้งสองสายพันธุ์ (150.60 มิลลิโมล ตร.ม./วินาที สำหรับ F67 และ 171.32 มิลลิโมล ตร.ม./วินาที สำหรับ F2000) การฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชทุกชนิดทางใบก็ทำให้ค่า g เพิ่มขึ้นเช่นกัน สำหรับต้นข้าว F2000 ที่ฉีดพ่นด้วย CC ผลของการฉีดพ่นฮอร์โมนพืชทางใบนั้นชัดเจนกว่า กลุ่มต้นข้าวนี้ไม่มีความแตกต่างเมื่อเทียบกับต้นข้าวกลุ่มควบคุม (AC 511.02 และ CC 499.25 มิลลิโมล ตร.ม./วินาที)
รูปที่ 1 ผลกระทบของความเครียดจากความร้อนแบบผสมผสาน (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) ต่อปริมาณน้ำสัมพัทธ์ (RWC) (A), การนำไฟฟ้าของปากใบ (gs) (B), การผลิตมาลอนไดอัลดีไฮด์ (MDA) (C) และปริมาณโพรลีน (D) ในต้นข้าวสองสายพันธุ์ (F67 และ F2000) ที่อายุ 55 วันหลังงอก (DAE) การทดลองที่ประเมินสำหรับแต่ละสายพันธุ์ประกอบด้วย: กลุ่มควบคุม (AC), กลุ่มควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC), ความเครียดจากความร้อน + ออกซิน (AUX), ความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน (GA), ความเครียดจากความร้อน + ไมโทเจนเซลล์ (CK) และความเครียดจากความร้อน + บราสซิโนสเตียรอยด์ (BR) แต่ละคอลัมน์แสดงค่าเฉลี่ย ± ค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของข้อมูลห้าจุด (n = 5) คอลัมน์ที่มีตัวอักษรต่างกันแสดงถึงความแตกต่างทางสถิติอย่างมีนัยสำคัญตามการทดสอบของ Tukey (P ≤ 0.05) ตัวอักษรที่มีเครื่องหมายเท่ากับแสดงว่าค่าเฉลี่ยไม่มีความแตกต่างทางสถิติอย่างมีนัยสำคัญ (≤ 0.05)
ปริมาณ MDA (P ≤ 0.01) และโพรลีน (P ≤ 0.01) ยังแสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการรักษาด้วยไฟโตฮอร์โมน (รูปที่ 1C, D) พบว่าการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมันเพิ่มขึ้นเมื่อได้รับการรักษาด้วย SC ในทั้งสองสายพันธุ์ (รูปที่ 1C) อย่างไรก็ตาม พืชที่ได้รับการฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของใบแสดงให้เห็นการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมันลดลงในทั้งสองสายพันธุ์ โดยทั่วไปแล้ว การใช้ไฟโตฮอร์โมน (CA, AUC, BR หรือ GA) จะนำไปสู่การลดลงของการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมัน (ปริมาณ MDA) ไม่พบความแตกต่างระหว่างต้น AC ของสองจีโนไทป์และต้นที่ได้รับความเครียดจากความร้อนและฉีดพ่นด้วยไฟโตฮอร์โมน (ค่า FW ที่สังเกตได้ในต้น “F67” อยู่ในช่วง 4.38–6.77 µmol g-1 และในต้น “F2000” ค่าที่สังเกตได้อยู่ในช่วง 2.84 ถึง 9.18 µmol g-1) ในทางกลับกัน การสังเคราะห์โพรลีนในต้น “F67” ต่ำกว่าในต้น “F2000” ภายใต้ความเครียดร่วมกัน ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของการผลิตโพรลีน ในต้นข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อน ในทั้งสองการทดลอง พบว่าการให้ฮอร์โมนเหล่านี้ช่วยเพิ่มปริมาณกรดอะมิโนในต้น F2000 อย่างมีนัยสำคัญ (AUX และ BR เท่ากับ 30.44 และ 18.34 µmol g-1 ตามลำดับ) (รูปที่ 1G)
ผลกระทบของการฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชทางใบและภาวะเครียดจากความร้อนร่วมกันต่ออุณหภูมิทรงพุ่มและดัชนีความทนทานสัมพัทธ์ (RTI) แสดงในรูปที่ 2A และ 2B สำหรับทั้งสองสายพันธุ์ อุณหภูมิทรงพุ่มของต้น AC อยู่ใกล้เคียงกับ 27°C และของต้น SC อยู่ประมาณ 28°C นอกจากนี้ยังพบว่าการฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโต (CK) และสารควบคุมการสังเคราะห์แสง (BR) ทางใบส่งผลให้อุณหภูมิทรงพุ่มลดลง 2–3°C เมื่อเทียบกับต้น SC (รูปที่ 2A) RTI แสดงพฤติกรรมคล้ายกับตัวแปรทางสรีรวิทยาอื่นๆ โดยแสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (P ≤ 0.01) ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการรักษา (รูปที่ 2B) ต้น SC แสดงความทนทานต่อความร้อนต่ำกว่าในทั้งสองสายพันธุ์ (34.18% และ 33.52% สำหรับต้นข้าว “F67” และ “F2000” ตามลำดับ) การให้ฮอร์โมนพืชทางใบช่วยปรับปรุง RTI ในพืชที่ได้รับความเครียดจากอุณหภูมิสูง ผลกระทบนี้เด่นชัดมากขึ้นในต้นข้าวพันธุ์ “F2000” ที่ฉีดพ่นด้วย CC ซึ่งมีค่า RTI เท่ากับ 97.69 ในทางกลับกัน ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญพบได้เฉพาะในดัชนีความเครียดของผลผลิต (CSI) ของต้นข้าวภายใต้สภาวะความเครียดจากการฉีดพ่นทางใบ (P ≤ 0.01) (รูปที่ 2B) มีเพียงต้นข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนเท่านั้นที่แสดงค่าดัชนีความเครียดสูงสุด (0.816) เมื่อต้นข้าวถูกฉีดพ่นด้วยฮอร์โมนพืชชนิดต่างๆ ดัชนีความเครียดจะต่ำกว่า (ค่าตั้งแต่ 0.6 ถึง 0.67) สุดท้าย ต้นข้าวที่ปลูกภายใต้สภาวะที่เหมาะสมมีค่าเท่ากับ 0.138
รูปที่ 2 ผลกระทบของความเครียดจากความร้อนแบบผสมผสาน (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) ต่ออุณหภูมิทรงพุ่ม (A) ดัชนีความทนทานสัมพัทธ์ (RTI) (B) และดัชนีความเครียดของพืช (CSI) (C) ของพืชสองชนิด ข้าวพันธุ์การค้า (F67 และ F2000) ถูกนำไปทดสอบด้วยความร้อนในรูปแบบต่างๆ การทดสอบที่ประเมินสำหรับแต่ละพันธุ์ประกอบด้วย: กลุ่มควบคุม (AC), กลุ่มควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC), ความเครียดจากความร้อน + ออกซิน (AUX), ความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน (GA), ความเครียดจากความร้อน + ไมโทเจนเซลล์ (CK) และความเครียดจากความร้อน + บราสซิโนสเตียรอยด์ (BR) ความเครียดจากความร้อนแบบผสมผสานเกี่ยวข้องกับการให้ต้นข้าวสัมผัสกับอุณหภูมิสูงทั้งกลางวันและกลางคืน (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) แต่ละคอลัมน์แสดงค่าเฉลี่ย ± ค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของข้อมูลห้าจุด (n = 5) คอลัมน์ที่มีตัวอักษรต่างกันแสดงถึงความแตกต่างทางสถิติอย่างมีนัยสำคัญตามการทดสอบของ Tukey (P ≤ 0.05) ตัวอักษรที่มีเครื่องหมายเท่ากับแสดงว่าค่าเฉลี่ยไม่มีนัยสำคัญทางสถิติ (≤ 0.05)
การวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (PCA) พบว่าตัวแปรที่ประเมิน ณ 55 วันหลังการปลูก (DAE) สามารถอธิบายการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของต้นข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อนและฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตได้ 66.1% (รูปที่ 3) เวกเตอร์แทนตัวแปร และจุดแทนสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (GRs) เวกเตอร์ของ gs ปริมาณคลอโรฟิลล์ ประสิทธิภาพควอนตัมสูงสุดของ PSII (Fv/Fm) และพารามิเตอร์ทางชีวเคมี (TChl, MDA และโพรลีน) อยู่ในมุมที่ใกล้เคียงกับจุดกำเนิด ซึ่งบ่งชี้ถึงความสัมพันธ์สูงระหว่างพฤติกรรมทางสรีรวิทยาของพืชกับตัวแปรเหล่านั้น กลุ่มหนึ่ง (V) ประกอบด้วยต้นกล้าข้าวที่ปลูกในอุณหภูมิที่เหมาะสม (AT) และต้น F2000 ที่ได้รับการรักษาด้วย CK และ BA ในขณะเดียวกัน ต้นส่วนใหญ่ที่ได้รับการรักษาด้วย GR จะรวมกันเป็นกลุ่มแยกต่างหาก (IV) และการรักษาด้วย GA ใน F2000 จะรวมกันเป็นกลุ่มแยกต่างหาก (II) ในทางตรงกันข้าม ต้นกล้าข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อน (กลุ่มที่ 1 และ 3) โดยไม่ได้รับการฉีดพ่นฮอร์โมนพืชทางใบ (ทั้งสองสายพันธุ์เป็น SC) ตั้งอยู่ในบริเวณตรงข้ามกับกลุ่มที่ 5 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของความเครียดจากความร้อนต่อสรีรวิทยาของพืช
รูปที่ 3 การวิเคราะห์เชิงเปรียบเทียบผลกระทบของความเครียดจากความร้อนแบบผสมผสาน (40°C กลางวัน/30°C กลางคืน) ต่อต้นข้าวสองสายพันธุ์ (F67 และ F2000) ที่อายุ 55 วันหลังงอก (DAE) คำย่อ: AC F67, กลุ่มควบคุม F67 อย่างสมบูรณ์; SC F67, กลุ่มควบคุมความเครียดจากความร้อน F67; AUX F67, กลุ่มความเครียดจากความร้อน + ออกซิน F67; GA F67, กลุ่มความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน F67; CK F67, กลุ่มความเครียดจากความร้อน + การแบ่งเซลล์ BR F67, กลุ่มความเครียดจากความร้อน + บราสซิโนสเตียรอยด์ F67; AC F2000, กลุ่มควบคุม F2000 อย่างสมบูรณ์; SC F2000, กลุ่มควบคุมความเครียดจากความร้อน F2000; AUX F2000, กลุ่มความเครียดจากความร้อน + ออกซิน F2000; GA F2000, กลุ่มความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน F2000; CK F2000, ความเครียดจากความร้อน + ไซโตไคนิน, BR F2000, ความเครียดจากความร้อน + สเตียรอยด์ทองเหลือง; F2000
ตัวแปรต่างๆ เช่น ปริมาณคลอโรฟิลล์ การนำไฟฟ้าของปากใบ อัตราส่วน Fv/Fm ดัชนี CSI, MDA, RTI และปริมาณโพรลีน สามารถช่วยให้เข้าใจการปรับตัวของพันธุ์ข้าวและประเมินผลกระทบของกลยุทธ์ทางการเกษตรภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อน (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021) วัตถุประสงค์ของการทดลองนี้คือการประเมินผลของการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตสี่ชนิดต่อพารามิเตอร์ทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของต้นกล้าข้าวภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน การทดสอบต้นกล้าเป็นวิธีการที่ง่ายและรวดเร็วสำหรับการประเมินต้นข้าวพร้อมกันโดยขึ้นอยู่กับขนาดหรือสภาพของโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ (Sarsu et al. 2018) ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าความเครียดจากความร้อนแบบผสมผสานทำให้เกิดการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีที่แตกต่างกันในพันธุ์ข้าวทั้งสองพันธุ์ ซึ่งบ่งชี้ถึงกระบวนการปรับตัว ผลลัพธ์เหล่านี้ยังบ่งชี้ว่า การฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตทางใบ (ส่วนใหญ่เป็นไซโตไคนินและบราสซิโนสเตียรอยด์) ช่วยให้ข้าวปรับตัวเข้ากับภาวะความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนได้ โดยส่งผลดีต่อค่า gs, RWC, อัตราส่วน Fv/Fm, รงควัตถุสังเคราะห์แสง และปริมาณโพรลีนเป็นหลัก
การใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตช่วยปรับปรุงสถานะน้ำของต้นข้าวภายใต้ภาวะความเครียดจากความร้อน ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับความเครียดที่สูงขึ้นและอุณหภูมิทรงพุ่มที่ต่ำลง งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าในกลุ่มต้นข้าวพันธุ์ “F2000” (พันธุ์ที่อ่อนแอ) ต้นข้าวที่ได้รับการบำบัดด้วย CK หรือ BR เป็นหลัก มีค่า gs สูงกว่าและค่า PCT ต่ำกว่าต้นข้าวที่ได้รับการบำบัดด้วย SC งานวิจัยก่อนหน้านี้ยังแสดงให้เห็นว่า gs และ PCT เป็นตัวบ่งชี้ทางสรีรวิทยาที่แม่นยำซึ่งสามารถระบุการตอบสนองในการปรับตัวของต้นข้าวและผลกระทบของกลยุทธ์ทางการเกษตรต่อความเครียดจากความร้อนได้ (Restrepo-Diaz และ Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero-Carr DeLong et al., 2021) ไซโคลไซคลิน (CK) หรือโบรไมด์ (BR) ที่ฉีดพ่นลงบนใบช่วยเพิ่มความทนทานต่อความเครียด เนื่องจากฮอร์โมนพืชเหล่านี้สามารถกระตุ้นการเปิดปากใบผ่านปฏิกิริยาสังเคราะห์กับโมเลกุลส่งสัญญาณอื่นๆ เช่น เอบาเมต (ABA) (ตัวกระตุ้นการปิดปากใบภายใต้ความเครียดจากปัจจัยทางชีวภาพ) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013, 2014) การเปิดปากใบช่วยลดอุณหภูมิของใบและลดอุณหภูมิของทรงพุ่ม (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021) ด้วยเหตุผลเหล่านี้ อุณหภูมิของทรงพุ่มของต้นข้าวที่ฉีดพ่นด้วย CK หรือ BR อาจต่ำลงภายใต้ความเครียดจากความร้อนร่วมกัน
ความเครียดจากอุณหภูมิสูงสามารถลดปริมาณรงควัตถุสังเคราะห์แสงในใบได้ (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018) ในการศึกษาครั้งนี้ เมื่อต้นข้าวได้รับความเครียดจากความร้อนและไม่ได้ฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชใดๆ ปริมาณรงควัตถุสังเคราะห์แสงมีแนวโน้มลดลงในทั้งสองสายพันธุ์ (ตารางที่ 2) Feng et al. (2013) ยังรายงานว่าปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบของข้าวสาลีสองสายพันธุ์ที่ได้รับความเครียดจากความร้อนลดลงอย่างมีนัยสำคัญ การได้รับอุณหภูมิสูงมักส่งผลให้ปริมาณคลอโรฟิลล์ลดลง ซึ่งอาจเกิดจากการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ลดลง การเสื่อมสภาพของรงควัตถุ หรือผลกระทบร่วมกันภายใต้ความเครียดจากความร้อน (Fahad et al., 2017) อย่างไรก็ตาม ต้นข้าวที่ได้รับการบำบัดด้วย CK และ BA เป็นหลัก มีความเข้มข้นของรงควัตถุสังเคราะห์แสงในใบเพิ่มขึ้นภายใต้ความเครียดจากความร้อน ผลลัพธ์ที่คล้ายกันนี้ยังได้รับการรายงานโดย Jespersen และ Huang (2015) และ Suchsagunpanit et al. (2015) ซึ่งสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบหลังจากใช้ฮอร์โมนซีเอตินและอีพิบราสซิโนสเตียรอยด์ในหญ้าเบนท์กราสและข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อนตามลำดับ คำอธิบายที่สมเหตุสมผลว่าทำไม CK และ BR จึงส่งเสริมการเพิ่มขึ้นของปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบภายใต้ความเครียดจากความร้อนร่วมกันคือ CK อาจช่วยเพิ่มการเริ่มต้นของการเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่องของโปรโมเตอร์การแสดงออก (เช่น โปรโมเตอร์กระตุ้นการชราภาพ (SAG12) หรือโปรโมเตอร์ HSP18) และลดการสูญเสียคลอโรฟิลล์ในใบ ชะลอการชราภาพของใบและเพิ่มความต้านทานของพืชต่อความร้อน (Liu et al., 2020) BR สามารถปกป้องคลอโรฟิลล์ในใบและเพิ่มปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบโดยการกระตุ้นหรือเหนี่ยวนำการสังเคราะห์เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ภายใต้สภาวะความเครียด (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018) สุดท้ายนี้ ฮอร์โมนพืชสองชนิด (CK และ BR) ยังส่งเสริมการแสดงออกของโปรตีนช็อกความร้อนและปรับปรุงกระบวนการปรับตัวทางเมตาบอลิซึมต่างๆ เช่น การเพิ่มการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020)
พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์เอเป็นวิธีการที่รวดเร็วและไม่ทำลายพืช ซึ่งสามารถประเมินความทนทานหรือการปรับตัวของพืชต่อสภาวะความเครียดจากปัจจัยทางกายภาพได้ (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017) พารามิเตอร์เช่นอัตราส่วน Fv/Fm ถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้การปรับตัวของพืชต่อสภาวะความเครียด (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020) ในการศึกษาครั้งนี้ พืช SC แสดงค่าตัวแปรนี้ต่ำที่สุด โดยส่วนใหญ่เป็นข้าวพันธุ์ “F2000” Yin et al. (2010) ยังพบว่าอัตราส่วน Fv/Fm ของใบข้าวที่มีการแตกกอสูงสุดลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิสูงกว่า 35°C ตามที่ Feng et al. (2013) อัตราส่วน Fv/Fm ที่ต่ำลงภายใต้ภาวะความเครียดจากความร้อนบ่งชี้ว่าอัตราการจับและการแปลงพลังงานกระตุ้นโดยศูนย์ปฏิกิริยา PSII ลดลง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าศูนย์ปฏิกิริยา PSII สลายตัวภายใต้ภาวะความเครียดจากความร้อน การสังเกตนี้ทำให้เราสรุปได้ว่าความผิดปกติในระบบสังเคราะห์แสงนั้นเด่นชัดกว่าในพันธุ์ที่ไวต่อความร้อน (Fedearroz 2000) มากกว่าในพันธุ์ที่ต้านทานต่อความร้อน (Fedearroz 67)
โดยทั่วไป การใช้ CK หรือ BR ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของ PSII ภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน ผลลัพธ์ที่คล้ายกันนี้ได้จาก Suchsagunpanit et al. (2015) ซึ่งสังเกตว่าการใช้ BR ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของ PSII ภายใต้ความเครียดจากความร้อนในข้าว Kumar et al. (2020) ยังพบว่าต้นถั่วชิกพีที่ได้รับการบำบัดด้วย CK (6-benzyladenine) และได้รับความเครียดจากความร้อนมีอัตราส่วน Fv/Fm เพิ่มขึ้น สรุปได้ว่าการฉีดพ่น CK ทางใบโดยการกระตุ้นวงจรเม็ดสีซีแซนทีนช่วยส่งเสริมกิจกรรมของ PSII นอกจากนี้ การฉีดพ่น BR ทางใบยังช่วยส่งเสริมการสังเคราะห์แสงของ PSII ภายใต้สภาวะความเครียดแบบผสมผสาน แสดงให้เห็นว่าการใช้ฮอร์โมนพืชนี้ส่งผลให้การกระจายพลังงานกระตุ้นของเสาอากาศ PSII ลดลงและส่งเสริมการสะสมของโปรตีนช็อกความร้อนขนาดเล็กในคลอโรพลาสต์ (Ogweno et al. 2008; Kothari and Lachowitz , 2021)
ปริมาณ MDA และโพรลีนมักเพิ่มขึ้นเมื่อพืชอยู่ภายใต้ความเครียดจากปัจจัยทางกายภาพเมื่อเทียบกับพืชที่ปลูกภายใต้สภาวะที่เหมาะสม (Alvarado-Sanabria et al. 2017) การศึกษาในอดีตยังแสดงให้เห็นว่าระดับ MDA และโพรลีนเป็นตัวบ่งชี้ทางชีวเคมีที่สามารถใช้เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการปรับตัวหรือผลกระทบของการปฏิบัติทางการเกษตรในข้าวภายใต้อุณหภูมิสูงในเวลากลางวันหรือกลางคืน (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al. , 2021) การศึกษาเหล่านี้ยังแสดงให้เห็นว่าปริมาณ MDA และโพรลีนมีแนวโน้มสูงขึ้นในต้นข้าวที่สัมผัสกับอุณหภูมิสูงในเวลากลางคืนหรือกลางวันตามลำดับ อย่างไรก็ตาม การฉีดพ่นทางใบด้วย CK และ BR มีส่วนทำให้ระดับ MDA ลดลงและระดับโพรลีนเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะในสายพันธุ์ที่ทนทาน (Federroz 67) สเปรย์ CK สามารถกระตุ้นการแสดงออกของไซโตไคนินออกซิเดส/ดีไฮโดรจีเนสมากเกินไป ส่งผลให้ปริมาณสารประกอบป้องกัน เช่น เบทาอีนและโพรลีนเพิ่มขึ้น (Liu et al., 2020) BR ส่งเสริมการเหนี่ยวนำสารปกป้องออสโมติก เช่น เบทาอีน น้ำตาล และกรดอะมิโน (รวมถึงโพรลีนอิสระ) ซึ่งช่วยรักษาสมดุลออสโมติกของเซลล์ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยหลายประการ (Kothari and Lachowiec, 2021)
ดัชนีความเครียดของพืช (Crop Stress Index, CSI) และดัชนีความทนทานสัมพัทธ์ (Relative Tolerance Index, RTI) ใช้ในการพิจารณาว่าการบำบัดที่กำลังประเมินช่วยบรรเทาความเครียดต่างๆ (ทั้งจากปัจจัยทางชีวภาพและอชีวภาพ) และมีผลดีต่อสรีรวิทยาของพืชหรือไม่ (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020) ค่า CSI สามารถอยู่ในช่วง 0 ถึง 1 ซึ่งแสดงถึงสภาวะที่ไม่เครียดและสภาวะเครียดตามลำดับ (Lee et al., 2010) ค่า CSI ของพืชที่ได้รับความเครียดจากความร้อน (SC) อยู่ในช่วง 0.8 ถึง 0.9 (รูปที่ 2B) ซึ่งบ่งชี้ว่าต้นข้าวได้รับผลกระทบในทางลบจากความเครียดแบบผสมผสาน อย่างไรก็ตาม การฉีดพ่นทางใบด้วย BC (0.6) หรือ CK (0.6) ส่วนใหญ่ทำให้ค่าตัวบ่งชี้นี้ลดลงภายใต้สภาวะความเครียดจากปัจจัยทางชีวภาพเมื่อเทียบกับต้นข้าว SC ในพืช F2000 ค่า RTI แสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นที่สูงกว่าเมื่อใช้ CA (97.69%) และ BC (60.73%) เมื่อเทียบกับ SA (33.52%) ซึ่งบ่งชี้ว่าสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้มีส่วนช่วยในการปรับปรุงการตอบสนองของข้าวต่อความทนทานต่อความร้อนสูงเกินไป ดัชนีเหล่านี้ได้รับการเสนอให้ใช้ในการจัดการสภาวะความเครียดในพืชชนิดต่างๆ การศึกษาที่ดำเนินการโดย Lee et al. (2010) แสดงให้เห็นว่าค่า CSI ของฝ้ายสองสายพันธุ์ภายใต้สภาวะขาดน้ำปานกลางอยู่ที่ประมาณ 0.85 ในขณะที่ค่า CSI ของสายพันธุ์ที่ได้รับการชลประทานอย่างดีอยู่ในช่วง 0.4 ถึง 0.6 สรุปได้ว่าดัชนีนี้เป็นตัวบ่งชี้การปรับตัวของสายพันธุ์ต่อสภาวะความเครียดจากน้ำ นอกจากนี้ Chavez-Arias et al. (2020) ได้ประเมินประสิทธิภาพของสารกระตุ้นสังเคราะห์ในฐานะกลยุทธ์การจัดการความเครียดแบบครบวงจรในพืช C. elegans และพบว่าพืชที่ฉีดพ่นด้วยสารประกอบเหล่านี้แสดงค่า RTI ที่สูงกว่า (65%) จากข้อมูลข้างต้น CK และ BR สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นกลยุทธ์ทางการเกษตรที่มุ่งเพิ่มความทนทานของข้าวต่อภาวะความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน เนื่องจากสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้กระตุ้นให้เกิดการตอบสนองทางชีวเคมีและสรีรวิทยาในเชิงบวก
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยข้าวในโคลอมเบียได้มุ่งเน้นไปที่การประเมินพันธุ์ข้าวที่ทนต่ออุณหภูมิสูงในเวลากลางวันหรือกลางคืน โดยใช้ลักษณะทางสรีรวิทยาหรือชีวเคมี (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021) อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิเคราะห์เทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริง ประหยัด และให้ผลกำไร ได้มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อเสนอการจัดการพืชแบบบูรณาการเพื่อปรับปรุงผลกระทบจากช่วงเวลาที่เกิดความเครียดจากความร้อนในประเทศ (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021) ดังนั้น การตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของต้นข้าวต่อความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน (40°C กลางวัน/30°C กลางคืน) ที่สังเกตได้ในการศึกษานี้ ชี้ให้เห็นว่าการฉีดพ่นทางใบด้วย CK หรือ BR อาจเป็นวิธีการจัดการพืชที่เหมาะสมเพื่อบรรเทาผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์จากช่วงเวลาที่เกิดความเครียดจากความร้อนปานกลาง การบำบัดเหล่านี้ช่วยเพิ่มความทนทานของข้าวทั้งสองสายพันธุ์ (CSI ต่ำและ RTI สูง) แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มทั่วไปของการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของพืชภายใต้ความเครียดจากความร้อนร่วมกัน การตอบสนองหลักของต้นข้าวคือปริมาณ GC, คลอโรฟิลล์ทั้งหมด, คลอโรฟิลล์ α และ β และแคโรทีนอยด์ลดลง นอกจากนี้ พืชยังได้รับความเสียหายจาก PSII (พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ลดลง เช่น อัตราส่วน Fv/Fm) และมีการเกิดออกซิเดชันของไขมันเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน เมื่อข้าวได้รับการบำบัดด้วย CK และ BR ผลกระทบเชิงลบเหล่านี้ลดลงและปริมาณโพรลีนเพิ่มขึ้น (รูปที่ 4)
รูปที่ 4 แบบจำลองเชิงแนวคิดของผลกระทบจากความเครียดจากความร้อนร่วมกับการฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชทางใบต่อต้นข้าว ลูกศรสีแดงและสีน้ำเงินแสดงถึงผลกระทบเชิงลบหรือเชิงบวกของการปฏิสัมพันธ์ระหว่างความเครียดจากความร้อนและการฉีดพ่น BR (brassinosteroid) และ CK (cytokinin) ทางใบ ต่อการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมี ตามลำดับ gs: ค่าการนำไฟฟ้าของปากใบ; Total Chl: ปริมาณคลอโรฟิลล์ทั้งหมด; Chl α: ปริมาณคลอโรฟิลล์ β; Cx+c: ปริมาณแคโรทีนอยด์;
โดยสรุป การตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีในงานวิจัยนี้บ่งชี้ว่า ต้นข้าวพันธุ์ Fedearroz 2000 มีความอ่อนไหวต่อภาวะความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนมากกว่าต้นข้าวพันธุ์ Fedearroz 67 สารควบคุมการเจริญเติบโตทั้งหมดที่ประเมินในงานวิจัยนี้ (ออกซิน จิบเบอเรลลิน ไซโตไคนิน หรือบราสซิโนสเตียรอยด์) แสดงให้เห็นถึงการลดความเครียดจากความร้อนแบบผสมผสานในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ไซโตไคนินและบราสซิโนสเตียรอยด์กระตุ้นให้พืชปรับตัวได้ดีกว่า เนื่องจากสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชทั้งสองชนิดนี้เพิ่มปริมาณคลอโรฟิลล์ พารามิเตอร์การเรืองแสงของอัลฟาคลอโรฟิลล์ ค่า gs และ RWC เมื่อเทียบกับต้นข้าวที่ไม่ได้รับการบำบัดใดๆ และยังลดปริมาณ MDA และอุณหภูมิทรงพุ่มอีกด้วย โดยสรุป เราจึงสรุปได้ว่า การใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (ไซโตไคนินและบราสซิโนสเตียรอยด์) เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการจัดการสภาวะความเครียดในพืชข้าวที่เกิดจากความเครียดจากความร้อนอย่างรุนแรงในช่วงที่มีอุณหภูมิสูง
เอกสารต้นฉบับที่ใช้ในการศึกษานี้ได้แนบมาพร้อมกับบทความแล้ว และหากมีข้อสงสัยเพิ่มเติม สามารถติดต่อผู้เขียนที่เกี่ยวข้องได้