Respostas fisiológicas e moleculares à alta temperatura na antese em arroz irrigado

Em um cenário futuro de mudanças climáticas, espera-se que os episódios de alta temperatura ocorram mais frequentemente. Isso pode coincidir com fases de desenvolvimento em que as estruturas vegetais estejam mais susceptíveis, como o período reprodutivo do arroz, causando redução no rendimento de grãos. O principal objetivo desse trabalho foi comparar características fisiológicas e moleculares de cultivares de arroz irrigado submetidas à alta temperatura (AT) na fase de antese e discutir os possíveis processos fisiológicos e/ou moleculares envolvidos. Três cultivares de arroz (IRGA 409, IRGA 428 e DULAR) foram submetidas à AT na antese (38oC) e à condição controle (29oC) durante sete horas, em períodos consecutivos de três, cinco ou sete dias. Foram avaliados a fertilidade de espiguetas e parâmetros relacionados à fotossíntese na folha bandeira. Na panícula de duas cultivares (IRGA 409 e IRGA 428) foi realizada análise de sequenciamento de mRNA (RNA-seq), com coleta de espiguetas nas condições de três dias de estresse e no controle. A AT reduziu a fertilidade de espiguetas com o aumento da duração do estresse em todas as cultivares comparado à condição controle, com redução significativa no número de grãos formados no estresse com sete dias de duração. No entanto, com três dias de duração do estresse IRGA 409 foi a mais tolerante à AT, uma vez que apresentou maior percentagem de espiguetas fertilizadas. A análise de RNA-seq mostrou que genes comumente expressos em resposta à AT, como os OsHsf, OsHSP e OsFKBP62b, apresentaram expressão similar nas panículas de ambas as cultivares, apesar dessas plantas não serem especificamente selecionadas para tolerância a esse estresse. A expressão de genes envolvidos na fotossíntese na panícula em resposta à AT foi uma grande diferença entre as duas cultivares. Este estudo indicou que a manutenção da expressão de genes relacionados à fotossíntese da panícula e à capacidade de manter a fotossíntese ativa na folha bandeira durante o período de ocorrência da AT estiveram associados à maior fertilidade de espiguetas nessa condição. Esses resultados evidenciaram potenciais marcadores a serem usados na identificação de genótipos tolerantes à alta temperatura. No entanto, os processos moleculares envolvidos no efeito desse estresse no transporte de elétrons através da atividade dos fotossistemas I e II e a conexão entre atividade fotossintética das folhas e panícula de arroz necessitam ser elucidados.High temperature episodes are expected to occur more frequently in future climates, which may coincide with vulnerable reproductive processes leading to significant reduction in rice yield. The present study aims to compare the physiological and molecular characteristics of flooded rice cultivars at anthesis stage under high temperature and to discuss the possible process involved in heat tolerance. Three rice cultivars (IRGA 409, IRGA 428 and DULAR) were submitted to daytime high temperature treatment (38 oC) and to control condition (29 oC) for seven hours during a period of three, five or seven days at anthesis stage. This study investigated the spikelet fertility and physiological parameters in the flag leaf during anthesis. At three days of stress duration, an RNA-sequencing (RNA-seq) approach of heat and control treated spikelets was carried out using the cultivars IRGA 409 and IRGA 428. Compared with the control, heat treatment with seven days duration significantly reduced spikelet fertility with the increase of the stress duration in all cultivars, leading to a significant reduction in the number of grain filled. However, at three days of stress duration, cultivar IRGA 409 was more tolerant to heat treatment, maintaining the highest spikelet fertility among the cultivars. Comparative transcriptome analysis between the two cultivars shows that in response to heat stress, more genes are differentially expressed in the more tolerant cultivar (IRGA 409) than in the more sensitive (IRGA 428). In panicle tissue, most canonical heat responsive genes, such as transcription factor family (Hsf), heat shock proteins family (sHSP) and gene OsFKBP62b, showed a similar expression response in both Brazilian cultivars, despite the fact that these cultivars have not been specifically selected for heat tolerance. Photosynthetic genes expression in response to heat stress was a major difference between the two cultivars. This study indicated that the basal expression of photosynthetic genes in the panicle and the ability to maintain photosynthetic capacity in the flag leaf during heat stress provided improved spikelet fertility during this stress. This may provide potential markers that can be used to identify heat tolerant genotypes among the Brazilian cultivars. However, the detailed molecular processes involved on heat effects on electron transport through photosystems I and II and the connection between photosynthesis activity in the leaves and in the rice panicle remain to be further elucidated

Performance of flooded rice grown in succession to winter cover crops

Mean grain yield of flooded rice in southern Brazil has increased in recent years due to the use of high-yield cultivars and improvement of crop management practices. Nevertheless, stagnation in grain yields has been observed in some riceproducing regions. Adoption of conservation tillage systems based on cover crops may be a strategy to increase rice grain yield potential. The objective of the present study was to evaluate the effect of winter cover crops on initial establishment, development, and grain yield of flooded rice (Oryza sativa L.) grown under different fertilization levels and no-tillage. A field experiment was carried out for three consecutive years (2010/11, 2011/12, and 2012/13) in Cachoeirinha, Rio Grande do Sul, South Brazil. Treatments included three winter cover crops [ryegrass (Lolium multiflorum Lam.), native serradella (Ornithopus micranthus Benth.), and a ryegrass-serradella mixture] and fallow, and three fertilization levels for rice grown in succession. More than 3 Mg ha-1 of serradella aboveground residue or 4 Mg ha-1 of ryegrass residue limited rice emergence in the first year when rainfall in the sowing-emergence period was higher than in the second and third years In contrast, a large amount of residue (serradella >2 Mg ha-1; ryegrass >3 Mg ha-1) was beneficial to rice emergence when rainfall was low in the sowing-emergence period of the second and third years. The serradella cover crop increased rice aboveground biomass at anthesis by 22 % compared to the ryegrass cover crop. Furthermore, rice grain yield was 15 % higher in succession to serradella than to ryegrass in the third year. Continuous cultivation of flooded rice in succession to ryegrass over three years reduced grain yield by around 1.4 Mg ha-1, regardless of fertilization level. Fertilization for very high production expectations increased rice grain yield in all years, especially in the second year, when solar radiation was higher than normal. The use of winter cover crops affected plant emergence, aboveground biomass, and grain yield of flooded rice. Rice grain yield increased with increases in fertilization level, and this response was not affected by the previous cover crop

Preparação de mapas de solos para o estabelecimento de uma base digital de mapas de solos para o estado do Rio Grande do Sul

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Performance of agriculture rice in succession to soil covers

O uso de espécies de cobertura de solo no inverno pode constituir-se em uma estratégia eficiente para adição e/ou ciclagem de nutrientes e contribuir para aumentar o rendimento de grãos de arroz cultivado em sucessão. No entanto, o manejo inadequado dos resíduos vegetais pode atrasar a época de semeadura do arroz e reduzir a emergência e o desenvolvimento inicial das plantas. Diante disso, os objetivos deste trabalho foram: a) avaliar o efeito de resíduos de espécies de cobertura de solo no inverno na adição de nutrientes para o arroz irrigado em sucessão; b) determinar o efeito de espécies de cobertura de solo na emergência e no desenvolvimento das plantas de arroz irrigado cultivado em sucessão e c) avaliar o desempenho agronômico do arroz irrigado cultivado em sucessão a quatro tipos de cobertura de solo, sob três níveis de adubação. O experimento foi conduzido durante dois anos agrícolas (2010/11 e 2011/12) em Cachoeirinha, RS. Os tratamentos constaram de quatro tipos de cobertura de solo no inverno (serradela nativa (Ornithopus micranthus), azevém (Lolium multiflorum Lam.), consórcio serradela- azevém e pousio) e de três níveis de adubação na cultura do arroz irrigado cultivado em sucessão, de acordo com a análise de solo (sem adubação e para expectativas de resposta Média e Muito Alta à adubação). O delineamento utilizado foi o de blocos casualizados, em parcelas subdivididas, com quatro repetições. O uso de espécies de cobertura de solo no período de inverno intensifica a adição de nutrientes para o arroz cultivado em sucessão. Entre as espécies de cobertura avaliadas, a serradela apresenta maior aporte de nutrientes ao sistema solo-planta, principalmente de N, tanto em cultivo solteiro como em consórcio com azevém, em relação ao azevém solteiro. A presença de resíduos vegetais na superfície do solo, com rendimentos considerados médios ou altos, pode ser benéfica ou prejudicial à emergência de plantas de arroz em relação à sucessão ao pousio, dependendo principalmente do regime de precipitação pluvial vigente durante o subperíodo semeadura-emergência do arroz. Embora ocorra significativo acúmulo de nutrientes nas espécies de coberturas de solo no inverno, não há evidências de que sua utilização resulte em maior rendimento de grãos de arroz em sucessão, independentemente do nível de adubação do arroz.The use of soil cover species in the winter could be an effective strategy to add and/or to cycle nutrients and to contribute to increase rice grain yield grown in succession. However, the inadequate management of cover residues can delay rice sowing date and reduce the emergence and early growth development of rice plants. Thus, the objectives of this study were: a) to evaluate the effect of residues of species of soil covering in the winter in addition nutrient for irrigated rice in succession, b) to determine the effect of soil cover types in the emergence and development of rice plants grown in succession and c) to evaluate rice agronomic performance grown in sequence to four cover soil types, under three fertilization levels. The experiment was conducted during two growing seasons (2010/11 and 2011/12) at Cachoeirinha, State of Rio Grande do Sul, Brazil. The treatments consisted of four cover soil types in winter ryegrass (Lolium multiflorum), a leguminosus species (Ornithopus micranthus), a system with simultaneous cropping of ryegrass and Ornithopus and a fallow soil) and three fertilizer rates in rice grown in succession, according to the analysis of soil (without fertilizer and according to the expectations of Medium and Very High response to fertilization). The experimental design was a randomized complete block, disposed in split-plot, with four replications. The use of species cover crops during winter intensifies the addition of nutrients to the rice grown in succession. Among the species cover evaluated, leguminosus species has higher nutrient contribution to soil-plant system, especially N, both as in single culture or as simultaneous cropping with ryegrass, compared to ryegrass single culture. The presence of crop residue on soil surface, with yields considered medium or high, may be beneficial or harmful to the emergence of rice plants in relation to succession to fallow soil, depending mainly on rainfall regime that occurs during sowing-emergence period. Although the significant nutrient contribution given by plant cover crops, the results obtained in two years do not show that its use results in higher grain yield of rice in succession, regardless of the level of fertilization on rice

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Performance of agriculture rice in succession to soil covers

O uso de espécies de cobertura de solo no inverno pode constituir-se em uma estratégia eficiente para adição e/ou ciclagem de nutrientes e contribuir para aumentar o rendimento de grãos de arroz cultivado em sucessão. No entanto, o manejo inadequado dos resíduos vegetais pode atrasar a época de semeadura do arroz e reduzir a emergência e o desenvolvimento inicial das plantas. Diante disso, os objetivos deste trabalho foram: a) avaliar o efeito de resíduos de espécies de cobertura de solo no inverno na adição de nutrientes para o arroz irrigado em sucessão; b) determinar o efeito de espécies de cobertura de solo na emergência e no desenvolvimento das plantas de arroz irrigado cultivado em sucessão e c) avaliar o desempenho agronômico do arroz irrigado cultivado em sucessão a quatro tipos de cobertura de solo, sob três níveis de adubação. O experimento foi conduzido durante dois anos agrícolas (2010/11 e 2011/12) em Cachoeirinha, RS. Os tratamentos constaram de quatro tipos de cobertura de solo no inverno (serradela nativa (Ornithopus micranthus), azevém (Lolium multiflorum Lam.), consórcio serradela- azevém e pousio) e de três níveis de adubação na cultura do arroz irrigado cultivado em sucessão, de acordo com a análise de solo (sem adubação e para expectativas de resposta Média e Muito Alta à adubação). O delineamento utilizado foi o de blocos casualizados, em parcelas subdivididas, com quatro repetições. O uso de espécies de cobertura de solo no período de inverno intensifica a adição de nutrientes para o arroz cultivado em sucessão. Entre as espécies de cobertura avaliadas, a serradela apresenta maior aporte de nutrientes ao sistema solo-planta, principalmente de N, tanto em cultivo solteiro como em consórcio com azevém, em relação ao azevém solteiro. A presença de resíduos vegetais na superfície do solo, com rendimentos considerados médios ou altos, pode ser benéfica ou prejudicial à emergência de plantas de arroz em relação à sucessão ao pousio, dependendo principalmente do regime de precipitação pluvial vigente durante o subperíodo semeadura-emergência do arroz. Embora ocorra significativo acúmulo de nutrientes nas espécies de coberturas de solo no inverno, não há evidências de que sua utilização resulte em maior rendimento de grãos de arroz em sucessão, independentemente do nível de adubação do arroz.The use of soil cover species in the winter could be an effective strategy to add and/or to cycle nutrients and to contribute to increase rice grain yield grown in succession. However, the inadequate management of cover residues can delay rice sowing date and reduce the emergence and early growth development of rice plants. Thus, the objectives of this study were: a) to evaluate the effect of residues of species of soil covering in the winter in addition nutrient for irrigated rice in succession, b) to determine the effect of soil cover types in the emergence and development of rice plants grown in succession and c) to evaluate rice agronomic performance grown in sequence to four cover soil types, under three fertilization levels. The experiment was conducted during two growing seasons (2010/11 and 2011/12) at Cachoeirinha, State of Rio Grande do Sul, Brazil. The treatments consisted of four cover soil types in winter ryegrass (Lolium multiflorum), a leguminosus species (Ornithopus micranthus), a system with simultaneous cropping of ryegrass and Ornithopus and a fallow soil) and three fertilizer rates in rice grown in succession, according to the analysis of soil (without fertilizer and according to the expectations of Medium and Very High response to fertilization). The experimental design was a randomized complete block, disposed in split-plot, with four replications. The use of species cover crops during winter intensifies the addition of nutrients to the rice grown in succession. Among the species cover evaluated, leguminosus species has higher nutrient contribution to soil-plant system, especially N, both as in single culture or as simultaneous cropping with ryegrass, compared to ryegrass single culture. The presence of crop residue on soil surface, with yields considered medium or high, may be beneficial or harmful to the emergence of rice plants in relation to succession to fallow soil, depending mainly on rainfall regime that occurs during sowing-emergence period. Although the significant nutrient contribution given by plant cover crops, the results obtained in two years do not show that its use results in higher grain yield of rice in succession, regardless of the level of fertilization on rice

Estratégias de manejo da palha de azevém para cultivo do arroz irrigado em sucessão

A adoção de sistemas de rotação e sucessão de culturas é um dos pré-requisitos fundamentais para sustentabilidade dos sistemas de produção agrícola. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos de época de dessecação do azevém e de dose de adubação nitrogenada, aplicada na semeadura do arroz irrigado em sucessão, como estratégias para viabilizar o uso dessa sucessão em áreas de cultivo de arroz irrigado. O experimento foi conduzido no campo em dois anos agrícolas (2008/09 e 2009/10), em Cachoeirinha, RS, em um Gleissolo Háplico Ta distrófico típico. Utilizou-se o delineamento de blocos casualizados, em parcelas subdivididas, com três repetições. Os tratamentos foram constituídos de quatro épocas de dessecação do azevém (90, 70, 50 e 30 dias antes da semeadura do arroz, no primeiro ano; e 49, 34, 19 e 6, no segundo ano), de cinco sistemas de manejo da adubação nitrogenada no arroz irrigado, obtidos pela combinação de quatro doses de N na semeadura (0, 10, 20 e 40 kg ha-1) e de quatro doses de N em cobertura (150, 140, 130 e 110 kg ha-1), totalizando 150 kg ha-1, e de uma testemunha sem aplicação de N, durante todo o ciclo da cultura. A presença de palha de azevém com as plantas mantidas de pé não prejudica o estabelecimento inicial de plantas de arroz cultivado em sucessão. O rendimento de grãos de arroz irrigado cultivado em sucessão ao azevém não é influenciado pela época de dessecação de azevém e pela dose de N aplicada em semeadura

Estratégias de manejo da palha de azevém para cultivo do arroz irrigado em sucessão Management strategies of ryegrass straw for rice crop grown in succession

A adoção de sistemas de rotação e sucessão de culturas é um dos pré-requisitos fundamentais para sustentabilidade dos sistemas de produção agrícola. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos de época de dessecação do azevém e de dose de adubação nitrogenada, aplicada na semeadura do arroz irrigado em sucessão, como estratégias para viabilizar o uso dessa sucessão em áreas de cultivo de arroz irrigado. O experimento foi conduzido no campo em dois anos agrícolas (2008/09 e 2009/10), em Cachoeirinha, RS, em um Gleissolo Háplico Ta distrófico típico. Utilizou-se o delineamento de blocos casualizados, em parcelas subdivididas, com três repetições. Os tratamentos foram constituídos de quatro épocas de dessecação do azevém (90, 70, 50 e 30 dias antes da semeadura do arroz, no primeiro ano; e 49, 34, 19 e 6, no segundo ano), de cinco sistemas de manejo da adubação nitrogenada no arroz irrigado, obtidos pela combinação de quatro doses de N na semeadura (0, 10, 20 e 40 kg ha-1) e de quatro doses de N em cobertura (150, 140, 130 e 110 kg ha-1), totalizando 150 kg ha-1, e de uma testemunha sem aplicação de N, durante todo o ciclo da cultura. A presença de palha de azevém com as plantas mantidas de pé não prejudica o estabelecimento inicial de plantas de arroz cultivado em sucessão. O rendimento de grãos de arroz irrigado cultivado em sucessão ao azevém não é influenciado pela época de dessecação de azevém e pela dose de N aplicada em semeadura.<br>The adoption of crop rotation and crop sequence systems is one of the fundamental prerequisites for the sustainability of agricultural production. Therefore, the objective of this study was to evaluate the effects of ryegrass desiccation time and nitrogen fertilizer applied at sowing of irrigated rice, in succession, as a management strategy in irrigated rice cultivation. The field experiment was carried out in two growing seasons (2008/09 and 2009/10), in Cachoeirinha, State of Rio Grande do Sul, Brazil, on a typical dystrophic Ta Haplic Gleysol. The design was a randomized complete block, with three replications. The treatments, laid out in split plots, consisted of four periods of ryegrass desiccation (90, 70, 50 and 30 days before sowing rice in the first year, and 49, 34, 19 and 6 in the second year of cultivation), and five nitrogen fertilization systems of rice, consisting of a combination of four N rates applied at sowing (0, 10, 20, and 40 kg ha-1) and four N rates as top dressing (150, 140, 130, and 110 kg ha-1), resulting in a total of 150 kg ha-1, plus a control without N application throughout the crop cycle. The initial establishment of rice plants grown in succession was not affected by the presence of upright-standing dry ryegrass plants. In both years, rice grain yield was not influenced by the desiccation time of ryegrass nor the N rate applied at sowing