Analyse av effekten av sammensatt saltstress på frøspredning og salttoleranseanalyse av pepper (Capsicum annuum L.)
Summary
Papiret nedenfor presenterer en protokoll for måling av frøspredning, frøplantevekst og fysiologiske indekser av to peppervarianter med saltholdighetstoleranseforskjeller som respons på seks blandede saltkonsentrasjoner. Denne protokollen kan brukes til å evaluere salttoleransen til peppervarianter.
Abstract
For å bestemme salttoleransen og den fysiologiske mekanismen til pepper (Capsicum annuum L.) på spiringstrinnet, brukes Hongtianhu 101 og Xinxiang 8-varianter, som har store forskjeller i salttoleranse, som studiematerialer. Seks blandede saltkonsentrasjoner på 0, 3, 5, 10, 15 og 20 g / l avledet ved bruk av like molare forhold mellom Na 2 CO 3, NaHCO3, NaCl, CaCl 2, MgCl 2, MgSO 4 og Na 2 SO4 brukes. For å bestemme deres effekter måles de relaterte indeksene for frøspredning, frøplantevekst og fysiologi, og salttoleranse evalueres grundig ved hjelp av medlemsfunksjonsanalyse. Resultatene viser at når den blandede saltkonsentrasjonen øker, reduseres spiringspotensialet, spiringsindeksen, spiringshastigheten, frøspredningskraftindeksen, rotlengden og rotvekten til de to sortene betydelig, mens den relative salthastigheten gradvis øker. Hypokotyllengden og friskvekten over bakken øker først og reduseres deretter, mens malondialdehyd (MDA), prolin (Pro) innhold, katalase (CAT), peroksidase (POD) og superoksiddismutase (SOD) aktivitet reduseres og deretter øker. Spiringspotensialet, spiringsindeksen, spiringshastigheten, frøspiringskraftindeksen, rotlengden, rotens ferskvekt, MDA- og Pro-innhold og CAT-aktiviteten til Hongtianhu 101-frøene er høyere enn for Xinxiang 8 for alle saltkonsentrasjoner som brukes her. Imidlertid er hypokotyllengde, ferskvekt over bakken og relativ salthastighet lavere i Hongtianhu 101 enn i Xinxiang 8. Den omfattende evalueringen av salttoleranse viser at de totale vektede verdiene til de to medlemsfunksjonsindeksene øker først og deretter reduseres når den blandede saltkonsentrasjonen øker. Sammenlignet med 5 g / L, som har den høyeste medlemsfunksjonsverdien, reduseres indeksen under saltkonsentrasjoner på 3 g / L, 10 g / L og 15 g / L med henholdsvis 4,7% -11,1%, 25,3% -28,3% og 41,4% -45,1%. Denne studien gir teoretisk veiledning for avl av salttolerante varianter av pepper og en analyse av de fysiologiske mekanismene som er involvert i salttoleranse og salttolerant dyrking.
Introduction
Saltholdighet er en viktig begrensende faktor for avlingenes produktivitet over hele verden1. I dag er nesten 19,5% av verdens vannet land og 2,1% av tørt land påvirket av saltholdighet, og ca 1% av jordbruksarealet degenererer til saltvann-alkali land hvert år. I 2050 forventes 50% av dyrkbar jord å bli påvirket av salinisering 2,3. I tillegg til naturlige faktorer, som naturlig bergforvitring og salt regnvann nær eller rundt kysten, har rask overflatefordampning, lite nedbør og urimelige landbruksstyringsmetoder forverret prosessen med jordsalinisering. Jordsalinisering hemmer veksten av planterøtter og reduserer absorpsjon og transport av vann og næringsstoffer fra planterøttene til bladene. Denne hemmingen resulterer i fysiologisk vannmangel, ernæringsmessige ubalanser og iontoksisitet, noe som fører til redusert avlingsproduktivitet og et fullstendig tap av avlinger. Salinisering av dyrket blir gradvis en av de mest kritiske abiotiske stressfaktorene som påvirker global landbruksmatproduksjon4. Saltstress reduserer dyrkbar jord tilgjengelig for landbruk, noe som kan føre til en betydelig ubalanse mellom tilbud og etterspørsel av fremtidige landbruksprodukter. Derfor undersøker effekten av jordsalinisering på vekst av avlinger og fysiologiske og biokjemiske mekanismer bidrar til avl av salttolerante varianter, bærekraftig utnyttelse av saltholdig jord og sikkerheten til landbruksprodukter.
Pepper (Capsicum annuum L.) er plantet over hele verden på grunn av sin høye ernæringsmessige og medisinske verdi. For eksempel er capsaicin et alkaloid som er ansvarlig for krydret smak av pepper. Capsaicin kan brukes til smertelindring, vekttap, forbedring av kardiovaskulære, gastrointestinale og respiratoriske systemer, og i flere andre applikasjoner5. Pepper er også rik på bioaktive stoffer, spesielt forskjellige antioksidantforbindelser (karotenoider, fenoler og flavonoider) og vitamin C6. For tiden rapporteres pepper å være vegetabilsk avling med det største dyrkingsområdet i Kina, med et årlig plantingsområde på mer enn 1,5 x 106 ha, og står dermed for 8% -10% av det totale vegetabilske plantearealet i Kina. Pepperindustrien har blitt en av de største grønnsaksindustriene i Kina og har den høyeste produksjonsverdien7. Imidlertid blir pepperdyrking ofte utsatt for en rekke biologiske (og sopp) og abiotiske påkjenninger, spesielt saltstress, som har en direkte negativ innvirkning på frøspredning, vekst og utvikling, noe som resulterer i reduksjon av pepperfruktutbytte og kvalitet8.
Frøspredning er den første fasen av samspillet mellom planter og miljø. Frøspredning er svært følsom for svingninger i de omkringliggende mediene, spesielt jordsaltstress, som kan utøve reverserte effekter på fysiologi og metabolisme, og til slutt forstyrre normal vekst, utvikling og morfogenese av avlinger9. I tidligere studier ble spiring av pepperfrø og frøplantevekst under saltstress grundig undersøkt; Imidlertid brukte de fleste studier NaCl som det eneste saltet for stressinduksjon10,11,12. Imidlertid skyldes jordsaltskader hovedsakelig Na +, Ca 2 +, Mg 2 +, Cl-, CO3 2- og SO4 2- ion toksisitet generert ved dissosiasjon av natrium–, kalsium- og magnesiumsalter. På grunn av synergien og antagonismen mellom ioner, kan effekten av blandet salt og enkelt salt på vekst og utvikling av avlinger være ganske forskjellige. Imidlertid er de tilsvarende egenskapene til pepperfrøspredning og vekst i blandet salt fortsatt uklare. Derfor brukes to peppervarianter med bemerkelsesverdige forskjeller i salttoleranse som materialer i denne studien. Analyse av effekten av forskjellige saltkonsentrasjoner på spiring av pepperfrø, vekst og fysiologiske og biokjemiske indekser etter ekvimolar blanding av syv salter kan avsløre responsmekanismen for pepperfrøspiring til saltholdighetsstress. Det kan også gi et teoretisk grunnlag for dyrking av sterke pepperplanter, samt høyt utbytte og dyrking av høy kvalitet i saltvannsdyrket.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne forskningsmetoden består av fire viktige trinn som påvirker nøyaktigheten av de eksperimentelle resultatene. For det første, på grunn av den dårlige oppløsningen av blandede salter forårsaket av det økte oppløsningsinnholdet i løsninger med høy saltkonsentrasjon, og den lave oppløseligheten av reagenser som kalsiumklorid, som er vanskeligere å oppløse i vann, må de veide reagensene være fullstendig malt i en mørtel. Videre må reagensene oppløses via ultralydbølger før kapasiteten best…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av Science and Technology Department of Jiangxi Province (20203BBFL63065) og General Project of Science and Technology Research Project of Jiangxi Education Department (GJJ211430). Vi takker Editage (www.editage.cn) for engelskspråklig redigering.
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).
