Pengatur pertumbuhan tanaman telah digunakan sebagai strategi untuk mengurangi stres panas pada berbagai tanaman

Produksi beras menurun karena perubahan iklim dan variabilitas di Kolombia.Pengatur pertumbuhan tanamantelah digunakan sebagai strategi untuk mengurangi stres panas pada berbagai tanaman. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengevaluasi efek fisiologis (konduktansi stomata, kandungan klorofil total, rasio Fv/Fm dari dua genotipe padi komersial yang mengalami stres panas gabungan (suhu siang dan malam yang tinggi), suhu tajuk dan kandungan air relatif) dan variabel biokimia (malondialdehid (MDA) dan kandungan asam prolinat). Percobaan pertama dan kedua dilakukan dengan 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 tumbuh pada suhu optimal (suhu siang/malam 30/25°C)), kontrol stres panas (SC) [tanaman padi yang hanya mengalami stres panas gabungan (40/25°C). 30°C)], dan tanaman padi diberi tekanan dan disemprot dengan zat pengatur tumbuh (stres+AUX, stres+BR, stres+CK atau stres+GA) dua kali (5 hari sebelum dan 5 hari setelah stres panas). Penyemprotan dengan SA meningkatkan total kandungan klorofil dari 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″ adalah 2,36 dan 2,56 mg). g-1)” dan padi “F2000″, aplikasi CK melalui daun juga secara umum memperbaiki konduktansi stomata tanaman padi “F2000″ (499,25 vs. 150,60 mmol m-2 s) dibandingkan dengan kontrol stres panas. stres panas, suhu tajuk tanaman menurun 2–3 °C, dan kandungan MDA dalam tanaman menurun. Indeks toleransi relatif menunjukkan bahwa aplikasi CK (97,69%) dan BR (60,73%) melalui daun dapat membantu meringankan masalah stres panas gabungan terutama pada tanaman padi F2000. Sebagai kesimpulan, penyemprotan BR atau CK melalui daun dapat dianggap sebagai strategi agronomi untuk membantu mengurangi efek negatif dari kondisi stres panas gabungan pada 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 padi yang dibudidayakan adalah 617.934 hektare, 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, yang menyebabkan berbagai jenis tekanan abiotik seperti suhu tinggi dan periode kekeringan. Perubahan iklim menyebabkan suhu global meningkat; Suhu diproyeksikan akan 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, yang 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 akan meningkat sebesar 2–2,5°C pada tahun 2050, yang mengurangi produksi padi dan memengaruhi arus produk ke pasar dan rantai pasokan.
Sebagian besar tanaman padi ditanam di daerah dengan suhu yang mendekati kisaran optimum untuk pertumbuhan tanaman (Shah et al., 2011). Telah dilaporkan bahwa suhu rata-rata siang dan malam yang optimal untukpertumbuhan dan perkembangan padiUmumnya 28°C dan 22°C, masing-masing (Kilasi et al., 2018; Calderón-Páez et al., 2021). Suhu di atas ambang batas ini dapat menyebabkan periode stres panas sedang hingga berat selama tahap-tahap sensitif perkembangan padi (anakan, antesis, pembungaan, dan pengisian gabah), sehingga berdampak negatif pada hasil gabah. Penurunan hasil 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 ireversibel pada metabolisme dan perkembangan tanaman.
Stres panas memengaruhi berbagai proses fisiologis dan biokimia pada tanaman. Fotosintesis daun merupakan salah satu proses yang paling rentan terhadap stres panas pada tanaman padi, karena laju fotosintesis menurun hingga 50% saat suhu harian melebihi 35°C. Respons fisiologis tanaman padi bervariasi tergantung pada jenis stres panas. Misalnya, laju fotosintesis dan konduktansi stomata terhambat saat tanaman terpapar suhu siang hari yang tinggi (33–40°C) atau suhu siang hari dan malam hari yang tinggi (35–40°C pada siang hari, 28–30°C). C berarti malam hari) (Lü et al., 2013; Fahad et al., 2016; Chaturvedi et al., 2017). Suhu malam hari yang tinggi (30°C) menyebabkan penghambatan fotosintesis sedang tetapi meningkatkan respirasi malam hari (Fahad et al., 2016; Alvarado-Sanabria et al., 2017). Terlepas dari periode stres, stres panas juga mempengaruhi 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 adalah aspek lain dari adaptasi tanaman terhadap stres panas (Wahid et al., 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 et al., 2014). Suhu tinggi juga memengaruhi stabilitas membran melalui peroksidasi lipid, yang mengarah pada pembentukan malondialdehid (MDA) (Wahid et al., 2007). Oleh karena itu, kandungan MDA juga telah digunakan untuk memahami integritas struktural membran sel di bawah stres panas (Cao et al., 2009; Chavez-Arias et al., 2018). Akhirnya, stres panas gabungan [37/30 °C (siang/malam)] meningkatkan persentase kebocoran elektrolit dan kandungan malondialdehid dalam beras (Liu et al., 2013).
Penggunaan zat pengatur tumbuh tanaman (GR) telah dinilai dapat mengurangi dampak negatif dari stres panas, karena zat-zat ini secara aktif terlibat dalam respons tanaman atau mekanisme pertahanan fisiologis terhadap stres tersebut (Peleg dan Blumwald, 2011; Yin et al. et al., 2011; Ahmed et al., 2015). Aplikasi sumber daya genetik secara eksogen memiliki dampak positif pada toleransi stres panas pada berbagai tanaman pangan. Penelitian telah menunjukkan bahwa fitohormon seperti giberelin (GA), sitokinin (CK), auksin (AUX) atau brassinosteroid (BR) menyebabkan peningkatan berbagai variabel fisiologis dan biokimia (Peleg dan Blumwald, 2011; Yin et al. Ren, 2011; Mitler et al., 2012; Zhou et al., 2014). Di Kolombia, aplikasi sumber daya genetik secara eksogen dan dampaknya terhadap tanaman padi belum sepenuhnya dipahami dan dipelajari. Namun, penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa penyemprotan daun BR 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 bengkok (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 malondialdehid (MDA) dalam jaringan tanaman (Chernyadyev, 2009; Yang et al., 2009). , 2016; Kumar et al., 2020).
Penggunaan asam giberelat juga menunjukkan respons positif terhadap stres panas. Penelitian telah 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 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 HA eksogen meningkatkan kadar air relatif, kandungan klorofil dan karotenoid, serta mengurangi peroksidasi lipid pada pohon kurma (Phoenix dactylifera) dalam kondisi 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). Pengatur 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 lain dari zat pengatur tumbuh yang digunakan untuk mengurangi dampak 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 tekanan panas selama 8 hari. Penyemprotan epibrassinosteroid pada daun dapat meningkatkan laju fotosintesis bersih tanaman mentimun (Cucumis sativus) di bawah tekanan 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 tekanan 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 fisiologi (suhu daun, konduktansi stomata, parameter fluoresensi klorofil, klorofil dan kadar air relatif, malondialdehid dan sintesis prolin) merupakan alat yang dapat diandalkan 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 fitohormonal daun pada padi di tingkat lokal masih jarang. Oleh karena itu, studi tentang reaksi fisiologis dan biokimia dari aplikasi zat pengatur tumbuh sangat penting untuk usulan strategi agronomi praktis untuk ini. mengatasi efek negatif dari periode stres panas kompleks pada padi. ​​Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengevaluasi efek fisiologis (konduktansi stomata, parameter fluoresensi klorofil dan kadar air relatif) dan biokimia dari aplikasi daun empat zat pengatur tumbuh (AUX, CK, GA dan BR). (Pigmen fotosintetik, kandungan malondialdehid dan prolin) Variabel dalam dua genotipe padi komersial yang mengalami stres panas gabungan (suhu siang/malam tinggi).
Dalam penelitian ini, dua percobaan independen dilakukan. Genotipe Federrose 67 (F67: genotipe yang dikembangkan dalam suhu tinggi selama dekade terakhir) dan Federrose 2000 (F2000: genotipe yang dikembangkan dalam dekade terakhir abad ke-20 yang menunjukkan ketahanan terhadap virus daun putih) digunakan untuk pertama kalinya. benih dan percobaan kedua, masing-masing. Kedua genotipe tersebut dibudidayakan secara luas oleh petani Kolombia. Benih ditanam dalam nampan 10 L (panjang 39,6 cm, lebar 28,8 cm, tinggi 16,8 cm) yang berisi tanah lempung berpasir dengan 2% bahan organik. Lima benih yang telah berkecambah ditanam di setiap nampan. Palet ditempatkan di rumah kaca Fakultas Ilmu Pertanian Universitas Nasional Kolombia, kampus Bogotá (43°50′56″ LU, 74°04′051″ BB), pada ketinggian 2556 m di atas permukaan laut (dpl). m.) 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%, fotoperiode alami 12 jam (radiasi aktif fotosintesis 1500 µmol (foton) m-2 s-). 1 pada siang hari). Tanaman dipupuk sesuai dengan kandungan setiap elemen 20 hari setelah munculnya benih (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 mereka mencapai tahap fenologi V5 selama periode ini. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa tahap fenologi 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, dua aplikasi pengatur pertumbuhan daun yang terpisah dilakukan. Set pertama semprotan fitohormon daun diaplikasikan 5 hari sebelum perlakuan stres panas (42 DAE) untuk mempersiapkan tanaman menghadapi stres lingkungan. Semprotan daun kedua kemudian diberikan 5 hari setelah tanaman terpapar kondisi stres (52 DAE). Empat fitohormon digunakan dan sifat masing-masing bahan aktif yang disemprotkan dalam penelitian ini tercantum dalam Tabel Tambahan 1. Konsentrasi pengatur pertumbuhan daun yang digunakan adalah sebagai berikut: (i) Auksin (asam 1-naftilasetat: NAA) pada konsentrasi 5 × 10−5 M (ii) giberelin 5 × 10–5 M (asam giberelat: NAA); (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 dapat 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 semprotan pengatur tumbuh hanya diobati dengan air suling. Semua tanaman padi disemprot dengan penyemprot tangan. Semprotkan 20 ml H2O ke tanaman untuk membasahi permukaan atas dan bawah daun. Semua semprotan daun menggunakan adjuvan pertanian (Agrotin, Bayer CropScience, Kolombia) pada 0,1% (v/v). Jarak antara pot dan 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, AS) untuk menciptakan stres panas atau mempertahankan kondisi lingkungan yang sama (47 DAE). Perlakuan stres panas gabungan dilakukan dengan mengatur ruang ke suhu siang/malam berikut: suhu tinggi siang hari [40°C selama 5 jam (dari pukul 11:00 hingga 16:00)] dan periode malam [30°C selama 5 jam]. 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 sebagai berikut: (i) kondisi suhu pertumbuhan + pemberian akuades [Kontrol absolut (AC)], (ii) kondisi cekaman panas + pemberian akuades [Kontrol cekaman panas (SC)], (iii) kondisi cekaman panas + pemberian auksin (AUX), (iv) kondisi cekaman panas + pemberian giberelin (GA), (v) kondisi cekaman panas + pemberian sitokinin (CK), dan (vi) kondisi cekaman panas + brassinosteroid (BR) Lampiran. Kelompok perlakuan tersebut digunakan untuk dua genotipe (F67 dan F2000). Semua perlakuan dilakukan dalam rancangan acak lengkap dengan lima kali ulangan, masing-masing terdiri dari satu tanaman. Setiap tanaman digunakan untuk membaca variabel yang ditentukan pada akhir percobaan. Percobaan berlangsung selama 55 HST.
Konduktansi stomata (gs) diukur menggunakan porosometer portabel (SC-1, METER Group Inc., AS) yang berkisar dari 0 hingga 1000 mmol m-2 s-1, dengan lubang ruang sampel 6,35 mm. Pengukuran dilakukan dengan menempelkan probe stomameter ke daun dewasa dengan tunas utama tanaman yang telah berkembang sepenuhnya. Untuk setiap perlakuan, pembacaan gs dilakukan pada tiga daun setiap tanaman antara pukul 11:00 dan 16:00 dan dirata-ratakan.
RWC ditentukan menurut metode yang dijelaskan oleh Ghoulam et al. (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 ruangan (22°C) selama 48 jam. Kemudian ditimbang pada timbangan digital dan dicatat berat 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 alat ukur klorofil (atLeafmeter, FT Green LLC, AS) 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, Inggris). Daun diadaptasi dalam kondisi gelap menggunakan penjepit daun selama 20 menit sebelum pengukuran Fv/Fm (Restrepo-Diaz dan Garces-Varon, 2013). Setelah daun diaklimatisasi dalam kondisi gelap, fluoresensi dasar (F0) dan 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 et al., 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, AS) 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 (klorofil a) dan 646 (klorofil b) nm, dan karotenoid pada 470 nm menggunakan spektrofotometer (Spectronic BioMate 3 UV-vis, Thermo, AS).
Metode asam tiobarbiturat (TBA) yang dijelaskan oleh Hodges dkk. (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 kepunahan (157 M mL−1).
Kandungan prolin dari semua perlakuan ditentukan menggunakan metode yang dijelaskan oleh Bates et al. (1973). Tambahkan 10 ml larutan asam sulfosalisilat 3% 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 tersebut 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 fotosintesis (Spectronic BioMate 3 UV-Vis, Thermo, Madison, WI, AS).
Metode yang dijelaskan oleh Gerhards et al. (2016) untuk menghitung suhu tajuk dan CSI. Foto termal diambil dengan kamera FLIR 2 (FLIR Systems Inc., Boston, MA, AS) dengan akurasi ±2°C pada akhir periode stres. Letakkan permukaan putih di belakang tanaman untuk fotografi. Sekali lagi, dua pabrik dianggap sebagai model referensi. Tanaman diletakkan di 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 pembuatan film 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 zat pengatur tumbuh yang diaplikasikan) 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). Ketika perbedaan signifikan terdeteksi, uji komparatif post hoc Tukey digunakan pada P ≤ 0,05. Gunakan fungsi arcsine untuk mengonversi nilai persentase. Data dianalisis menggunakan perangkat lunak Statistix v 9.0 (Perangkat Lunak Analisis, Tallahassee, FL, AS) dan diplot menggunakan SigmaPlot (versi 10.0; Perangkat Lunak Systat, San Jose, CA, AS). Analisis komponen utama dilakukan menggunakan perangkat lunak InfoStat 2016 (Perangkat Lunak Analisis, Universitas Nasional Cordoba, Argentina) untuk mengidentifikasi pengatur pertumbuhan tanaman terbaik yang diteliti.
Tabel 1 merangkum ANOVA yang menunjukkan percobaan, berbagai perlakuan, dan interaksinya dengan pigmen fotosintesis daun (klorofil a, b, total, dan karotenoid), malondialdehid (MDA) dan kandungan prolin, serta konduktansi stomata. Efek 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 pada variabel fisiologis dan biokimia padi antara percobaan (genotipe) dan perlakuan stres panas.
Perbedaan (P≤0,01) dalam interaksi pigmen fotosintesis daun, kandungan klorofil relatif (bacaan Atleaf), 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 daun (2,36 mg g-1 untuk “F67” dan 2,56 mg g-1 untuk “F2000”) dibandingkan dengan tanaman yang tumbuh dalam kondisi suhu optimal (2,67 mg g -1)) menunjukkan kandungan klorofil total yang lebih rendah. Dalam kedua percobaan, “F67” adalah 2,80 mg g-1 dan “F2000” adalah 2,80 mg g-1. Selain itu, bibit padi yang diobati dengan 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") dalam kondisi tekanan panas. Dalam kondisi tekanan panas, perlakuan daun dengan BR mengakibatkan sedikit peningkatan variabel ini pada kedua genotipe. Akhirnya, penyemprotan daun CK menunjukkan nilai pigmen fotosintesis 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 relatif klorofil (unit Atleaf) 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 yang 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 menderita pada percobaan kedua. Bibit 'F2000' yang tertekan dan tidak disemprot dengan fitohormon apa pun memiliki nilai Fv terendah (2120,15) dan rasio Fv/Fm (0,59), tetapi penyemprotan daun dengan CK membantu memulihkan nilai-nilai ini (Fv: 2591, 89, rasio Fv/Fm: 0,73). , menerima pembacaan yang mirip dengan yang tercatat pada tanaman "F2000" yang tumbuh dalam kondisi suhu optimal (Fv: 2955,35, rasio Fv/Fm: 0,73:0,72). Tidak ada perbedaan signifikan dalam fluoresensi awal (F0), fluoresensi maksimum (Fm), hasil kuantum fotokimia maksimum PSII (Fv/F0) dan rasio Fm/F0. Akhirnya, BR menunjukkan tren yang sama seperti yang diamati dengan CK (Fv 2545,06, rasio Fv/Fm 0,73).
Tabel 2. Efek gabungan stres panas (40°/30°C siang/malam) pada pigmen fotosintesis daun [klorofil total (Chl Total), klorofil a (Chl a), klorofil b (Chl b) dan efek karotenoid Cx+c], kandungan klorofil relatif (unit 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 dua genotipe padi [Federrose 67 (F67) dan Federrose 2000 (F2000)] 55 hari setelah kemunculan (DAE)).
Kadar air relatif (RWC) tanaman padi yang diberi perlakuan berbeda menunjukkan perbedaan (P ≤ 0,05) dalam interaksi antara perlakuan eksperimen dan perlakuan daun (Gbr. 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 ke 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 yang signifikan (P ≤ 0,01) dalam interaksi percobaan-perlakuan (Gbr. 1B). Tanaman kontrol absolut (AC) juga mencatat nilai tertinggi untuk masing-masing genotipe (440,65 mmol m-2s-1 untuk F67 dan 511,02 mmol m-2s-1 untuk F2000). Tanaman padi yang hanya diberi stres panas gabungan saja 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 tumbuh juga meningkatkan gs. Pada tanaman padi F2000 yang disemprot dengan CC, pengaruh penyemprotan daun dengan fitohormon lebih nyata. Kelompok tanaman ini tidak menunjukkan perbedaan dibandingkan dengan tanaman kontrol absolut (AC 511,02 dan CC 499,25 mmol m-2s-1).
Gambar 1. Efek gabungan stres panas (40°/30°C siang/malam) pada kadar air relatif (RWC) (A), konduktansi stomata (gs) (B), produksi malondialdehid (MDA) (C), dan kandungan prolin. (D) pada tanaman 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 mean ± standar error 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 mean 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 (Gbr. 1C, D). Peningkatan peroksidasi lipid diamati dengan perlakuan SC pada kedua genotipe (Gambar 1C), namun tanaman yang diobati dengan 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 di bawah tekanan panas dan disemprot dengan fitohormon (nilai FW yang diamati pada tanaman "F67" berkisar antara 4,38–6,77 µmol g-1, dan pada tanaman FW "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 tekanan gabungan, yang menyebabkan peningkatan produksi prolin. Pada tanaman padi yang stres panas, pada kedua percobaan, diamati bahwa pemberian hormon ini secara signifikan meningkatkan kandungan asam amino tanaman F2000 (AUX dan BR masing-masing adalah 30,44 dan 18,34 µmol g-1) (Gbr. 1G).
Efek semprotan pengatur tumbuh tanaman daun dan gabungan stres panas pada 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. DENGAN. Juga diamati bahwa perlakuan daun dengan CK dan BR mengakibatkan penurunan suhu tajuk 2–3°C dibandingkan dengan tanaman SC (Gambar 2A). RTI menunjukkan perilaku yang mirip dengan variabel fisiologis lainnya, menunjukkan perbedaan yang signifikan (P ≤ 0,01) dalam interaksi antara eksperimen dan perlakuan (Gambar 2B). Tanaman SC menunjukkan toleransi tanaman yang lebih rendah pada kedua genotipe (masing-masing 34,18% dan 33,52% untuk tanaman padi “F67” dan “F2000”). Pemberian fitohormon daun meningkatkan RTI pada tanaman yang terpapar stres suhu tinggi. Efek ini lebih menonjol pada tanaman “F2000” yang disemprot dengan CC, yang RTI-nya adalah 97,69. Di sisi lain, perbedaan signifikan hanya diamati pada indeks stres hasil (CSI) tanaman padi dalam kondisi stres semprotan faktor daun (P ≤ 0,01) (Gbr. 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. Efek dari gabungan stres panas (40°/30°C siang/malam) pada suhu tajuk (A), indeks toleransi relatif (RTI) (B), dan indeks stres tanaman (CSI) (C) dari dua spesies tanaman. Genotipe padi komersial (F67 dan F2000) mengalami 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 pemaparan tanaman padi pada suhu siang/malam yang tinggi (40°/30°C siang/malam). Setiap kolom mewakili mean ± standar error 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).
Analisis komponen utama (PCA) mengungkapkan bahwa variabel yang dinilai pada 55 DAE menjelaskan 66,1% respons fisiologis dan biokimia tanaman padi yang mengalami stres panas yang diobati dengan semprotan pengatur tumbuh (Gbr. 3). Vektor mewakili variabel dan titik mewakili pengatur tumbuh tanaman (GR). Vektor gs, kandungan klorofil, efisiensi kuantum maksimum PSII (Fv/Fm) dan parameter biokimia (TChl, MDA dan prolin) berada pada sudut dekat dengan titik asal, yang menunjukkan korelasi tinggi antara perilaku fisiologis tanaman dan variabel tersebut. Satu kelompok (V) meliputi bibit padi yang tumbuh pada suhu optimal (AT) dan tanaman F2000 yang diobati dengan CK dan BA. Pada saat yang sama, sebagian besar tanaman yang diobati dengan GR membentuk kelompok terpisah (IV), dan pengobatan dengan GA dalam F2000 membentuk kelompok terpisah (II). Sebaliknya, bibit padi yang mengalami stres panas (kelompok I dan III) tanpa penyemprotan fitohormon daun (kedua genotipe adalah SC) ditempatkan di zona yang berlawanan dengan kelompok V, yang menunjukkan pengaruh stres panas pada fisiologi tanaman.
Gambar 3. Analisis bigrafis efek stres panas gabungan (40°/30°C siang/malam) pada tanaman 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 et al., 2018; Quintero-Calderon et al., 2021). Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengevaluasi pengaruh penerapan empat zat pengatur tumbuh terhadap parameter fisiologis dan biokimia bibit padi di bawah kondisi tekanan panas yang kompleks. Pengujian bibit adalah metode yang sederhana dan cepat untuk penilaian tanaman padi secara simultan, tergantung pada ukuran atau kondisi infrastruktur yang tersedia (Sarsu et al. 2018). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa tekanan panas gabungan menginduksi respons fisiologis dan biokimia yang berbeda pada kedua genotipe padi, yang menunjukkan adanya proses adaptasi. Hasil-hasil ini juga menunjukkan bahwa semprotan pengatur pertumbuhan daun (terutama sitokinin dan brassinosteroid) membantu tanaman padi beradaptasi terhadap stres panas yang kompleks karena pengaruhnya terutama terhadap gs, RWC, rasio Fv/Fm, pigmen fotosintesis, dan kandungan prolin.
Aplikasi zat pengatur tumbuh membantu memperbaiki status air tanaman padi dalam kondisi stres panas, yang mungkin terkait dengan stres yang lebih tinggi dan suhu tajuk tanaman yang lebih rendah. Penelitian ini menunjukkan bahwa di antara tanaman “F2000” (genotipe rentan), tanaman padi yang diobati terutama dengan CK atau BR memiliki nilai gs ​​yang lebih tinggi dan nilai PCT yang lebih rendah daripada tanaman yang diobati dengan SC. Penelitian sebelumnya juga telah menunjukkan bahwa gs dan PCT merupakan indikator fisiologis yang akurat yang dapat menentukan respons adaptif tanaman padi dan pengaruh strategi agronomi terhadap stres panas (Restrepo-Diaz dan Garces-Varon, 2013; Sarsu et al., 2018; Quintero). -Carr DeLong et al., 2021). CK atau BR daun meningkatkan g di bawah tekanan karena hormon tanaman ini dapat meningkatkan pembukaan stomata melalui interaksi sintetis dengan molekul sinyal lain seperti ABA (promotor penutupan stomata di bawah tekanan abiotik) (Macková et al., 2013; Zhou et al., 2013). ). , 2014). Pembukaan stomata meningkatkan pendinginan daun dan membantu mengurangi suhu tajuk (Sonjaroon et al., 2018; Quintero-Calderón et al., 2021). Karena alasan ini, suhu tajuk tanaman padi yang disemprot dengan CK atau BR mungkin lebih rendah di bawah tekanan panas gabungan.
Stres suhu tinggi dapat mengurangi kandungan pigmen fotosintesis daun (Chen et al., 2017; Ahammed et al., 2018). Dalam penelitian ini, ketika tanaman padi mengalami stres panas dan tidak disemprot dengan zat pengatur tumbuh apa pun, pigmen fotosintesis cenderung menurun pada kedua genotipe (Tabel 2). Feng et al. (2013) juga melaporkan penurunan signifikan kandungan klorofil pada daun dari dua genotipe gandum yang terpapar stres panas. Paparan suhu tinggi sering kali mengakibatkan penurunan kandungan klorofil, yang mungkin disebabkan oleh penurunan biosintesis klorofil, degradasi pigmen, atau efek gabungannya di bawah stres panas (Fahad et al., 2017). Namun, tanaman padi yang terutama diobati dengan CK dan BA meningkatkan konsentrasi pigmen fotosintesis 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 teki 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 ekspresi promotor yang berkelanjutan (seperti promotor pengaktif penuaan (SAG12) atau promotor HSP18) dan mengurangi hilangnya klorofil pada 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 dalam kondisi stres (Sharma et al., 2017; Siddiqui et al., 2018). Terakhir, dua fitohormon (CK dan BR) juga meningkatkan ekspresi protein syok panas dan meningkatkan berbagai proses adaptasi metabolisme, seperti peningkatan biosintesis klorofil (Sharma et al., 2017; Liu et al., 2020).
Parameter fluoresensi klorofil a menyediakan metode yang cepat dan tidak merusak 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 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 stres panas menunjukkan bahwa laju penangkapan dan konversi energi eksitasi oleh pusat reaksi PSII berkurang, yang menunjukkan bahwa pusat reaksi PSII hancur di bawah stres panas. Pengamatan ini memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa gangguan pada peralatan fotosintesis lebih menonjol pada varietas sensitif (Fedearroz 2000) dibandingkan pada varietas tahan (Fedearroz 67).
Penggunaan CK atau BR secara umum meningkatkan kinerja PSII dalam kondisi stres panas yang kompleks. Hasil serupa diperoleh oleh Suchsagunpanit et al. (2015), yang mengamati bahwa aplikasi BR meningkatkan efisiensi PSII dalam stres panas pada padi. ​​Kumar et al. (2020) juga menemukan bahwa tanaman buncis yang diobati dengan CK (6-benzyladenine) dan mengalami stres panas meningkatkan rasio Fv/Fm, menyimpulkan bahwa aplikasi CK melalui daun dengan mengaktifkan siklus pigmen zeaxanthin meningkatkan aktivitas PSII. Selain itu, semprotan daun BR mendukung fotosintesis PSII dalam kondisi stres gabungan, yang menunjukkan bahwa aplikasi fitohormon ini mengakibatkan penurunan disipasi energi eksitasi antena PSII dan meningkatkan akumulasi protein syok panas kecil dalam kloroplas (Ogweno et al. 2008; Kothari dan Lachowitz ). , 2021).
Kandungan MDA dan prolin sering meningkat ketika tanaman berada di bawah tekanan abiotik dibandingkan dengan tanaman yang tumbuh dalam kondisi optimal (Alvarado-Sanabria et al. 2017). Penelitian sebelumnya juga menunjukkan bahwa kadar MDA dan prolin merupakan indikator biokimia yang dapat digunakan untuk memahami proses adaptasi atau dampak praktik agronomi pada tanaman padi di bawah suhu tinggi siang hari atau malam hari (Alvarado-Sanabria et al., 2017; Quintero-Calderón et al. . , 2021). Penelitian ini juga menunjukkan bahwa kandungan MDA dan prolin cenderung lebih tinggi pada tanaman padi yang terpapar suhu tinggi pada malam hari atau siang hari. Namun, penyemprotan daun CK dan BR berkontribusi terhadap penurunan MDA dan peningkatan kadar prolin, terutama pada genotipe toleran (Federroz 67). Semprotan CK dapat meningkatkan ekspresi berlebihan sitokinin oksidase/dehidrogenase, sehingga meningkatkan kandungan senyawa pelindung seperti betaine dan prolin (Liu et al., 2020). BR meningkatkan induksi osmoprotektan seperti betaine, gula, dan asam amino (termasuk prolin bebas), yang menjaga keseimbangan osmotik seluler dalam berbagai 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 antara 0,8 hingga 0,9 (Gambar 2B), yang 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 dalam 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%), yang menunjukkan bahwa zat pengatur tumbuh tanaman ini juga berkontribusi meningkatkan respons padi terhadap toleransi komposisi Overheat. Indeks-indeks ini telah diusulkan untuk mengelola kondisi stres pada spesies yang berbeda. Sebuah penelitian yang dilakukan oleh Lee et al. (2010) menunjukkan bahwa CSI dari dua varietas kapas di bawah stres air sedang adalah sekitar 0,85, sedangkan nilai CSI dari varietas yang diairi dengan baik berkisar antara 0,4 hingga 0,6, menyimpulkan bahwa indeks ini merupakan indikator adaptasi air dari varietas tersebut. kondisi stres. Selain itu, Chavez-Arias et al. (2020) menilai efektivitas elisitor sintetis sebagai strategi manajemen stres yang komprehensif pada tanaman C. elegans dan menemukan bahwa tanaman yang disemprot dengan senyawa ini menunjukkan RTI yang lebih tinggi (65%). Berdasarkan hal di atas, CK dan BR dapat dianggap sebagai strategi agronomi yang bertujuan untuk meningkatkan toleransi tanaman padi terhadap stres panas kompleks, karena zat pengatur tumbuh ini menginduksi respons biokimia dan fisiologis yang positif.
Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian padi di Kolombia telah difokuskan pada evaluasi genotipe yang toleran terhadap suhu siang atau malam hari 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 telah 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 yang kompleks (40°C siang/30°C malam) yang diamati dalam penelitian ini menunjukkan bahwa penyemprotan daun dengan CK atau BR dapat menjadi metode pengelolaan tanaman yang sesuai untuk mengurangi dampak buruk. Dampak 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, total klorofil, 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 diperlakukan dengan CK dan BR, efek negatif ini berkurang dan kandungan prolin meningkat (Gbr. 4).
Gambar 4. Model konseptual tentang efek gabungan stres panas dan penyemprotan pengatur pertumbuhan tanaman daun pada tanaman padi. ​​Panah merah dan biru menunjukkan efek negatif atau positif dari interaksi antara stres panas dan aplikasi BR (brassinosteroid) dan CK (sitokinin) daun pada respons fisiologis dan biokimia. 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 daripada tanaman padi Fedearroz 67. Semua zat pengatur tumbuh yang dinilai dalam penelitian ini (auksin, giberelin, sitokinin, atau brassinosteroid) menunjukkan beberapa derajat pengurangan stres panas gabungan. Namun, sitokinin dan brassinosteroid menginduksi adaptasi tanaman yang lebih baik karena kedua zat pengatur tumbuh 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 tajuk. Singkatnya, kami menyimpulkan bahwa penggunaan zat pengatur tumbuh tanaman (sitokinin dan brassinosteroid) merupakan alat yang berguna dalam mengelola kondisi stres pada tanaman padi yang disebabkan oleh stres panas yang parah selama periode suhu tinggi.
Materi asli yang disajikan dalam penelitian disertakan dengan artikel, dan pertanyaan lebih lanjut dapat ditujukan kepada penulis terkait.