Bileşik Tuz Gerilmesinin Tohum Çimlenmesine Etkisinin Analizi ve Karabiberin Tuz Toleransı Analizi (Capsicum annuum L.)
Summary
Aşağıdaki makale, altı karışık tuz konsantrasyonuna yanıt olarak tuzluluk toleransı farklılıkları olan iki biber çeşidinin tohum çimlenmesini, fide büyümesini ve fizyolojik indekslerini ölçmek için bir protokol sunmaktadır. Bu protokol, biber çeşitlerinin tuz toleransını değerlendirmek için kullanılabilir.
Abstract
Çimlenme aşamasında biberin (Capsicum annuum L.) tuz toleransını ve fizyolojik mekanizmasını belirlemek için çalışma materyali olarak tuz toleransında büyük farklılıklar gösteren Hongtianhu 101 ve Xinxiang 8 çeşitleri kullanılmaktadır. Eşit molar oranlar kullanılarak elde edilen 0, 3, 5, 10, 15 ve 20 g / L’lik altı karışık tuz konsantrasyonu Na 2 CO3, NaHCO3, NaCl, CaCl 2, MgCl2, MgSO 4 ve Na2SO4 kullanılır. Etkilerini belirlemek için, tohum çimlenmesi, fide büyümesi ve fizyolojisinin ilgili indeksleri ölçülür ve tuz toleransı, üyelik fonksiyon analizi kullanılarak kapsamlı bir şekilde değerlendirilir. Sonuçlar, karışık tuz konsantrasyonu arttıkça, iki çeşidin çimlenme potansiyelinin, çimlenme indeksinin, çimlenme hızının, tohum çimlenme canlılık indeksinin, kök uzunluğunun ve kök taze ağırlığının önemli ölçüde azaldığını, buna karşın nispi tuz oranının kademeli olarak arttığını göstermektedir. Hipokotil uzunluğu ve yer üstündeki taze ağırlık önce artar ve sonra azalırken, malondialdehit (MDA), prolin (Pro) içeriği, katalaz (CAT), peroksidaz (POD) ve süperoksit dismutaz (SOD) aktivitesi azalır ve daha sonra artar. Hongtianhu 101 tohumlarının çimlenme potansiyeli, çimlenme indeksi, çimlenme hızı, tohum çimlenme canlılık indeksi, kök uzunluğu, kök taze ağırlığı, MDA ve Pro içeriği ve CAT aktivitesi, burada kullanılan tüm tuz konsantrasyonları için Xinxiang 8’inkinden daha yüksektir. Bununla birlikte, hipokotil uzunluğu, yerüstü taze ağırlık ve göreceli tuz oranı, Hongtianhu 101’de Xinxiang 8’den daha düşüktür. Tuz toleransının kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi, iki üyelik fonksiyon indeksinin toplam ağırlıklı değerlerinin önce arttığını ve daha sonra karışık tuz konsantrasyonu arttıkça azaldığını ortaya koymaktadır. En yüksek üyelik fonksiyon değerine sahip olan 5 g / L ile karşılaştırıldığında, 3 g / L, 10 g / L ve 15 g / L tuz konsantrasyonları altındaki indeks sırasıyla% 4.7 -% 11.1,% 25.3 -% 28.3 ve% 41.4 -% 45.1 oranında azalmaktadır. Bu çalışma, tuza dayanıklı biber çeşitlerinin ıslahı için teorik rehberlik ve tuz toleransı ve tuza dayanıklı yetiştiricilikte yer alan fizyolojik mekanizmaların bir analizini sunmaktadır.
Introduction
Tuzluluk, dünya çapında mahsul verimliliği için önemli bir sınırlayıcı faktördür1. Şu anda, dünyadaki sulanan arazinin yaklaşık% 19,5’i ve kuru arazinin% 2,1’i tuzluluktan etkilenmektedir ve tarım arazilerinin yaklaşık% 1’i her yıl salin-alkali araziye dejenere olmaktadır. 2050 yılına kadar, ekilebilir arazilerin% 50’sinin tuzlanmadan etkilenmesi bekleniyor 2,3. Doğal kaya ayrışması ve kıyı yakınında veya çevresinde tuzlu yağmur suyu gibi doğal faktörlere ek olarak, hızlı yüzey buharlaşması, düşük yağış ve mantıksız tarımsal yönetim yöntemleri toprak tuzlanma sürecini daha da kötüleştirmiştir. Toprak tuzlanması, bitki köklerinin büyümesini engeller ve su ve besin maddelerinin bitki köklerinden yapraklara emilimini ve taşınmasını azaltır. Bu inhibisyon, fizyolojik su kıtlığına, beslenme dengesizliklerine ve iyon toksisitesine neden olur, bu da mahsul verimliliğinin azalmasına ve mahsul veriminin tamamen kaybolmasına neden olur. Ekili arazilerin tuzlanması, giderek küresel tarımsal gıda üretimini etkileyen en kritik abiyotik stres faktörlerinden biri haline gelmektedir4. Tuz stresi, tarım için mevcut ekilebilir araziyi azaltır, bu da gelecekteki tarım ürünlerinin arz ve talebi arasında önemli bir dengesizliğe neden olabilir. Bu nedenle, toprak tuzlanmasının mahsul büyümesi ve fizyolojik ve biyokimyasal mekanizmalar üzerindeki etkilerini araştırmak, tuza dayanıklı çeşitlerin yetiştirilmesi, tuzlu toprağın sürdürülebilir kullanımı ve tarım ürünlerinin güvenliği için elverişlidir.
Biber (Capsicum annuum L.), yüksek besin ve tıbbi değeri nedeniyle dünya çapında ekilmektedir. Örneğin, kapsaisin, biberin baharatlı lezzetinden sorumlu bir alkaloiddir. Kapsaisin ağrı kesici, kilo kaybı, kardiyovasküler, gastrointestinal sistem ve solunum sistemlerinin iyileştirilmesi için ve diğer birçok uygulamada kullanılabilir5. Biber ayrıca biyoaktif maddeler, özellikle farklı antioksidan bileşikler (karotenoidler, fenolikler ve flavonoidler) ve C vitamini6 bakımından zengindir. Şu anda, biberin Çin’deki en büyük ekim alanına sahip sebze mahsulü olduğu ve yıllık ekim alanının 1,5 x 106 ha’dan fazla olduğu ve böylece Çin’deki toplam sebze ekim alanının% 8-10’unu oluşturduğu bildirilmektedir. Biber endüstrisi, Çin’deki en büyük sebze endüstrilerinden biri haline geldi ve en yüksek çıktı değerine sahip7. Bununla birlikte, biber yetiştiriciliği genellikle çeşitli biyolojik (zararlılar ve mantarlar) ve abiyotik streslere, özellikle de tohum çimlenmesi, büyümesi ve gelişmesi üzerinde doğrudan olumsuz bir etkiye sahip olan tuz stresine maruz kalmakta ve biber meyvesi veriminin ve kalitesinin düşmesine neden olmaktadır8.
Tohum çimlenmesi, bitkiler ve çevre arasındaki etkileşimin ilk aşamasıdır. Tohum çimlenmesi, çevredeki ortamlardaki dalgalanmalara, özellikle de fizyoloji ve metabolizma üzerinde ters etkiler yaratabilecek ve sonunda mahsullerin normal büyümesini, gelişmesini ve morfogenezini bozabilecek toprak tuzu stresine karşı oldukça hassastır9. Önceki çalışmalarda, biber tohumu çimlenmesi ve tuz stresi altında fide büyümesi kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır; Bununla birlikte, çoğu çalışmada NaCl’yi stres indüksiyonu10,11,12 için tek tuz olarak kullanmıştır. Bununla birlikte, toprak tuzu hasarı esas olarak Na+, Ca 2+, Mg2+, Cl-, CO3 2- ve SO42- iyon toksisitesindendir ve sodyum, kalsiyum ve magnezyum tuzlarının ayrışmasıyla oluşur. İyonlar arasındaki sinerji ve antagonizma nedeniyle, karışık tuz ve tek tuzun mahsul büyümesi ve gelişimi üzerindeki etkileri oldukça farklı olabilir. Bununla birlikte, biber tohumu çimlenmesinin ve karışık tuzdaki büyümenin karşılık gelen özellikleri hala belirsizdir. Bu nedenle bu çalışmada malzeme olarak tuz toleransında dikkat çekici farklılıklar gösteren iki biber çeşidi kullanılmıştır. Farklı tuz konsantrasyonlarının biber tohumu çimlenmesi, büyümesi ve yedi tuzun eşmolar karışımından sonra fizyolojik ve biyokimyasal indeksler üzerindeki etkilerinin analiz edilmesi, biber tohumu çimlenmesinin tuzluluk stresine tepki mekanizmasını ortaya çıkarabilir. Ayrıca, güçlü biber fidelerinin yetiştirilmesi için teorik bir temel sağlamanın yanı sıra, tuzlu ekili arazilerde yüksek verim ve yüksek kaliteli ekim sağlayabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu araştırma yöntemi, deneysel sonuçların doğruluğunu etkileyen dört temel adımdan oluşmaktadır. İlk olarak, yüksek tuz konsantrasyonlu çözeltilerde artan çözünür içeriğinin neden olduğu karışık tuzların zayıf çözünmesi ve suda çözünmesi daha zor olan kalsiyum klorür gibi reaktiflerin düşük çözünürlüğü nedeniyle, tartılan reaktifler bir harçta tamamen öğütülmelidir. Ayrıca, kapasiteyi belirlemeden önce reaktifler ultrasonik dalgalar yoluyla çözülmelidir. İk…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Jiangxi Eyaleti Bilim ve Teknoloji Bölümü (20203BBFL63065) ve Jiangxi Eğitim Departmanı Bilim ve Teknoloji Araştırma Projesi Genel Projesi (GJJ211430) tarafından desteklenmiştir. İngilizce dil düzenlemesi için Editage’a (www.editage.cn) teşekkür ederiz.
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
- 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).
