การตอบสนองของปากใบและกระบวนการสังเคราะห์แสงภายใต้สภาวะขาดน้ำจากการชักนำด้วยสารพอลิเอทิลีนไกลคอลของข้าวพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 (Oryza sativa L. ssp. indica cv. KDML105) ในระยะการเจริญเติบโตทางลำต้น
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
ศึกษาการตอบสนองของปากใบและศักยภาพการสังเคราะห์แสงของข้าวพันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 (KDML105) ภายใต้สภาวะเครียดจากการขาดน้ำที่เพิ่มขึ้นทีละขั้นอย่างต่อเนื่อง 3 ระดับ ระดับละ 7 วัน โดยปลูกต้นข้าวในสารละลายธาตุอาหารสูตร Yoshida จนอายุต้น 50 วัน จึงเริ่มจำลองสภาวะขาดน้ำในเขตรากให้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ด้วยการเติมสารพอลิเอทิลีนไกลคอล (PEG 6000) เข้มข้น 12.5, 22.5 และ 35 เปอร์เซ็นต์เชิงมวลต่อปริมาตร ทำให้ค่าศักย์ออสโมซิสของสารละลายธาตุอาหารลดลงเป็น -300 (ระดับต่ำ), -1,000 (ระดับปานกลาง) และ -2,800 (ระดับรุนแรง) kPa ตามลำดับ วัดเส้นตอบสนองต่อแสง ประสิทธิภาพการใช้แสงสูงสุดของ PSII (Fv/Fm) และปริมาณรงควัตถุในใบข้าวในวันสุดท้ายของความเครียดแต่ละระดับ พบว่าสภาวะขาดน้ำที่รุนแรงเพิ่มขึ้นชักนำให้ค่านำไหลปากใบ (gs) ลดลงอย่างชัดเจน และส่งผลต่อเนื่องให้ค่าอัตราสังเคราะห์แสงสุทธิ (Pn) และสูงสุด (Pmax) ลดลง ปากใบของข้าวภายใต้สภาวะขาดน้ำที่ระดับต่ำและปานกลางเปิดเพิ่มขึ้นตามความเข้มแสงในช่วงแคบระหว่าง 0-600 µmolPPF m-2s-1 แต่ไม่สามารถเปิดกว้างขึ้นได้อีกตามความเข้มแสงที่เพิ่มขึ้น และเมื่อสภาวะขาดน้ำเข้าสู่ระดับรุนแรงสูงสุด พบว่าปากใบปิดแคบตลอดช่วงความเข้มแสง การลดลงของอัตราสังเคราะห์แสงที่สภาวะขาดน้ำระดับต่ำเป็นผลมาจากการลดลงของ gs เพียงอย่างเดียว แต่การลดลงของอัตราสังเคราะห์แสงภายใต้สภาวะขาดน้ำที่ระดับปานกลางและรุนแรงในระยะต่อมาเกิดขึ้นจากการลดลงของค่า gs ประสิทธิภาพการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ (Pn/Ci) และประสิทธิภาพการใช้แสงของ PSII นอกจากนี้สภาวะขาดน้ำที่ระดับรุนแรงยังส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อระบบ PSII และการลดลงของปริมาณคลอโรฟิลล์ของใบ การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการจำลองสภาวะขาดน้ำที่เพิ่มระดับความรุนแรงขึ้นเป็นลำดับขั้นสามารถชักนำให้ต้นข้าว KDML105 แสดงกลไกการตอบสนองต่อกระบวนการสังเคราะห์แสงได้เป็นอย่างดี
Article Details
References
Amoah, J.N., C.S. Ko, J.S. Yoon and S.Y. Weon. 2019. Effect of drought acclimation on oxidative stress and transcript expression in wheat (Triticum aestivum L.). J. Plant Interact. 14(1): 492–505.
Arnon, D.I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol. 24(1): 1–15.
Basal, O., A. Szabó and S. Veres. 2020. Physiology of soybean as affected by PEG-induced drought stress. Curr. Plant Biol. 22: 100135.
Björkman, O. and B. Demmig. 1987. Photon yield of O2 evolution and chlorophyll fluorescence characteristics at 77K among vascular plants of diverse origins. Planta. 170: 489–504.
Bunnag, S. and P. Pongthai. 2013. Selection of rice (Oryza sativa L.) cultivars tolerant to drought stress at the vegetative stage under field conditions. Am. J. Plant Sci. 4: 1701–1708.
Bray, E.A. 1993. Molecular responses to water deficit. Plant Physiol. 103: 1035–1040.
Chen, Y.E., J.M. Cui, Y.Q. Su, C.M. Zhang, J. Ma, Z.W. Zhang, M. Yuan, W.J. Liu, H.Y. Zhang and S. Yuan. 2017. Comparison of phosphorylation and assembly of photosystem complexes and redox homeostasis in two wheat cultivars with different drought resistance. Sci.Rep. 7(1): 12718.
Deeba, F., A.K. Pandey, S. Ranjan, A. Mishra, R. Singh, Y.K. Sharma, P.A. Shirke and V. Pandey. 2012. Physiological and proteomic responses of cotton (Gossypium herbaceum L.) to drought stress. Plant Physiol. Biochem. 53: 6–18.
Flexas, J., J. Bota, J. Galme´s, H. Medrano and M. Ribas-Carbó. 2006. Keeping a positive carbon balance under adverse conditions: responses of photosynthesis and respiration to water stress. Physiol. Plant. 127: 343–352.
Gang-shun, R., U. Ashraf, K. Lei-lei, M. Zhao-wen, X. Li-zhong, Z. Ke-you, F. Rasul and T. Xiang-ru. 2019. Low soil temperature and drought stress conditions at flowering stage affect physiology and pollen traits of rice. J. Integ. Agri. 18(8): 1859–1870.
Ghotbi-Ravandi, A.A., M. Shahbazi, M. Shariati and P. Mulo. 2014. Effects of mild and severe drought stress on photosynthetic efficiency in tolerant and susceptible barley (Hordeum vulgare L.) genotypes. J. Agron. Crop Sci. 200(6): 403–415.
Kangkan, P. and A. Polthanee. 1996. Effect of water stress at different growth stages on growth and yield of Khao Dok Mali 105 rice variety. J. Agri. 12(3): 256–262. (in Thai)
Kasajima, I. 2017. Difference in oxidative stress tolerance between rice cultivars estimated with chlorophyll fluorescence analysis. BMC Research Notes. 10: 168.
Kasajima, I. 2019. Advances in Rice Research for Abiotic Stress Tolerance. MPS Ltd. Chennai, India. pp. 469–487.
Maroco, J.P., M.L. Rodrigues, C. Lopes and M.M. Chaves. 2002. Limitations to leaf photosynthesis in field-grown grapevine under drought-metabolic and modelling approaches. Funct. Plant Biol. 29: 451–459.
Murchie, E.H. and K. Niyogi. 2011. Manipulation of photoprotection to improve plant photosynthesis. Plant Physiol. 155: 86–92.
Osório, M.L., J. Osório and A. Romano. 2013. Photosynthesis, energy partitioning, and metabolic adjustments of the endangered Cistaceae species Tuberaria major under high temperature and drought. Photosynthetica. 51(1): 75–84.
Ouyang, W., P.C. Struik, X. Yin and J. Yang. 2017. Stomatal conductance, mesophyll conductance, and transpiration efficiency in relation to leaf anatomy in rice and wheat genotypes under drought. J. Exp. Bot. 68(18): 5191–5205.
Pandey, V. and A. Shukla. 2015. Acclimation and tolerance strategies of rice under drought stress. Rice Sci. 22(4): 147–161.
Parida, A.K., V.S. Dagaonkar, M.S. Phalak, G.V. Umalkar and L.P. Aurangabadkar. 2007. Alterations in photosynthetic pigments, protein and osmotic components in cotton genotypes subjected to short-term drought stress followed by recovery. Plant Biotechnol. Rep. 1: 37–48.
Pinheiro, C. and M.M. Chaves. 2011. Photosynthesis and drought: can we make metabolic connections from available data? J. Exp. Bot. 62(3): 869–882.
Puteh, A.B., A.A. Saragih, M.R. Ismail and M.M.A. Mondal. 2013. Chlorophyll fluorescence parameters of cultivated (Oryza sativa L. ssp. indica) and weedy rice (Oryza sativa L. var. nivara) genotypes under water stress. Aust. J. Crop Sci. 7(9): 1277–1283.
Shi, G., F. Zhu-Ge, Z. Liu and L. Le. 2014. Photosynthetic responses and acclimation of two castor bean cultivars to repeated drying–wetting cycles. J. Plant Interact. 9(1): 783–790.
Shukla, N., R.P. Awasthi, L. Rawat and J. Kumar. 2012. Biochemical and physiological responses of rice (Oryza sativa L.) as influenced by Trichoderma harzianum under drought stress. Plant Physiol. Biochem. 54: 78–88.
Teinseree, N., S. Yingjajaval and S. Chanprame. 2008. Chlorophyll fluorescence parameters as indicators for water stress trait in sugarcane. Agricultural Sci. J. 39(2): 201–204. (in Thai)
Terzi, R. and A. Kadioglu. 2006. Drought stress tolerance and the antioxidant enzyme system in Ctenanthe setosa. Acta Biol. Crac. Ser. Bot. 48(2): 89–96.
Thornley, J.H.M. and I.R. Johnson. 1990. Plant and Crop Modeling. Oxford University Press, New York, USA. p. 213–242.
Tingting, X., S. Peixi and S. Lishan. 2010. Photosynthetic characteristics and water use efficiency of sweet sorghum under different watering regimes. Pak. J. Bot. 42(6): 3981–3994.
Utkhao, W., P. Eameaksuwan and S. Yingjajaval. 2016. Stomatal and photosynthetic responses of Eucalyptus camaldulensis to drought stress induced by polyethylene glycol. Agricultural Sci. J. 47(2): 149–161. (in Thai)
Utkhao, W. and S. Yingjajaval. 2015. Changes in leaf gas exchange and biomass of Eucalyptus camaldulensis in response to increasing drought stress induced by polyethylene glycol. Trees. 29: 1581–1592.
Valentini, R., D. Epron, P.D. Angelis, G. Matteucci and E. Dreyer. 1995. In situ estimation of net CO2 assimilation, photosynthetic electron flow and photorespiration in Turkey oak (Q. cerris L.) leaves: diurnal cycles under different levels of water supply. Plant Cell Environ. 18: 631–640.
Wang, Y., H. Lei, C. Xu and G. Chen. 2019. Long-term drought resistance in rice (Oryza sativa L.) during leaf senescence: a photosynthetic view. Plant Growth Regul. 88: 253–266.
Wang, Y.W., D.X. Jiang, J.J. Hou and G.X. Chen. 2019. Physiological characterization and thylakoid ultrastructure analysis in super high-yield hybrid rice leaves under drought stress. Photosynthetica. 57(3): 890–896.
Wang, Z., G. Li, H. Sun, L. Ma, Y. Guo, Z. Zhao, H. Gao and L. Mei. 2018. Effects of drought stress on photosynthesis and photosynthetic electron transport chain in young apple tree leaves. Biol. Open. 7(11): bio035279.
Wijewardana, C., F.A. Alsajri, J.T. Irby, L.J. Krutz, B. Golden, W.B. Henry, W. Gao and K.R. Reddy. 2019. Physiological assessment of water deficit in soybean using midday leaf water potential and spectral features. J. Plant Interact. 14(1): 533–543.
Xiong, Q., C. Cao, T. Shen, L. Zhong, H. He and X. Chen. 2019. Comprehensive metabolomics and proteomic analysis in biochemical metabolic pathways of rice spikes under drought and submergence stress. BBA - Proteins and Proteomics. 1867: 237–247.
Yoshida, S., D.A. Forno, J.H. Cock and K.A. Gomez. 1976. Laboratory Manual for Physiological Studies of Rice. 3rd edition. International Rice Research Institute. Los Baños, Laguna, Philippines. pp. 61–66.
Zhou, Y., H.M. Lam and J. Zhang. 2007. Inhibition of photosynthesis and energy dissipation induced by water and high light stresses in rice. J. Exp. Bot. 58(5): 1207–1217.