Analyse des Einflusses von zusammengesetztem Salzstress auf die Samenkeimung und Salztoleranzanalyse von Pfeffer (Capsicum annuum L.)
Summary
Das folgende Papier stellt ein Protokoll zur Messung der Samenkeimung, des Keimlingswachstums und der physiologischen Indizes von zwei Paprikasorten mit Salztoleranzunterschieden als Reaktion auf sechs gemischte Salzkonzentrationen vor. Dieses Protokoll kann verwendet werden, um die Salztoleranz von Paprikasorten zu bewerten.
Abstract
Um die Salztoleranz und den physiologischen Mechanismus von Pfeffer (Capsicum annuum L.) im Keimstadium zu bestimmen, werden die Sorten Hongtianhu 101 und Xinxiang 8, die große Unterschiede in der Salztoleranz aufweisen, als Untersuchungsmaterial verwendet. Es werden sechs Mischsalzkonzentrationen von 0, 3, 5, 10, 15 und 20 g/L verwendet, die unter Verwendung gleicher molarer Verhältnisse vonNa2CO3, NaHCO3, NaCl, CaCl2,MgCl2, MgSO4 und Na2SO4 abgeleitet wurden. Um ihre Auswirkungen zu bestimmen, werden die zugehörigen Indizes der Samenkeimung, des Keimlingswachstums und der Physiologie gemessen, und die Salztoleranz wird mit Hilfe der Mitgliedschaftsfunktionsanalyse umfassend bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Mischsalzkonzentration das Keimpotenzial, der Keimindex, die Keimrate, der Keimungsindex der Samen, die Wurzellänge und das Frischgewicht der beiden Sorten signifikant abnehmen, während die relative Salzrate allmählich zunimmt. Die Hypokotyllänge und das oberirdische Frischgewicht nehmen zuerst zu und nehmen dann ab, während die Aktivität von Malondialdehyd (MDA), Prolin (Pro), Katalase (CAT), Peroxidase (POD) und Superoxiddismutase (SOD) abnimmt und dann zunimmt. Das Keimpotenzial, der Keimindex, die Keimrate, der Keimungsindex der Samen, die Wurzellänge, das Frischgewicht der Wurzel, der MDA- und Pro-Gehalt und die CAT-Aktivität der Hongtianhu 101-Samen sind für alle hier verwendeten Salzkonzentrationen höher als die von Xinxiang 8. Allerdings sind die Hypokotyllänge, das oberirdische Frischgewicht und der relative Salzgehalt in Hongtianhu 101 niedriger als in Xinxiang 8. Die umfassende Auswertung der Salztoleranz zeigt, dass die gewichteten Gesamtwerte der beiden Mitgliedschaftsfunktionsindizes mit zunehmender Mischsalzkonzentration zunächst ansteigen und dann abnehmen. Im Vergleich zu 5 g/L, das den höchsten Mitgliedschaftsfunktionswert aufweist, sinkt der Index bei Salzkonzentrationen von 3 g/L, 10 g/L und 15 g/L um 4,7%-11,1%, 25,3%-28,3% bzw. 41,4%-45,1%. Diese Studie liefert eine theoretische Anleitung für die Züchtung salztoleranter Pfeffersorten und eine Analyse der physiologischen Mechanismen, die bei der Salztoleranz und dem salztoleranten Anbau eine Rolle spielen.
Introduction
Der Salzgehalt ist weltweit ein wichtiger limitierender Faktor für die Pflanzenproduktivität1. Derzeit sind fast 19,5 % der bewässerten und 2,1 % der trockenen Flächen der Welt vom Salzgehalt betroffen, und etwa 1 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche degeneriert jedes Jahr zu Salz-Alkali-Böden. Bis 2050 sollen 50 % der Ackerfläche von Versalzung betroffen sein 2,3. Zusätzlich zu natürlichen Faktoren wie natürlicher Gesteinsverwitterung und salzigem Regenwasser in der Nähe oder in der Nähe der Küste haben eine schnelle Oberflächenverdunstung, geringe Niederschläge und unvernünftige landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmethoden den Prozess der Bodenversalzung verschärft. Die Bodenversalzung hemmt das Wachstum der Pflanzenwurzeln und reduziert die Aufnahme und den Transport von Wasser und Nährstoffen von den Pflanzenwurzeln zu den Blättern. Diese Hemmung führt zu physiologischem Wassermangel, Ernährungsungleichgewichten und Ionentoxizität, was zu einer verminderten Pflanzenproduktivität und einem vollständigen Verlust des Ernteertrags führt. Die Versalzung von Kulturland wird allmählich zu einem der kritischsten abiotischen Stressfaktoren, die die globale landwirtschaftliche Nahrungsmittelproduktion beeinflussen4. Salzstress reduziert das für die Landwirtschaft verfügbare Ackerland, was zu einem erheblichen Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage zukünftiger landwirtschaftlicher Produkte führen kann. Daher ist die Erforschung der Auswirkungen der Bodenversalzung auf das Pflanzenwachstum und physiologische und biochemische Mechanismen förderlich für die Züchtung salztoleranter Sorten, die nachhaltige Nutzung salzhaltiger Böden und die Sicherheit landwirtschaftlicher Produkte.
Pfeffer (Capsicum annuum L.) wird aufgrund seines hohen ernährungsphysiologischen und medizinischen Wertes weltweit angebaut. Zum Beispiel ist Capsaicin ein Alkaloid, das für den würzigen Geschmack von Pfeffer verantwortlich ist. Capsaicin kann zur Schmerzlinderung, Gewichtsabnahme, Verbesserung des Herz-Kreislauf-, Magen-Darm-Trakt- und Atmungssystems sowie in verschiedenen anderen Anwendungen verwendet werden5. Pfeffer ist auch reich an bioaktiven Substanzen, insbesondere verschiedenen antioxidativen Verbindungen (Carotinoide, Phenole und Flavonoide) und Vitamin C6. Derzeit wird berichtet, dass Pfeffer die Gemüsepflanze mit der größten Anbaufläche in China ist, mit einer jährlichen Pflanzfläche von mehr als 1,5 x 106 ha, was 8% -10% der gesamten Gemüseanbaufläche in China ausmacht. Die Paprikaindustrie hat sich zu einer der größten Gemüseindustrien in China entwickelt und hat den höchsten Produktionswert7. Der Pfefferanbau ist jedoch häufig einer Vielzahl von biologischen (Schädlinge und Pilze) und abiotischen Belastungen ausgesetzt, insbesondere Salzstress, der sich direkt negativ auf die Keimung, das Wachstum und die Entwicklung der Samen auswirkt und zu einer Verringerung des Ertrages und der Qualität der Paprikafrüchte führt8.
Die Samenkeimung ist die erste Stufe der Interaktion zwischen Pflanzen und der Umwelt. Die Samenkeimung reagiert sehr empfindlich auf Schwankungen in den umgebenden Medien, insbesondere auf Bodensalzstress, der umgekehrte Auswirkungen auf die Physiologie und den Stoffwechsel haben und schließlich das normale Wachstum, die Entwicklung und die Morphogenese von Pflanzen stören kann9. In früheren Studien wurden die Keimung von Paprikasamen und das Wachstum von Keimlingen unter Salzstress ausführlich untersucht. Die meisten Studien verwendeten jedoch NaCl als einziges Salz für die Stressinduktion10,11,12. Die Schädigung des Bodensalzes ist jedoch hauptsächlich auf die Toxizität von Na+, Ca2+,Mg2+, Cl-,CO32– undSO42-Ionen-Toxizität zurückzuführen, die durch die Dissoziation von Natrium-, Calcium– und Magnesiumsalzen erzeugt wird. Aufgrund der Synergie und des Antagonismus zwischen Ionen können die Auswirkungen von Mischsalz und Einfachsalz auf das Pflanzenwachstum und die Entwicklung sehr unterschiedlich sein. Die entsprechenden Eigenschaften der Keimung und des Wachstums von Pfeffersamen in Mischsalz sind jedoch noch unklar. Daher werden in dieser Studie zwei Paprikasorten mit bemerkenswerten Unterschieden in der Salztoleranz als Materialien verwendet. Die Analyse der Auswirkungen unterschiedlicher Salzkonzentrationen auf die Keimung, das Wachstum und die physiologischen und biochemischen Indizes von Pfeffersamen nach dem äquimolaren Mischen von sieben Salzen kann den Reaktionsmechanismus der Keimung von Pfeffersamen auf Salzgehaltsstress aufdecken. Es kann auch eine theoretische Grundlage für den Anbau von starken Paprika-Sämlingen sowie für einen ertragreichen und qualitativ hochwertigen Anbau auf salzhaltigem Anbau bieten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese Forschungsmethode besteht aus vier Hauptschritten, die sich auf die Genauigkeit der experimentellen Ergebnisse auswirken. Erstens müssen die gewogenen Reagenzien wegen der schlechten Auflösung von Mischsalzen, die durch den erhöhten Gehalt an gelösten Stoffen in Lösungen mit hoher Salzkonzentration verursacht wird, und der geringen Löslichkeit von Reagenzien wie Calciumchlorid, die in Wasser schwieriger löslich sind, vollständig in einem Mörser gemahlen werden. Außerdem müssen die Reagenzien über</e…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der Abteilung für Wissenschaft und Technologie der Provinz Jiangxi (20203BBFL63065) und dem Allgemeinen Projekt des Wissenschafts- und Technologieforschungsprojekts des Bildungsministeriums von Jiangxi (GJJ211430) unterstützt. Wir bedanken uns bei Editage (www.editage.cn) für die englischsprachige Bearbeitung.
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) |
References
- 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).
