Análisis del efecto del estrés salino compuesto en la germinación de semillas y análisis de tolerancia a la sal de la pimienta (Capsicum annuum L.)
Summary
El siguiente documento presenta un protocolo para medir la germinación de semillas, el crecimiento de las plántulas y los índices fisiológicos de dos variedades de pimiento con diferencias de tolerancia a la salinidad en respuesta a seis concentraciones mixtas de sal. Este protocolo se puede utilizar para evaluar la tolerancia a la sal de las variedades de pimienta.
Abstract
Para determinar la tolerancia a la sal y el mecanismo fisiológico de la pimienta (Capsicum annuum L.) en la etapa de germinación, se emplean como materiales de estudio las variedades Hongtianhu 101 y Xinxiang 8, que tienen grandes diferencias en la tolerancia a la sal. Se utilizan seis concentraciones mixtas de sal de 0, 3, 5, 10, 15 y 20 g/L derivadas utilizando proporciones molares iguales de Na2 CO 3, NaHCO3, NaCl, CaCl 2, MgCl2, MgSO 4 yNa2SO4. Para determinar sus efectos, se miden los índices relacionados de germinación de semillas, crecimiento de plántulas y fisiología, y la tolerancia a la sal se evalúa exhaustivamente utilizando el análisis de la función de membresía. Los resultados muestran que a medida que aumenta la concentración de sal mixta, el potencial de germinación, el índice de germinación, la tasa de germinación, el índice de vigor de germinación de la semilla, la longitud de la raíz y el peso fresco de la raíz de los dos cultivares disminuyen significativamente, mientras que la tasa relativa de sal aumenta gradualmente. La longitud del hipocótilo y el peso fresco sobre el suelo aumentan primero y luego disminuyen, mientras que la actividad de malondialdehído (MDA), prolina (Pro), catalasa (CAT), peroxidasa (POD) y superóxido dismutasa (SOD) disminuyen y luego aumentan. El potencial de germinación, el índice de germinación, la tasa de germinación, el índice de vigor de germinación de la semilla, la longitud de la raíz, el peso fresco de la raíz, el contenido de MDA y Pro, y la actividad CAT de las semillas Hongtianhu 101 son más altos que los de Xinxiang 8 para todas las concentraciones de sal empleadas aquí. Sin embargo, la longitud del hipocótilo, el peso fresco sobre el suelo y la tasa relativa de sal son más bajos en Hongtianhu 101 que en Xinxiang 8. La evaluación exhaustiva de la tolerancia a la sal revela que los valores ponderados totales de los dos índices de función de membresía aumentan primero y luego disminuyen a medida que aumenta la concentración de sal mixta. En comparación con 5 g / L, que tiene el valor de función de membresía más alto, el índice bajo concentraciones de sal de 3 g / L, 10 g / L y 15 g / L disminuye en 4.7% -11.1%, 25.3% -28.3% y 41.4% -45.1%, respectivamente. Este estudio proporciona orientación teórica para el mejoramiento de variedades de pimiento tolerantes a la sal y un análisis de los mecanismos fisiológicos involucrados en la tolerancia a la sal y el cultivo tolerante a la sal.
Introduction
La salinidad es un factor limitante importante para la productividad de los cultivos en todo el mundo1. En la actualidad, casi el 19,5% de las tierras de regadío del mundo y el 2,1% de las tierras secas están afectadas por la salinidad, y aproximadamente el 1% de las tierras agrícolas degeneran en tierras salinas-alcalinas cada año. Para 2050, se espera que el 50% de la tierra cultivable se vea afectada por la salinización 2,3. Además de los factores naturales, como la erosión natural de las rocas y el agua de lluvia salada cerca o alrededor de la costa, la rápida evaporación de la superficie, las bajas precipitaciones y los métodos de gestión agrícola irrazonables han exacerbado el proceso de salinización del suelo. La salinización del suelo inhibe el crecimiento de las raíces de las plantas y reduce la absorción y el transporte de agua y nutrientes desde las raíces de las plantas hasta las hojas. Esta inhibición resulta en escasez fisiológica de agua, desequilibrios nutricionales y toxicidad iónica, lo que conduce a una reducción de la productividad de los cultivos y una pérdida completa del rendimiento de los cultivos. La salinización de las tierras cultivadas se está convirtiendo gradualmente en uno de los factores de estrés abiótico más críticos que afectan la producción mundial de alimentos agrícolas4. El estrés salino reduce la tierra cultivable disponible para la agricultura, lo que puede dar lugar a un desequilibrio significativo entre la oferta y la demanda de futuros productos agrícolas. Por lo tanto, explorar los efectos de la salinización del suelo en el crecimiento de los cultivos y los mecanismos fisiológicos y bioquímicos es propicio para el mejoramiento de variedades tolerantes a la sal, la utilización sostenible del suelo salino y la inocuidad de los productos agrícolas.
La pimienta (Capsicum annuum L.) se siembra en todo el mundo debido a su alto valor nutricional y medicinal. Por ejemplo, la capsaicina es un alcaloide responsable del sabor picante de la pimienta. La capsaicina se puede utilizar para aliviar el dolor, pérdida de peso, mejorar los sistemas cardiovascular, gastrointestinal y respiratorio, y en varias otras aplicaciones5. La pimienta también es rica en sustancias bioactivas, especialmente diferentes compuestos antioxidantes (carotenoides, fenólicos y flavonoides) y vitamina C6. Actualmente, se informa que la pimienta es el cultivo de hortalizas con el área de cultivo más grande en China, con un área de siembra anual de más de 1.5 x 106 ha, lo que representa el 8% -10% del área total de siembra de hortalizas en China. La industria de la pimienta se ha convertido en una de las industrias vegetales más grandes de China y tiene el valor de producción más alto7. Sin embargo, el cultivo de pimiento a menudo está sujeto a una variedad de tensiones biológicas (plagas y hongos) y abióticas, especialmente estrés salino, que tiene un impacto negativo directo en la germinación, el crecimiento y el desarrollo de las semillas, lo que resulta en la reducción del rendimiento y la calidad de la fruta de pimienta8.
La germinación de las semillas es la primera etapa de interacción entre las plantas y el medio ambiente. La germinación de las semillas es altamente sensible a las fluctuaciones en los medios circundantes, especialmente al estrés salino del suelo, que puede ejercer efectos invertidos sobre la fisiología y el metabolismo, y eventualmente alterar el crecimiento, desarrollo y morfogénesis normales de los cultivos9. En estudios anteriores, la germinación de las semillas de pimiento y el crecimiento de las plántulas bajo estrés salino se investigaron ampliamente; sin embargo, la mayoría de los estudios utilizaron NaCl como la única sal para la inducción de estrés10,11,12. Sin embargo, el daño de la sal del suelo se debe principalmente a la toxicidad de Na+, Ca2+,Mg2+, Cl-, CO3 2-, y SO42- ion generada por la disociación de sales de sodio, calcio y magnesio. Debido a la sinergia y el antagonismo entre los iones, los efectos de la mezcla de sal y sal simple en el crecimiento y desarrollo de los cultivos pueden ser muy diferentes. Sin embargo, las características correspondientes de la germinación de la semilla de pimienta y el crecimiento en sal mixta aún no están claras. Por lo tanto, dos variedades de pimiento con diferencias notables en la tolerancia a la sal se utilizan como materiales en este estudio. El análisis de los efectos de diferentes concentraciones de sal en la germinación de semillas de pimienta, el crecimiento y los índices fisiológicos y bioquímicos después de la mezcla equimolar de siete sales puede revelar el mecanismo de respuesta de la germinación de semillas de pimienta al estrés por salinidad. También puede proporcionar una base teórica para cultivar plántulas de pimiento fuertes, así como un cultivo de alto rendimiento y alta calidad en tierras cultivadas con solución salina.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este método de investigación comprende cuatro pasos clave que afectan la precisión de los resultados experimentales. En primer lugar, debido a la mala disolución de sales mixtas causada por el aumento del contenido de solutos en soluciones de alta concentración de sal, y la baja solubilidad de reactivos como el cloruro de calcio, que son más difíciles de solubilizar en agua, los reactivos pesados deben ser completamente molidos en un mortero. Además, los reactivos deben disolverse a través de ondas ultr…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por el Departamento de Ciencia y Tecnología de la provincia de Jiangxi (20203BBFL63065) y el Proyecto General de Proyecto de Investigación de Ciencia y Tecnología del Departamento de Educación de Jiangxi (GJJ211430). Nos gustaría agradecer a Editage (www.editage.cn) por la edición en inglés.
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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