Analyse van het effect van samengestelde zoutstress op zaadkieming en zouttolerantie analyse van peper (Capsicum annuum L.)
Summary
Het onderstaande artikel presenteert een protocol voor het meten van zaadkieming, zaailinggroei en fysiologische indexen van twee pepervariëteiten met zouttolerantieverschillen in reactie op zes gemengde zoutconcentraties. Dit protocol kan worden gebruikt om de zouttolerantie van pepervariëteiten te evalueren.
Abstract
Om de zouttolerantie en het fysiologische mechanisme van peper (Capsicum annuum L.) in het kiemstadium te bepalen, worden de variëteiten Hongtianhu 101 en Xinxiang 8, die grote verschillen in zouttolerantie hebben, gebruikt als studiemateriaal. Zes gemengde zoutconcentraties van 0, 3, 5, 10, 15 en 20 g/l, afgeleid met gelijke molaire verhoudingen van Na2CO3, NaHCO3, NaCl, CaCl2, MgCl2, MgSO4 en Na2SO4 worden gebruikt. Om hun effecten te bepalen, worden de gerelateerde indexen van zaadkieming, zaailinggroei en fysiologie gemeten en wordt zouttolerantie uitgebreid geëvalueerd met behulp van lidmaatschapsfunctieanalyse. De resultaten tonen aan dat naarmate de gemengde zoutconcentratie toeneemt, het kiempotentieel, de kiemingsindex, de kiemkracht, de kiemkrachtindex, de wortellengte en het wortelverse gewicht van de twee cultivars aanzienlijk afnemen, terwijl de relatieve zoutsnelheid geleidelijk toeneemt. De hypocotyllengte en het versgewicht bovengronds nemen eerst toe en nemen vervolgens af, terwijl de malondialdehyde (MDA), proline (Pro) -inhoud, catalase (CAT), peroxidase (POD) en superoxide dismutase (SOD) -activiteit afnemen en vervolgens toenemen. Het kiempotentieel, de kiemingsindex, de kiemkracht, de kiemkrachtindex, de wortellengte, het versgewicht van de wortel, het MDA- en Pro-gehalte en de CAT-activiteit van de Hongtianhu 101-zaden zijn hoger dan die van Xinxiang 8 voor alle zoutconcentraties die hier worden gebruikt. Hypocotyllengte, versgewicht bovengronds en relatieve zoutsnelheid zijn echter lager in Hongtianhu 101 dan in Xinxiang 8. De uitgebreide evaluatie van zouttolerantie laat zien dat de totaal gewogen waarden van de twee lidmaatschapsfunctie-indexen eerst toenemen en vervolgens afnemen naarmate de gemengde zoutconcentratie toeneemt. Vergeleken met 5 g/L, dat de hoogste lidmaatschapsfunctiewaarde heeft, daalt de index onder zoutconcentraties van 3 g/L, 10 g/L en 15 g/L met respectievelijk 4,7%-11,1%, 25,3%-28,3% en 41,4%-45,1%. Deze studie biedt theoretische richtlijnen voor de veredeling van zouttolerante pepervariëteiten en een analyse van de fysiologische mechanismen die betrokken zijn bij zouttolerantie en zouttolerante teelt.
Introduction
Het zoutgehalte is wereldwijd een belangrijke beperkende factor voor de gewasproductiviteit1. Op dit moment wordt bijna 19,5% van ‘s werelds geïrrigeerde land en 2,1% van het droge land beïnvloed door zoutgehalte, en ongeveer 1% van de landbouwgrond degenereert elk jaar in zout-alkaliland. Tegen 2050 zal naar verwachting 50% van het bouwland worden aangetast door verzilting 2,3. Naast natuurlijke factoren, zoals natuurlijke rotsverwering en zout regenwater in de buurt van of rond de kust, hebben snelle oppervlakteverdamping, lage regenval en onredelijke landbouwbeheermethoden het proces van bodemverzilting verergerd. Bodemverzilting remt de groei van plantenwortels en vermindert de opname en het transport van water en voedingsstoffen van de plantenwortels naar de bladeren. Deze remming resulteert in fysiologische watertekorten, voedingsonevenwichtigheden en ionentoxiciteit, wat leidt tot verminderde gewasproductiviteit en een volledig verlies van gewasopbrengst. De verzilting van gecultiveerd land wordt geleidelijk een van de meest kritische abiotische stressfactoren die van invloed zijn op de wereldwijde landbouwproductievoedselproductie 4. Zoutstress vermindert het voor landbouw beschikbare bouwland, wat kan leiden tot een aanzienlijk onevenwicht tussen vraag en aanbod van toekomstige landbouwproducten. Daarom is het onderzoeken van de effecten van bodemverzilting op gewasgroei en fysiologische en biochemische mechanismen bevorderlijk voor het kweken van zouttolerante variëteiten, het duurzame gebruik van zoute grond en de veiligheid van landbouwproducten.
Peper (Capsicum annuum L.) wordt wereldwijd aangeplant vanwege de hoge voedingswaarde en medicinale waarde. Capsaïcine is bijvoorbeeld een alkaloïde die verantwoordelijk is voor de pittige smaak van peper. Capsaïcine kan worden gebruikt voor pijnverlichting, gewichtsverlies, verbetering van cardiovasculaire, gastro-intestinale en ademhalingssystemen, en in verschillende andere toepassingen5. Peper is ook rijk aan bioactieve stoffen, vooral verschillende antioxidanten (carotenoïden, fenolen en flavonoïden) en vitamine C6. Momenteel wordt gemeld dat peper het groentegewas is met het grootste teeltareaal in China, met een jaarlijks plantoppervlak van meer dan 1,5 x 106 ha, goed voor 8% -10% van het totale groenteplantareaal in China. De peperindustrie is uitgegroeid tot een van de grootste groente-industrieën in China en heeft de hoogste outputwaarde7. Peperteelt wordt echter vaak onderworpen aan een verscheidenheid aan biologische (plagen en schimmels) en abiotische stress, met name zoutstress, wat een directe negatieve invloed heeft op de kieming, groei en ontwikkeling van zaden, wat resulteert in de vermindering van de opbrengst van pepervruchten en kwaliteit8.
Zaadkieming is de eerste fase van interactie tussen planten en de omgeving. Zaadkieming is zeer gevoelig voor schommelingen in de omringende media, met name bodemzoutstress, die omgekeerde effecten op de fysiologie en het metabolisme kan uitoefenen en uiteindelijk de normale groei, ontwikkeling en morfogenese van gewassen kan verstoren9. In eerdere studies werden de kieming van peperzaad en de groei van zaailingen onder zoutstress uitgebreid onderzocht; de meeste studies gebruikten echter NaCl als het enige zout voor stressinductie 10,11,12. Bodemzoutschade is echter voornamelijk te wijten aan Na+, Ca2+, Mg2+, Cl–, CO32- en SO42- ionentoxiciteit gegenereerd door de dissociatie van natrium-, calcium- en magnesiumzouten. Vanwege de synergie en het antagonisme tussen ionen kunnen de effecten van gemengd zout en enkelvoudig zout op de groei en ontwikkeling van gewassen heel verschillend zijn. De overeenkomstige kenmerken van de kieming en groei van peperzaad in gemengd zout zijn echter nog onduidelijk. Daarom worden in deze studie twee pepervariëteiten met opmerkelijke verschillen in zouttolerantie als materiaal gebruikt. Het analyseren van de effecten van verschillende zoutconcentraties op de kieming, groei en fysiologische en biochemische indexen van peperzaad na equimolaire menging van zeven zouten kan het reactiemechanisme van de kieming van peperzaad op zoutgehaltestress onthullen. Het kan ook een theoretische basis bieden voor het kweken van sterke peperzaailingen, evenals een hoge opbrengst en hoogwaardige teelt in zout gecultiveerd land.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze onderzoeksmethode bestaat uit vier belangrijke stappen die van invloed zijn op de nauwkeurigheid van de experimentele resultaten. Ten eerste moeten de gewogen reagentia volledig in een mortel worden gemalen vanwege de slechte oplossing van gemengde zoutzouten als gevolg van het slechte oplossen van gemengde zouten als gevolg van het verhoogde opgeloste gehalte in oplossingen met een hoge zoutconcentratie en de lage oplosbaarheid van reagentia zoals calciumchloride, die moeilijker op te lossen zijn in water. Verder m…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de afdeling Wetenschap en Technologie van de provincie Jiangxi (20203BBFL63065) en het General Project of Science and Technology Research Project van het Jiangxi Education Department (GJJ211430). We willen Editage (www.editage.cn) bedanken voor de Engelstalige redactie.
Materials
| Calcium chloride | Shanghai Experiment Reagent Co., Ltd.,China | Analytical reagent | |
| Centrifugal machine | Shanghai Luxianyi Centrifuge Instrument Co., Ltd., China | TGL-16M | |
| Centrifuge tube | None | None | |
| Conductivity meter | Shanghai Instrument&Electronics Science Instrument Co., Ltd., China | DDSJ-308F | |
| Constant temperature and humidity box | Ningbo Laifu Technology Co., Ltd.,China | PSX-280H | |
| Digital display vernier caliper | Deli Group Co., Ltd.,China | DL90150 | |
| Electronic balance | Mettler Toledo Instruments (Shanghai) Co., Ltd.,China | ME802E/02 | |
| Filter paper | Hangzhou Fuyang North Wood Pulp and Paper Co., Ltd.,China | GB/T1914-2017 | |
| Grinding rod | None | None | |
| Hongtianhu 101 | Seminis Seed (Beijing) Co., Ltd.,China | 11933955/100147K1-137 | |
| Ice machine | Shanghai Kehuai Instrument Co., Ltd., China | IM150G | |
| Liquid nitrogen | None | None | |
| Magnesium chloride | Tianjin Kermel Chemical Reagent Co., Ltd.,China | Analytical reagent | |
| Magnesium sulfate | Tianjin Kermel Chemical Reagent Co., Ltd.,China | Analytical reagent | |
| Petri dish | Jiangsu Yizhe Teaching Instrument Co., Ltd.,China | I-000163 | |
| Pocket knife | None | None | |
| Potassium permanganate (KMnO4 | Xilong Scientific Co.,Ltd.,China | Analytical reagent | |
| Pure water equipment | Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.,China | UPT-I-20T | |
| Sodium bicarbonate | Xilong Scientific Co.,Ltd.,China | Analytical reagent | |
| Sodium carbonate | Xilong Scientific Co.,Ltd.,China | Analytical reagent | |
| Sodium chloride | Xilong Scientific Co.,Ltd.,China | Analytical reagent | |
| Sodium sulfate | Xilong Scientific Co.,Ltd.,China | Analytical reagent | |
| Test kit | Suzhou Keming, Biotechnology Co., Ltd, Suzhou.,China | Spectrophotometer method | |
| Ultra-low temperature freezer | SANYO Techno Solution TottoriCo.,Ltd. | MDF-382 | |
| Ultraviolet visible spectrophotometer | Shanghai Precision Scientific Instrument Co., Ltd., China | 760CRT | |
| Xinxiang 8 | Jiangxi Nongwang High Tech Co., Ltd.,China | GPD Pepper 2017(360013) |
Referencias
- Szabolcs, I. Soils sand salinisation. Handbook of Plant and Crop Stress. , 3-11 (1994).
- Lakhdar, A., et al. Effectiveness of compost use in salt-affected soil. Journal of Hazardous Materials. 171 (1-3), 29-37 (2009).
- Cheng, Z., Chen, Y., Zhang, F. Effect of cropping systems after abandoned salinized farmland reclamation on soil bacterial communities in arid northwest China. Soil and Tillage Research. 187, 204-213 (2019).
- Shrivastava, P., Kumar, R. Soil salinity: A serious environmental issue and plant growth promoting bacteria as one of the tools for its alleviation. Saudi Journal of Biological Sciences. 22 (2), 123-131 (2015).
- Fattori, V., Hohmann, M. S., Rossaneis, A. C., Pinho-Ribeiro, F. A., Verri, W. A. Capsaicin: Current understanding of its mechanisms and therapy of pain and other pre-clinical and clinical uses. Molecules. 21 (7), 844-878 (2016).
- Zhao, Z., et al. Investigation, collection and identification of pepper germplasm resources in Guangxi. Journal of Plant Genetic .Resources. 21 (4), 908-913 (2020).
- Zhang, J., et al. Biochar alleviated the salt stress of induced saline paddy soil and improved the biochemical characteristics of rice seedlings differing in salt tolerance. Soil and Tillage Research. 195, 104372-104381 (2019).
- Ashraf, M., Foolad, M. R. Pre-sowing seed treatment-A shotgun approach to improve germination, plant growth, and crop yield under saline and non-saline conditions. Advances in Agronomy. 88, 223-271 (2005).
- Esra, K. O. &. #. 1. 9. 9. ;., Üstün, A. S., İşlek, C., Arici, Y. K. Effect of exogenously applied spermine and putrescine on germination and in vitro growth of pepper (Capsicum annuum l.) seeds under salt stress. Anadolu University Journal of Science and Technology C-Life Sciences and Biotechnology. 3 (2), 63-71 (2014).
- Demir, I., Mavi, K. Effect of salt and osmotic stresses on the germination of pepper seeds of different maturation stages. Brazilian Archives of Biology and Technology. 51 (5), 897-902 (2008).
- Khan, H. A., et al. Effect of seed priming with NaCl on salinity tolerance of hot pepper (Capsicum annuum L.) at seedling stage. Soil and Environment. 28 (1), 81-87 (2009).
- Zhou, L. L. Effects of salinity stress on cotton (Gossypium hirsutum L.) root growth and cotton field soil micro-ecology. Nanjing Agricultural University. , (2010).
- Ding, D. X., et al. Exogenous zeaxanthin alleviates low temperature combined with low light induced photosynthesis inhibition and oxidative stress in pepper (Capsicum annuum L.) plants. Current Issues in Molecular Biology. 44 (6), 2453-2471 (2022).
- Liu, Z. B., Yang, B. Z., Ou, L. J., Zou, X. X. The impact of different Ca2+ spraying period on alleviating pepper injury under the waterlogging stress. Acta Horticulturae Sinica. 42 (8), 1487-1494 (2015).
- Aloui, H., Souguir, M., Latique, S., Hannachi, C. Germination and growth in control and primed seeds of pepper as affected by salt stress. Cercetări agronomice în Moldova. 47 (3), 83-95 (2014).
- Zhani, K., Elouer, M. A., Aloui, H., Hannachi, C. Selection of a salt tolerant Tunisian cultivar of chili pepper (Capsicum frutescens). EurAsian Journal of Biosciences. 6, 47-59 (2012).
- Patanè, C., Saita, A., Sortino, O. Comparative effects of salt and water stress on seed germination and early embryo growth in two cultivars of sweet sorghum. Journal of Agronomy and Crop Science. 199 (1), 30-37 (2013).
- Smith, P. T., Cobb, B. G. Accelerated germination of pepper seed by priming with salt solutions and water. Hortscience. 26 (4), 417-419 (2019).
- Mirosavljević, M., et al. Maize germination parameters and early seedlings growth under different levels of salt stress. Ratarstvo i Povrtarstvo. 50 (1), 49-53 (2013).
- Khan, H. A., et al. Hormonal priming alleviates salt stress in hot pepper (Capsicum annuum L.). Soil and Environment. 28 (2), 130-135 (2009).
- Zhang, B. B., et al. Effects of simulated salinization on seed germination and physiological characteristics of muskmelon seedlings. Chinese Journal of Tropical Crops. 41 (5), 912-920 (2020).
- Guzmán-Murillo, M. A., Ascencio, F., Larrinaga-Mayoral, J. A. Germination and ROS detoxification in bell pepper (Capsicum annuum L.) under NaCl stress and treatment with microalgae extracts. Protoplasma. 250 (1), 33-42 (2013).
- Slama, I., Abdelly, C., Bouchereau, A., Flowers, T., Savoure, A. Diversity, distribution and roles of osmoprotective compounds accumulated in halophytes under abiotic stress. Annals of Botany. 115 (3), 433-447 (2015).
- Muchate, N. S., Nikalje, G. C., Rajurkar, N. S., Suprasanna, P., Nikamd, T. D. Physiological responses of the halophyte Sesuvium portulacastrum to salt stress and their relevance for saline soil bio-reclamation. Flora. 224, 96-105 (2016).
- Javed, S. A., et al. Can different salt formulations revert the depressing effect of salinity on maize by modulating plant biochemical attributes and activating stress regulators through improved N supply. Sustainability. 13 (14), 8022-8037 (2021).
- Chen, J., et al. Effects of salt stress on form of polyamine and antioxidation in germinating tomato seed. Acta Pedologica Sinica. 58 (6), 1598-1609 (2021).
