สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชถูกนำมาใช้เป็นกลยุทธ์ในการลดความเครียดจากความร้อนในพืชต่างๆ

การผลิตข้าวลดลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและความแปรปรวนในโคลอมเบียสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชถูกนำมาใช้เป็นกลยุทธ์ในการลดความเครียดจากความร้อนในพืชต่างๆ ดังนั้น วัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้คือเพื่อประเมินผลทางสรีรวิทยา (การนำไฟฟ้าของปากใบ การนำไฟฟ้าของปากใบ ปริมาณคลอโรฟิลล์ทั้งหมด อัตราส่วน Fv/Fm ของข้าวจีโนไทป์เชิงพาณิชย์สองสายพันธุ์ที่ได้รับความเครียดจากความร้อนร่วมกัน (อุณหภูมิกลางวันและกลางคืนสูง) อุณหภูมิเรือนยอด และปริมาณน้ำสัมพันธ์) และตัวแปรทางชีวเคมี (มาโลนไดอัลดีไฮด์ (MDA) และปริมาณกรดโพรลินิก) การทดลองครั้งแรกและครั้งที่สองดำเนินการโดยใช้พืชจีโนไทป์ข้าวสองสายพันธุ์ ได้แก่ Federrose 67 (“F67”) และ Federrose 2000 (“F2000”) ตามลำดับ ทั้งสองการทดลองได้รับการวิเคราะห์ร่วมกันเป็นชุดการทดลอง วิธีการที่กำหนดขึ้นมีดังนี้: การควบคุมแบบสัมบูรณ์ (AC) (ปลูกต้นข้าวที่อุณหภูมิที่เหมาะสม (อุณหภูมิกลางวัน/กลางคืน 30/25°C)) การควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC) [ปลูกต้นข้าวที่ได้รับความเครียดจากความร้อนร่วมกันเท่านั้น (40/25°C) 30°C)] และต้นข้าวได้รับความเครียดและพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (ความเครียด+AUX, ความเครียด+BR, ความเครียด+CK หรือ ความเครียด+GA) สองครั้ง (5 วันก่อนและ 5 วันหลังความเครียดจากความร้อน) การพ่นสาร SA ทำให้ปริมาณคลอโรฟิลล์รวมของทั้งสองพันธุ์เพิ่มขึ้น (น้ำหนักสดของต้นข้าว “F67″ และ “F2000″ อยู่ที่ 3.25 และ 3.65 มก./ก. ตามลำดับ) เมื่อเปรียบเทียบกับต้นข้าว SC (น้ำหนักสดของต้นข้าว “F67″ อยู่ที่ 2.36 และ 2.56 มก.) เมื่อเปรียบเทียบกับข้าว “F2000″ การพ่น CK ทางใบยังช่วยปรับปรุงการนำไฟฟ้าปากใบของต้นข้าว “F2000″ โดยทั่วไป (499.25 เทียบกับ 150.60 มิลลิโมล/ม.2 วินาที) เมื่อเปรียบเทียบกับการควบคุมความเครียดจากความร้อน เมื่อได้รับความเครียดจากความร้อน อุณหภูมิของเรือนยอดจะลดลง 2–3 °C และปริมาณ MDA ในต้นข้าวจะลดลง ดัชนีความทนทานสัมพันธ์แสดงให้เห็นว่าการพ่น CK (97.69%) และ BR (60.73%) ทางใบสามารถช่วยบรรเทาปัญหาความเครียดจากความร้อนร่วมได้ โดยเฉพาะในต้นข้าว F2000 สรุปได้ว่าการพ่น BR หรือ CK ทางใบถือเป็นกลยุทธ์ทางการเกษตรอย่างหนึ่งที่ช่วยลดผลกระทบเชิงลบจากสภาวะความเครียดจากความร้อนร่วมต่อพฤติกรรมทางสรีรวิทยาของต้นข้าวได้
ข้าว (Oryza sativa) เป็นพืชในวงศ์ Poaceae และเป็นธัญพืชที่ปลูกมากที่สุดในโลก รองจากข้าวโพดและข้าวสาลี (Bajaj and Mohanty, 2005) พื้นที่ปลูกข้าวอยู่ที่ 617,934 เฮกตาร์ และผลผลิตของประเทศในปี 2020 อยู่ที่ 2,937,840 ตัน โดยมีผลผลิตเฉลี่ย 5.02 ตันต่อเฮกตาร์ (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021)
ภาวะโลกร้อนส่งผลกระทบต่อพืชผลข้าว ส่งผลให้เกิดความเครียดจากปัจจัยภายนอกต่างๆ เช่น อุณหภูมิสูงและช่วงแล้ง การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้อุณหภูมิโลกสูงขึ้น คาดว่าอุณหภูมิจะสูงขึ้น 1.0–3.7°C ในศตวรรษที่ 21 ซึ่งอาจทำให้ความถี่และความรุนแรงของความเครียดจากความร้อนเพิ่มขึ้น อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมที่สูงขึ้นส่งผลกระทบต่อข้าว ทำให้ผลผลิตลดลง 6–7% ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศยังนำไปสู่สภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยต่อพืชผล เช่น ช่วงแล้งรุนแรงหรืออุณหภูมิสูงในเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน นอกจากนี้ เหตุการณ์แปรปรวน เช่น เอลนีโญ อาจทำให้เกิดความเครียดจากความร้อนและทำให้พืชผลเสียหายรุนแรงขึ้นในเขตร้อนบางแห่ง ในโคลอมเบีย คาดว่าอุณหภูมิในพื้นที่ปลูกข้าวจะเพิ่มขึ้น 2–2.5°C ภายในปี 2050 ทำให้ผลผลิตข้าวลดลงและส่งผลกระทบต่อการไหลของผลิตภัณฑ์ไปยังตลาดและห่วงโซ่อุปทาน
ข้าวส่วนใหญ่ปลูกในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิใกล้เคียงกับช่วงที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืช (Shah et al., 2011) มีรายงานว่าอุณหภูมิเฉลี่ยกลางวันและกลางคืนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเจริญเติบโตและการพัฒนาของข้าวโดยทั่วไปอุณหภูมิจะอยู่ที่ 28°C และ 22°C ตามลำดับ (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021) อุณหภูมิที่สูงเกินเกณฑ์เหล่านี้อาจทำให้เกิดช่วงที่เครียดจากความร้อนปานกลางถึงรุนแรงในช่วงที่อ่อนไหวของการพัฒนาของข้าว (การแตกกอ การออกดอก การออกดอก และการเติมเมล็ด) ซึ่งส่งผลเสียต่อผลผลิตเมล็ดพืช การลดลงของผลผลิตนี้ส่วนใหญ่เกิดจากช่วงเครียดจากความร้อนที่ยาวนาน ซึ่งส่งผลต่อสรีรวิทยาของพืช เนื่องมาจากปฏิสัมพันธ์ของปัจจัยต่างๆ เช่น ระยะเวลาของความเครียดและอุณหภูมิสูงสุดที่ถึง ความเครียดจากความร้อนอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อการเผาผลาญและการพัฒนาของพืชอย่างไม่สามารถกลับคืนได้
ความเครียดจากความร้อนส่งผลต่อกระบวนการทางสรีรวิทยาและชีวเคมีต่างๆ ในพืช การสังเคราะห์แสงของใบเป็นกระบวนการหนึ่งที่อ่อนไหวต่อความเครียดจากความร้อนมากที่สุดในต้นข้าว เนื่องจากอัตราการสังเคราะห์แสงจะลดลง 50% เมื่ออุณหภูมิในแต่ละวันเกิน 35°C การตอบสนองทางสรีรวิทยาของต้นข้าวจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของความเครียดจากความร้อน ตัวอย่างเช่น อัตราการสังเคราะห์แสงและการนำไฟฟ้าของปากใบจะถูกยับยั้งเมื่อพืชสัมผัสกับอุณหภูมิในเวลากลางวันที่สูง (33–40°C) หรืออุณหภูมิในเวลากลางวันและกลางคืนที่สูง (35–40°C ในระหว่างวัน หรือ 28–30°C) C หมายถึงเวลากลางคืน (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017) อุณหภูมิกลางคืนที่สูง (30°C) ทำให้การสังเคราะห์แสงถูกยับยั้งในระดับปานกลางแต่เพิ่มการหายใจในเวลากลางคืน (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017) ไม่ว่าจะอยู่ในช่วงความเครียดใด ความเครียดจากความร้อนยังส่งผลต่อปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบ อัตราส่วนของคลอโรฟิลล์ที่แปรผันต่อการเรืองแสงสูงสุดของคลอโรฟิลล์ (Fv/Fm) และการทำงานของ 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) โพรลีนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการเผาผลาญของพืช เนื่องจากทำหน้าที่เป็นแหล่งคาร์บอนหรือไนโตรเจน และเป็นตัวทำให้เยื่อหุ้มเซลล์คงตัวภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง (Sánchez-Reinoso et al., 2014) อุณหภูมิสูงยังส่งผลต่อเสถียรภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านการเกิดลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน ซึ่งนำไปสู่การเกิดมาโลนไดอัลดีไฮด์ (MDA) (Wahid et al., 2007) ดังนั้น ปริมาณ MDA จึงถูกนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจความสมบูรณ์ของโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ภายใต้ความเครียดจากความร้อนด้วย (Cao et al., 2009 ; Chavez-Arias et al., 2018 ) ในที่สุด ความเครียดจากความร้อนร่วม [37/30°C (กลางวัน/กลางคืน)] จะเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์และปริมาณมาโลนไดอัลดีไฮด์ในข้าว (Liu et al., 2013)
การใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (GRs) ได้รับการประเมินว่าสามารถบรรเทาผลกระทบเชิงลบของความเครียดจากความร้อนได้ เนื่องจากสารเหล่านี้มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างแข็งขันในการตอบสนองของพืชหรือกลไกการป้องกันทางสรีรวิทยาต่อความเครียดดังกล่าว (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011 ; Ahmed et al., 2015) การใช้ทรัพยากรพันธุกรรมจากภายนอกมีผลดีต่อการทนต่อความเครียดจากความร้อนในพืชผลต่างๆ การศึกษาวิจัยแสดงให้เห็นว่าฮอร์โมนพืช เช่น จิบเบอเรลลิน (GA) ไซโตไคนิน (CK) ออกซิน (AUX) หรือบราสซิโนสเตียรอยด์ (BR) ส่งผลให้ตัวแปรทางสรีรวิทยาและชีวเคมีต่างๆ เพิ่มขึ้น (Peleg and Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011 ; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014) ในโคลอมเบีย ยังไม่มีการทำความเข้าใจและศึกษาการใช้ทรัพยากรพันธุกรรมจากภายนอกและผลกระทบที่มีต่อพืชข้าวอย่างเต็มที่ อย่างไรก็ตาม การศึกษาครั้งก่อนแสดงให้เห็นว่าการพ่น BR ทางใบสามารถปรับปรุงความทนทานของข้าวได้โดยการปรับปรุงลักษณะการแลกเปลี่ยนก๊าซ ปริมาณคลอโรฟิลล์หรือโพรลีนในใบต้นกล้าข้าว (Qintero-Calderón et al., 2021)
ไซโตไคนินทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการตอบสนองของพืชต่อความเครียดจากปัจจัยภายนอก รวมถึงความเครียดจากความร้อน (Ha et al., 2012) นอกจากนี้ ยังมีรายงานว่าการใช้ CK จากภายนอกสามารถลดความเสียหายจากความร้อนได้ ตัวอย่างเช่น การใช้ซีเอตินจากภายนอกช่วยเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสง ปริมาณคลอโรฟิลล์ a และ b และประสิทธิภาพในการขนส่งอิเล็กตรอนในหญ้าเบนท์เลื้อย (Agrotis estolonifera) ระหว่างที่เกิดความเครียดจากความร้อน (Xu and Huang, 2009; Jespersen and Huang, 2015) การใช้ซีเอตินจากภายนอกยังสามารถปรับปรุงกิจกรรมของสารต้านอนุมูลอิสระ เพิ่มการสังเคราะห์โปรตีนต่างๆ ลดความเสียหายจากอนุมูลออกซิเจน (ROS) และการผลิตมาโลนไดอัลดีไฮด์ (MDA) ในเนื้อเยื่อพืช (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009) , 2016; Kumar et al., 2020)
การใช้กรดจิบเบอเรลลิกยังแสดงให้เห็นการตอบสนองเชิงบวกต่อความเครียดจากความร้อน การศึกษาวิจัยแสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์ GA เป็นตัวกลางในเส้นทางการเผาผลาญต่างๆ และเพิ่มความทนทานภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020) Abdel-Nabi et al. (2020) พบว่าการพ่น GA จากภายนอก (25 หรือ 50 มก.*ล.) ทางใบสามารถเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสงและกิจกรรมต้านอนุมูลอิสระในต้นส้มที่เครียดจากความร้อนเมื่อเทียบกับต้นควบคุม นอกจากนี้ ยังสังเกตได้ว่าการใช้ HA จากภายนอกจะเพิ่มปริมาณความชื้นสัมพัทธ์ ปริมาณคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ และลดการเกิดลิพิดเปอร์ออกซิเดชันในปาล์มอินทผลัม (Phoenix dactylifera) ภายใต้ความเครียดจากความร้อน (Khan et al., 2020) นอกจากนี้ ออกซินยังมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการตอบสนองการเจริญเติบโตแบบปรับตัวต่อสภาวะอุณหภูมิสูง (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016) ตัวควบคุมการเจริญเติบโตนี้ทำหน้าที่เป็นเครื่องหมายทางชีวเคมีในกระบวนการต่างๆ เช่น การสังเคราะห์โปรลีนหรือการย่อยสลายภายใต้ความเครียดจากสภาพแวดล้อม (Ali et al. 2007) นอกจากนี้ AUX ยังช่วยเพิ่มกิจกรรมของสารต้านอนุมูลอิสระ ซึ่งนำไปสู่การลดลงของ MDA ในพืชเนื่องจากการลดลงของลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน (Bielach et al., 2017) Sergeev et al. (2018) พบว่าในต้นถั่ว (Pisum sativum) ภายใต้ความเครียดจากความร้อน ปริมาณโปรลีน – ไดเมทิลอะมิโนเอทอกซีคาร์บอนิลเมทิล)แนฟทิลคลอโรเมทิลอีเธอร์ (TA-14) จะเพิ่มขึ้น ในการทดลองเดียวกันนี้ พวกเขายังสังเกตเห็นระดับ MDA ที่ลดลงในพืชที่ได้รับการบำบัดเมื่อเทียบกับพืชที่ไม่ได้รับการบำบัดด้วย AUX
บราสซิโนสเตียรอยด์เป็นสารควบคุมการเจริญเติบโตอีกประเภทหนึ่งที่ใช้เพื่อบรรเทาผลกระทบจากความเครียดจากความร้อน Ogweno et al. (2008) รายงานว่าการพ่น BR จากภายนอกช่วยเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิ การนำไฟฟ้าของปากใบ และอัตราสูงสุดของการคาร์บอกซิเลชัน Rubisco ของต้นมะเขือเทศ (Solanum lycopersicum) ภายใต้ความเครียดจากความร้อนเป็นเวลา 8 วัน การพ่นเอพิบราสซิโนสเตียรอยด์ทางใบสามารถเพิ่มอัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิของต้นแตงกวา (Cucumis sativus) ภายใต้ความเครียดจากความร้อนได้ (Yu et al., 2004) นอกจากนี้ การพ่น BR จากภายนอกยังช่วยชะลอการย่อยสลายของคลอโรฟิลล์และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำและผลผลิตควอนตัมสูงสุดของโฟโตเคมี 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) นอกจากนี้การใช้ตัวแปรทางชีวเคมีและสรีรวิทยา (อุณหภูมิใบ การนำไฟฟ้าของปากใบ พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ ปริมาณคลอโรฟิลล์และน้ำสัมพันธ์ การสังเคราะห์มาโลนไดอัลดีไฮด์และโพรลีน) เป็นเครื่องมือที่เชื่อถือได้ในการคัดกรองต้นข้าวภายใต้ความเครียดจากความร้อนทั้งในระดับท้องถิ่นและระดับนานาชาติ (Sánchez -Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; อย่างไรก็ตาม การวิจัยเกี่ยวกับการใช้สเปรย์ฮอร์โมนพืชทางใบในข้าวในระดับท้องถิ่นยังคงไม่มากนัก ดังนั้น การศึกษาปฏิกิริยาทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเสนอแนวทางทางการเกษตรในทางปฏิบัติสำหรับเรื่องนี้ การแก้ไขผลกระทบเชิงลบของช่วงความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนในข้าว ดังนั้น จุดประสงค์ของการศึกษานี้คือการประเมินผลกระทบทางสรีรวิทยา (การนำไฟฟ้าของปากใบ พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ และปริมาณน้ำสัมพันธ์) และผลทางชีวเคมีของการฉีดพ่นทางใบเพื่อการเจริญเติบโตของพืชสี่ชนิด ตัวควบคุม (AUX, CK, GA และ BR) (เม็ดสีสังเคราะห์แสง ปริมาณมาโลนไดอัลดีไฮด์ และโพรลีน) ตัวแปรในข้าวพันธุ์เชิงพาณิชย์ 2 พันธุ์ที่ได้รับความเครียดจากความร้อนร่วมกัน (อุณหภูมิกลางวัน/กลางคืนสูง)
ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ทำการทดลองอิสระสองครั้ง โดยใช้จีโนไทป์ Federrose 67 (F67: จีโนไทป์ที่พัฒนาขึ้นภายใต้อุณหภูมิสูงในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา) และ Federrose 2000 (F2000: จีโนไทป์ที่พัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษสุดท้ายของศตวรรษที่ 20 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความต้านทานต่อไวรัสใบขาว) เป็นครั้งแรก เมล็ด และการทดลองครั้งที่สอง ตามลำดับ จีโนไทป์ทั้งสองชนิดได้รับการเพาะปลูกอย่างแพร่หลายโดยเกษตรกรชาวโคลอมเบีย เมล็ดพันธุ์ถูกหว่านในถาดขนาด 10 ลิตร (ยาว 39.6 ซม. กว้าง 28.8 ซม. สูง 16.8 ซม.) ที่มีดินร่วนปนทรายที่มีอินทรียวัตถุ 2% ในแต่ละถาดจะปลูกเมล็ดพันธุ์ที่งอกแล้วจำนวน 5 เมล็ด พาเลทดังกล่าวถูกวางไว้ในเรือนกระจกของคณะวิทยาศาสตร์การเกษตร มหาวิทยาลัยแห่งชาติโคลอมเบีย วิทยาเขตโบโกตา (43°50′56″ N, 74°04′051″ W) ที่ระดับความสูง 2,556 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล (asl) m.) และดำเนินการตั้งแต่เดือนตุลาคมถึงธันวาคม 2562 มีการทดลองครั้งหนึ่ง (Federroz 67) และครั้งที่สอง (Federroz 2000) ในฤดูกาลเดียวกันของปี 2563
สภาพแวดล้อมในเรือนกระจกในแต่ละฤดูปลูกมีดังนี้: อุณหภูมิกลางวันและกลางคืน 30/25°C ความชื้นสัมพัทธ์ 60~80% ช่วงแสงธรรมชาติ 12 ชั่วโมง (รังสีที่มีผลต่อการสังเคราะห์แสง 1500 µmol (โฟตอน) m-2 s-) 1 ในตอนเที่ยง พืชได้รับปุ๋ยตามเนื้อหาของธาตุแต่ละชนิด 20 วันหลังจากการงอกของเมล็ด (DAE) ตามที่ Sánchez-Reinoso et al. (2019): ไนโตรเจน 670 มก. ต่อต้น ฟอสฟอรัส 110 มก. ต่อต้น โพแทสเซียม 350 มก. ต่อต้น แคลเซียม 68 มก. ต่อต้น แมกนีเซียม 20 มก. ต่อต้น กำมะถัน 20 มก. ต่อต้น ซิลิคอน 17 มก. ต่อต้น พืชมีโบรอน 10 มก. ต่อต้น ทองแดง 17 มก. ต่อต้น และสังกะสี 44 มก. ต่อต้น ต้นข้าวได้รับการดูแลให้คงสภาพที่อุณหภูมิสูงสุดถึง 47 DAE ในแต่ละการทดลองเมื่อต้นข้าวเข้าสู่ระยะฟีโนโลยี V5 ในช่วงเวลาดังกล่าว การศึกษาครั้งก่อนแสดงให้เห็นว่าระยะฟีโนโลยีนี้เป็นช่วงเวลาที่เหมาะสมในการศึกษาภาวะเครียดจากความร้อนในข้าว (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017)
ในการทดลองแต่ละครั้ง จะมีการฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของใบแยกกันสองครั้ง โดยฉีดพ่นฮอร์โมนพืชทางใบชุดแรก 5 วันก่อนการบำบัดด้วยความร้อน (42 วันต่อวัน) เพื่อเตรียมพืชให้พร้อมสำหรับสภาพแวดล้อมที่เครียด จากนั้นจึงฉีดพ่นใบชุดที่สอง 5 วันหลังจากที่พืชได้รับความเครียด (52 วันต่อวัน) มีการใช้ฮอร์โมนพืช 4 ชนิด และคุณสมบัติของสารออกฤทธิ์แต่ละชนิดที่ฉีดพ่นในการศึกษานี้แสดงอยู่ในตารางเสริม 1 ความเข้มข้นของสารควบคุมการเจริญเติบโตของใบที่ใช้มีดังนี้: (i) ออกซิน (1-แนฟทิลอะซิติกแอซิด: 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 เลือกความเข้มข้นเหล่านี้เพราะจะกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองในเชิงบวกและเพิ่มความต้านทานของพืชต่อความเครียดจากความร้อน (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017 ) ต้นข้าวที่ไม่ได้ฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชจะได้รับการบำบัดด้วยน้ำกลั่นเท่านั้น ต้นข้าวทั้งหมดได้รับการฉีดพ่นด้วยเครื่องพ่นมือ ฉีด H2O 20 มล. ลงบนต้นข้าวเพื่อให้ผิวใบด้านบนและด้านล่างชื้น สเปรย์ทางใบทั้งหมดใช้สารเสริมฤทธิ์ทางการเกษตร (Agrotin, Bayer CropScience, Colombia) ที่ 0.1% (v/v) ระยะห่างระหว่างกระถางกับหัวพ่น 30 ซม.
การบำบัดความเครียดจากความร้อนจะดำเนินการ 5 วันหลังจากการฉีดพ่นใบครั้งแรก (47 DAE) ในแต่ละการทดลอง ต้นข้าวถูกย้ายจากเรือนกระจกไปยังห้องเพาะเลี้ยงขนาด 294 ลิตร (MLR-351H, Sanyo, IL, USA) เพื่อสร้างความเครียดจากความร้อนหรือรักษาสภาพแวดล้อมเดิม (47 DAE) การบำบัดความเครียดจากความร้อนแบบผสมผสานดำเนินการโดยตั้งห้องเพาะเลี้ยงที่อุณหภูมิกลางวัน/กลางคืนดังต่อไปนี้: อุณหภูมิสูงในเวลากลางวัน [40°C เป็นเวลา 5 ชั่วโมง (ตั้งแต่ 11.00 ถึง 16.00 น.)] และช่วงกลางคืน [30°C เป็นเวลา 5 ชั่วโมง] ติดต่อกัน 8 วัน (ตั้งแต่ 19.00 ถึง 24.00 น.) อุณหภูมิความเครียดและเวลาที่ได้รับแสงถูกเลือกตามการศึกษาครั้งก่อน (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017) ในทางกลับกัน กลุ่มของพืชที่ถูกย้ายไปยังห้องเจริญเติบโตจะถูกเก็บไว้ในเรือนกระจกที่อุณหภูมิเดียวกัน (30°C ในระหว่างวัน/25°C ในเวลากลางคืน) เป็นเวลา 8 วันติดต่อกัน
เมื่อสิ้นสุดการทดลอง จะได้รับกลุ่มการทดลองดังต่อไปนี้: (i) สภาวะอุณหภูมิการเจริญเติบโต + การใช้น้ำกลั่น [การควบคุมแบบสัมบูรณ์ (AC)], (ii) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้น้ำกลั่น [การควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC)], (iii) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้ออกซิน (AUX) (iv) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้จิบเบอเรลลิน (GA) (v) สภาวะความเครียดจากความร้อน + การใช้ไซโตไคนิน (CK) และ (vi) สภาวะความเครียดจากความร้อน + บราซิโนสเตียรอยด์ (BR) ภาคผนวก กลุ่มการทดลองเหล่านี้ใช้สำหรับจีโนไทป์สองแบบ (F67 และ F2000) การทดลองทั้งหมดดำเนินการตามการออกแบบแบบสุ่มอย่างสมบูรณ์โดยมีการจำลองซ้ำห้าครั้ง โดยแต่ละครั้งประกอบด้วยพืชหนึ่งต้น พืชแต่ละต้นใช้เพื่ออ่านตัวแปรที่กำหนดในตอนท้ายของการทดลอง การทดลองใช้เวลา 55 วัน
วัดค่าการนำไฟฟ้าของปากใบ (gs) โดยใช้เครื่องวัดรูพรุนแบบพกพา (SC-1, METER Group Inc., USA) ในช่วง 0 ถึง 1,000 มิลลิโมลต่อตารางเมตรต่อวินาที โดยมีรูช่องเก็บตัวอย่างขนาด 6.35 มิลลิเมตร การวัดทำได้โดยการติดหัววัดปากใบเข้ากับใบที่โตเต็มที่โดยที่กิ่งหลักของต้นพืชขยายเต็มที่ สำหรับการบำบัดแต่ละครั้ง จะมีการอ่านค่า gs จากใบของพืชแต่ละใบสามใบระหว่างเวลา 11.00 ถึง 16.00 น. และหาค่าเฉลี่ย
RWC ถูกกำหนดตามวิธีที่อธิบายโดย Ghoulam et al. (2002) แผ่นขยายเต็มที่ที่ใช้ในการกำหนด g ยังใช้ในการวัด RWC ด้วย น้ำหนักสด (FW) ถูกกำหนดทันทีหลังการเก็บเกี่ยวโดยใช้เครื่องชั่งดิจิทัล จากนั้นนำใบไม้ใส่ในภาชนะพลาสติกที่เติมน้ำแล้วทิ้งไว้ในที่มืดที่อุณหภูมิห้อง (22°C) เป็นเวลา 48 ชั่วโมง จากนั้นชั่งน้ำหนักบนเครื่องชั่งดิจิทัลและบันทึกน้ำหนักที่ขยาย (TW) นำใบไม้ที่บวมขึ้นไปอบแห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 75°C เป็นเวลา 48 ชั่วโมง และบันทึกน้ำหนักแห้ง (DW)
ปริมาณคลอโรฟิลล์ที่สัมพันธ์กันถูกกำหนดโดยใช้เครื่องวัดคลอโรฟิลล์ (atLeafmeter, FT Green LLC, สหรัฐอเมริกา) และแสดงเป็นหน่วย atLeaf (Dey et al., 2016) การอ่านค่าประสิทธิภาพควอนตัมสูงสุดของ PSII (อัตราส่วน Fv/Fm) ถูกบันทึกโดยใช้ฟลูออไรมิเตอร์คลอโรฟิลล์แบบกระตุ้นต่อเนื่อง (Handy PEA, Hansatech Instruments, สหราชอาณาจักร) ปรับใบไม้ให้เข้ากับความมืดโดยใช้ที่หนีบใบเป็นเวลา 20 นาทีก่อนการวัด Fv/Fm (Restrepo-Diaz และ Garces-Varon, 2013) หลังจากปรับใบไม้ให้เข้ากับความมืดแล้ว จะวัดค่าพื้นฐาน (F0) และค่าฟลูออเรสเซนต์สูงสุด (Fm) จากข้อมูลเหล่านี้ ได้มีการคำนวณค่าการเรืองแสงแบบแปรผัน (Fv = Fm – F0) อัตราส่วนของการเรืองแสงแบบแปรผันต่อการเรืองแสงสูงสุด (Fv/Fm) ผลผลิตควอนตัมสูงสุดของโฟโตเคมี PSII (Fv/F0) และอัตราส่วน Fm/F0 (Baker, 2008; Lee et al. ., 2017) ได้มีการอ่านค่าการเรืองแสงของคลอโรฟิลล์และคลอโรฟิลล์ที่สัมพันธ์กันบนใบเดียวกันที่ใช้ในการวัด gs
รวบรวมน้ำหนักสดของใบประมาณ 800 มก. เป็นตัวแปรทางชีวเคมี จากนั้นนำตัวอย่างใบมาทำให้เป็นเนื้อเดียวกันในไนโตรเจนเหลวและเก็บไว้เพื่อวิเคราะห์เพิ่มเติม วิธีการสเปกโตรเมตริกที่ใช้ในการประมาณปริมาณคลอโรฟิลล์ a, b และแคโรทีนอยด์ในเนื้อเยื่อนั้นใช้หลักการและสมการที่อธิบายโดย Wellburn (1994) เก็บตัวอย่างเนื้อเยื่อใบ (30 มก.) แล้วทำให้เป็นเนื้อเดียวกันในอะซิโตน 80% 3 มล. จากนั้นนำตัวอย่างไปปั่นเหวี่ยง (รุ่น 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, สหรัฐอเมริกา) ที่ 5,000 รอบต่อนาทีเป็นเวลา 10 นาทีเพื่อแยกอนุภาคออก จากนั้นเจือจางของเหลวส่วนบนจนมีปริมาตรสุดท้าย 6 มล. โดยเติมอะซิโตน 80% (Sims และ Gamon, 2002) ปริมาณคลอโรฟิลล์ถูกกำหนดที่ 663 (คลอโรฟิลล์ a) และ 646 (คลอโรฟิลล์ b) นาโนเมตร และแคโรทีนอยด์ที่ 470 นาโนเมตรโดยใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA)
วิธีไทโอบาร์บิทูริกแอซิด (TBA) ที่อธิบายโดยฮอดจ์และคณะ (1999) ถูกนำมาใช้เพื่อประเมินการเกิดเปอร์ออกซิเดชันของลิพิดในเยื่อหุ้มเซลล์ (MDA) นอกจากนี้ ยังทำให้เนื้อเยื่อใบประมาณ 0.3 กรัมเป็นเนื้อเดียวกันในไนโตรเจนเหลวด้วย ตัวอย่างถูกปั่นเหวี่ยงที่ 5,000 รอบต่อนาที และวัดค่าการดูดกลืนแสงด้วยเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ที่ 440, 532 และ 600 นาโนเมตร ในที่สุด ความเข้มข้นของ MDA ถูกคำนวณโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การสูญพันธุ์ (157 M mL−1)
ปริมาณโปรลีนของสารทั้งหมดถูกกำหนดโดยใช้วิธีที่อธิบายโดย Bates et al. (1973) เติมกรดซัลโฟซาลิไซลิกในน้ำ 3% 10 มล. ลงในตัวอย่างที่เก็บไว้แล้วกรองผ่านกระดาษกรอง Whatman (หมายเลข 2) จากนั้นทำปฏิกิริยากับสารละลาย 2 มล. ของกรดนินไฮดริก 2 มล. และกรดอะซิติกบริสุทธิ์ 2 มล. นำส่วนผสมไปแช่ในอ่างน้ำที่อุณหภูมิ 90°C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง หยุดปฏิกิริยาโดยฟักบนน้ำแข็ง เขย่าหลอดทดลองอย่างแรงโดยใช้เครื่องเขย่าแบบวอร์เท็กซ์แล้วละลายสารละลายที่ได้ในโทลูอีน 4 มล. วัดค่าการดูดกลืนแสงที่ 520 นาโนเมตรโดยใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์เครื่องเดียวกับที่ใช้ในการวัดปริมาณเม็ดสีสังเคราะห์แสง (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA)
วิธีการที่อธิบายโดย Gerhards et al. (2016) เพื่อคำนวณอุณหภูมิของเรือนยอดและ CSI ภาพถ่ายความร้อนถูกถ่ายด้วยกล้อง FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) ด้วยความแม่นยำ ±2°C เมื่อสิ้นสุดช่วงความเครียด วางพื้นผิวสีขาวไว้ด้านหลังต้นไม้เพื่อถ่ายภาพ โรงงานสองแห่งถือเป็นแบบจำลองอ้างอิงอีกครั้ง โดยวางต้นไม้ไว้บนพื้นผิวสีขาว โรงงานแห่งหนึ่งเคลือบด้วยสารเสริมฤทธิ์ทางการเกษตร (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Colombia) เพื่อจำลองการเปิดของปากใบทั้งหมด [โหมดเปียก (Twet)] และอีกแห่งเป็นใบที่ไม่มีการทาใดๆ [โหมดแห้ง (Tdry)] (Castro -Duque et al., 2020) ระยะห่างระหว่างกล้องและกระถางระหว่างการถ่ายทำคือ 1 ม.
ดัชนีความคลาดเคลื่อนสัมพันธ์ได้รับการคำนวณทางอ้อมโดยใช้ค่าการนำไฟฟ้าของปากใบ (gs) ของพืชที่ได้รับการบำบัดเทียบกับพืชควบคุม (พืชที่ไม่ได้รับการบำบัดด้วยความเครียดและใช้สารควบคุมการเจริญเติบโต) เพื่อกำหนดความคลาดเคลื่อนของจีโนไทป์ที่ได้รับการบำบัดซึ่งประเมินในการศึกษานี้ RTI ได้รับโดยใช้สมการที่ดัดแปลงมาจาก Chávez-Arias et al. (2020)
ในการทดลองแต่ละครั้ง ตัวแปรทางสรีรวิทยาทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้นจะถูกกำหนดและบันทึกที่ 55 DAE โดยใช้ใบที่ขยายเต็มที่ซึ่งเก็บมาจากเรือนยอดด้านบน นอกจากนี้ ยังมีการวัดในห้องเพาะเลี้ยงเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมที่พืชเจริญเติบโต
ข้อมูลจากการทดลองครั้งแรกและครั้งที่สองได้รับการวิเคราะห์ร่วมกันเป็นชุดการทดลอง กลุ่มการทดลองแต่ละกลุ่มประกอบด้วยพืช 5 ต้น และพืชแต่ละต้นประกอบเป็นหน่วยการทดลอง การวิเคราะห์ความแปรปรวน (ANOVA) ดำเนินการ (P ≤ 0.05) เมื่อตรวจพบความแตกต่างที่สำคัญ จะใช้การทดสอบเปรียบเทียบหลังการทดลองของ Tukey ที่ P ≤ 0.05 ใช้ฟังก์ชัน arcsine เพื่อแปลงค่าเปอร์เซ็นต์ ข้อมูลได้รับการวิเคราะห์โดยใช้ซอฟต์แวร์ Statistix v 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) และพล็อตโดยใช้ SigmaPlot (เวอร์ชัน 10.0; Systat Software, San Jose, CA, USA) การวิเคราะห์องค์ประกอบหลักดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์ InfoStat 2016 (Analysis Software, National University of Cordoba, Argentina) เพื่อระบุสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชที่ดีที่สุดที่อยู่ระหว่างการศึกษา
ตารางที่ 1 สรุปผลการวิเคราะห์ทางสถิติ (ANOVA) ที่แสดงการทดลอง การบำบัดที่แตกต่างกัน และปฏิสัมพันธ์ของการบำบัดกับเม็ดสีสังเคราะห์แสงของใบ (คลอโรฟิลล์ a, b, ทั้งหมด และแคโรทีนอยด์) มาโลนไดอัลดีไฮด์ (MDA) และปริมาณโพรลีน และการนำไฟฟ้าของปากใบ ผลของ gs ปริมาณน้ำสัมพันธ์ (RWC) ปริมาณคลอโรฟิลล์ พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์อัลฟา อุณหภูมิเรือนยอด (PCT) (°C) ดัชนีความเครียดของพืช (CSI) และดัชนีความคลาดเคลื่อนสัมพันธ์ของต้นข้าวที่ 55 DAE
ตารางที่ 1 สรุปข้อมูล ANOVA ของตัวแปรทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของข้าวระหว่างการทดลอง (จีโนไทป์) กับการบำบัดภายใต้ความเครียดจากความร้อน
ความแตกต่าง (P≤0.01) ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างเม็ดสีสังเคราะห์แสงของใบ ปริมาณคลอโรฟิลล์สัมพันธ์ (ค่าการอ่าน Atleaf) และพารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์อัลฟาระหว่างการทดลองและการบำบัดแสดงอยู่ในตารางที่ 2 อุณหภูมิในเวลากลางวันและกลางคืนที่สูงทำให้ปริมาณคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ทั้งหมดเพิ่มขึ้น ต้นกล้าข้าวที่ไม่มีการพ่นฮอร์โมนพืชทางใบ (2.36 มก./ก. สำหรับ “F67″ และ 2.56 มก./ก. สำหรับ “F2000″) เมื่อเปรียบเทียบกับพืชที่ปลูกภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสม (2.67 มก./ก.)) แสดงให้เห็นว่าปริมาณคลอโรฟิลล์ทั้งหมดลดลง ในการทดลองทั้งสองครั้ง “F67” มี 2.80 มก./ก. และ “F2000” มี 2.80 มก./ก. นอกจากนี้ต้นกล้าข้าวที่ได้รับสารฉีดพ่น AUX และ GA ร่วมกันภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อนยังแสดงให้เห็นการลดลงของปริมาณคลอโรฟิลล์ในทั้งสองจีโนไทป์ (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.) ก. และ GA = 1.43 มก./ก. (สำหรับ “F2000″) ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อน ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อน การบำบัดทางใบด้วย BR ส่งผลให้ตัวแปรนี้เพิ่มขึ้นเล็กน้อยในทั้งสองจีโนไทป์ ในที่สุด สารฉีดพ่นทางใบ CK แสดงค่าเม็ดสีสังเคราะห์แสงสูงสุดในบรรดาการบำบัดทั้งหมด (AUX, GA, BR, SC และ AC) ในจีโนไทป์ F67 (3.24 มก./ก.) และ F2000 (3.65 มก./ก.) ปริมาณคลอโรฟิลล์ (หน่วย Atleaf) ลดลงเนื่องจากความเครียดจากความร้อนร่วมด้วย ค่าสูงสุดยังพบในพืชที่ฉีดพ่นด้วย CC ในจีโนไทป์ทั้งสอง (41.66 สำหรับ “F67” และ 49.30 สำหรับ “F2000”) อัตราส่วน Fv และ Fv/Fm แสดงให้เห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการบำบัดและพันธุ์พืช (ตารางที่ 2) โดยรวมแล้ว ในบรรดาตัวแปรเหล่านี้ พันธุ์พืช F67 อ่อนไหวต่อความเครียดจากความร้อนน้อยกว่าพันธุ์พืช F2000 อัตราส่วน Fv และ Fv/Fm ได้รับผลกระทบมากกว่าในการทดลองครั้งที่สอง ต้นกล้า 'F2000' ที่ได้รับความเครียดซึ่งไม่ได้ฉีดพ่นด้วยฮอร์โมนพืชใดๆ มีค่า Fv ต่ำที่สุด (2120.15) และอัตราส่วน Fv/Fm (0.59) แต่การฉีดพ่นใบด้วย CK ช่วยฟื้นฟูค่าเหล่านี้ได้ (Fv: 2591, 89, อัตราส่วน Fv/Fm: 0.73) โดยได้รับค่าการอ่านที่คล้ายกับที่บันทึกไว้ในต้น "F2000" ที่ปลูกในสภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสม (Fv: 2955.35, อัตราส่วน Fv/Fm: 0.73:0.72) ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในค่าการเรืองแสงเริ่มต้น (F0), การเรืองแสงสูงสุด (Fm), ผลผลิตควอนตัมโฟโตเคมีสูงสุดของ PSII (Fv/F0) และอัตราส่วน Fm/F0 ในที่สุด BR แสดงแนวโน้มที่คล้ายกันตามที่สังเกตด้วย CK (Fv 2545.06, อัตราส่วน Fv/Fm 0.73)
ตารางที่ 2 ผลของความเครียดจากความร้อนร่วม (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) ต่อเม็ดสีสังเคราะห์แสงของใบ [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), ผลผลิตควอนตัมสูงสุดทางเคมีของ PSII (Fv/F0 ) และ Fm/F0 ในต้นข้าวจีโนไทป์สองพันธุ์ [Federrose 67 (F67) และ Federrose 2000 (F2000)] 55 วันหลังจากการงอก (DAE))
ปริมาณน้ำสัมพันธ์ (RWC) ของต้นข้าวที่ได้รับการบำบัดต่างกันแสดงความแตกต่าง (P ≤ 0.05) ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการฉีดพ่นทางใบ (รูปที่ 1A) เมื่อได้รับการบำบัดด้วย SA ค่าต่ำสุดถูกบันทึกไว้สำหรับจีโนไทป์ทั้งสอง (74.01% สำหรับ F67 และ 76.6% สำหรับ F2000) ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อน RWC ของต้นข้าวของจีโนไทป์ทั้งสองที่ได้รับการบำบัดด้วยฮอร์โมนพืชที่แตกต่างกันเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยรวมแล้ว การฉีดพ่นทางใบด้วย CK, GA, AUX หรือ BR ทำให้ RWC เพิ่มขึ้นเป็นค่าที่ใกล้เคียงกับค่าของพืชที่ปลูกภายใต้สภาวะที่เหมาะสมในระหว่างการทดลอง พืชควบคุมแบบสมบูรณ์และพืชที่ฉีดพ่นทางใบบันทึกค่าได้ประมาณ 83% สำหรับจีโนไทป์ทั้งสอง ในทางกลับกัน gs ยังแสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (P ≤ 0.01) ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการบำบัด (รูปที่ 1B) นอกจากนี้ ต้นข้าวที่ควบคุมโดยสมบูรณ์ (AC) ยังบันทึกค่าสูงสุดสำหรับแต่ละจีโนไทป์ (440.65 มิลลิโมล·ม-2วินาที-1 สำหรับ F67 และ 511.02 มิลลิโมล·ม-2วินาที-1 สำหรับ F2000) ต้นข้าวที่อยู่ภายใต้ความเครียดจากความร้อนร่วมเพียงอย่างเดียวแสดงค่า gs ต่ำสุดสำหรับทั้งสองจีโนไทป์ (150.60 มิลลิโมล·ม-2วินาที-1 สำหรับ F67 และ 171.32 มิลลิโมล·ม-2วินาที-1 สำหรับ F2000) การฉีดพ่นใบด้วยสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชทั้งหมดยังเพิ่ม gs ในต้นข้าว F2000 ที่ฉีดพ่นด้วย CC ผลของการฉีดพ่นใบด้วยฮอร์โมนพืชนั้นชัดเจนกว่า พืชกลุ่มนี้ไม่มีความแตกต่างกันเมื่อเปรียบเทียบกับพืชที่ควบคุมโดยสมบูรณ์ (AC 511.02 และ CC 499.25 มิลลิโมล·ม-2วินาที-1)
รูปที่ 1 ผลของความเครียดจากความร้อนร่วม (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) ต่อปริมาณน้ำสัมพันธ์ (RWC) (A) การนำไฟฟ้าของปากใบ (gs) (B) การผลิตมาโลนไดอัลดีไฮด์ (MDA) (C) และปริมาณโพรลีน (D) ในต้นข้าวจีโนไทป์สองสายพันธุ์ (F67 และ F2000) ที่ 55 วันหลังจากการงอก (DAE) การบำบัดที่ประเมินสำหรับแต่ละจีโนไทป์ ได้แก่ การควบคุมแบบสัมบูรณ์ (AC) การควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC) ความเครียดจากความร้อน + ออกซิน (AUX) ความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน (GA) ความเครียดจากความร้อน + ไมโตเจนของเซลล์ (CK) และความเครียดจากความร้อน + บราสซิโนสเตียรอยด์ (BR) แต่ละคอลัมน์แสดงค่าเฉลี่ย ± ข้อผิดพลาดมาตรฐานของจุดข้อมูลห้าจุด (n = 5) คอลัมน์ที่ตามด้วยตัวอักษรต่างกันบ่งชี้ความแตกต่างที่มีนัยสำคัญทางสถิติตามการทดสอบของทูคีย์ (P ≤ 0.05) ตัวอักษรที่มีเครื่องหมายเท่ากับบ่งชี้ว่าค่าเฉลี่ยไม่มีนัยสำคัญทางสถิติ (≤ 0.05)
ปริมาณ MDA (P ≤ 0.01) และโพรลีน (P ≤ 0.01) ยังแสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการบำบัดด้วยฮอร์โมนพืช (รูปที่ 1C, D) พบว่ามีการเพิ่มขึ้นของลิพิดเปอร์ออกซิเดชันในการบำบัดด้วย SC ในจีโนไทป์ทั้งสอง (รูปที่ 1C) อย่างไรก็ตาม พืชที่ได้รับการบำบัดด้วยสเปรย์ควบคุมการเจริญเติบโตของใบมีการลดลงของลิพิดเปอร์ออกซิเดชันในจีโนไทป์ทั้งสอง โดยทั่วไป การใช้ฮอร์โมนพืช (CA, AUC, BR หรือ GA) จะทำให้ลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน (ปริมาณ MDA) ลดลง ไม่พบความแตกต่างระหว่างต้น AC ที่มีจีโนไทป์ทั้งสองกับต้นที่เครียดจากความร้อนและพ่นฮอร์โมนพืช (ค่า FW ที่สังเกตได้ในต้น “F67” อยู่ในช่วง 4.38–6.77 µmol g-1 และในต้น FW “F2000” มีค่าอยู่ในช่วง 2.84 ถึง 9.18 µmol g-1 (ต้น) ในทางกลับกัน การสังเคราะห์โปรลีนในต้น “F67” ต่ำกว่าในต้น “F2000” ภายใต้ความเครียดร่วม ซึ่งนำไปสู่การผลิตโปรลีนที่เพิ่มขึ้น ในต้นข้าวที่เครียดจากความร้อน ในทั้งสองการทดลอง พบว่าการให้ฮอร์โมนเหล่านี้เพิ่มปริมาณกรดอะมิโนในต้น F2000 อย่างมีนัยสำคัญ (AUX และ BR มีค่า 30.44 และ 18.34 µmol g-1) ตามลำดับ (รูปที่ 1G)
ผลกระทบของการพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชทางใบและความเครียดจากความร้อนร่วมต่ออุณหภูมิเรือนยอดและดัชนีความทนสัมพัทธ์ (RTI) แสดงอยู่ในรูปที่ 2A และ B สำหรับจีโนไทป์ทั้งสองแบบ อุณหภูมิเรือนยอดของพืช AC อยู่ที่ประมาณ 27°C และของพืช SC อยู่ที่ประมาณ 28°C นอกจากนี้ ยังพบอีกว่าการบำบัดทางใบด้วย CK และ BR ส่งผลให้อุณหภูมิเรือนยอดลดลง 2–3°C เมื่อเทียบกับพืช SC (รูปที่ 2A) RTI แสดงพฤติกรรมที่คล้ายคลึงกันกับตัวแปรทางสรีรวิทยาอื่นๆ โดยแสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (P ≤ 0.01) ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างการทดลองและการบำบัด (รูปที่ 2B) พืช SC แสดงความทนทานของพืชที่ลดลงในจีโนไทป์ทั้งสองแบบ (34.18% และ 33.52% สำหรับต้นข้าว “F67” และ “F2000” ตามลำดับ) การให้อาหารทางใบด้วยฮอร์โมนพืชช่วยปรับปรุง RTI ในพืชที่สัมผัสกับความเครียดจากอุณหภูมิสูง ผลกระทบนี้เด่นชัดมากขึ้นในต้นข้าว “F2000” ที่ฉีดพ่นด้วย CC ซึ่ง RTI อยู่ที่ 97.69 ในทางกลับกัน ความแตกต่างที่สำคัญพบได้เฉพาะในดัชนีความเครียดต่อผลผลิต (CSI) ของต้นข้าวภายใต้สภาวะความเครียดจากการฉีดพ่นปัจจัยทางใบ (P ≤ 0.01) (รูปที่ 2B) เฉพาะต้นข้าวที่อยู่ภายใต้ความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนเท่านั้นที่แสดงค่าดัชนีความเครียดสูงสุด (0.816) เมื่อต้นข้าวได้รับการฉีดพ่นด้วยฮอร์โมนพืชต่างๆ ดัชนีความเครียดจะต่ำลง (ค่าตั้งแต่ 0.6 ถึง 0.67) สุดท้าย ต้นข้าวที่ปลูกภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุดมีค่า 0.138
รูปที่ 2 ผลของความเครียดจากความร้อนร่วม (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) ต่ออุณหภูมิของเรือนยอด (A) ดัชนีความคลาดเคลื่อนสัมพัทธ์ (RTI) (B) และดัชนีความเครียดของพืช (CSI) (C) ของพืชสองชนิด ข้าวพันธุ์เชิงพาณิชย์ (F67 และ F2000) ได้รับความร้อนด้วยวิธีต่างๆ กัน ความร้อนที่ประเมินสำหรับแต่ละพันธุ์ข้าว ได้แก่ การควบคุมแบบสัมบูรณ์ (AC) การควบคุมความเครียดจากความร้อน (SC) ความเครียดจากความร้อน + ออกซิน (AUX) ความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน (GA) ความเครียดจากความร้อน + ไมโตเจนเซลล์ (CK) และความเครียดจากความร้อน + บราสซิโนสเตียรอยด์ (BR) ความเครียดจากความร้อนร่วมเกี่ยวข้องกับการให้ต้นข้าวสัมผัสกับอุณหภูมิกลางวัน/กลางคืนที่สูง (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) แต่ละคอลัมน์แสดงค่าเฉลี่ย ± ข้อผิดพลาดมาตรฐานของข้อมูลห้าจุด (n = 5) คอลัมน์ที่ตามด้วยตัวอักษรต่างๆ แสดงถึงความแตกต่างที่มีนัยสำคัญทางสถิติตามการทดสอบของทูคีย์ (P ≤ 0.05) ตัวอักษรที่มีเครื่องหมายเท่ากับแสดงว่าค่าเฉลี่ยไม่มีนัยสำคัญทางสถิติ (≤ 0.05)
การวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (PCA) เผยให้เห็นว่าตัวแปรที่ประเมินที่ 55 DAE อธิบายการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของต้นข้าวที่เครียดจากความร้อนที่ได้รับการบำบัดด้วยสารควบคุมการเจริญเติบโตได้ 66.1% (รูปที่ 3) เวกเตอร์แสดงถึงตัวแปรและจุดแสดงถึงสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (GR) เวกเตอร์ของ gs ปริมาณคลอโรฟิลล์ ประสิทธิภาพควอนตัมสูงสุดของ PSII (Fv/Fm) และพารามิเตอร์ทางชีวเคมี (TChl, MDA และโพรลีน) อยู่ในมุมที่ใกล้กับจุดกำเนิด ซึ่งบ่งชี้ถึงความสัมพันธ์สูงระหว่างพฤติกรรมทางสรีรวิทยาของพืชและตัวแปรเหล่านั้น กลุ่มหนึ่ง (V) ได้แก่ ต้นกล้าข้าวที่ปลูกในอุณหภูมิที่เหมาะสม (AT) และต้น F2000 ที่ได้รับการบำบัดด้วย CK และ BA ในเวลาเดียวกัน พืชส่วนใหญ่ที่ได้รับการบำบัดด้วย GR จะก่อตัวเป็นกลุ่มแยกต่างหาก (IV) และการบำบัดด้วย GA ใน F2000 จะก่อตัวเป็นกลุ่มแยกต่างหาก (II) ในทางตรงกันข้าม ต้นกล้าข้าวที่เครียดจากความร้อน (กลุ่ม I และ III) ที่ไม่มีการพ่นฮอร์โมนพืชทางใบ (ทั้งสองจีโนไทป์เป็น SC) ตั้งอยู่ในโซนตรงข้ามกับกลุ่ม V ซึ่งแสดงให้เห็นถึงผลของความเครียดจากความร้อนต่อสรีรวิทยาของพืช
รูปที่ 3 การวิเคราะห์แบบสองกราฟของผลกระทบของความเครียดจากความร้อนร่วมกัน (40°/30°C กลางวัน/กลางคืน) ต่อต้นข้าวจีโนไทป์สองสายพันธุ์ (F67 และ F2000) ที่อายุ 55 วันหลังจากการงอก (DAE) คำย่อ: AC F67, การควบคุมสัมบูรณ์ F67; SC F67, การควบคุมความเครียดจากความร้อน F67; AUX F67, ความเครียดจากความร้อน + ออกซิน F67; GA F67, ความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน F67; CK F67, ความเครียดจากความร้อน + การแบ่งเซลล์ BR F67, ความเครียดจากความร้อน + บราซิโนสเตียรอยด์ F67; AC F2000, การควบคุมสัมบูรณ์ F2000; SC F2000, การควบคุมความเครียดจากความร้อน F2000; AUX F2000, ความเครียดจากความร้อน + ออกซิน F2000; GA F2000, ความเครียดจากความร้อน + จิบเบอเรลลิน F2000; CK F2000, ความเครียดจากความร้อน + ไซโตไคนิน, BR F2000, ความเครียดจากความร้อน + บราสเตียรอยด์; F2000
ตัวแปรต่างๆ เช่น ปริมาณคลอโรฟิลล์ การนำไฟฟ้าของปากใบ อัตราส่วน Fv/Fm CSI MDA RTI และปริมาณโปรลีน ช่วยให้เข้าใจการปรับตัวของจีโนไทป์ข้าวและประเมินผลกระทบของกลยุทธ์ทางการเกษตรภายใต้ความเครียดจากความร้อน (Sarsu et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021) วัตถุประสงค์ของการทดลองนี้คือเพื่อประเมินผลของการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตสี่ชนิดต่อพารามิเตอร์ทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของต้นกล้าข้าวภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน การทดสอบต้นกล้าเป็นวิธีการที่ง่ายและรวดเร็วในการประเมินต้นข้าวพร้อมกันโดยขึ้นอยู่กับขนาดหรือสภาพของโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ (Sarsu et al. 2018) ผลการศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าความเครียดจากความร้อนร่วมกันกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีที่แตกต่างกันในจีโนไทป์ข้าวทั้งสองชนิด ซึ่งบ่งชี้ถึงกระบวนการปรับตัว ผลลัพธ์เหล่านี้ยังบ่งชี้ว่าสเปรย์ควบคุมการเจริญเติบโตทางใบ (ส่วนใหญ่เป็นไซโตไคนินและบราซิโนสเตียรอยด์) ช่วยให้ข้าวปรับตัวเข้ากับความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนได้ เนื่องจากความร้อนมีผลต่อ gs, RWC, อัตราส่วน Fv/Fm, เม็ดสีสังเคราะห์แสง และปริมาณโพรลีนเป็นหลัก
การใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตช่วยปรับปรุงสถานะน้ำของต้นข้าวภายใต้ภาวะเครียดจากความร้อน ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับภาวะเครียดที่สูงขึ้นและอุณหภูมิเรือนยอดที่ต่ำลง การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าในพืช "F2000" (พันธุ์ที่อ่อนไหว) ต้นข้าวที่ได้รับการบำบัดด้วย CK หรือ BR เป็นหลักมีค่า gs สูงกว่าและค่า PCT ต่ำกว่าพืชที่ได้รับการบำบัดด้วย SC การศึกษาครั้งก่อนยังแสดงให้เห็นอีกด้วยว่า gs และ PCT เป็นตัวบ่งชี้ทางสรีรวิทยาที่แม่นยำซึ่งสามารถกำหนดการตอบสนองในการปรับตัวของต้นข้าวและผลกระทบของกลยุทธ์ทางการเกษตรต่อภาวะเครียดจากความร้อนได้ (Restrepo-Diaz และ Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero) -Carr DeLong et al., 2021) ฮอร์โมน CK หรือ BR ของใบช่วยเพิ่ม g ภายใต้ความเครียด เนื่องจากฮอร์โมนพืชเหล่านี้สามารถส่งเสริมการเปิดปากใบผ่านการโต้ตอบแบบสังเคราะห์กับโมเลกุลส่งสัญญาณอื่นๆ เช่น ABA (โปรโมเตอร์การปิดปากใบภายใต้ความเครียดจากปัจจัยภายนอก) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). 2013). ). , 2014). การเปิดปากใบส่งเสริมให้ใบเย็นลงและช่วยลดอุณหภูมิของเรือนยอด (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021) ด้วยเหตุผลเหล่านี้ อุณหภูมิเรือนยอดของต้นข้าวที่พ่นด้วย CK หรือ BR อาจลดลงภายใต้ความเครียดจากความร้อนร่วม
ความเครียดจากอุณหภูมิสูงสามารถลดปริมาณเม็ดสีสังเคราะห์แสงในใบได้ (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018) ในการศึกษานี้ เมื่อต้นข้าวอยู่ภายใต้ความเครียดจากความร้อนและไม่ได้รับการพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชใดๆ เม็ดสีสังเคราะห์แสงมีแนวโน้มที่จะลดลงในจีโนไทป์ทั้งสอง (ตารางที่ 2) Feng et al. (2013) ยังรายงานการลดลงอย่างมีนัยสำคัญของปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบของจีโนไทป์ข้าวสาลีสองสายพันธุ์ที่สัมผัสกับความเครียดจากความร้อน การสัมผัสกับอุณหภูมิสูงมักส่งผลให้ปริมาณคลอโรฟิลล์ลดลง ซึ่งอาจเกิดจากการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ที่ลดลง การย่อยสลายของเม็ดสี หรือผลร่วมกันภายใต้ความเครียดจากความร้อน (Fahad et al., 2017) อย่างไรก็ตาม ต้นข้าวที่ได้รับการบำบัดด้วย CK และ BA เป็นหลักจะเพิ่มความเข้มข้นของเม็ดสีสังเคราะห์แสงในใบภายใต้ความเครียดจากความร้อน Jespersen และ Huang (2015) และ Suchsagunpanit et al. รายงานผลลัพธ์ที่คล้ายกันนี้เช่นกัน (2015) ซึ่งสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบหลังจากใช้ฮอร์โมนซีเอตินและเอพิบราสซิโนสเตียรอยด์ในหญ้าเบนท์ที่เครียดจากความร้อนและข้าวตามลำดับ คำอธิบายที่สมเหตุสมผลสำหรับเหตุผลที่ CK และ BR ส่งเสริมปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบที่เพิ่มขึ้นภายใต้ความเครียดจากความร้อนร่วมกันก็คือ CK อาจเพิ่มการเริ่มต้นการเหนี่ยวนำอย่างต่อเนื่องของโปรโมเตอร์การแสดงออก (เช่น โปรโมเตอร์กระตุ้นการแก่ก่อนวัย (SAG12) หรือโปรโมเตอร์ HSP18) และลดการสูญเสียคลอโรฟิลล์ในใบ ชะลอการแก่ก่อนวัยของใบและเพิ่มความต้านทานต่อความร้อนของพืช (Liu et al., 2020) BR สามารถปกป้องคลอโรฟิลล์ในใบและเพิ่มปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบได้โดยการกระตุ้นหรือเหนี่ยวนำการสังเคราะห์เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ภายใต้สภาวะเครียด (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018) ในที่สุด ฮอร์โมนพืชสองชนิด (CK และ BR) ยังส่งเสริมการแสดงออกของโปรตีนที่เกิดจากความร้อนและปรับปรุงกระบวนการปรับตัวของกระบวนการเผาผลาญต่างๆ เช่น การเพิ่มขึ้นของการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020)
พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์เอให้วิธีการที่รวดเร็วและไม่ทำลายซึ่งสามารถประเมินความทนทานของพืชหรือการปรับตัวต่อสภาวะเครียดที่ไม่มีชีวิต (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017) พารามิเตอร์เช่นอัตราส่วน Fv/Fm ถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้การปรับตัวของพืชต่อสภาวะเครียด (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020) ในการศึกษานี้ ต้นข้าว SC แสดงค่าต่ำสุดของตัวแปรนี้ โดยส่วนใหญ่เป็นต้นข้าว “F2000” Yin et al. (2010) ยังพบอีกว่าอัตราส่วน Fv/Fm ของใบข้าวที่แตกกอสูงสุดลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิสูงกว่า 35°C ตามข้อมูลของ Feng et al. (2013) อัตราส่วน Fv/Fm ที่ต่ำลงภายใต้ความเครียดจากความร้อนบ่งชี้ว่าอัตราการจับและแปลงพลังงานกระตุ้นโดยศูนย์ปฏิกิริยา PSII ลดลง ซึ่งบ่งชี้ว่าศูนย์ปฏิกิริยา PSII สลายตัวภายใต้ความเครียดจากความร้อน การสังเกตนี้ทำให้เราสรุปได้ว่าการรบกวนในอุปกรณ์สังเคราะห์แสงนั้นเด่นชัดกว่าในพันธุ์ที่ไวต่อความร้อน (Fedearroz 2000) มากกว่าในพันธุ์ที่ต้านทาน (Fedearroz 67)
โดยทั่วไปแล้ว การใช้ CK หรือ BR จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของ PSII ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน Suchsagunpanit et al. (2015) ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายกัน โดยสังเกตว่าการใช้ BR ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของ PSII ภายใต้สภาวะเครียดจากความร้อนในข้าว Kumar et al. (2020) ยังพบอีกว่าต้นถั่วชิกพีที่ได้รับการบำบัดด้วย CK (6-benzyladenine) และได้รับความเครียดจากความร้อนจะเพิ่มอัตราส่วน Fv/Fm สรุปได้ว่าการใช้ CK ทางใบโดยการกระตุ้นวงจรเม็ดสีซีแซนทีนจะส่งเสริมกิจกรรมของ PSII นอกจากนี้ การฉีดพ่นใบ BR ยังส่งเสริมการสังเคราะห์แสงของ PSII ภายใต้สภาวะเครียดร่วม ซึ่งบ่งชี้ว่าการใช้ฮอร์โมนพืชนี้ส่งผลให้พลังงานกระตุ้นของเสาอากาศ PSII ลดลงและส่งเสริมการสะสมของโปรตีนฮีตช็อกขนาดเล็กในคลอโรพลาสต์ (Ogweno et al. 2008; Kothari and Lachowitz ) , 2021)
ปริมาณ MDA และโปรลีนมักเพิ่มขึ้นเมื่อพืชอยู่ภายใต้ความเครียดจากปัจจัยภายนอกเมื่อเทียบกับพืชที่ปลูกภายใต้สภาวะที่เหมาะสม (Alvarado-Sanabria et al. 2017) การศึกษาครั้งก่อนยังแสดงให้เห็นอีกด้วยว่าระดับ MDA และโปรลีนเป็นตัวบ่งชี้ทางชีวเคมีที่สามารถใช้เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการปรับตัวหรือผลกระทบของแนวทางปฏิบัติทางการเกษตรในข้าวภายใต้อุณหภูมิสูงในเวลากลางวันหรือกลางคืน (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al. . , 2021) การศึกษาเหล่านี้ยังแสดงให้เห็นอีกด้วยว่าปริมาณ MDA และโปรลีนมีแนวโน้มที่จะสูงขึ้นในต้นข้าวที่สัมผัสกับอุณหภูมิสูงในเวลากลางคืนหรือตอนกลางวันตามลำดับ อย่างไรก็ตาม การพ่น CK และ BR ทางใบมีส่วนทำให้ MDA ลดลงและระดับโปรลีนเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะในจีโนไทป์ที่ทนทาน (Federroz 67) สเปรย์ CK สามารถส่งเสริมการแสดงออกของไซโตไคนินออกซิเดส/ดีไฮโดรจีเนสมากเกินไป จึงเพิ่มปริมาณของสารประกอบป้องกัน เช่น เบทาอีนและโพรลีน (Liu et al., 2020) BR ส่งเสริมการเหนี่ยวนำออสโมโปรเทกแทนต์ เช่น เบทาอีน น้ำตาล และกรดอะมิโน (รวมถึงโพรลีนอิสระ) โดยรักษาสมดุลออสโมซิสของเซลล์ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยหลายประการ (Kothari and Lachowiec, 2021)
ดัชนีความเครียดของพืช (Crop stress index: CSI) และดัชนีความทนทานสัมพันธ์ (Relative toler index: RTI) ใช้เพื่อพิจารณาว่าการบำบัดที่กำลังประเมินนั้นช่วยลดความเครียดต่างๆ (ทั้งแบบไม่มีสิ่งมีชีวิตและแบบมีสิ่งมีชีวิต) และส่งผลดีต่อสรีรวิทยาของพืชหรือไม่ (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020) ค่า CSI อาจอยู่ในช่วง 0 ถึง 1 ซึ่งแสดงถึงสภาวะที่ไม่มีความเครียดและสภาวะเครียดตามลำดับ (Lee et al., 2010) ค่า CSI ของพืชที่เครียดจากความร้อน (SC) อยู่ในช่วง 0.8 ถึง 0.9 (รูปที่ 2B) ซึ่งบ่งชี้ว่าต้นข้าวได้รับผลกระทบเชิงลบจากความเครียดร่วมกัน อย่างไรก็ตาม การพ่นใบของ BC (0.6) หรือ CK (0.6) ส่วนใหญ่ส่งผลให้ตัวบ่งชี้นี้ลดลงภายใต้สภาวะความเครียดที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตเมื่อเทียบกับต้นข้าว SC ในพืช F2000 RTI แสดงให้เห็นการเพิ่มขึ้นที่สูงกว่าเมื่อใช้ CA (97.69%) และ BC (60.73%) เมื่อเทียบกับ SA (33.52%) ซึ่งบ่งชี้ว่าสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้ยังช่วยปรับปรุงการตอบสนองของข้าวต่อความทนทานขององค์ประกอบอีกด้วย ความร้อนสูงเกินไป ดัชนีเหล่านี้ได้รับการเสนอเพื่อจัดการกับสภาวะเครียดในสายพันธุ์ต่างๆ การศึกษาวิจัยที่ดำเนินการโดย Lee et al. (2010) แสดงให้เห็นว่า CSI ของพันธุ์ฝ้ายสองพันธุ์ภายใต้ความเครียดจากน้ำปานกลางอยู่ที่ประมาณ 0.85 ในขณะที่ค่า CSI ของพันธุ์ที่ได้รับน้ำดีอยู่ในช่วง 0.4 ถึง 0.6 สรุปได้ว่าดัชนีนี้เป็นตัวบ่งชี้การปรับตัวของน้ำของพันธุ์ต่างๆ สภาวะเครียด นอกจากนี้ Chavez-Arias et al. (2020) ได้ประเมินประสิทธิภาพของสารกระตุ้นสังเคราะห์เป็นกลยุทธ์การจัดการความเครียดที่ครอบคลุมในพืช C. elegans และพบว่าพืชที่ฉีดพ่นด้วยสารประกอบเหล่านี้แสดง RTI ที่สูงขึ้น (65%) จากที่กล่าวมาข้างต้น CK และ BR สามารถถือเป็นกลยุทธ์ทางการเกษตรที่มุ่งเน้นเพิ่มความทนทานของข้าวต่อความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน เนื่องจากสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้กระตุ้นให้เกิดการตอบสนองทางชีวเคมีและสรีรวิทยาเชิงบวก
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยข้าวในโคลอมเบียเน้นไปที่การประเมินจีโนไทป์ที่ทนต่ออุณหภูมิที่สูงในตอนกลางวันหรือตอนกลางคืนโดยใช้ลักษณะทางสรีรวิทยาหรือชีวเคมี (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021) อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิเคราะห์เทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริง ประหยัด และมีกำไรได้กลายเป็นสิ่งที่มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อเสนอการจัดการพืชผลแบบบูรณาการเพื่อปรับปรุงผลกระทบของช่วงความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนในประเทศ (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021) ดังนั้น การตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของต้นข้าวต่อความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อน (40°C ตอนกลางวัน/30°C ตอนกลางคืน) ที่สังเกตพบในการศึกษานี้ แสดงให้เห็นว่าการพ่นใบด้วย CK หรือ BR อาจเป็นวิธีการจัดการพืชผลที่เหมาะสมเพื่อบรรเทาผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ ผลกระทบของช่วงความเครียดจากความร้อนปานกลาง การบำบัดเหล่านี้ช่วยปรับปรุงความทนทานของจีโนไทป์ข้าวทั้งสองชนิด (CSI ต่ำและ RTI สูง) แสดงให้เห็นแนวโน้มทั่วไปในการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีของพืชภายใต้ความเครียดจากความร้อนร่วมกัน การตอบสนองหลักของต้นข้าวคือการลดลงของปริมาณ GC คลอโรฟิลล์ทั้งหมด คลอโรฟิลล์ α และ β และแคโรทีนอยด์ นอกจากนี้ ต้นข้าวยังได้รับความเสียหายจาก PSII (พารามิเตอร์การเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ลดลง เช่น อัตราส่วน Fv/Fm) และการเพิ่มขึ้นของลิพิดเปอร์ออกซิเดชัน ในทางกลับกัน เมื่อข้าวได้รับการบำบัดด้วย CK และ BR ผลกระทบเชิงลบเหล่านี้ก็บรรเทาลงและปริมาณโปรลีนก็เพิ่มขึ้น (รูปที่ 4)
รูปที่ 4 แบบจำลองแนวคิดเกี่ยวกับผลกระทบของการฉีดพ่นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชทางใบร่วมกับความเครียดจากความร้อนต่อต้นข้าว ลูกศรสีแดงและสีน้ำเงินแสดงถึงผลกระทบเชิงลบหรือเชิงบวกของปฏิสัมพันธ์ระหว่างความเครียดจากความร้อนและการฉีดพ่นสาร BR (บราซิโนสเตียรอยด์) และ CK (ไซโตไคนิน) ทางใบต่อการตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีตามลำดับ gs: การนำไฟฟ้าของปากใบ; Chl ทั้งหมด: ปริมาณคลอโรฟิลล์ทั้งหมด; Chl α: ปริมาณคลอโรฟิลล์ β; Cx+c: ปริมาณแคโรทีนอยด์;
โดยสรุป การตอบสนองทางสรีรวิทยาและชีวเคมีในงานวิจัยนี้บ่งชี้ว่าต้นข้าว Fedearroz 2000 มีความอ่อนไหวต่อภาวะเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนมากกว่าต้นข้าว Fedearroz 67 สารควบคุมการเจริญเติบโตทั้งหมดที่ประเมินในงานวิจัยนี้ (ออกซิน จิบเบอเรลลิน ไซโตไคนิน หรือบราซิโนสเตียรอยด์) แสดงให้เห็นการลดภาวะเครียดจากความร้อนร่วมกันในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ไซโตไคนินและบราซิโนสเตียรอยด์ทำให้พืชปรับตัวได้ดีขึ้น เนื่องจากสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชทั้งสองชนิดเพิ่มปริมาณคลอโรฟิลล์ พารามิเตอร์การเรืองแสงของอัลฟา-คลอโรฟิลล์ gs และ RWC เมื่อเปรียบเทียบกับต้นข้าวที่ไม่ได้ใช้สารใดๆ และยังลดปริมาณ MDA และอุณหภูมิของเรือนยอดอีกด้วย โดยสรุป เราสรุปได้ว่าการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (ไซโตไคนินและบราซิโนสเตียรอยด์) เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการจัดการสภาวะเครียดในพืชข้าวที่เกิดจากภาวะเครียดจากความร้อนอย่างรุนแรงในช่วงที่มีอุณหภูมิสูง
เอกสารต้นฉบับที่นำเสนอในการศึกษาจะรวมอยู่กับบทความ และสามารถสอบถามเพิ่มเติมได้จากผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง