Zat pengatur pertumbuhan tanaman telah digunakan sebagai strategi untuk mengurangi stres panas pada berbagai tanaman.

Produksi beras menurun akibat perubahan dan variabilitas iklim di Kolombia.Pengatur pertumbuhan tanamanTelah digunakan sebagai strategi untuk mengurangi stres panas pada berbagai tanaman. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah untuk mengevaluasi efek fisiologis (konduktansi stomata, konduktansi stomata, kandungan klorofil total, rasio Fv/Fm dari dua genotipe padi komersial yang dikenai stres panas gabungan (suhu siang dan malam yang tinggi), suhu kanopi, dan kandungan air relatif) dan variabel biokimia (malondialdehida (MDA) dan kandungan asam prolinat). Percobaan pertama dan kedua dilakukan menggunakan tanaman dari dua genotipe padi Federrose 67 (“F67”) dan Federrose 2000 (“F2000”), masing-masing. Kedua percobaan dianalisis bersama sebagai serangkaian percobaan. Perlakuan yang ditetapkan adalah sebagai berikut: kontrol absolut (AC) (tanaman padi yang ditanam pada suhu optimal (suhu siang/malam 30/25°C)), kontrol stres panas (SC) [tanaman padi yang hanya dikenai stres panas gabungan (40/25°C). Pada tanaman padi “F67” dan “F2000”, dilakukan penyemprotan daun dengan zat pengatur pertumbuhan tanaman (stres+AUX, stres+BR, stres+CK atau stres+GA) sebanyak dua kali (5 hari sebelum dan 5 hari setelah stres panas). Penyemprotan dengan SA meningkatkan kandungan klorofil total pada kedua varietas (berat segar tanaman padi “F67” dan “F2000” masing-masing adalah 3,25 dan 3,65 mg/g) dibandingkan dengan tanaman SC (berat segar tanaman “F67” masing-masing adalah 2,36 dan 2,56 mg/g) dan padi “F2000”. Aplikasi daun dengan CK juga secara umum meningkatkan konduktansi stomata tanaman padi “F2000” (499,25 vs. 150,60 mmol m-2 s) dibandingkan dengan kontrol stres panas. Pada stres panas, suhu tajuk tanaman menurun sebesar 2–3 °C, dan kandungan MDA dalam tanaman menurun. Indeks toleransi relatif menunjukkan bahwa aplikasi daun CK (97,69%) dan BR (60,73%) dapat membantu mengurangi masalah stres panas gabungan terutama pada tanaman padi F2000. Kesimpulannya, penyemprotan daun BR atau CK dapat dianggap sebagai strategi agronomi untuk membantu mengurangi dampak negatif kondisi stres panas gabungan terhadap perilaku fisiologis tanaman padi.
Padi (Oryza sativa) termasuk dalam famili Poaceae dan merupakan salah satu serealia yang paling banyak dibudidayakan di dunia bersama dengan jagung dan gandum (Bajaj dan Mohanty, 2005). Luas lahan budidaya padi adalah 617.934 hektar, dan produksi nasional pada tahun 2020 adalah 2.937.840 ton dengan hasil rata-rata 5,02 ton/ha (Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021).
Pemanasan global memengaruhi tanaman padi, menyebabkan berbagai jenis tekanan abiotik seperti suhu tinggi dan periode kekeringan. Perubahan iklim menyebabkan suhu global meningkat; suhu diproyeksikan meningkat sebesar 1,0–3,7°C pada abad ke-21, yang dapat meningkatkan frekuensi dan intensitas tekanan panas. Peningkatan suhu lingkungan telah memengaruhi padi, menyebabkan hasil panen menurun sebesar 6–7%. Di sisi lain, perubahan iklim juga menyebabkan kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan bagi tanaman, seperti periode kekeringan parah atau suhu tinggi di wilayah tropis dan subtropis. Selain itu, peristiwa variabilitas seperti El Niño dapat menyebabkan tekanan panas dan memperburuk kerusakan tanaman di beberapa wilayah tropis. Di Kolombia, suhu di daerah penghasil padi diproyeksikan meningkat sebesar 2–2,5°C pada tahun 2050, mengurangi produksi padi dan memengaruhi aliran produk ke pasar dan rantai pasokan.
Sebagian besar tanaman padi ditanam di daerah yang suhunya mendekati kisaran optimal untuk pertumbuhan tanaman (Shah et al., 2011). Telah dilaporkan bahwa suhu rata-rata siang dan malam yang optimal untukpertumbuhan dan perkembangan padiSuhu kritis umumnya masing-masing adalah 28°C dan 22°C (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). Suhu di atas ambang batas ini dapat menyebabkan periode stres panas sedang hingga parah selama tahap perkembangan padi yang sensitif (anakan, antesis, pembungaan, dan pengisian biji), sehingga berdampak negatif pada hasil panen. Penurunan hasil panen ini terutama disebabkan oleh periode stres panas yang panjang, yang memengaruhi fisiologi tanaman. Karena interaksi berbagai faktor, seperti durasi stres dan suhu maksimum yang dicapai, stres panas dapat menyebabkan berbagai kerusakan permanen pada metabolisme dan perkembangan tanaman.
Stres panas memengaruhi berbagai proses fisiologis dan biokimia pada tanaman. Fotosintesis daun adalah salah satu proses yang paling rentan terhadap stres panas pada tanaman padi, karena laju fotosintesis menurun hingga 50% ketika suhu harian melebihi 35°C. Respons fisiologis tanaman padi bervariasi tergantung pada jenis stres panas. Misalnya, laju fotosintesis dan konduktansi stomata terhambat ketika tanaman terpapar suhu siang hari yang tinggi (33–40°C) atau suhu siang dan malam hari yang tinggi (35–40°C pada siang hari, 28–30°C pada malam hari) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). Suhu malam yang tinggi (30°C) menyebabkan penghambatan fotosintesis yang moderat tetapi meningkatkan respirasi malam hari (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). Terlepas dari periode stres, stres panas juga memengaruhi kandungan klorofil daun, rasio fluoresensi variabel klorofil terhadap fluoresensi klorofil maksimum (Fv/Fm), dan aktivasi Rubisco pada tanaman padi (Cao et al. 2009; Yin et al. 2010; Sanchez Reynoso et al., 2014).
Perubahan biokimia merupakan aspek lain dari adaptasi tanaman terhadap stres panas (Wahid dkk., 2007). Kandungan prolin telah digunakan sebagai indikator biokimia stres tanaman (Ahmed dan Hassan 2011). Prolin memainkan peran penting dalam metabolisme tanaman karena bertindak sebagai sumber karbon atau nitrogen dan sebagai penstabil membran dalam kondisi suhu tinggi (Sánchez-Reinoso dkk., 2014). Suhu tinggi juga memengaruhi stabilitas membran melalui peroksidasi lipid, yang menyebabkan pembentukan malondialdehida (MDA) (Wahid dkk., 2007). Oleh karena itu, kandungan MDA juga telah digunakan untuk memahami integritas struktural membran sel di bawah stres panas (Cao dkk., 2009; Chavez-Arias dkk., 2018). Terakhir, stres panas gabungan [37/30°C (siang/malam)] meningkatkan persentase kebocoran elektrolit dan kandungan malondialdehida pada padi (Liu dkk., 2013).
Penggunaan zat pengatur pertumbuhan tanaman (GR) telah dievaluasi untuk mengurangi dampak negatif stres panas, karena zat-zat ini secara aktif terlibat dalam respons tanaman atau mekanisme pertahanan fisiologis terhadap stres tersebut (Peleg dan Blumwald, 2011; Yin dkk., 2011; Ahmed dkk., 2015). Aplikasi eksogen sumber daya genetik telah memberikan efek positif pada toleransi stres panas pada berbagai tanaman. Studi menunjukkan bahwa fitohormon seperti gibberellin (GA), sitokinin (CK), auksin (AUX) atau brassinosteroid (BR) menyebabkan peningkatan berbagai variabel fisiologis dan biokimia (Peleg dan Blumwald, 2011; Yin dkk. Ren, 2011; Mitler dkk., 2012; Zhou dkk., 2014). Di Kolombia, aplikasi eksogen sumber daya genetik dan dampaknya pada tanaman padi belum sepenuhnya dipahami dan dipelajari. Namun, penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa penyemprotan BR pada daun dapat meningkatkan toleransi padi dengan memperbaiki karakteristik pertukaran gas, kandungan klorofil atau prolin pada daun bibit padi (Quintero-Calderón et al., 2021).
Sitokinin memediasi respons tanaman terhadap stres abiotik, termasuk stres panas (Ha et al., 2012). Selain itu, telah dilaporkan bahwa aplikasi CK eksogen dapat mengurangi kerusakan termal. Misalnya, aplikasi zeatin eksogen meningkatkan laju fotosintesis, kandungan klorofil a dan b, dan efisiensi transpor elektron pada rumput bentgrass merambat (Agrotis estolonifera) selama stres panas (Xu dan Huang, 2009; Jespersen dan Huang, 2015). Aplikasi zeatin eksogen juga dapat meningkatkan aktivitas antioksidan, meningkatkan sintesis berbagai protein, mengurangi kerusakan spesies oksigen reaktif (ROS) dan produksi malondialdehida (MDA) dalam jaringan tanaman (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009; Kumar et al., 2020).
Penggunaan asam gibberellic juga menunjukkan respons positif terhadap stres panas. Studi menunjukkan bahwa biosintesis GA memediasi berbagai jalur metabolisme dan meningkatkan toleransi dalam kondisi suhu tinggi (Alonso-Ramirez et al. 2009; Khan et al. 2020). Abdel-Nabi et al. (2020) menemukan bahwa penyemprotan daun dengan GA eksogen (25 atau 50 mg*L) dapat meningkatkan laju fotosintesis dan aktivitas antioksidan pada tanaman jeruk yang mengalami stres panas dibandingkan dengan tanaman kontrol. Telah diamati juga bahwa aplikasi eksogen HA meningkatkan kadar air relatif, kandungan klorofil dan karotenoid, serta mengurangi peroksidasi lipid pada kurma (Phoenix dactylifera) di bawah stres panas (Khan et al., 2020). Auksin juga memainkan peran penting dalam mengatur respons pertumbuhan adaptif terhadap kondisi suhu tinggi (Sun et al., 2012; Wang et al., 2016). Regulator pertumbuhan ini bertindak sebagai penanda biokimia dalam berbagai proses seperti sintesis atau degradasi prolin di bawah tekanan abiotik (Ali et al. 2007). Selain itu, AUX juga meningkatkan aktivitas antioksidan, yang menyebabkan penurunan MDA pada tanaman karena penurunan peroksidasi lipid (Bielach et al., 2017). Sergeev et al. (2018) mengamati bahwa pada tanaman kacang polong (Pisum sativum) di bawah tekanan panas, kandungan prolin – dimetilaminoetoksikarbonilmetil)naftilklorometil eter (TA-14) meningkat. Dalam percobaan yang sama, mereka juga mengamati kadar MDA yang lebih rendah pada tanaman yang diberi perlakuan dibandingkan dengan tanaman yang tidak diberi perlakuan AUX.
Brassinosteroid merupakan golongan regulator pertumbuhan lain yang digunakan untuk mengurangi efek stres panas. Ogweno dkk. (2008) melaporkan bahwa penyemprotan BR eksogen meningkatkan laju fotosintesis bersih, konduktansi stomata, dan laju maksimum karboksilasi Rubisco pada tanaman tomat (Solanum lycopersicum) di bawah stres panas selama 8 hari. Penyemprotan epibrassinosteroid pada daun dapat meningkatkan laju fotosintesis bersih pada tanaman mentimun (Cucumis sativus) di bawah stres panas (Yu dkk., 2004). Selain itu, aplikasi BR eksogen menunda degradasi klorofil dan meningkatkan efisiensi penggunaan air serta hasil kuantum maksimum fotokimia PSII pada tanaman di bawah stres panas (Holá dkk., 2010; Toussagunpanit dkk., 2015).
Karena perubahan dan variabilitas iklim, tanaman padi menghadapi periode suhu harian yang tinggi (Lesk et al., 2016; Garcés, 2020; Federarroz (Federación Nacional de Arroceros), 2021). Dalam fenotip tanaman, penggunaan fitonutrien atau biostimulan telah dipelajari sebagai strategi untuk mengurangi tekanan panas di area penanaman padi (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderón et al., 2021). Selain itu, penggunaan variabel biokimia dan fisiologis (suhu daun, konduktansi stomata, parameter fluoresensi klorofil, klorofil dan kandungan air relatif, sintesis malondialdehida dan prolin) merupakan alat yang andal untuk menyaring tanaman padi di bawah tekanan panas secara lokal dan internasional (Sánchez-Reynoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017; Namun, penelitian tentang penggunaan semprotan fitohormon daun pada padi di tingkat lokal masih jarang. Oleh karena itu, studi tentang reaksi fisiologis dan biokimia dari aplikasi zat pengatur pertumbuhan tanaman sangat penting untuk usulan strategi agronomi praktis untuk mengatasi efek negatif dari periode tekanan panas yang kompleks pada padi. ​​Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah untuk mengevaluasi efek fisiologis (konduktansi stomata, parameter fluoresensi klorofil dan kandungan air relatif) dan biokimia dari aplikasi daun empat zat pengatur pertumbuhan tanaman (AUX, CK, GA dan BR). (Pigmen fotosintetik, Variabel (kandungan malondialdehida dan prolin) pada dua genotipe padi komersial yang mengalami stres panas gabungan (suhu siang/malam yang tinggi).
Dalam penelitian ini, dua percobaan independen dilakukan. Genotipe Federrose 67 (F67: genotipe yang dikembangkan pada suhu tinggi selama dekade terakhir) dan Federrose 2000 (F2000: genotipe yang dikembangkan pada dekade terakhir abad ke-20 yang menunjukkan ketahanan terhadap virus daun putih) digunakan untuk percobaan pertama dan percobaan kedua. Kedua genotipe ini banyak dibudidayakan oleh petani Kolombia. Benih ditabur dalam nampan 10-L (panjang 39,6 cm, lebar 28,8 cm, tinggi 16,8 cm) berisi tanah lempung berpasir dengan 2% bahan organik. Lima benih yang telah berkecambah ditanam di setiap nampan. Palet-palet tersebut ditempatkan di rumah kaca Fakultas Ilmu Pertanian Universitas Nasional Kolombia, kampus Bogotá (43°50′56″ N, 74°04′051″ W), pada ketinggian 2556 m di atas permukaan laut (dpl) dan dilakukan dari Oktober hingga Desember 2019. Satu percobaan (Federroz 67) dan percobaan kedua (Federroz 2000) pada musim yang sama tahun 2020.
Kondisi lingkungan di rumah kaca selama setiap musim tanam adalah sebagai berikut: suhu siang dan malam 30/25°C, kelembaban relatif 60~80%, fotoperiod alami 12 jam (radiasi fotosintetik aktif 1500 µmol (foton) m-2 s-). 1 pada siang hari). Tanaman dipupuk sesuai dengan kandungan masing-masing unsur 20 hari setelah perkecambahan (DAE), menurut Sánchez-Reinoso et al. (2019): 670 mg nitrogen per tanaman, 110 mg fosfor per tanaman, 350 mg kalium per tanaman, 68 mg kalsium per tanaman, 20 mg magnesium per tanaman, 20 mg sulfur per tanaman, 17 mg silikon per tanaman. Tanaman mengandung 10 mg boron per tanaman, 17 mg tembaga per tanaman, dan 44 mg seng per tanaman. Tanaman padi dipelihara hingga 47 DAE dalam setiap percobaan ketika mencapai tahap fenologi V5 selama periode ini. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa tahap fenologis ini merupakan waktu yang tepat untuk melakukan studi stres panas pada tanaman padi (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2017).
Dalam setiap percobaan, dilakukan dua aplikasi terpisah dari regulator pertumbuhan daun. Penyemprotan fitohormon daun pertama dilakukan 5 hari sebelum perlakuan stres panas (42 DAE) untuk mempersiapkan tanaman menghadapi stres lingkungan. Penyemprotan daun kedua kemudian diberikan 5 hari setelah tanaman terpapar kondisi stres (52 DAE). Empat fitohormon digunakan dan sifat-sifat setiap bahan aktif yang disemprotkan dalam penelitian ini tercantum dalam Tabel Tambahan 1. Konsentrasi regulator pertumbuhan daun yang digunakan adalah sebagai berikut: (i) Auksin (asam 1-naftilasetat: NAA) dengan konsentrasi 5 × 10−5 M (ii) 5 × 10–5 M giberelin (asam giberelat: NAA); GA3); (iii) Sitokinin (trans-zeatin) 1 × 10-5 M (iv) Brassinosteroid [Spirostan-6-on, 3,5-dihidroksi-, (3b,5a,25R)] 5 × 10-5; M. Konsentrasi ini dipilih karena menginduksi respons positif dan meningkatkan ketahanan tanaman terhadap stres panas (Zahir et al., 2001; Wen et al., 2010; El-Bassiony et al., 2012; Salehifar et al., 2017). Tanaman padi tanpa penyemprotan zat pengatur pertumbuhan tanaman hanya diberi air suling. Semua tanaman padi disemprot dengan penyemprot tangan. Berikan 20 ml H2O pada tanaman untuk membasahi permukaan atas dan bawah daun. Semua penyemprotan daun menggunakan adjuvan pertanian (Agrotin, Bayer CropScience, Kolombia) sebesar 0,1% (v/v). Jarak antara pot dan alat penyemprot adalah 30 cm.
Perlakuan stres panas diberikan 5 hari setelah penyemprotan daun pertama (47 DAE) pada setiap percobaan. Tanaman padi dipindahkan dari rumah kaca ke ruang pertumbuhan 294 L (MLR-351H, Sanyo, IL, USA) untuk menimbulkan stres panas atau mempertahankan kondisi lingkungan yang sama (47 DAE). Perlakuan stres panas gabungan dilakukan dengan mengatur suhu ruang pertumbuhan sebagai berikut: suhu tinggi siang hari [40°C selama 5 jam (dari pukul 11:00 hingga 16:00)] dan suhu malam hari [30°C selama 5 jam] selama 8 hari berturut-turut (dari pukul 19:00 hingga 24:00). Suhu stres dan waktu paparan dipilih berdasarkan penelitian sebelumnya (Sánchez-Reynoso et al. 2014; Alvarado-Sanabría et al. 2017). Di sisi lain, sekelompok tanaman yang dipindahkan ke ruang pertumbuhan disimpan di rumah kaca pada suhu yang sama (30°C pada siang hari/25°C pada malam hari) selama 8 hari berturut-turut.
Pada akhir percobaan, diperoleh kelompok perlakuan berikut: (i) kondisi suhu pertumbuhan + aplikasi air suling [Kontrol absolut (AC)], (ii) kondisi stres panas + aplikasi air suling [Kontrol stres panas (SC)], (iii) kondisi stres panas + aplikasi auksin (AUX), (iv) kondisi stres panas + aplikasi giberelin (GA), (v) kondisi stres panas + aplikasi sitokinin (CK), dan (vi) kondisi stres panas + brassinosteroid (BR) Lampiran. Kelompok perlakuan ini digunakan untuk dua genotipe (F67 dan F2000). Semua perlakuan dilakukan dalam rancangan acak lengkap dengan lima ulangan, masing-masing terdiri dari satu tanaman. Setiap tanaman digunakan untuk membaca variabel yang ditentukan pada akhir percobaan. Percobaan berlangsung selama 55 DAE.
Konduktansi stomata (gs) diukur menggunakan porosometer portabel (SC-1, METER Group Inc., USA) dengan rentang 0 hingga 1000 mmol m-2 s-1, dengan bukaan ruang sampel 6,35 mm. Pengukuran dilakukan dengan memasang probe stomameter pada daun dewasa dengan tunas utama tanaman yang telah sepenuhnya berkembang. Untuk setiap perlakuan, pembacaan gs diambil pada tiga daun dari setiap tanaman antara pukul 11:00 dan 16:00 dan dirata-ratakan.
RWC ditentukan menurut metode yang dijelaskan oleh Ghoulam dkk. (2002). Lembaran yang mengembang penuh yang digunakan untuk menentukan g juga digunakan untuk mengukur RWC. Berat segar (FW) ditentukan segera setelah panen menggunakan timbangan digital. Daun kemudian ditempatkan dalam wadah plastik berisi air dan dibiarkan dalam gelap pada suhu ruang (22°C) selama 48 jam. Kemudian ditimbang dengan timbangan digital dan dicatat berat setelah mengembang (TW). Daun yang mengembang dikeringkan dalam oven pada suhu 75°C selama 48 jam dan berat keringnya (DW) dicatat.
Kandungan klorofil relatif ditentukan menggunakan meter klorofil (atLeafmeter, FT Green LLC, USA) dan dinyatakan dalam satuan atLeaf (Dey et al., 2016). Pembacaan efisiensi kuantum maksimum PSII (rasio Fv/Fm) dicatat menggunakan fluorimeter klorofil eksitasi kontinu (Handy PEA, Hansatech Instruments, UK). Daun diadaptasi dalam kondisi gelap menggunakan penjepit daun selama 20 menit sebelum pengukuran Fv/Fm (Restrepo-Diaz dan Garces-Varon, 2013). Setelah daun beradaptasi dalam kondisi gelap, fluoresensi dasar (F0) dan fluoresensi maksimum (Fm) diukur. Dari data ini, fluoresensi variabel (Fv = Fm – F0), rasio fluoresensi variabel terhadap fluoresensi maksimum (Fv/Fm), hasil kuantum maksimum fotokimia PSII (Fv/F0) dan rasio Fm/F0 dihitung (Baker, 2008; Lee dkk., 2017). Pembacaan klorofil relatif dan fluoresensi klorofil diambil pada daun yang sama yang digunakan untuk pengukuran gs.
Sekitar 800 mg berat segar daun dikumpulkan sebagai variabel biokimia. Sampel daun kemudian dihomogenkan dalam nitrogen cair dan disimpan untuk analisis lebih lanjut. Metode spektrometri yang digunakan untuk memperkirakan kandungan klorofil a, b, dan karotenoid jaringan didasarkan pada metode dan persamaan yang dijelaskan oleh Wellburn (1994). Sampel jaringan daun (30 mg) dikumpulkan dan dihomogenkan dalam 3 ml aseton 80%. Sampel kemudian disentrifugasi (model 420101, Becton Dickinson Primary Care Diagnostics, USA) pada 5000 rpm selama 10 menit untuk menghilangkan partikel. Supernatan diencerkan hingga volume akhir 6 ml dengan menambahkan aseton 80% (Sims dan Gamon, 2002). Kandungan klorofil ditentukan pada 663 nm (klorofil a) dan 646 nm (klorofil b), dan karotenoid pada 470 nm menggunakan spektrofotometer (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, USA).
Metode asam tiobarbiturat (TBA) yang dijelaskan oleh Hodges et al. (1999) digunakan untuk menilai peroksidasi lipid membran (MDA). Sekitar 0,3 g jaringan daun juga dihomogenkan dalam nitrogen cair. Sampel disentrifugasi pada 5000 rpm dan absorbansi diukur pada spektrofotometer pada 440, 532 dan 600 nm. Akhirnya, konsentrasi MDA dihitung menggunakan koefisien ekstingsi (157 M mL−1).
Kandungan prolin dari semua perlakuan ditentukan menggunakan metode yang dijelaskan oleh Bates dkk. (1973). Tambahkan 10 ml larutan asam sulfosalicylic 3% dalam air ke sampel yang disimpan dan saring melalui kertas saring Whatman (No. 2). Kemudian 2 ml filtrat ini direaksikan dengan 2 ml asam ninhidrat dan 2 ml asam asetat glasial. Campuran ditempatkan dalam penangas air pada suhu 90°C selama 1 jam. Hentikan reaksi dengan menginkubasi di atas es. Kocok tabung dengan kuat menggunakan pengocok vortex dan larutkan larutan yang dihasilkan dalam 4 ml toluena. Pembacaan absorbansi ditentukan pada 520 nm menggunakan spektrofotometer yang sama yang digunakan untuk kuantifikasi pigmen fotosintetik (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, USA).
Metode yang dijelaskan oleh Gerhards et al. (2016) untuk menghitung suhu kanopi dan CSI. Foto termal diambil dengan kamera FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, USA) dengan akurasi ±2°C pada akhir periode stres. Letakkan permukaan putih di belakang tanaman untuk pengambilan foto. Sekali lagi, dua tanaman dianggap sebagai model referensi. Tanaman ditempatkan di atas permukaan putih; satu dilapisi dengan adjuvan pertanian (Agrotin, Bayer CropScience, Bogotá, Kolombia) untuk mensimulasikan pembukaan semua stomata [mode basah (Twet)], dan yang lainnya adalah daun tanpa aplikasi apa pun [mode kering (Tdry)] (Castro-Duque et al., 2020). Jarak antara kamera dan pot selama pengambilan gambar adalah 1 m.
Indeks toleransi relatif dihitung secara tidak langsung menggunakan konduktansi stomata (gs) tanaman yang diberi perlakuan dibandingkan dengan tanaman kontrol (tanaman tanpa perlakuan stres dan dengan pemberian zat pengatur pertumbuhan) untuk menentukan toleransi genotipe yang diberi perlakuan yang dievaluasi dalam penelitian ini. RTI diperoleh menggunakan persamaan yang diadaptasi dari Chávez-Arias et al. (2020).
Dalam setiap percobaan, semua variabel fisiologis yang disebutkan di atas ditentukan dan dicatat pada 55 DAE menggunakan daun yang telah berkembang penuh yang dikumpulkan dari tajuk atas. Selain itu, pengukuran dilakukan di ruang pertumbuhan untuk menghindari perubahan kondisi lingkungan tempat tanaman tumbuh.
Data dari percobaan pertama dan kedua dianalisis bersama sebagai serangkaian percobaan. Setiap kelompok percobaan terdiri dari 5 tanaman, dan setiap tanaman merupakan unit percobaan. Analisis varians (ANOVA) dilakukan (P ≤ 0,05). Jika perbedaan signifikan terdeteksi, uji perbandingan post hoc Tukey digunakan pada P ≤ 0,05. Gunakan fungsi arcsin untuk mengkonversi nilai persentase. Data dianalisis menggunakan perangkat lunak Statistix v 9.0 (Analytical Software, Tallahassee, FL, USA) dan diplot menggunakan SigmaPlot (versi 10.0; Systat Software, San Jose, CA, USA). Analisis komponen utama dilakukan menggunakan perangkat lunak InfoStat 2016 (Analysis Software, Universitas Nasional Cordoba, Argentina) untuk mengidentifikasi regulator pertumbuhan tanaman terbaik yang diteliti.
Tabel 1 merangkum ANOVA yang menunjukkan percobaan, perlakuan yang berbeda, dan interaksinya dengan pigmen fotosintetik daun (klorofil a, b, total, dan karotenoid), malondialdehida (MDA) dan kandungan prolin, serta konduktansi stomata. Pengaruh gs, kandungan air relatif (RWC), kandungan klorofil, parameter fluoresensi klorofil alfa, suhu tajuk (PCT) (°C), indeks stres tanaman (CSI) dan indeks toleransi relatif tanaman padi pada 55 DAE.
Tabel 1. Ringkasan data ANOVA tentang variabel fisiologis dan biokimia padi antara percobaan (genotipe) dan perlakuan stres panas.
Perbedaan (P≤0,01) dalam interaksi pigmen fotosintetik daun, kandungan klorofil relatif (pembacaan daun), dan parameter fluoresensi alfa-klorofil antara percobaan dan perlakuan ditunjukkan pada Tabel 2. Suhu siang dan malam yang tinggi meningkatkan kandungan klorofil total dan karotenoid. Bibit padi tanpa penyemprotan fitohormon pada daun (2,36 mg g-1 untuk “F67” dan 2,56 mg g-1 untuk “F2000”) dibandingkan dengan tanaman yang ditanam pada kondisi suhu optimal (2,67 mg g-1) menunjukkan kandungan klorofil total yang lebih rendah. Pada kedua percobaan, “F67” adalah 2,80 mg g-1 dan “F2000” adalah 2,80 mg g-1. Selain itu, bibit padi yang diberi perlakuan kombinasi semprotan AUX dan GA di bawah tekanan panas juga menunjukkan penurunan kandungan klorofil pada kedua genotipe (AUX = 1,96 mg g-1 dan GA = 1,45 mg g-1 untuk “F67”; AUX = 1,96 mg g-1 dan GA = 1,45 mg g-1 untuk “F67”; AUX = 2,24 mg g-1 dan GA = 1,43 mg g-1 (untuk “F2000”) di bawah kondisi tekanan panas. Di bawah kondisi tekanan panas, perlakuan daun dengan BR menghasilkan sedikit peningkatan variabel ini pada kedua genotipe. Terakhir, penyemprotan daun CK menunjukkan nilai pigmen fotosintetik tertinggi di antara semua perlakuan (perlakuan AUX, GA, BR, SC dan AC) pada genotipe F67 (3,24 mg g-1) dan F2000 (3,65 mg g-1). Kandungan klorofil relatif (satuan daun) juga berkurang akibat stres panas gabungan. Nilai tertinggi juga tercatat pada tanaman yang disemprot dengan CC pada kedua genotipe (41,66 untuk “F67” dan 49,30 untuk “F2000”). Rasio Fv dan Fv/Fm menunjukkan perbedaan signifikan antara perlakuan dan kultivar (Tabel 2). Secara keseluruhan, di antara variabel-variabel ini, kultivar F67 kurang rentan terhadap stres panas dibandingkan kultivar F2000. Rasio Fv dan Fv/Fm lebih terpengaruh pada percobaan kedua. Bibit 'F2000' yang mengalami stres dan tidak disemprot dengan fitohormon apa pun memiliki nilai Fv terendah (2120,15) dan rasio Fv/Fm terendah (0,59), tetapi penyemprotan daun dengan CK membantu memulihkan nilai-nilai ini (Fv: 2591,89, rasio Fv/Fm: 0,73), sehingga menghasilkan pembacaan yang mirip dengan yang tercatat pada tanaman “F2000” yang ditanam dalam kondisi suhu optimal (Fv: 2955,35, rasio Fv/Fm: 0,73:0,72). Tidak ada perbedaan signifikan pada fluoresensi awal (F0), fluoresensi maksimum (Fm), hasil kuantum fotokimia maksimum PSII (Fv/F0) dan rasio Fm/F0. Terakhir, BR menunjukkan tren yang serupa dengan yang diamati pada CK (Fv 2545,06, rasio Fv/Fm 0,73).
Tabel 2. Pengaruh stres panas gabungan (40°/30°C siang/malam) terhadap pigmen fotosintesis daun [klorofil total (Chl Total), klorofil a (Chl a), klorofil b (Chl b) dan karotenoid Cx+c], kandungan klorofil relatif (satuan Atliff), parameter fluoresensi klorofil (fluoresensi awal (F0), fluoresensi maksimum (Fm), fluoresensi variabel (Fv), efisiensi PSII maksimum (Fv/Fm), hasil kuantum fotokimia maksimum PSII (Fv/F0) dan Fm/F0 pada tanaman dari dua genotipe padi [Federrose 67 (F67) dan Federrose 2000 (F2000)] 55 hari setelah kemunculan (DAE)).
Kandungan air relatif (RWC) tanaman padi yang diberi perlakuan berbeda menunjukkan perbedaan (P ≤ 0,05) dalam interaksi antara perlakuan eksperimental dan perlakuan daun (Gambar 1A). Ketika diberi perlakuan SA, nilai terendah tercatat untuk kedua genotipe (74,01% untuk F67 dan 76,6% untuk F2000). Dalam kondisi stres panas, RWC tanaman padi dari kedua genotipe yang diberi perlakuan fitohormon berbeda meningkat secara signifikan. Secara keseluruhan, aplikasi daun CK, GA, AUX, atau BR meningkatkan RWC hingga nilai yang mirip dengan tanaman yang tumbuh dalam kondisi optimal selama percobaan. Kontrol absolut dan tanaman yang disemprot daun mencatat nilai sekitar 83% untuk kedua genotipe. Di sisi lain, gs juga menunjukkan perbedaan signifikan (P ≤ 0,01) dalam interaksi percobaan-perlakuan (Gambar 1B). Tanaman kontrol absolut (AC) juga mencatat nilai tertinggi untuk setiap genotipe (440,65 mmol m-2s-1 untuk F67 dan 511,02 mmol m-2s-1 untuk F2000). Tanaman padi yang hanya mengalami stres panas gabungan menunjukkan nilai gs ​​terendah untuk kedua genotipe (150,60 mmol m-2s-1 untuk F67 dan 171,32 mmol m-2s-1 untuk F2000). Perlakuan daun dengan semua zat pengatur pertumbuhan tanaman juga meningkatkan g. Pada tanaman padi F2000 yang disemprot dengan CC, efek penyemprotan daun dengan fitohormon lebih jelas terlihat. Kelompok tanaman ini tidak menunjukkan perbedaan dibandingkan dengan tanaman kontrol absolut (AC 511,02 dan CC 499,25 mmol m-2s-1).
Gambar 1. Pengaruh stres panas gabungan (40°/30°C siang/malam) terhadap kandungan air relatif (RWC) (A), konduktansi stomata (gs) (B), produksi malondialdehida (MDA) (C), dan kandungan prolin (D) pada tanaman dari dua genotipe padi (F67 dan F2000) pada 55 hari setelah kemunculan (DAE). Perlakuan yang dinilai untuk setiap genotipe meliputi: kontrol absolut (AC), kontrol stres panas (SC), stres panas + auksin (AUX), stres panas + giberelin (GA), stres panas + mitogen sel (CK), dan stres panas + brassinosteroid (BR). Setiap kolom mewakili rata-rata ± kesalahan standar dari lima titik data (n = 5). Kolom yang diikuti oleh huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan yang signifikan secara statistik menurut uji Tukey (P ≤ 0,05). Huruf dengan tanda sama dengan menunjukkan bahwa rata-rata tidak signifikan secara statistik (≤ 0,05).
Kandungan MDA (P ≤ 0,01) dan prolin (P ≤ 0,01) juga menunjukkan perbedaan signifikan dalam interaksi antara percobaan dan perlakuan fitohormon (Gambar 1C, D). Peningkatan peroksidasi lipid diamati dengan perlakuan SC pada kedua genotipe (Gambar 1C), namun tanaman yang diberi perlakuan semprotan pengatur pertumbuhan daun menunjukkan penurunan peroksidasi lipid pada kedua genotipe; Secara umum, penggunaan fitohormon (CA, AUC, BR atau GA) menyebabkan penurunan peroksidasi lipid (kandungan MDA). Tidak ditemukan perbedaan antara tanaman AC dari dua genotipe dan tanaman yang mengalami stres panas dan disemprot dengan fitohormon (nilai FW yang diamati pada tanaman “F67” berkisar antara 4,38–6,77 µmol g-1, dan pada tanaman “F2000” nilai yang diamati berkisar antara 2,84 hingga 9,18 µmol g-1 (tanaman)). Di sisi lain, sintesis prolin pada tanaman “F67” lebih rendah daripada pada tanaman “F2000” di bawah stres gabungan, yang menyebabkan peningkatan produksi prolin. Pada tanaman padi yang mengalami stres panas, dalam kedua percobaan, diamati bahwa pemberian hormon-hormon ini secara signifikan meningkatkan kandungan asam amino pada tanaman F2000 (AUX dan BR masing-masing sebesar 30,44 dan 18,34 µmol g-1) (Gambar 1G).
Pengaruh penyemprotan regulator pertumbuhan tanaman melalui daun dan kombinasi stres panas terhadap suhu tajuk tanaman dan indeks toleransi relatif (RTI) ditunjukkan pada Gambar 2A dan B. Untuk kedua genotipe, suhu tajuk tanaman AC mendekati 27°C, dan tanaman SC sekitar 28°C. Diamati juga bahwa perlakuan penyemprotan daun dengan CK dan BR menghasilkan penurunan suhu tajuk sebesar 2–3°C dibandingkan dengan tanaman SC (Gambar 2A). RTI menunjukkan perilaku serupa dengan variabel fisiologis lainnya, menunjukkan perbedaan signifikan (P ≤ 0,01) dalam interaksi antara percobaan dan perlakuan (Gambar 2B). Tanaman SC menunjukkan toleransi tanaman yang lebih rendah pada kedua genotipe (34,18% dan 33,52% untuk tanaman padi “F67” dan “F2000”, masing-masing). Pemberian fitohormon melalui daun meningkatkan RTI pada tanaman yang terpapar stres suhu tinggi. Efek ini lebih nyata pada tanaman “F2000” yang disemprot dengan CC, di mana RTI-nya adalah 97,69. Di sisi lain, perbedaan signifikan hanya diamati pada indeks stres hasil (CSI) tanaman padi di bawah kondisi stres penyemprotan faktor daun (P ≤ 0,01) (Gambar 2B). Hanya tanaman padi yang mengalami stres panas kompleks yang menunjukkan nilai indeks stres tertinggi (0,816). Ketika tanaman padi disemprot dengan berbagai fitohormon, indeks stresnya lebih rendah (nilai dari 0,6 hingga 0,67). Akhirnya, tanaman padi yang tumbuh dalam kondisi optimal memiliki nilai 0,138.
Gambar 2. Pengaruh stres panas gabungan (40°/30°C siang/malam) terhadap suhu kanopi (A), indeks toleransi relatif (RTI) (B), dan indeks stres tanaman (CSI) (C) dari dua spesies tanaman. Genotipe padi komersial (F67 dan F2000) dikenai perlakuan panas yang berbeda. Perlakuan yang dinilai untuk setiap genotipe meliputi: kontrol absolut (AC), kontrol stres panas (SC), stres panas + auksin (AUX), stres panas + giberelin (GA), stres panas + mitogen sel (CK), dan stres panas + brassinosteroid (BR). Stres panas gabungan melibatkan paparan tanaman padi terhadap suhu siang/malam yang tinggi (40°/30°C siang/malam). Setiap kolom mewakili rata-rata ± kesalahan standar dari lima titik data (n = 5). Kolom yang diikuti oleh huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan yang signifikan secara statistik menurut uji Tukey (P ≤ 0,05). Huruf dengan tanda sama dengan menunjukkan bahwa nilai rata-rata tidak signifikan secara statistik (≤ 0,05).
Analisis komponen utama (PCA) mengungkapkan bahwa variabel yang dinilai pada 55 DAE menjelaskan 66,1% dari respons fisiologis dan biokimia tanaman padi yang mengalami stres panas dan diberi perlakuan semprotan pengatur pertumbuhan (Gambar 3). Vektor mewakili variabel dan titik mewakili pengatur pertumbuhan tanaman (GR). Vektor gs, kandungan klorofil, efisiensi kuantum maksimum PSII (Fv/Fm) dan parameter biokimia (TChl, MDA dan prolin) berada pada sudut yang dekat dengan titik asal, menunjukkan korelasi yang tinggi antara perilaku fisiologis tanaman dan variabel tersebut. Satu kelompok (V) mencakup bibit padi yang ditanam pada suhu optimal (AT) dan tanaman F2000 yang diberi perlakuan CK dan BA. Pada saat yang sama, sebagian besar tanaman yang diberi perlakuan GR membentuk kelompok terpisah (IV), dan perlakuan dengan GA pada F2000 membentuk kelompok terpisah (II). Sebaliknya, bibit padi yang mengalami stres panas (kelompok I dan III) tanpa penyemprotan fitohormon pada daun (kedua genotipe tersebut adalah SC) terletak di zona yang berlawanan dengan kelompok V, yang menunjukkan pengaruh stres panas terhadap fisiologi tanaman.
Gambar 3. Analisis grafik efek stres panas gabungan (40°/30°C siang/malam) pada tanaman dari dua genotipe padi (F67 dan F2000) pada 55 hari setelah kemunculan (DAE). Singkatan: AC F67, kontrol absolut F67; SC F67, kontrol stres panas F67; AUX F67, stres panas + auksin F67; GA F67, stres panas + giberelin F67; CK F67, stres panas + pembelahan sel; BR F67, stres panas + brassinosteroid F67; AC F2000, kontrol absolut F2000; SC F2000, kontrol stres panas F2000; AUX F2000, stres panas + auksin F2000; GA F2000, stres panas + giberelin F2000; CK F2000, stres panas + sitokinin, BR F2000, stres panas + steroid kuningan; F2000.
Variabel seperti kandungan klorofil, konduktansi stomata, rasio Fv/Fm, CSI, MDA, RTI, dan kandungan prolin dapat membantu memahami adaptasi genotipe padi dan mengevaluasi dampak strategi agronomi di bawah tekanan panas (Sarsu dkk., 2018; Quintero-Calderon dkk., 2021). Tujuan percobaan ini adalah untuk mengevaluasi pengaruh aplikasi empat regulator pertumbuhan terhadap parameter fisiologis dan biokimia bibit padi di bawah kondisi tekanan panas kompleks. Pengujian bibit merupakan metode sederhana dan cepat untuk penilaian simultan tanaman padi tergantung pada ukuran atau kondisi infrastruktur yang tersedia (Sarsu dkk. 2018). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa tekanan panas gabungan menginduksi respons fisiologis dan biokimia yang berbeda pada dua genotipe padi, yang mengindikasikan adanya proses adaptasi. Hasil ini juga menunjukkan bahwa penyemprotan zat pengatur pertumbuhan daun (terutama sitokinin dan brasinosteroid) membantu padi beradaptasi dengan stres panas yang kompleks karena terutama mempengaruhi gs, RWC, rasio Fv/Fm, pigmen fotosintetik, dan kandungan prolin.
Penerapan zat pengatur pertumbuhan membantu meningkatkan status air tanaman padi di bawah tekanan panas, yang mungkin berhubungan dengan tekanan yang lebih tinggi dan suhu tajuk tanaman yang lebih rendah. Studi ini menunjukkan bahwa di antara tanaman “F2000” (genotipe rentan), tanaman padi yang diberi perlakuan utama CK atau BR memiliki nilai gs ​​yang lebih tinggi dan nilai PCT yang lebih rendah dibandingkan tanaman yang diberi perlakuan SC. Studi sebelumnya juga menunjukkan bahwa gs dan PCT merupakan indikator fisiologis akurat yang dapat menentukan respons adaptif tanaman padi dan pengaruh strategi agronomi terhadap tekanan panas (Restrepo-Diaz dan Garces-Varon, 2013; Sarsu dkk., 2018; Quintero-Carr DeLong dkk., 2021). CK atau BR daun meningkatkan g di bawah tekanan karena hormon tanaman ini dapat mendorong pembukaan stomata melalui interaksi sintetik dengan molekul pensinyalan lain seperti ABA (pendorong penutupan stomata di bawah tekanan abiotik) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013; 2014). Pembukaan stomata mendorong pendinginan daun dan membantu mengurangi suhu kanopi (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). Karena alasan ini, suhu kanopi tanaman padi yang disemprot dengan CK atau BR mungkin lebih rendah di bawah tekanan panas gabungan.
Stres suhu tinggi dapat mengurangi kandungan pigmen fotosintetik daun (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). Dalam penelitian ini, ketika tanaman padi mengalami stres panas dan tidak disemprot dengan zat pengatur pertumbuhan tanaman, pigmen fotosintetik cenderung menurun pada kedua genotipe (Tabel 2). Feng et al. (2013) juga melaporkan penurunan signifikan kandungan klorofil pada daun dua genotipe gandum yang terpapar stres panas. Paparan suhu tinggi seringkali mengakibatkan penurunan kandungan klorofil, yang mungkin disebabkan oleh penurunan biosintesis klorofil, degradasi pigmen, atau efek gabungan keduanya di bawah stres panas (Fahad et al., 2017). Namun, tanaman padi yang diberi perlakuan terutama dengan CK dan BA meningkatkan konsentrasi pigmen fotosintetik daun di bawah stres panas. Hasil serupa juga dilaporkan oleh Jespersen dan Huang (2015) dan Suchsagunpanit et al. (2015), yang mengamati peningkatan kandungan klorofil daun setelah aplikasi hormon zeatin dan epibrassinosteroid pada rumput bentgrass dan padi yang mengalami stres panas. Penjelasan yang masuk akal mengapa CK dan BR meningkatkan kandungan klorofil daun di bawah stres panas gabungan adalah bahwa CK dapat meningkatkan inisiasi induksi berkelanjutan dari promotor ekspresi (seperti promotor pengaktif penuaan (SAG12) atau promotor HSP18) dan mengurangi kehilangan klorofil di daun, menunda penuaan daun dan meningkatkan ketahanan tanaman terhadap panas (Liu et al., 2020). BR dapat melindungi klorofil daun dan meningkatkan kandungan klorofil daun dengan mengaktifkan atau menginduksi sintesis enzim yang terlibat dalam biosintesis klorofil di bawah kondisi stres (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). Terakhir, dua fitohormon (CK dan BR) juga mendorong ekspresi protein kejutan panas dan meningkatkan berbagai proses adaptasi metabolisme, seperti peningkatan biosintesis klorofil (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
Parameter fluoresensi klorofil a memberikan metode cepat dan non-destruktif yang dapat menilai toleransi atau adaptasi tanaman terhadap kondisi stres abiotik (Chaerle et al. 2007; Kalaji et al. 2017). Parameter seperti rasio Fv/Fm telah digunakan sebagai indikator adaptasi tanaman terhadap kondisi stres (Alvarado-Sanabria et al. 2017; Chavez-Arias et al. 2020). Dalam penelitian ini, tanaman SC menunjukkan nilai terendah dari variabel ini, terutama tanaman padi “F2000”. Yin et al. (2010) juga menemukan bahwa rasio Fv/Fm pada daun padi dengan anakan tertinggi menurun secara signifikan pada suhu di atas 35°C. Menurut Feng et al. (2013), rasio Fv/Fm yang lebih rendah di bawah tekanan panas menunjukkan bahwa laju penangkapan dan konversi energi eksitasi oleh pusat reaksi PSII berkurang, yang mengindikasikan bahwa pusat reaksi PSII mengalami disintegrasi di bawah tekanan panas. Pengamatan ini memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa gangguan pada aparatus fotosintesis lebih nyata pada varietas sensitif (Fedearroz 2000) dibandingkan pada varietas resisten (Fedearroz 67).
Penggunaan CK atau BR secara umum meningkatkan kinerja PSII di bawah kondisi stres panas yang kompleks. Hasil serupa diperoleh oleh Suchsagunpanit dkk. (2015), yang mengamati bahwa aplikasi BR meningkatkan efisiensi PSII di bawah stres panas pada padi. ​​Kumar dkk. (2020) juga menemukan bahwa tanaman buncis yang diberi perlakuan CK (6-benziladenin) dan mengalami stres panas meningkatkan rasio Fv/Fm, menyimpulkan bahwa aplikasi CK melalui penyemprotan daun dengan mengaktifkan siklus pigmen zeaxanthin meningkatkan aktivitas PSII. Selain itu, penyemprotan daun BR mendukung fotosintesis PSII di bawah kondisi stres gabungan, menunjukkan bahwa aplikasi fitohormon ini mengakibatkan penurunan disipasi energi eksitasi antena PSII dan mendorong akumulasi protein kejut panas kecil di kloroplas (Ogweno dkk. 2008; Kothari dan Lachowitz 2021).
Kandungan MDA dan prolin sering meningkat ketika tanaman mengalami stres abiotik dibandingkan dengan tanaman yang tumbuh dalam kondisi optimal (Alvarado-Sanabria et al. 2017). Studi sebelumnya juga menunjukkan bahwa kadar MDA dan prolin merupakan indikator biokimia yang dapat digunakan untuk memahami proses adaptasi atau dampak praktik agronomi pada padi di bawah suhu tinggi siang atau malam hari (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al., 2021). Studi-studi ini juga menunjukkan bahwa kandungan MDA dan prolin cenderung lebih tinggi pada tanaman padi yang terpapar suhu tinggi di malam hari atau siang hari. Namun, penyemprotan daun dengan CK dan BR berkontribusi pada penurunan MDA dan peningkatan kadar prolin, terutama pada genotipe toleran (Federroz 67). Semprotan CK dapat mendorong ekspresi berlebihan sitokinin oksidase/dehidrogenase, sehingga meningkatkan kandungan senyawa pelindung seperti betaine dan prolin (Liu et al., 2020). BR mendorong induksi osmoprotektan seperti betaine, gula, dan asam amino (termasuk prolin bebas), menjaga keseimbangan osmotik seluler dalam banyak kondisi lingkungan yang merugikan (Kothari dan Lachowiec, 2021).
Indeks stres tanaman (CSI) dan indeks toleransi relatif (RTI) digunakan untuk menentukan apakah perlakuan yang dievaluasi membantu mengurangi berbagai stres (abiotik dan biotik) dan memiliki efek positif pada fisiologi tanaman (Castro-Duque et al., 2020; Chavez-Arias et al., 2020). Nilai CSI dapat berkisar dari 0 hingga 1, yang masing-masing mewakili kondisi tanpa stres dan stres (Lee et al., 2010). Nilai CSI tanaman yang mengalami stres panas (SC) berkisar dari 0,8 hingga 0,9 (Gambar 2B), menunjukkan bahwa tanaman padi terpengaruh secara negatif oleh stres gabungan. Namun, penyemprotan daun BC (0,6) atau CK (0,6) terutama menyebabkan penurunan indikator ini pada kondisi stres abiotik dibandingkan dengan tanaman padi SC. Pada tanaman F2000, RTI menunjukkan peningkatan yang lebih tinggi ketika menggunakan CA (97,69%) dan BC (60,73%) dibandingkan dengan SA (33,52%), menunjukkan bahwa regulator pertumbuhan tanaman ini juga berkontribusi meningkatkan respons padi terhadap toleransi komposisi panas berlebih. Indeks ini telah diusulkan untuk mengelola kondisi stres pada spesies yang berbeda. Sebuah studi yang dilakukan oleh Lee et al. (2010) menunjukkan bahwa CSI dari dua varietas kapas di bawah stres air sedang sekitar 0,85, sedangkan nilai CSI dari varietas yang diairrigasi dengan baik berkisar antara 0,4 hingga 0,6, menyimpulkan bahwa indeks ini merupakan indikator adaptasi air varietas terhadap kondisi stres. Lebih lanjut, Chavez-Arias et al. (2020) menilai efektivitas elisitor sintetis sebagai strategi manajemen stres komprehensif pada tanaman C. elegans dan menemukan bahwa tanaman yang disemprot dengan senyawa ini menunjukkan RTI yang lebih tinggi (65%). Berdasarkan uraian di atas, CK dan BR dapat dianggap sebagai strategi agronomi yang bertujuan untuk meningkatkan toleransi padi terhadap stres panas yang kompleks, karena regulator pertumbuhan tanaman ini menginduksi respons biokimia dan fisiologis yang positif.
Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian padi di Kolombia telah berfokus pada evaluasi genotipe yang toleran terhadap suhu siang atau malam yang tinggi menggunakan sifat fisiologis atau biokimia (Sánchez-Reinoso et al., 2014; Alvarado-Sanabria et al., 2021). Namun, dalam beberapa tahun terakhir, analisis teknologi praktis, ekonomis, dan menguntungkan menjadi semakin penting untuk mengusulkan pengelolaan tanaman terpadu guna meningkatkan dampak periode stres panas yang kompleks di negara tersebut (Calderón-Páez et al., 2021; Quintero-Calderon et al., 2021). Dengan demikian, respons fisiologis dan biokimia tanaman padi terhadap stres panas kompleks (40°C siang/30°C malam) yang diamati dalam penelitian ini menunjukkan bahwa penyemprotan daun dengan CK atau BR mungkin merupakan metode pengelolaan tanaman yang sesuai untuk mengurangi dampak buruk. Pengaruh periode stres panas sedang. Perlakuan ini meningkatkan toleransi kedua genotipe padi (CSI rendah dan RTI tinggi), menunjukkan tren umum dalam respons fisiologis dan biokimia tanaman di bawah tekanan panas gabungan. Respons utama tanaman padi adalah penurunan kandungan GC, klorofil total, klorofil α dan β, serta karotenoid. Selain itu, tanaman mengalami kerusakan PSII (penurunan parameter fluoresensi klorofil seperti rasio Fv/Fm) dan peningkatan peroksidasi lipid. Di sisi lain, ketika padi diberi perlakuan CK dan BR, efek negatif ini berkurang dan kandungan prolin meningkat (Gambar 4).
Gambar 4. Model konseptual efek gabungan stres panas dan penyemprotan regulator pertumbuhan tanaman daun pada tanaman padi. ​​Panah merah dan biru menunjukkan efek negatif atau positif dari interaksi antara stres panas dan aplikasi daun BR (brassinosteroid) dan CK (sitokinin) pada respons fisiologis dan biokimia, masing-masing. gs: konduktansi stomata; Total Chl: kandungan klorofil total; Chl α: kandungan klorofil β; Cx+c: kandungan karotenoid;
Singkatnya, respons fisiologis dan biokimia dalam penelitian ini menunjukkan bahwa tanaman padi Fedearroz 2000 lebih rentan terhadap periode stres panas kompleks dibandingkan tanaman padi Fedearroz 67. Semua regulator pertumbuhan yang dinilai dalam penelitian ini (auksin, giberelin, sitokinin, atau brasinosteroid) menunjukkan beberapa tingkat pengurangan stres panas gabungan. Namun, sitokinin dan brasinosteroid menginduksi adaptasi tanaman yang lebih baik karena kedua regulator pertumbuhan tanaman tersebut meningkatkan kandungan klorofil, parameter fluoresensi alfa-klorofil, gs dan RWC dibandingkan dengan tanaman padi tanpa aplikasi apa pun, dan juga menurunkan kandungan MDA dan suhu kanopi. Singkatnya, kami menyimpulkan bahwa penggunaan regulator pertumbuhan tanaman (sitokinin dan brasinosteroid) merupakan alat yang berguna dalam mengelola kondisi stres pada tanaman padi yang disebabkan oleh stres panas parah selama periode suhu tinggi.
Materi asli yang disajikan dalam penelitian ini disertakan bersama artikel, dan pertanyaan lebih lanjut dapat ditujukan kepada penulis yang bersangkutan.