Análise do Efeito do Estresse Composto de Sal na Germinação de Sementes e Análise de Tolerância ao Sal de Pimenta (Capsicum annuum L.)
Summary
O trabalho abaixo apresenta um protocolo para medir a germinação de sementes, o crescimento de plântulas e os índices fisiológicos de duas variedades de pimenta com diferenças de tolerância à salinidade em resposta a seis concentrações mistas de sal. Este protocolo pode ser usado para avaliar a tolerância ao sal de variedades de pimenta.
Abstract
Para determinar a tolerância ao sal e o mecanismo fisiológico da pimenta (Capsicum annuum L.) na fase de germinação, as variedades Hongtianhu 101 e Xinxiang 8, que apresentam grandes diferenças na tolerância ao sal, são empregadas como materiais de estudo. São utilizadas seis concentrações mistas de sal de 0, 3, 5, 10, 15 e 20 g/L derivadas usando proporções molares iguais de Na 2 CO3, NaHCO3, NaCl, CaCl2, MgCl 2, MgSO 4 e Na2 SO4. Para determinar seus efeitos, os índices relacionados de germinação, crescimento de plântulas e fisiologia são medidos, e a tolerância ao sal é avaliada de forma abrangente usando a análise da função de associação. Os resultados mostram que, à medida que a concentração de sal misto aumenta, o potencial de germinação, o índice de germinação, a taxa de germinação, o índice de vigor germinativo das sementes, o comprimento da raiz e o peso fresco das duas cultivares diminuem significativamente, enquanto a taxa relativa de sal aumenta gradualmente. O comprimento do hipocótilo e o peso fresco acima do solo aumentam primeiro e depois diminuem, enquanto a atividade da malondialdeído (MDA), prolina (Pro), catalase (CAT), peroxidase (POD) e superóxido dismutase (SOD) diminuem e depois aumentam. O potencial de germinação, o índice de germinação, a taxa de germinação, o índice de vigor germinativo das sementes, o comprimento da raiz, o peso fresco da raiz, o teor de MDA e Pro e a atividade CAT das sementes de Hongtianhu 101 são superiores aos de Xinxiang 8 para todas as concentrações de sal aqui empregadas. No entanto, o comprimento do hipocótilo, o peso fresco acima do solo e a taxa relativa de sal são menores em Hongtianhu 101 do que em Xinxiang 8. A avaliação abrangente da tolerância ao sal revela que os valores ponderados totais dos dois índices de função de associação aumentam primeiro e depois diminuem à medida que a concentração mista de sal aumenta. Em comparação com 5 g/L, que tem o maior valor de função de associação, o índice sob concentrações de sal de 3 g/L, 10 g/L e 15 g/L diminui 4,7%-11,1%, 25,3%-28,3% e 41,4%-45,1%, respectivamente. Este estudo fornece orientação teórica para o melhoramento de variedades de pimenta tolerantes ao sal e uma análise dos mecanismos fisiológicos envolvidos na tolerância ao sal e no cultivo tolerante ao sal.
Introduction
A salinidade é um importante fator limitante para a produtividade das culturas em todo o mundo1. Atualmente, quase 19,5% das terras irrigadas do mundo e 2,1% da terra seca são afetadas pela salinidade, e aproximadamente 1% das terras agrícolas degeneram em terras salinas-alcalinas a cada ano. Até 2050, espera-se que 50% das terras aráveis sejam afetadas pela salinização 2,3. Além de fatores naturais, como o intemperismo natural das rochas e a água salgada da chuva perto ou ao redor da costa, a rápida evaporação da superfície, a baixa precipitação e os métodos de manejo agrícola irracionais exacerbaram o processo de salinização do solo. A salinização do solo inibe o crescimento das raízes das plantas e reduz a absorção e o transporte de água e nutrientes das raízes das plantas para as folhas. Essa inibição resulta em escassez fisiológica de água, desequilíbrios nutricionais e toxicidade de íons, o que leva à redução da produtividade das culturas e a uma perda completa do rendimento das culturas. A salinização das terras cultivadas está gradualmente se tornando um dos fatores de estresse abiótico mais críticos que afetam a produção global de alimentos agrícolas4. O estresse salino reduz as terras aráveis disponíveis para a agricultura, o que pode resultar em um desequilíbrio significativo entre a oferta e a demanda de futuros produtos agrícolas. Portanto, explorar os efeitos da salinização do solo no crescimento das culturas e nos mecanismos fisiológicos e bioquímicos é propício para a criação de variedades tolerantes ao sal, a utilização sustentável do solo salino e a segurança dos produtos agrícolas.
A pimenta (Capsicum annuum L.) é plantada em todo o mundo devido ao seu alto valor nutricional e medicinal. Por exemplo, a capsaicina é um alcaloide responsável pelo sabor picante da pimenta. A capsaicina pode ser usada para alívio da dor, perda de peso, melhora dos sistemas cardiovascular, gastrointestinal e respiratório, e em várias outras aplicações5. A pimenta também é rica em substâncias bioativas, especialmente diferentes compostos antioxidantes (carotenoides, fenólicos e flavonoides) e vitamina C6. Atualmente, a pimenta é relatada como a cultura vegetal com a maior área de cultivo na China, com uma área de plantio anual de mais de 1,5 x 106 ha, representando assim 8% a 10% da área total de plantio de vegetais na China. A indústria da pimenta tornou-se uma das maiores indústrias vegetais da China e tem o maior valor de produção7. No entanto, o cultivo de pimenta é frequentemente submetido a uma variedade de estresses biológicos (pragas e fungos) e abióticos, especialmente o estresse salino, que tem um impacto negativo direto na germinação, crescimento e desenvolvimento das sementes, resultando na redução da produtividade e qualidade dos frutos de pimenta8.
A germinação de sementes é o primeiro estágio de interação entre as plantas e o meio ambiente. A germinação de sementes é altamente sensível a flutuações no meio circundante, especialmente ao estresse salino do solo, que pode exercer efeitos reversos sobre a fisiologia e o metabolismo e, eventualmente, perturbar o crescimento, o desenvolvimento e a morfogênese normais das culturas9. Em estudos anteriores, a germinação de sementes de pimenta e o crescimento de plântulas sob estresse salino foram extensivamente investigados; no entanto, a maioria dos estudos utilizou o NaCl como único sal para indução de estresse10,11,12. No entanto, os danos ao sal no solo são devidos principalmente à toxicidade de íons Na+, Ca 2+, Mg2+, Cl-, CO3 2-, e SO42- gerada pela dissociação de sais de sódio, cálcio e magnésio. Devido à sinergia e antagonismo entre íons, os efeitos do sal misto e do sal único no crescimento e desenvolvimento das culturas podem ser bastante diferentes. No entanto, as características correspondentes da germinação e crescimento de sementes de pimenta em sal misto ainda não estão claras. Portanto, duas variedades de pimenta com diferenças notáveis na tolerância ao sal são utilizadas como materiais neste estudo. A análise dos efeitos de diferentes concentrações de sal na germinação, crescimento e índices fisiológicos e bioquímicos de sementes de pimenta após a mistura equimolar de sete sais pode revelar o mecanismo de resposta da germinação de sementes de pimenta ao estresse salino. Também pode fornecer uma base teórica para o cultivo de mudas de pimenta fortes, bem como o cultivo de alto rendimento e alta qualidade em terras cultivadas com solução salina.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este método de pesquisa compreende quatro etapas-chave que afetam a precisão dos resultados experimentais. Primeiro, devido à má dissolução de sais mistos causada pelo aumento do teor de soluto em soluções de alta concentração de sal e à baixa solubilidade de reagentes como o cloreto de cálcio, que são mais difíceis de solubilizar em água, os reagentes pesados devem ser totalmente moídos em uma argamassa. Além disso, os reagentes devem ser dissolvidos através de ondas ultra-sônicas antes de de…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pelo Departamento de Ciência e Tecnologia da Província de Jiangxi (20203BBFL63065) e pelo Projeto Geral de Pesquisa em Ciência e Tecnologia do Departamento de Educação de Jiangxi (GJJ211430). Gostaríamos de agradecer à Editage (www.editage.cn) pela edição em inglês.
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) |
Referências
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