สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชถูกนำมาใช้เป็นกลยุทธ์เพื่อลดความเครียดจากความร้อนในพืชต่างๆ

การผลิตข้าวลดลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและความแปรปรวนในโคลอมเบียสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชถูกนำมาใช้เป็นกลยุทธ์ในการลดความเครียดจากความร้อนในพืชหลายชนิด ดังนั้น วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือการประเมินผลกระทบทางสรีรวิทยา (ค่าการนำไฟฟ้าปากใบ ค่าการนำไฟฟ้าปากใบ ปริมาณคลอโรฟิลล์รวม อัตราส่วน Fv/Fm ของข้าวพันธุ์เชิงพาณิชย์สองสายพันธุ์ที่ได้รับความเครียดจากความร้อนร่วม (อุณหภูมิสูงทั้งกลางวันและกลางคืน) อุณหภูมิเรือนยอด และปริมาณน้ำสัมพัทธ์) และตัวแปรทางชีวเคมี (ค่ามาโลนไดอัลดีไฮด์ (MDA) และปริมาณกรดโพรลินิก) การทดลองแรกและครั้งที่สองดำเนินการโดยใช้ต้นข้าวพันธุ์เฟเดอร์โรส 67 (“F67”) และเฟเดอร์โรส 2000 (“F2000”) ตามลำดับ การทดลองทั้งสองได้รับการวิเคราะห์ร่วมกันเป็นชุดการทดลอง ชุดการทดลองที่กำหนดมีดังนี้: ชุดควบคุมสมบูรณ์ (AC) (ปลูกข้าวที่อุณหภูมิเหมาะสม (อุณหภูมิกลางวัน/กลางคืน 30/25°C)) และชุดควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC) [ปลูกข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อนร่วมเท่านั้น (40/25°C)] 30°C)] และต้นข้าวได้รับความเครียดและพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (ความเครียด + AUX, ความเครียด + BR, ความเครียด + CK หรือ ความเครียด + GA) สองครั้ง (5 วันก่อนและ 5 วันหลังความเครียดจากความร้อน) การพ่นด้วย SA เพิ่มปริมาณคลอโรฟิลล์ทั้งหมดของทั้งสองพันธุ์ (น้ำหนักสดของต้นข้าว “F67″ และ “F2000″ อยู่ที่ 3.25 และ 3.65 มก./ก. ตามลำดับ) เมื่อเปรียบเทียบกับต้นข้าว SC (น้ำหนักสดของต้น “F67″ อยู่ที่ 2.36 และ 2.56 มก.) )” และข้าว “F2000″ การพ่น CK ทางใบยังช่วยปรับปรุงการนำไฟฟ้าปากใบของต้นข้าว “F2000″ โดยทั่วไป (499.25 เทียบกับ 150.60 มิลลิโมล/ม.2วินาที) เมื่อเปรียบเทียบกับการควบคุมความเครียดจากความร้อน เมื่อได้รับความเครียดจากความร้อน อุณหภูมิของเรือนยอดลดลง 2–3 °C และปริมาณ MDA ในต้นข้าวลดลง ดัชนีความทนสัมพัทธ์แสดงให้เห็นว่าการพ่นสาร CK (97.69%) และ BR (60.73%) ทางใบสามารถช่วยบรรเทาปัญหาภาวะเครียดจากความร้อนร่วมได้ โดยเฉพาะในต้นข้าวพันธุ์ F2000 สรุปได้ว่า การพ่นสาร BR หรือ CK ทางใบถือเป็นกลยุทธ์ทางการเกษตรอย่างหนึ่งที่ช่วยลดผลกระทบเชิงลบจากภาวะเครียดจากความร้อนร่วมต่อพฤติกรรมทางสรีรวิทยาของต้นข้าว
ข้าว (Oryza sativa) เป็นพืชในวงศ์ Poaceae และเป็นหนึ่งในธัญพืชที่ปลูกมากที่สุดในโลก รองจากข้าวโพดและข้าวสาลี (Bajaj และ Mohanty, 2005) พื้นที่ปลูกข้าวอยู่ที่ 617,934 เฮกตาร์ และผลผลิตข้าวทั้งประเทศในปี 2563 อยู่ที่ 2,937,840 ตัน โดยมีผลผลิตเฉลี่ย 5.02 ตัน/เฮกตาร์ (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2564)
ภาวะโลกร้อนส่งผลกระทบต่อพืชผลข้าว นำไปสู่ความเครียดจากปัจจัยภายนอกต่างๆ เช่น อุณหภูมิสูงและช่วงภัยแล้ง การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้อุณหภูมิโลกสูงขึ้น คาดการณ์ว่าอุณหภูมิจะสูงขึ้น 1.0–3.7°C ในศตวรรษที่ 21 ซึ่งอาจเพิ่มความถี่และความรุนแรงของความเครียดจากความร้อน อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมที่สูงขึ้นส่งผลกระทบต่อข้าว ทำให้ผลผลิตลดลง 6–7% ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศยังนำไปสู่สภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยต่อพืชผล เช่น ช่วงภัยแล้งรุนแรงหรืออุณหภูมิสูงในเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน นอกจากนี้ เหตุการณ์แปรปรวน เช่น เอลนีโญ สามารถนำไปสู่ความเครียดจากความร้อนและทำให้พืชผลเสียหายรุนแรงขึ้นในบางเขตร้อน ในโคลอมเบีย อุณหภูมิในพื้นที่ปลูกข้าวคาดว่าจะเพิ่มขึ้น 2–2.5°C ภายในปี พ.ศ. 2593 ทำให้ผลผลิตข้าวลดลงและส่งผลกระทบต่อการไหลเวียนของผลผลิตไปยังตลาดและห่วงโซ่อุปทาน
ข้าวส่วนใหญ่ปลูกในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิใกล้เคียงกับช่วงที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเจริญเติบโตของพืช (Shah et al., 2011) มีรายงานว่าอุณหภูมิเฉลี่ยกลางวันและกลางคืนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเจริญเติบโตและพัฒนาการของข้าวโดยทั่วไปอุณหภูมิจะอยู่ที่ 28°C และ 22°C ตามลำดับ (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021) อุณหภูมิที่สูงเกินกว่าเกณฑ์เหล่านี้อาจทำให้เกิดภาวะเครียดจากความร้อนระดับปานกลางถึงรุนแรงในช่วงระยะการเจริญเติบโตของข้าวที่อ่อนไหว (การแตกกอ การออกดอก การออกดอก และการเติมเมล็ด) ซึ่งส่งผลเสียต่อผลผลิตข้าว การลดลงของผลผลิตนี้ส่วนใหญ่เกิดจากภาวะเครียดจากความร้อนเป็นระยะเวลานาน ซึ่งส่งผลต่อสรีรวิทยาของพืช เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของปัจจัยต่างๆ เช่น ระยะเวลาของภาวะเครียดและอุณหภูมิสูงสุดที่ถึง ภาวะเครียดจากความร้อนสามารถสร้างความเสียหายต่อกระบวนการเผาผลาญและการเจริญเติบโตของพืชอย่างถาวร
ความเครียดจากความร้อนส่งผลกระทบต่อกระบวนการทางสรีรวิทยาและชีวเคมีต่างๆ ในพืช การสังเคราะห์แสงของใบเป็นหนึ่งในกระบวนการที่ไวต่อความเครียดจากความร้อนมากที่สุดในต้นข้าว เนื่องจากอัตราการสังเคราะห์แสงลดลง 50% เมื่ออุณหภูมิในแต่ละวันสูงกว่า 35°C การตอบสนองทางสรีรวิทยาของต้นข้าวจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของความเครียดจากความร้อน ตัวอย่างเช่น อัตราการสังเคราะห์แสงและการนำไฟฟ้าของปากใบจะถูกยับยั้งเมื่อพืชสัมผัสกับอุณหภูมิสูงในตอนกลางวัน (33–40°C) หรืออุณหภูมิสูงในตอนกลางวันและกลางคืน (35–40°C ในตอนกลางวัน, 28–30°C) (C หมายถึงกลางคืน) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017) อุณหภูมิกลางคืนที่สูง (30°C) ทำให้เกิดการยับยั้งการสังเคราะห์แสงในระดับปานกลาง แต่เพิ่มการหายใจในเวลากลางคืน (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017) โดยไม่คำนึงถึงช่วงเวลาของความเครียด ความเครียดจากความร้อนยังส่งผลต่อปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบ อัตราส่วนของคลอโรฟิลล์ที่แปรผันต่อการเรืองแสงสูงสุดของคลอโรฟิลล์ (Fv/Fm) และการกระตุ้นของ Rubisco ในต้นข้าว (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010) (Sanchez Reynoso et al., 2014)
การเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีเป็นอีกแง่มุมหนึ่งของการปรับตัวของพืชต่อความเครียดจากความร้อน (Wahid et al., 2007) ปริมาณโพรลีนถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้ความเครียดทางชีวเคมีของพืช (Ahmed and Hassan 2011) โพรลีนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการเมแทบอลิซึมของพืช เนื่องจากทำหน้าที่เป็นแหล่งคาร์บอนหรือไนโตรเจน และเป็นตัวรักษาเสถียรภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง (Sánchez-Reinoso et al., 2014) อุณหภูมิสูงยังส่งผลต่อเสถียรภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านการเกิดลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของมาโลนไดอัลดีไฮด์ (MDA) (Wahid et al., 2007) ดังนั้น ปริมาณ MDA จึงถูกนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจความสมบูรณ์ของโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อน (Cao et al., 2009 ; Chavez-Arias et al., 2018) ในที่สุด ความเครียดจากความร้อนร่วม [37/30°C (กลางวัน/กลางคืน)] จะเพิ่มเปอร์เซ็นต์การรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์และปริมาณมาโลนไดอัลดีไฮด์ในข้าว (Liu et al., 2013)
การใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (GRs) ได้รับการประเมินว่าสามารถบรรเทาผลกระทบเชิงลบของความเครียดจากความร้อน เนื่องจากสารเหล่านี้มีบทบาทอย่างมากในการตอบสนองของพืชหรือกลไกการป้องกันทางสรีรวิทยาต่อความเครียดดังกล่าว (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011 ; Ahmed et al., 2015) การใช้ทรัพยากรพันธุกรรมจากภายนอกมีผลดีต่อการทนต่อความเครียดจากความร้อนในพืชผลหลายชนิด การศึกษาแสดงให้เห็นว่าฮอร์โมนพืช เช่น จิบเบอเรลลิน (GA), ไซโตไคนิน (CK), ออกซิน (AUX) หรือบราซิโนสเตอรอยด์ (BR) นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของตัวแปรทางสรีรวิทยาและชีวเคมีต่างๆ (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011 ; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014) ในโคลอมเบีย ยังไม่มีการศึกษาและทำความเข้าใจเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ทรัพยากรพันธุกรรมจากภายนอกและผลกระทบที่มีต่อต้นข้าวอย่างถ่องแท้ อย่างไรก็ตาม การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าการฉีดพ่น BR ทางใบสามารถปรับปรุงความทนทานของข้าวได้โดยการปรับปรุงคุณสมบัติการแลกเปลี่ยนก๊าซ ปริมาณคลอโรฟิลล์หรือโพรลีนในใบต้นกล้าข้าว (Quintero-Calderón et al., 2021)
ไซโตไคนินทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการตอบสนองของพืชต่อความเครียดจากสภาวะไร้ชีวิต รวมถึงความเครียดจากความร้อน (Ha et al., 2012) นอกจากนี้ ยังมีรายงานว่าการใช้ CK จากภายนอกสามารถลดความเสียหายจากความร้อนได้ ตัวอย่างเช่น การใช้ซีเอตินจากภายนอกช่วยเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสง ปริมาณคลอโรฟิลล์ a และ b และประสิทธิภาพในการขนส่งอิเล็กตรอนในหญ้าเบนท์คลาน (Agrotis estolonifera) ในช่วงที่เกิดความเครียดจากความร้อน (Xu and Huang, 2009; Jespersen and Huang, 2015) การใช้ซีเอตินจากภายนอกยังช่วยเพิ่มฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ เพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์โปรตีนหลายชนิด ลดความเสียหายจากอนุมูลอิสระออกซิเจน (ROS) และการผลิตมาโลนไดอัลดีไฮด์ (MDA) ในเนื้อเยื่อพืช (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009) , 2016; Kumar et al., 2020)
การใช้กรดจิบเบอเรลลิกยังแสดงให้เห็นถึงการตอบสนองเชิงบวกต่อความเครียดจากความร้อน งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์ GA เป็นตัวกลางในวิถีเมแทบอลิซึมต่างๆ และเพิ่มความทนทานต่อสภาวะอุณหภูมิสูง (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020) Abdel-Nabi et al. (2020) พบว่าการฉีดพ่น GA จากภายนอก (25 หรือ 50 มก.*ล.) ทางใบสามารถเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสงและฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระในต้นส้มที่เครียดจากความร้อนได้เมื่อเทียบกับต้นควบคุม นอกจากนี้ ยังพบว่าการฉีดพ่น HA จากภายนอกช่วยเพิ่มความชื้นสัมพัทธ์ ปริมาณคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ และลดการเกิดลิพิดเปอร์ออกซิเดชันในอินทผลัม (Phoenix dactylifera) ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อน (Khan et al., 2020) ออกซินยังมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการตอบสนองการเจริญเติบโตแบบปรับตัวต่อสภาวะอุณหภูมิสูง (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016) สารควบคุมการเจริญเติบโตนี้ทำหน้าที่เป็นเครื่องหมายทางชีวเคมีในกระบวนการต่างๆ เช่น การสังเคราะห์โปรลีนหรือการย่อยสลายภายใต้สภาวะความเครียดจากสภาวะไร้ชีวิต (Ali et al., 2007) นอกจากนี้ AUX ยังช่วยเพิ่มฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ซึ่งนำไปสู่การลดลงของ MDA ในพืชเนื่องจากการลดลงของ lipid peroxidation (Bielach et al., 2017) Sergeev et al. (2018) พบว่าในต้นถั่ว (Pisum sativum) ภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อน ปริมาณ proline – dimethylaminoethoxycarbonylmethyl)naphthylchloromethyl ether (TA-14) เพิ่มขึ้น ในการทดลองเดียวกันนี้ พวกเขายังพบว่าระดับ MDA ในพืชที่ได้รับการบำบัดลดลงเมื่อเทียบกับพืชที่ไม่ได้รับการบำบัดด้วย AUX
บราสซิโนสเตียรอยด์เป็นสารควบคุมการเจริญเติบโตอีกประเภทหนึ่งที่ใช้เพื่อบรรเทาผลกระทบจากความเครียดจากความร้อน Ogweno และคณะ (2008) รายงานว่าการฉีดพ่น BR จากภายนอกช่วยเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิ ค่าการนำไฟฟ้าปากใบ และอัตราสูงสุดของการคาร์บอกซิเลชัน Rubisco ในต้นมะเขือเทศ (Solanum lycopersicum) ภายใต้ความเครียดจากความร้อนเป็นเวลา 8 วัน การฉีดพ่น epibrassinosteroids ทางใบสามารถเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิของต้นแตงกวา (Cucumis sativus) ภายใต้ความเครียดจากความร้อนได้ (Yu และคณะ, 2004) นอกจากนี้ การฉีดพ่น BR จากภายนอกยังช่วยชะลอการย่อยสลายของคลอโรฟิลล์ เพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำ และผลผลิตควอนตัมสูงสุดของปฏิกิริยาเคมีแสง PSII ในพืชภายใต้ความเครียดจากความร้อน (Holá และคณะ, 2010; Toussagunpanit และคณะ, 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 ค่าการนำไฟฟ้าของปากใบ พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ ปริมาณคลอโรฟิลล์และน้ำสัมพัทธ์ การสังเคราะห์มาโลนไดอัลดีไฮด์และโพรลีน) เป็นเครื่องมือที่เชื่อถือได้สำหรับการคัดกรองต้นข้าวที่อยู่ภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อนทั้งในระดับท้องถิ่นและระดับนานาชาติ (Sánchez -Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; อย่างไรก็ตาม งานวิจัยเกี่ยวกับการใช้สารพ่นฮอร์โมนพืชทางใบในข้าวในระดับท้องถิ่นยังคงพบได้น้อย ดังนั้น การศึกษาปฏิกิริยาทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการนำเสนอกลยุทธ์ทางการเกษตรที่ใช้งานได้จริงสำหรับเรื่องนี้ เพื่อจัดการกับผลกระทบเชิงลบของช่วงภาวะเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนในข้าว ดังนั้น วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือการประเมินผลกระทบทางสรีรวิทยา (ค่าการนำไฟฟ้าของปากใบ พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ และปริมาณน้ำสัมพัทธ์) และผลทางชีวเคมีของการใช้สารพ่นทางใบเพื่อการเจริญเติบโตของพืชสี่ชนิด ตัวควบคุม (AUX, CK, GA และ BR) (เม็ดสีสังเคราะห์แสง ปริมาณมาโลนไดอัลดีไฮด์ และโพรลีน) ตัวแปรในข้าวพันธุ์เชิงพาณิชย์ 2 สายพันธุ์ที่ได้รับความเครียดจากความร้อนร่วมกัน (อุณหภูมิกลางวัน/กลางคืนสูง)
ในการศึกษานี้ ได้ทำการทดลองอิสระสองครั้ง โดยใช้จีโนไทป์ Federrose 67 (F67: จีโนไทป์ที่พัฒนาขึ้นในอุณหภูมิสูงในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา) และ Federrose 2000 (F2000: จีโนไทป์ที่พัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษสุดท้ายของศตวรรษที่ 20 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความต้านทานต่อไวรัสใบขาว) เป็นครั้งแรก การทดลองครั้งที่สอง จีโนไทป์ทั้งสองชนิดนี้เป็นที่ชื่นชอบของเกษตรกรชาวโคลอมเบีย เมล็ดถูกหว่านในถาดขนาด 10 ลิตร (ยาว 39.6 ซม. กว้าง 28.8 ซม. สูง 16.8 ซม.) ที่มีดินร่วนปนทรายและมีอินทรียวัตถุ 2% ในแต่ละถาดจะปลูกเมล็ดที่งอกแล้วจำนวน 5 เมล็ด พาเลทดังกล่าวถูกวางไว้ในเรือนกระจกของคณะวิทยาศาสตร์การเกษตร มหาวิทยาลัยแห่งชาติโคลอมเบีย วิทยาเขตโบโกตา (43°50′56″ N, 74°04′051″ W) ที่ระดับความสูง 2,556 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล (asl) ม. และดำเนินการตั้งแต่เดือนตุลาคมถึงธันวาคม 2562 การทดลองครั้งหนึ่ง (Federroz 67) และการทดลองครั้งที่สอง (Federroz 2000) ในฤดูกาลเดียวกันของปี 2563
สภาพแวดล้อมในเรือนกระจกในแต่ละฤดูปลูกมีดังนี้: อุณหภูมิกลางวันและกลางคืน 30/25°C ความชื้นสัมพัทธ์ 60-80% ช่วงแสงธรรมชาติ 12 ชั่วโมง (ปริมาณรังสีที่มีผลต่อการสังเคราะห์แสง 1500 ไมโครโมล (โฟตอน) m-2 s-) (1) เวลาเที่ยงวัน พืชได้รับปุ๋ยตามปริมาณธาตุอาหารแต่ละชนิด 20 วันหลังเมล็ดงอก (DAE) ตามข้อมูลของ Sánchez-Reinoso และคณะ (2019): ไนโตรเจน 670 มิลลิกรัมต่อต้น ฟอสฟอรัส 110 มิลลิกรัมต่อต้น โพแทสเซียม 350 มิลลิกรัมต่อต้น แคลเซียม 68 มิลลิกรัมต่อต้น แมกนีเซียม 20 มิลลิกรัมต่อต้น กำมะถัน 20 มิลลิกรัมต่อต้น ซิลิคอน 17 มิลลิกรัมต่อต้น พืชมีโบรอน 10 มิลลิกรัมต่อต้น ทองแดง 17 มิลลิกรัมต่อต้น และสังกะสี 44 มิลลิกรัมต่อต้น ต้นข้าวได้รับการดูแลที่อุณหภูมิสูงสุดถึง 47 วันต่อวันในแต่ละการทดลอง เมื่อต้นข้าวเข้าสู่ระยะฟีโนโลยี V5 ในช่วงเวลานี้ งานวิจัยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าระยะฟีโนโลยีนี้เป็นช่วงเวลาที่เหมาะสมในการศึกษาภาวะเครียดจากความร้อนในข้าว (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017)
ในแต่ละการทดลอง มีการพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของใบสองครั้งแยกกัน พ่นฮอร์โมนพืชชุดแรกก่อนการอบด้วยความร้อน 5 วัน (42 วัน) เพื่อเตรียมพืชให้พร้อมรับมือกับความเครียดจากสภาพแวดล้อม จากนั้นจึงพ่นฮอร์โมนพืชชุดที่สองหลังจากพืชได้รับความเครียดจากสภาพแวดล้อม 5 วัน (52 วัน) ใช้ฮอร์โมนพืชสี่ชนิด และคุณสมบัติของสารออกฤทธิ์แต่ละชนิดที่พ่นในการศึกษานี้แสดงไว้ในตารางเสริม 1 ความเข้มข้นของสารควบคุมการเจริญเติบโตของใบที่ใช้มีดังนี้: (i) ออกซิน (1-naphthylacetic acid: NAA) ที่ความเข้มข้น 5 × 10-5 M (ii) จิบเบอเรลลิน (5 × 10-5 M) (กรดจิบเบอเรลลิก: NAA); GA3); (iii) ไซโตไคนิน (ทรานส์-ซีเอติน) 1 × 10-5 M (iv) บราซิโนสเตียรอยด์ [Spirostan-6-one, 3,5-dihydroxy-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M เลือกความเข้มข้นเหล่านี้เพราะกระตุ้นการตอบสนองเชิงบวกและเพิ่มความต้านทานของพืชต่อความเครียดจากความร้อน (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017) ต้นข้าวที่ไม่ได้ฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชจะถูกบำบัดด้วยน้ำกลั่นเท่านั้น ต้นข้าวทั้งหมดถูกฉีดพ่นด้วยเครื่องพ่นมือ ฉีด H2O 20 มล. บนต้นข้าวเพื่อให้ชื้นที่ผิวใบด้านบนและด้านล่าง สเปรย์ทางใบทั้งหมดใช้สารเสริมฤทธิ์ทางการเกษตร (Agrotin, Bayer CropScience, Colombia) ที่ 0.1% (v/v) ระยะห่างระหว่างกระถางกับหัวพ่น 30 ซม.
การบำบัดภาวะเครียดจากความร้อนดำเนินการ 5 วันหลังจากการฉีดพ่นทางใบครั้งแรก (47 วันต่อวัน) ในแต่ละการทดลอง ต้นข้าวถูกย้ายจากเรือนกระจกไปยังห้องเพาะเลี้ยงขนาด 294 ลิตร (MLR-351H, Sanyo, IL, USA) เพื่อสร้างภาวะเครียดจากความร้อนหรือรักษาสภาพแวดล้อมเดิม (47 วันต่อวัน) การบำบัดภาวะเครียดจากความร้อนแบบผสมผสานดำเนินการโดยการตั้งอุณหภูมิห้องเพาะเลี้ยงให้อยู่ในอุณหภูมิกลางวัน/กลางคืนดังนี้: อุณหภูมิสูงในตอนกลางวัน [40°C เป็นเวลา 5 ชั่วโมง (ตั้งแต่ 11:00 ถึง 16:00 น.)] และอุณหภูมิกลางคืน [30°C เป็นเวลา 5 ชั่วโมง] เป็นเวลา 8 วันติดต่อกัน (ตั้งแต่ 19:00 ถึง 24:00 น.) อุณหภูมิและระยะเวลาที่พืชได้รับความร้อนถูกเลือกโดยอ้างอิงจากการศึกษาก่อนหน้านี้ (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017) ในทางกลับกัน กลุ่มของพืชที่ย้ายไปยังห้องเจริญเติบโตจะถูกเก็บไว้ในเรือนกระจกที่อุณหภูมิเดียวกัน (30°C ในระหว่างวัน/25°C ในตอนกลางคืน) เป็นเวลา 8 วันติดต่อกัน
เมื่อสิ้นสุดการทดลอง พบว่าได้กลุ่มทดลองดังต่อไปนี้: (i) สภาวะอุณหภูมิการเจริญเติบโต + การใช้น้ำกลั่น [การควบคุมสัมบูรณ์ (AC)], (ii) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้น้ำกลั่น [การควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC)], (iii) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้ออกซิน (AUX), (iv) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้จิบเบอเรลลิน (GA), (v) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้ไซโตไคนิน (CK) และ (vi) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้บราซิโนสเตียรอยด์ (BR) ภาคผนวก กลุ่มทดลองเหล่านี้ใช้สำหรับจีโนไทป์สองแบบ (F67 และ F2000) การทดลองทั้งหมดดำเนินการในรูปแบบสุ่มอย่างสมบูรณ์ โดยมี 5 ซ้ำ แต่ละซ้ำใช้ต้นพืชหนึ่งต้น แต่ละต้นใช้อ่านค่าตัวแปรที่กำหนดเมื่อสิ้นสุดการทดลอง การทดลองใช้เวลา 55 วัน
วัดค่าการนำไฟฟ้าปากใบ (gs) โดยใช้เครื่องวัดรูพรุนแบบพกพา (SC-1, METER Group Inc., สหรัฐอเมริกา) ในช่วง 0 ถึง 1,000 มิลลิโมลต่อตารางเมตรต่อวินาที (m2 s-1) โดยมีขนาดช่องเปิดของห้องเก็บตัวอย่าง 6.35 มิลลิเมตร การวัดค่าทำได้โดยการต่อหัววัดปากใบเข้ากับใบที่โตเต็มที่แล้ว โดยที่ยอดหลักของต้นพืชขยายเต็มที่ ในแต่ละการทดลอง จะมีการวัดค่า gs จากใบสามใบของแต่ละต้น ระหว่างเวลา 11.00 น. ถึง 16.00 น. และนำมาหาค่าเฉลี่ย
คำนวณหาค่า RWC ตามวิธีที่ Ghoulam และคณะ (2002) อธิบายไว้ แผ่นกระดาษที่ขยายเต็มที่ซึ่งใช้ในการหาค่า g ก็ถูกนำมาใช้ในการวัดค่า RWC เช่นกัน น้ำหนักสด (FW) คำนวณทันทีหลังการเก็บเกี่ยวโดยใช้เครื่องชั่งดิจิทัล จากนั้นนำใบไปใส่ในภาชนะพลาสติกที่เติมน้ำแล้วทิ้งไว้ในที่มืดที่อุณหภูมิห้อง (22°C) เป็นเวลา 48 ชั่วโมง จากนั้นชั่งน้ำหนักบนเครื่องชั่งดิจิทัลและบันทึกน้ำหนักที่ขยาย (TW) นำใบที่บวมไปอบแห้งที่อุณหภูมิ 75°C เป็นเวลา 48 ชั่วโมง และบันทึกน้ำหนักแห้ง (DW)
ปริมาณคลอโรฟิลล์สัมพัทธ์ถูกวัดโดยใช้เครื่องวัดคลอโรฟิลล์ (atLeafmeter, FT Green LLC, สหรัฐอเมริกา) และแสดงเป็นหน่วย atLeaf (Dey et al., 2016) ค่าประสิทธิภาพควอนตัมสูงสุดของ PSII (อัตราส่วน Fv/Fm) ถูกบันทึกโดยใช้เครื่องวัดฟลูออเรสเซนต์คลอโรฟิลล์แบบกระตุ้นต่อเนื่อง (Handy PEA, Hansatech Instruments, สหราชอาณาจักร) ใบถูกปรับให้เข้ากับความมืดโดยใช้ที่หนีบใบเป็นเวลา 20 นาทีก่อนการวัด Fv/Fm (Restrepo-Diaz and Garces-Varon, 2013) หลังจากปรับให้เข้ากับความมืดแล้ว จะวัดค่าพื้นฐาน (F0) และค่าฟลูออเรสเซนซ์สูงสุด (Fm) จากข้อมูลเหล่านี้ ได้คำนวณค่าการเรืองแสงแปรผัน (Fv = Fm – F0), อัตราส่วนของการเรืองแสงแปรผันต่อการเรืองแสงสูงสุด (Fv/Fm), ผลผลิตควอนตัมสูงสุดของโฟโตเคมี PSII (Fv/F0) และอัตราส่วน Fm/F0 (Baker, 2008; Lee et al., 2017) การอ่านค่าการเรืองแสงของคลอโรฟิลล์และคลอโรฟิลล์สัมพัทธ์ได้มาจากใบเดียวกันกับที่ใช้ในการวัด gs
เก็บตัวอย่างใบสดประมาณ 800 มิลลิกรัม โดยนำมาวิเคราะห์ทางชีวเคมี จากนั้นนำตัวอย่างใบมาทำให้เป็นเนื้อเดียวกันในไนโตรเจนเหลวและเก็บไว้เพื่อวิเคราะห์ต่อไป วิธีสเปกโตรเมตริกที่ใช้ในการประเมินปริมาณคลอโรฟิลล์ a, b และแคโรทีนอยด์ในเนื้อเยื่อ อ้างอิงจากวิธีการและสมการที่ Wellburn (1994) อธิบายไว้ ตัวอย่างเนื้อเยื่อใบ (30 มิลลิกรัม) ถูกเก็บและทำให้เป็นเนื้อเดียวกันในอะซิโตน 80% ปริมาตร 3 มิลลิลิตร จากนั้นนำตัวอย่างไปปั่นเหวี่ยง (รุ่น 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, สหรัฐอเมริกา) ที่ความเร็ว 5,000 รอบต่อนาที เป็นเวลา 10 นาที เพื่อแยกอนุภาคออก สารละลายส่วนบนถูกเจือจางจนมีปริมาตรสุดท้าย 6 มิลลิลิตร โดยเติมอะซิโตน 80% (Sims and Gamon, 2002) ปริมาณคลอโรฟิลล์ถูกกำหนดที่ 663 (คลอโรฟิลล์ a) และ 646 (คลอโรฟิลล์ b) นาโนเมตร และแคโรทีนอยด์ที่ 470 นาโนเมตร โดยใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA)
วิธีไทโอบาร์บิทูริกแอซิด (TBA) ซึ่งอธิบายโดยฮอดจ์สและคณะ (1999) ถูกนำมาใช้เพื่อประเมินการเกิดลิพิดเปอร์ออกซิเดชันของเยื่อหุ้มเซลล์ (MDA) เนื้อเยื่อใบประมาณ 0.3 กรัมถูกทำให้เป็นเนื้อเดียวกันในไนโตรเจนเหลว ตัวอย่างถูกปั่นเหวี่ยงที่ความเร็ว 5,000 รอบต่อนาที และวัดค่าการดูดกลืนแสงด้วยเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ที่ความยาวคลื่น 440, 532 และ 600 นาโนเมตร สุดท้าย ความเข้มข้นของ MDA ถูกคำนวณโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การสูญพันธุ์ (157 M mL−1)
ปริมาณโปรลีนในทุกขั้นตอนการทดลองคำนวณโดยใช้วิธีที่ Bates และคณะ (1973) อธิบายไว้ เติมสารละลายกรดซัลโฟซาลิไซลิกความเข้มข้น 3% ในน้ำ 10 มล. ลงในตัวอย่างที่เก็บไว้ แล้วกรองผ่านกระดาษกรองวอทแมน (หมายเลข 2) จากนั้นนำสารละลาย 2 มล. นี้ไปทำปฏิกิริยากับกรดนินไฮดริก 2 มล. และกรดอะซิติกเกลเชียล 2 มล. นำส่วนผสมไปแช่ในอ่างน้ำที่อุณหภูมิ 90 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง หยุดปฏิกิริยาโดยการบ่มบนน้ำแข็ง เขย่าหลอดทดลองอย่างแรงโดยใช้เครื่องเขย่าแบบวอร์เท็กซ์ แล้วละลายสารละลายที่ได้ในโทลูอีน 4 มล. ตรวจวัดค่าการดูดกลืนแสงที่ 520 นาโนเมตรโดยใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์เครื่องเดียวกับที่ใช้ในการหาปริมาณรงควัตถุสังเคราะห์แสง (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA)
วิธีการที่ Gerhards และคณะ (2016) อธิบายในการคำนวณอุณหภูมิเรือนยอดและค่า CSI ถ่ายภาพความร้อนด้วยกล้อง FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) ด้วยความแม่นยำ ±2°C เมื่อสิ้นสุดช่วงความเครียด วางพื้นผิวสีขาวไว้ด้านหลังต้นพืชเพื่อถ่ายภาพ อีกครั้งหนึ่ง โรงงานสองแห่งได้รับการพิจารณาให้เป็นแบบจำลองอ้างอิง พืชถูกวางบนพื้นผิวสีขาว โรงงานหนึ่งเคลือบด้วยสารเสริมทางการเกษตร (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Colombia) เพื่อจำลองการเปิดของปากใบทั้งหมด [โหมดเปียก (Twet)] และอีกโรงงานหนึ่งเป็นใบที่ไม่มีการเติมสารใดๆ [โหมดแห้ง (Tdry)] (Castro -Duque และคณะ, 2020) ระยะห่างระหว่างกล้องและกระถางระหว่างการถ่ายทำคือ 1 เมตร
ดัชนีความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์คำนวณโดยอ้อมโดยใช้ค่าการนำไฟฟ้าปากใบ (gs) ของพืชที่ได้รับการบำบัดเปรียบเทียบกับพืชกลุ่มควบคุม (พืชที่ไม่ได้รับการบำบัดด้วยความเครียดและมีการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโต) เพื่อประเมินความคลาดเคลื่อนของจีโนไทป์ที่ได้รับการบำบัดที่ประเมินในการศึกษานี้ RTI ได้มาจากสมการที่ดัดแปลงจาก Chávez-Arias และคณะ (2020)
ในการทดลองแต่ละครั้ง ตัวแปรทางสรีรวิทยาทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้นจะถูกกำหนดและบันทึกที่ 55 DAE โดยใช้ใบที่ขยายเต็มที่ซึ่งเก็บจากยอดเรือนยอด นอกจากนี้ ยังมีการวัดในห้องเพาะเลี้ยงเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมที่พืชเจริญเติบโต
ข้อมูลจากการทดลองครั้งแรกและครั้งที่สองได้รับการวิเคราะห์ร่วมกันเป็นชุดการทดลอง แต่ละกลุ่มการทดลองประกอบด้วยพืช 5 ต้น และแต่ละต้นประกอบกันเป็นหน่วยการทดลอง ได้ทำการวิเคราะห์ความแปรปรวน (ANOVA) (P ≤ 0.05) เมื่อตรวจพบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ จะใช้การทดสอบเปรียบเทียบแบบโพสต์ฮอคของทูคีย์ (Tukey's post hoc comparative test) ที่ P ≤ 0.05 ใช้ฟังก์ชันอาร์กไซน์เพื่อแปลงค่าเปอร์เซ็นต์ วิเคราะห์ข้อมูลโดยใช้ซอฟต์แวร์ Statistix v 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) และพล็อตกราฟโดยใช้ SigmaPlot (เวอร์ชัน 10.0; Systat Software, San Jose, CA, USA) การวิเคราะห์องค์ประกอบหลักดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์ InfoStat 2016 (Analysis Software, National University of Cordoba, Argentina) เพื่อค้นหาสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชที่ดีที่สุดที่อยู่ระหว่างการศึกษา
ตารางที่ 1 สรุปผลการวิเคราะห์ความแปรปรวน (ANOVA) ที่แสดงการทดลอง การทดลองที่แตกต่างกัน และปฏิกิริยากับรงควัตถุสังเคราะห์แสงของใบ (คลอโรฟิลล์ a, b, ทั้งหมด และแคโรทีนอยด์) ปริมาณมาโลนไดอัลดีไฮด์ (MDA) และโพรลีน และค่าการนำไฟฟ้าปากใบ ผลของ gs ปริมาณน้ำสัมพัทธ์ (RWC) ปริมาณคลอโรฟิลล์ พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์อัลฟา อุณหภูมิเรือนยอด (PCT) (°C) ดัชนีความเครียดของพืช (CSI) และดัชนีความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ของต้นข้าวที่ 55 วัน
ตารางที่ 1 สรุปข้อมูล ANOVA ของตัวแปรทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของข้าว ระหว่างการทดลอง (จีโนไทป์) และการบำบัดภายใต้ความเครียดจากความร้อน
ความแตกต่าง (P≤0.01) ในปฏิกิริยาระหว่างรงควัตถุสังเคราะห์แสงของใบ ปริมาณคลอโรฟิลล์สัมพัทธ์ (ค่าที่อ่านได้จากใบ) และพารามิเตอร์การเรืองแสงของแอลฟา-คลอโรฟิลล์ ระหว่างการทดลองและชุดการทดลองต่างๆ แสดงไว้ในตารางที่ 2 อุณหภูมิที่สูงทั้งในเวลากลางวันและกลางคืนทำให้ปริมาณคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์รวมเพิ่มขึ้น ต้นกล้าข้าวที่ไม่ได้รับการฉีดพ่นฮอร์โมนพืชทางใบ (2.36 มก./ก. สำหรับ “F67” และ 2.56 มก./ก. สำหรับ “F2000”) เมื่อเทียบกับต้นข้าวที่ปลูกในสภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสม (2.67 มก./ก.) มีปริมาณคลอโรฟิลล์รวมต่ำกว่า ในทั้งสองการทดลอง “F67” อยู่ที่ 2.80 มก./ก. และ “F2000” อยู่ที่ 2.80 มก./ก. นอกจากนี้ ต้นกล้าข้าวที่ได้รับสารพ่น AUX และ GA ร่วมกันภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อนยังแสดงให้เห็นการลดลงของปริมาณคลอโรฟิลล์ในทั้งสองจีโนไทป์ (AUX = 1.96 มก. g-1 และ GA = 1.45 มก. g-1 สำหรับ “F67” ; AUX = 1.96 มก. g-1 และ GA = 1.45 มก. g-1 สำหรับ “F67″; AUX = 2.24 มก.) g-1 และ GA = 1.43 มก. g-1 (สำหรับ “F2000″ ) ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อน ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อน การบำบัดทางใบด้วย BR ส่งผลให้ตัวแปรนี้เพิ่มขึ้นเล็กน้อยในทั้งสองจีโนไทป์ สุดท้าย สารพ่นทางใบ CK แสดงค่ารงควัตถุสังเคราะห์แสงสูงสุดในบรรดาการบำบัดทั้งหมด (AUX, GA, BR, SC และ AC) ในจีโนไทป์ F67 (3.24 มก. g-1) และ F2000 (3.65 มก. g-1) ปริมาณคลอโรฟิลล์สัมพัทธ์ (หน่วยใบที่ 1) ลดลงจากความเครียดจากความร้อนร่วมด้วย ค่าสูงสุดยังพบในพืชที่ฉีดพ่นด้วย CC ในทั้งสองจีโนไทป์ (41.66 สำหรับ “F67” และ 49.30 สำหรับ “F2000”) อัตราส่วน Fv และ Fv/Fm แสดงให้เห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างชุดการทดลองและพันธุ์ (ตารางที่ 2) โดยรวมแล้ว ในบรรดาตัวแปรเหล่านี้ พันธุ์ F67 ไวต่อความเครียดจากความร้อนน้อยกว่าพันธุ์ F2000 อัตราส่วน Fv และ Fv/Fm ได้รับผลกระทบมากกว่าในการทดลองที่สอง ต้นกล้า 'F2000' ที่ถูกกดดันซึ่งไม่ได้ฉีดพ่นด้วยฮอร์โมนพืชใดๆ มีค่า Fv ต่ำที่สุด (2120.15) และอัตราส่วน Fv/Fm (0.59) แต่การฉีดพ่นทางใบด้วย CK ช่วยฟื้นฟูค่าเหล่านี้ (Fv: 2591, 89, อัตราส่วน Fv/Fm: 0.73) โดยได้รับค่าที่อ่านได้ใกล้เคียงกับที่บันทึกไว้ในต้น "F2000" ที่ปลูกภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสม (Fv: 2955.35, อัตราส่วน Fv/Fm: 0.73:0.72) ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในค่าการเรืองแสงเริ่มต้น (F0), ค่าการเรืองแสงสูงสุด (Fm), ผลผลิตควอนตัมโฟโตเคมีสูงสุดของ PSII (Fv/F0) และอัตราส่วน Fm/F0 ในที่สุด BR แสดงแนวโน้มที่คล้ายคลึงกันกับที่สังเกตด้วย CK (Fv 2545.06, อัตราส่วน Fv/Fm 0.73)
ตารางที่ 2 ผลของความเครียดจากความร้อนร่วม (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) ต่อรงควัตถุสังเคราะห์แสงของใบ [คลอโรฟิลล์ทั้งหมด (Chl Total), คลอโรฟิลล์ a (Chl a), คลอโรฟิลล์ b (Chl b) และแคโรทีนอยด์ Cx+c] ผลกระทบ ], ปริมาณคลอโรฟิลล์สัมพันธ์กัน (หน่วย Atliff), พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ (การเรืองแสงเริ่มต้น (F0), การเรืองแสงสูงสุด (Fm), การเรืองแสงแปรผัน (Fv), ประสิทธิภาพ PSII สูงสุด (Fv/Fm), ผลผลิตควอนตัมสูงสุดทางเคมีแสงของ PSII (Fv/F0 ) และ Fm/F0 ในต้นข้าวพันธุ์ข้าวสองพันธุ์ [Federrose 67 (F67) และ Federrose 2000 (F2000)] 55 วันหลังจากการงอก (DAE))
ปริมาณน้ำสัมพัทธ์ (RWC) ของต้นข้าวที่ได้รับการบำบัดต่างกันแสดงให้เห็นถึงความแตกต่าง (P ≤ 0.05) ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการทดลองทางใบ (รูปที่ 1A) เมื่อได้รับ SA ค่าต่ำสุดถูกบันทึกไว้สำหรับทั้งสองจีโนไทป์ (74.01% สำหรับ F67 และ 76.6% สำหรับ F2000) ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อน RWC ของต้นข้าวทั้งสองจีโนไทป์ที่ได้รับฮอร์โมนพืชต่างกันเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยรวมแล้ว การฉีดพ่น CK, GA, AUX หรือ BR ทางใบทำให้ค่า RWC เพิ่มขึ้นจนใกล้เคียงกับค่าของต้นข้าวที่ปลูกในสภาวะที่เหมาะสมที่สุดในระหว่างการทดลอง การควบคุมแบบสัมบูรณ์และพืชที่ฉีดพ่นทางใบบันทึกค่าประมาณ 83% สำหรับทั้งสองจีโนไทป์ ในทางกลับกัน gs ยังแสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (P ≤ 0.01) ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการทดลอง (รูปที่ 1B) ต้นข้าวควบคุมสัมบูรณ์ (AC) ยังบันทึกค่าสูงสุดสำหรับแต่ละจีโนไทป์ (440.65 มิลลิโมล·เมตร·วินาที·สำหรับ F67 และ 511.02 มิลลิโมล·เมตร·วินาที·สำหรับ F2000) ต้นข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อนร่วมเพียงอย่างเดียวแสดงค่า gs ต่ำสุดสำหรับทั้งสองจีโนไทป์ (150.60 มิลลิโมล·เมตร·วินาที·สำหรับ F67 และ 171.32 มิลลิโมล·เมตร·วินาที·สำหรับ F2000) การฉีดพ่นทางใบด้วยสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชทั้งหมดยังเพิ่ม gs ในต้นข้าว F2000 ที่ฉีดพ่นด้วย CC ผลของการฉีดทางใบด้วยฮอร์โมนพืชนั้นชัดเจนกว่า พืชกลุ่มนี้ไม่มีความแตกต่างเมื่อเปรียบเทียบกับพืชควบคุมสัมบูรณ์ (AC 511.02 และ CC 499.25 มิลลิโมล·เมตร·วินาที·)
รูปที่ 1 ผลของความเครียดจากความร้อนร่วม (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) ต่อปริมาณน้ำสัมพัทธ์ (RWC) (A), ค่าการนำไฟฟ้าปากใบ (gs) (B), การผลิตมาโลนไดอัลดีไฮด์ (MDA) (C) และปริมาณโพรลีน (D) ในต้นข้าวสองจีโนไทป์ (F67 และ F2000) ที่อายุ 55 วันหลังงอก (DAE) การทดลองที่ประเมินสำหรับแต่ละจีโนไทป์ประกอบด้วย: การควบคุมแบบสัมบูรณ์ (AC), การควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC), ความเครียดจากความร้อน + ออกซิน (AUX), ความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน (GA), ความเครียดจากความร้อน + ไมโตเจนของเซลล์ (CK) และความเครียดจากความร้อน + บราซิโนสเตียรอยด์ (BR) แต่ละคอลัมน์แสดงค่าเฉลี่ย ± ความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของข้อมูลห้าจุด (n = 5) คอลัมน์ที่ตามด้วยตัวอักษรต่างกันแสดงถึงความแตกต่างที่มีนัยสำคัญทางสถิติตามการทดสอบของทูคีย์ (P ≤ 0.05) ตัวอักษรที่มีเครื่องหมายเท่ากับแสดงว่าค่าเฉลี่ยไม่มีนัยสำคัญทางสถิติ (≤ 0.05)
ปริมาณ MDA (P ≤ 0.01) และโพรลีน (P ≤ 0.01) ยังแสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในปฏิกิริยาระหว่างการทดลองและการใช้ฮอร์โมนพืช (รูปที่ 1C, D) พบว่ามีการเพิ่มขึ้นของลิพิดเปอร์ออกซิเดชันในทั้งสองจีโนไทป์ด้วยการใช้ SC (รูปที่ 1C) อย่างไรก็ตาม พืชที่ได้รับสารควบคุมการเจริญเติบโตของใบมีการลดลงของลิพิดเปอร์ออกซิเดชันในทั้งสองจีโนไทป์ โดยทั่วไป การใช้ฮอร์โมนพืช (CA, AUC, BR หรือ GA) จะทำให้ลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน (ปริมาณ MDA) ลดลง ไม่พบความแตกต่างระหว่างต้น AC ที่มีจีโนไทป์สองชนิดกับต้นข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อนและฉีดพ่นด้วยฮอร์โมนพืช (ค่า FW ที่สังเกตได้ในต้น "F67" อยู่ในช่วง 4.38–6.77 µmol g-1 และในต้น FW "F2000" "ค่าที่สังเกตได้อยู่ในช่วง 2.84 ถึง 9.18 µmol g-1 (ต้นข้าว) ในทางกลับกัน การสังเคราะห์โปรลีนในต้น "F67" ต่ำกว่าในต้น "F2000" ภายใต้ความเครียดร่วมกัน ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของการผลิตโปรลีน ในต้นข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อน ในทั้งสองการทดลอง พบว่าการให้ฮอร์โมนเหล่านี้เพิ่มปริมาณกรดอะมิโนในต้น F2000 อย่างมีนัยสำคัญ (AUX และ BR อยู่ที่ 30.44 และ 18.34 µmol g-1) ตามลำดับ (รูปที่ 1G)
ผลของการฉีดสารควบคุมการเจริญเติบโตทางใบและความเครียดจากความร้อนร่วมต่ออุณหภูมิทรงพุ่มและดัชนีความทนสัมพัทธ์ (RTI) แสดงไว้ในรูปที่ 2A และ B สำหรับจีโนไทป์ทั้งสอง อุณหภูมิทรงพุ่มของต้นข้าว AC อยู่ที่ประมาณ 27°C และต้นข้าว SC อยู่ที่ประมาณ 28°C นอกจากนี้ ยังพบว่าการฉีดพ่นทางใบด้วย CK และ BR ส่งผลให้อุณหภูมิทรงพุ่มลดลง 2–3°C เมื่อเทียบกับต้นข้าว SC (รูปที่ 2A) RTI แสดงพฤติกรรมคล้ายคลึงกับตัวแปรทางสรีรวิทยาอื่นๆ โดยมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (P ≤ 0.01) ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการทดลอง (รูปที่ 2B) ต้นข้าว SC มีความทนทานต่อพืชต่ำกว่าในจีโนไทป์ทั้งสอง (34.18% และ 33.52% สำหรับต้นข้าว “F67” และ “F2000” ตามลำดับ) การให้อาหารทางใบด้วยฮอร์โมนพืชช่วยปรับปรุง RTI ในพืชที่เผชิญกับความเครียดจากอุณหภูมิสูง ผลกระทบนี้เด่นชัดมากขึ้นในต้นข้าว “F2000” ที่ฉีดพ่นด้วย CC ซึ่งมีค่า RTI เท่ากับ 97.69 ในทางกลับกัน ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญพบเฉพาะในดัชนีความเครียดต่อผลผลิต (CSI) ของต้นข้าวภายใต้สภาวะความเครียดจากการฉีดพ่นปัจจัยทางใบ (P ≤ 0.01) (รูปที่ 2B) เฉพาะต้นข้าวที่อยู่ภายใต้ความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนเท่านั้นที่แสดงค่าดัชนีความเครียดสูงสุด (0.816) เมื่อฉีดพ่นต้นข้าวด้วยฮอร์โมนพืชชนิดต่างๆ ดัชนีความเครียดจะลดลง (ค่าตั้งแต่ 0.6 ถึง 0.67) สุดท้าย ต้นข้าวที่ปลูกในสภาวะที่เหมาะสมที่สุดมีค่า 0.138
รูปที่ 2 ผลของความเครียดจากความร้อนร่วม (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) ต่ออุณหภูมิเรือนยอด (A) ดัชนีความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ (RTI) (B) และดัชนีความเครียดของพืช (CSI) (C) ของพืชสองชนิด ข้าวพันธุ์เชิงพาณิชย์ (F67 และ F2000) ได้รับความร้อนที่แตกต่างกัน ความร้อนที่ประเมินสำหรับแต่ละพันธุ์ประกอบด้วย: การควบคุมแบบสัมบูรณ์ (AC), การควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC), ความเครียดจากความร้อน + ออกซิน (AUX), ความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน (GA), ความเครียดจากความร้อน + ไมโตเจนของเซลล์ (CK) และความเครียดจากความร้อน + บราซิโนสเตียรอยด์ (BR) ความเครียดจากความร้อนร่วมเกี่ยวข้องกับการให้ต้นข้าวสัมผัสกับอุณหภูมิสูงกลางวัน/กลางคืน (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) แต่ละคอลัมน์แสดงค่าเฉลี่ย ± ความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของข้อมูลห้าจุด (n = 5) คอลัมน์ที่ตามด้วยตัวอักษรต่างกันแสดงถึงความแตกต่างที่มีนัยสำคัญทางสถิติตามการทดสอบของทูคีย์ (P ≤ 0.05) ตัวอักษรที่มีเครื่องหมายเท่ากับแสดงว่าค่าเฉลี่ยไม่มีนัยสำคัญทางสถิติ (≤ 0.05)
การวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (PCA) พบว่าตัวแปรที่ประเมิน ณ วันที่ 55 DAE อธิบายการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของต้นข้าวที่เครียดจากความร้อนที่ได้รับสารควบคุมการเจริญเติบโตได้ 66.1% (รูปที่ 3) เวกเตอร์แทนตัวแปร และจุดแทนสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (GRs) เวกเตอร์ของ gs ปริมาณคลอโรฟิลล์ ประสิทธิภาพควอนตัมสูงสุดของ PSII (Fv/Fm) และพารามิเตอร์ทางชีวเคมี (TChl, MDA และโพรลีน) อยู่ในมุมที่ใกล้กับจุดกำเนิด ซึ่งบ่งชี้ถึงความสัมพันธ์สูงระหว่างพฤติกรรมทางสรีรวิทยาของพืชและตัวแปรเหล่านี้ กลุ่มหนึ่ง (V) ประกอบด้วยต้นกล้าข้าวที่ปลูกที่อุณหภูมิเหมาะสม (AT) และต้นข้าว F2000 ที่ได้รับสารควบคุมการเจริญเติบโตแบบ CK และ BA ในขณะเดียวกัน ต้นข้าวส่วนใหญ่ที่ได้รับสารควบคุมการเจริญเติบโตแบบ GR จะจัดกลุ่มแยกกัน (IV) และต้นข้าวที่ได้รับสารควบคุมการเจริญเติบโตแบบ GA ใน F2000 จะจัดกลุ่มแยกกัน (II) ในทางตรงกันข้าม ต้นกล้าข้าวที่เครียดจากความร้อน (กลุ่ม I และ III) ที่ไม่มีการพ่นฮอร์โมนพืชทางใบ (ทั้งสองจีโนไทป์เป็น SC) ตั้งอยู่ในโซนตรงข้ามกับกลุ่ม V ซึ่งแสดงให้เห็นถึงผลของความเครียดจากความร้อนต่อสรีรวิทยาของพืช
รูปที่ 3 การวิเคราะห์แบบสองกราฟของผลกระทบของความเครียดจากความร้อนร่วม (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) ต่อต้นข้าวสองจีโนไทป์ (F67 และ F2000) ที่อายุ 55 วันหลังงอก (DAE) คำย่อ: AC F67, ตัวควบคุมสัมบูรณ์ F67; SC F67, ตัวควบคุมความเครียดจากความร้อน F67; AUX F67, ความเครียดจากความร้อน + ออกซิน F67; GA F67, ความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน F67; CK F67, ความเครียดจากความร้อน + การแบ่งเซลล์ BR F67, ความเครียดจากความร้อน + บราซิโนสเตียรอยด์ F67; AC F2000, ตัวควบคุมสัมบูรณ์ F2000; SC F2000, ตัวควบคุมความเครียดจากความร้อน F2000; AUX F2000, ความเครียดจากความร้อน + ออกซิน F2000; GA F2000, ความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน F2000; CK F2000, ความเครียดจากความร้อน + ไซโตไคนิน, BR F2000, ความเครียดจากความร้อน + สเตียรอยด์ทองเหลือง; F2000
ตัวแปรต่างๆ เช่น ปริมาณคลอโรฟิลล์ ค่าการนำไฟฟ้าปากใบ อัตราส่วน Fv/Fm ค่า CSI ค่า MDA ค่า RTI และปริมาณโพรลีน ช่วยให้เข้าใจการปรับตัวของจีโนไทป์ข้าว และประเมินผลกระทบของกลยุทธ์ทางการเกษตรภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อน (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021) วัตถุประสงค์ของการทดลองนี้คือการประเมินผลของการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตสี่ชนิดต่อพารามิเตอร์ทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของต้นกล้าข้าวภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน การทดสอบต้นกล้าเป็นวิธีที่ง่ายและรวดเร็วสำหรับการประเมินต้นข้าวพร้อมกัน โดยขึ้นอยู่กับขนาดหรือสภาพของโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ (Sarsu et al. 2018) ผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าความเครียดจากความร้อนร่วมกันกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีที่แตกต่างกันในข้าวจีโนไทป์ทั้งสอง ซึ่งบ่งชี้ถึงกระบวนการปรับตัว ผลลัพธ์เหล่านี้ยังบ่งชี้ว่าสเปรย์ควบคุมการเจริญเติบโตทางใบ (ส่วนใหญ่เป็นไซโตไคนินและบราซิโนสเตียรอยด์) ช่วยให้ข้าวปรับตัวเข้ากับความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนได้ เนื่องจากความร้อนส่งผลต่อ gs, RWC, อัตราส่วน Fv/Fm, รงควัตถุสังเคราะห์แสง และปริมาณโพรลีนเป็นหลัก
การใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตช่วยปรับปรุงสภาพน้ำของต้นข้าวภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อน ซึ่งอาจสัมพันธ์กับความเครียดที่สูงขึ้นและอุณหภูมิเรือนยอดที่ลดลง การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าในกลุ่มพืช “F2000” (จีโนไทป์ที่อ่อนไหวต่อความร้อน) ต้นข้าวที่ได้รับ CK หรือ BR เป็นหลักมีค่า gs สูงกว่าและค่า PCT ต่ำกว่าต้นข้าวที่ได้รับ SC การศึกษาก่อนหน้านี้ยังแสดงให้เห็นว่า gs และ PCT เป็นตัวบ่งชี้ทางสรีรวิทยาที่แม่นยำ ซึ่งสามารถกำหนดการตอบสนองของต้นข้าวและผลกระทบของกลยุทธ์ทางการเกษตรต่อภาวะเครียดจากความร้อนได้ (Restrepo-Diaz และ Garces-Varon, 2013; Sarsu และคณะ, 2018; Quintero) -Carr DeLong และคณะ, 2021) CK หรือ BR ของใบพืชช่วยเพิ่ม g ภายใต้ความเครียดเนื่องจากฮอร์โมนพืชเหล่านี้สามารถส่งเสริมการเปิดปากใบผ่านปฏิกิริยาสังเคราะห์กับโมเลกุลส่งสัญญาณอื่นๆ เช่น ABA (โปรโมเตอร์การปิดปากใบภายใต้ความเครียดจากสิ่งไม่มีชีวิต) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). 2013). ) , 2014). การเปิดปากใบส่งเสริมการเย็นตัวของใบและช่วยลดอุณหภูมิของเรือนยอด (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021) ด้วยเหตุนี้ อุณหภูมิเรือนยอดของต้นข้าวที่พ่นด้วย CK หรือ BR อาจลดลงภายใต้ความเครียดจากความร้อนร่วม
ความเครียดจากอุณหภูมิสูงสามารถลดปริมาณรงควัตถุสังเคราะห์แสงในใบข้าวได้ (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018) ในการศึกษานี้ เมื่อต้นข้าวอยู่ภายใต้ความเครียดจากความร้อนและไม่ได้รับการพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตใดๆ รงควัตถุสังเคราะห์แสงมีแนวโน้มลดลงในทั้งสองจีโนไทป์ (ตารางที่ 2) Feng et al. (2013) ยังรายงานการลดลงอย่างมีนัยสำคัญของปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบข้าวสาลีจีโนไทป์สองสายพันธุ์ที่สัมผัสกับความเครียดจากความร้อน การสัมผัสกับอุณหภูมิสูงมักส่งผลให้ปริมาณคลอโรฟิลล์ลดลง ซึ่งอาจเป็นผลมาจากการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ที่ลดลง การเสื่อมสภาพของรงควัตถุ หรือผลร่วมกันภายใต้ความเครียดจากความร้อน (Fahad et al., 2017) อย่างไรก็ตาม ต้นข้าวที่ได้รับ CK และ BA เป็นหลักจะเพิ่มความเข้มข้นของรงควัตถุสังเคราะห์แสงในใบข้าวภายใต้ความเครียดจากความร้อน Jespersen และ Huang (2015) และ Suchsagunpanit et al. ได้รายงานผลที่คล้ายคลึงกันนี้ (2015) ซึ่งสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบหลังจากการใช้ฮอร์โมนซีเอตินและเอพิบราสซิโนสเตียรอยด์ในหญ้าเบนท์และข้าวที่อยู่ภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อนตามลำดับ คำอธิบายที่สมเหตุสมผลว่าทำไม CK และ BR จึงส่งเสริมการเพิ่มขึ้นของปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อนร่วมคือ CK อาจช่วยกระตุ้นการเริ่มต้นการเหนี่ยวนำโปรโมเตอร์การแสดงออกอย่างต่อเนื่อง (เช่น โปรโมเตอร์กระตุ้นการแก่ชรา (SAG12) หรือโปรโมเตอร์ HSP18) และลดการสูญเสียคลอโรฟิลล์ในใบ ชะลอการแก่ชราของใบ และเพิ่มความทนทานต่อความร้อนของพืช (Liu et al., 2020) BR สามารถปกป้องคลอโรฟิลล์ในใบและเพิ่มปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบโดยการกระตุ้นหรือเหนี่ยวนำการสังเคราะห์เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ภายใต้สภาวะเครียด (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018) ในที่สุด ฮอร์โมนพืชทั้งสองชนิด (CK และ BR) ยังส่งเสริมการแสดงออกของโปรตีนที่เกิดจากความร้อนและปรับปรุงกระบวนการปรับตัวของการเผาผลาญต่างๆ เช่น การเพิ่มการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020)
พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ a เป็นวิธีการที่รวดเร็วและไม่ทำลายพืช ซึ่งสามารถประเมินความทนทานหรือการปรับตัวของพืชต่อสภาวะความเครียดจากสภาวะไร้ชีวิต (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017) พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อัตราส่วน Fv/Fm ถูกนำมาใช้เป็นตัวบ่งชี้การปรับตัวของพืชต่อสภาวะความเครียด (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020) ในการศึกษานี้ ต้นข้าวที่ขาดธาตุอาหาร (SC) แสดงค่าต่ำสุดของตัวแปรนี้ โดยส่วนใหญ่เป็นต้นข้าว “F2000” Yin et al. (2010) ยังพบว่าอัตราส่วน Fv/Fm ของใบข้าวที่แตกกอสูงที่สุดลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิสูงกว่า 35°C อ้างอิงจาก Feng et al. (2013) อัตราส่วน Fv/Fm ที่ต่ำกว่าภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อนบ่งชี้ว่าอัตราการจับและการแปลงพลังงานกระตุ้นโดยศูนย์กลางปฏิกิริยา PSII ลดลง ซึ่งบ่งชี้ว่าศูนย์กลางปฏิกิริยา PSII สลายตัวภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อน ข้อสังเกตนี้ทำให้เราสรุปได้ว่าการรบกวนในอุปกรณ์สังเคราะห์แสงนั้นเด่นชัดกว่าในพันธุ์ที่ไวต่อแสง (Fedearroz 2000) มากกว่าพันธุ์ที่ต้านทานแสง (Fedearroz 67)
โดยทั่วไปแล้ว การใช้ CK หรือ BR ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของ PSII ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน Suchsagunpanit และคณะ (2015) ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน ซึ่งพบว่าการใช้ BR เพิ่มประสิทธิภาพของ PSII ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อนในข้าว Kumar และคณะ (2020) ยังพบว่าต้นถั่วชิกพีที่ได้รับ CK (6-benzyladenine) และอยู่ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อนทำให้อัตราส่วน Fv/Fm เพิ่มขึ้น สรุปได้ว่าการฉีดพ่น CK ทางใบโดยการกระตุ้นวงจรเม็ดสีซีแซนทีนช่วยส่งเสริมการทำงานของ PSII นอกจากนี้ การฉีดพ่นใบ BR ยังส่งเสริมการสังเคราะห์แสงของ PSII ภายใต้สภาวะเครียดร่วม ซึ่งบ่งชี้ว่าการใช้ฮอร์โมนพืชนี้ส่งผลให้พลังงานกระตุ้นของหนวด PSII ลดลง และส่งเสริมการสะสมของโปรตีนฮีตช็อกขนาดเล็กในคลอโรพลาสต์ (Ogweno และคณะ 2008; Kothari และ Lachowitz , 2021)
ปริมาณ MDA และโพรลีนมักเพิ่มขึ้นเมื่อพืชอยู่ภายใต้ความเครียดจากสภาวะแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม (Alvarado-Sanabria et al. 2017) งานวิจัยก่อนหน้านี้ยังแสดงให้เห็นว่าระดับ MDA และโพรลีนเป็นตัวบ่งชี้ทางชีวเคมีที่สามารถใช้เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการปรับตัวหรือผลกระทบของการปฏิบัติทางการเกษตรในข้าวภายใต้อุณหภูมิสูงในเวลากลางวันหรือกลางคืน (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al. . , 2021) งานวิจัยเหล่านี้ยังแสดงให้เห็นว่าปริมาณ MDA และโพรลีนมีแนวโน้มที่จะสูงขึ้นในต้นข้าวที่สัมผัสกับอุณหภูมิสูงในเวลากลางคืนหรือกลางวันตามลำดับ อย่างไรก็ตาม การพ่นสาร CK และ BR ทางใบมีส่วนทำให้ปริมาณ MDA ลดลงและเพิ่มระดับโพรลีน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพันธุ์ข้าวที่ทนทานต่ออุณหภูมิ (Federroz 67) สเปรย์ CK สามารถส่งเสริมการแสดงออกของไซโตไคนินออกซิเดส/ดีไฮโดรจีเนสมากเกินไป จึงเพิ่มปริมาณของสารป้องกัน เช่น บีเทนและโพรลีน (Liu et al., 2020) ส่วน BR ส่งเสริมการเหนี่ยวนำออสโมโพรเทกแทนต์ เช่น บีเทน น้ำตาล และกรดอะมิโน (รวมถึงโพรลีนอิสระ) โดยรักษาสมดุลออสโมซิสของเซลล์ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยหลายประการ (Kothari and Lachowiec, 2021)
ดัชนีความเครียดของพืช (Crop stress index: CSI) และดัชนีความทนทานสัมพัทธ์ (Relative tolerance index: RTI) ใช้เพื่อพิจารณาว่าวิธีการบำบัดที่กำลังประเมินนั้นช่วยลดความเครียดต่างๆ (ความเครียดจากสิ่งไม่มีชีวิตและความเครียดจากสิ่งมีชีวิต) และส่งผลดีต่อสรีรวิทยาของพืชหรือไม่ (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020) ค่า CSI สามารถอยู่ในช่วง 0 ถึง 1 ซึ่งแสดงถึงสภาวะที่ไม่มีความเครียดและสภาวะเครียดตามลำดับ (Lee et al., 2010) ค่า CSI ของพืชที่เครียดจากความร้อน (SC) อยู่ในช่วง 0.8 ถึง 0.9 (รูปที่ 2B) ซึ่งบ่งชี้ว่าต้นข้าวได้รับผลกระทบเชิงลบจากความเครียดร่วมกัน อย่างไรก็ตาม การพ่น BC (0.6) หรือ CK (0.6) ทางใบส่วนใหญ่ส่งผลให้ตัวบ่งชี้นี้ลดลงภายใต้สภาวะความเครียดจากสิ่งไม่มีชีวิตเมื่อเปรียบเทียบกับต้นข้าว SC ในพืช F2000 ค่า RTI แสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นที่สูงกว่าเมื่อใช้ CA (97.69%) และ BC (60.73%) เมื่อเทียบกับ SA (33.52%) ซึ่งบ่งชี้ว่าสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้ยังช่วยปรับปรุงการตอบสนองของข้าวต่อความทนทานต่อองค์ประกอบ ความร้อนสูงเกินไป ดัชนีเหล่านี้ได้รับการเสนอเพื่อจัดการสภาวะเครียดในพืชหลายชนิด การศึกษาที่ดำเนินการโดย Lee et al. (2010) แสดงให้เห็นว่าค่า CSI ของฝ้ายสองสายพันธุ์ภายใต้ความเครียดจากน้ำปานกลางอยู่ที่ประมาณ 0.85 ในขณะที่ค่า CSI ของพันธุ์ที่ได้รับน้ำดีอยู่ในช่วง 0.4 ถึง 0.6 สรุปได้ว่าดัชนีนี้เป็นตัวบ่งชี้การปรับตัวของน้ำของพันธุ์ นอกจากนี้ Chavez-Arias et al. (2020) ประเมินประสิทธิภาพของสารกระตุ้นสังเคราะห์ในฐานะกลยุทธ์การจัดการความเครียดที่ครอบคลุมในต้น C. elegans และพบว่าพืชที่ฉีดพ่นด้วยสารประกอบเหล่านี้แสดงค่า RTI ที่สูงขึ้น (65%) จากที่กล่าวมาข้างต้น CK และ BR ถือเป็นกลยุทธ์ทางการเกษตรที่มุ่งเน้นเพิ่มความทนทานของข้าวต่อความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน เนื่องจากสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้กระตุ้นให้เกิดการตอบสนองทางชีวเคมีและสรีรวิทยาในเชิงบวก
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยข้าวในโคลอมเบียมุ่งเน้นไปที่การประเมินจีโนไทป์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูงทั้งในเวลากลางวันและกลางคืน โดยใช้ลักษณะทางสรีรวิทยาหรือชีวเคมี (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021) อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิเคราะห์เทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริง คุ้มค่า และทำกำไรได้กลายมาเป็นสิ่งสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อเสนอแนวทางการจัดการพืชผลแบบบูรณาการ เพื่อปรับปรุงผลกระทบของช่วงความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนในประเทศ (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021) ดังนั้น การตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของต้นข้าวต่อความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน (อุณหภูมิ 40°C กลางวัน/30°C กลางคืน) ที่สังเกตได้ในการศึกษานี้ ชี้ให้เห็นว่าการพ่นสาร CK หรือ BR ทางใบอาจเป็นวิธีการจัดการพืชผลที่เหมาะสมเพื่อลดผลกระทบเชิงลบ ผลกระทบของช่วงความเครียดจากความร้อนปานกลาง การทดลองเหล่านี้ช่วยเพิ่มความทนทานของข้าวทั้งสองสายพันธุ์ (CSI ต่ำและ RTI สูง) ซึ่งแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มทั่วไปในการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของพืชภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อนร่วม การตอบสนองหลักของต้นข้าวคือการลดลงของปริมาณ GC คลอโรฟิลล์รวม คลอโรฟิลล์ α และ β และแคโรทีนอยด์ นอกจากนี้ ต้นข้าวยังได้รับความเสียหายจาก PSII (ค่าพารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ลดลง เช่น อัตราส่วน Fv/Fm) และการเพิ่มขึ้นของลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน ในทางกลับกัน เมื่อข้าวได้รับ CK และ BR ผลกระทบเชิงลบเหล่านี้ก็ลดลงและปริมาณโปรลีนเพิ่มขึ้น (รูปที่ 4)
รูปที่ 4 แบบจำลองแนวคิดเกี่ยวกับผลกระทบของการฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชทางใบร่วมกับความเครียดจากความร้อนต่อต้นข้าว ลูกศรสีแดงและสีน้ำเงินแสดงถึงผลกระทบเชิงลบหรือเชิงบวกของปฏิสัมพันธ์ระหว่างความเครียดจากความร้อนและการฉีดพ่นสาร BR (brassinosteroid) และ CK (cytokinin) ทางใบต่อการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีตามลำดับ gs: การนำไฟฟ้าของปากใบ; Chl ทั้งหมด: ปริมาณคลอโรฟิลล์ทั้งหมด; Chl α: ปริมาณคลอโรฟิลล์ β; Cx+c: ปริมาณแคโรทีนอยด์;
โดยสรุป การตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีในการศึกษานี้บ่งชี้ว่าต้นข้าวเฟเดียร์รอซ 2000 มีความอ่อนไหวต่อภาวะเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนมากกว่าต้นข้าวเฟเดียร์รอซ 67 สารควบคุมการเจริญเติบโตทั้งหมดที่ประเมินในการศึกษานี้ (ออกซิน จิบเบอเรลลิน ไซโตไคนิน หรือบราซิโนสเตอรอยด์) แสดงให้เห็นถึงการลดภาวะเครียดจากความร้อนร่วมกันในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ไซโตไคนินและบราซิโนสเตอรอยด์กระตุ้นให้พืชปรับตัวได้ดีขึ้น เนื่องจากสารควบคุมการเจริญเติบโตทั้งสองชนิดเพิ่มปริมาณคลอโรฟิลล์ พารามิเตอร์การเรืองแสงของอัลฟา-คลอโรฟิลล์ gs และ RWC เมื่อเทียบกับต้นข้าวที่ไม่ได้รับสารใดๆ และยังลดปริมาณ MDA และอุณหภูมิทรงพุ่มอีกด้วย โดยสรุป เราสรุปได้ว่าการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (ไซโตไคนินและบราซิโนสเตอรอยด์) เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการจัดการสภาวะเครียดในข้าวที่เกิดจากภาวะเครียดจากความร้อนอย่างรุนแรงในช่วงที่มีอุณหภูมิสูง
เอกสารต้นฉบับที่นำเสนอในการศึกษาจะรวมอยู่กับบทความ และหากสอบถามเพิ่มเติมสามารถติดต่อผู้เขียนที่เกี่ยวข้องได้