تحليل تأثير إجهاد الملح المركب على إنبات البذور وتحمل الملح تحليل الفلفل (الفليفلة السنوية L.)
Summary
تقدم الورقة أدناه بروتوكولا لقياس إنبات البذور ونمو الشتلات والمؤشرات الفسيولوجية لنوعين من الفلفل مع اختلافات تحمل الملوحة استجابة لستة تركيزات ملح مختلطة. يمكن استخدام هذا البروتوكول لتقييم تحمل الملح لأصناف الفلفل.
Abstract
لتحديد تحمل الملح والآلية الفسيولوجية للفلفل (Capsicum annuum L.) في مرحلة الإنبات ، يتم استخدام أصناف Hongtianhu 101 و Xinxiang 8 ، التي لها اختلافات كبيرة في تحمل الملح ، كمواد للدراسة. تم استخدام ستة تركيزات ملح مختلطة من 0 و 3 و 5 و 10 و 15 و 20 جم / لتر مشتقة باستخدام نسب مولار متساوية من Na 2 CO 3 و NaHCO3 و NaCl و CaCl 2 و MgCl2 و MgSO 4و Na2SO 4. لتحديد آثارها ، يتم قياس المؤشرات ذات الصلة لإنبات البذور ، ونمو الشتلات ، وعلم وظائف الأعضاء ، ويتم تقييم تحمل الملح بشكل شامل باستخدام تحليل وظيفة العضوية. أظهرت النتائج أنه مع زيادة تركيز الملح المختلط ، تقل إمكانات الإنبات ومؤشر الإنبات ومعدل الإنبات ومؤشر قوة إنبات البذور وطول الجذر والوزن الطازج للجذر بشكل كبير ، بينما يزداد معدل الملح النسبي تدريجيا. يزداد طول الهيبوكوتيل والوزن الطازج فوق سطح الأرض أولا ثم ينخفض ، بينما ينخفض نشاط malondialdehyde (MDA) ، ومحتوى البرولين (Pro) ، والكاتلاز (CAT) ، والبيروكسيديز (POD) ، وديسموتاز الفائق (SOD) ثم يزيد. إمكانات الإنبات ، ومؤشر الإنبات ، ومعدل الإنبات ، ومؤشر قوة إنبات البذور ، وطول الجذر ، والوزن الطازج للجذر ، ومحتوى MDA و Pro ، ونشاط CAT لبذور Hongtianhu 101 أعلى من تلك الموجودة في Xinxiang 8 لجميع تركيزات الملح المستخدمة هنا. ومع ذلك ، فإن طول hypocotyl ، والوزن الطازج فوق الأرض ، ومعدل الملح النسبي أقل في Hongtianhu 101 منه في Xinxiang 8. يكشف التقييم الشامل لتحمل الملح أن القيم المرجحة الإجمالية لمؤشري دالة العضوية تزداد أولا ثم تنخفض مع زيادة تركيز الملح المختلط. وبالمقارنة مع 5 غ/لتر، التي لها أعلى قيمة دالة عضوية، فإن المؤشر تحت تركيزات الملح من 3 غ/لتر، و10 غرام/لتر، و15 غرام/لتر ينخفض بنسبة 4.7٪ -11.1٪، 25.3٪ -28.3٪، و 41.4٪ -45.1٪، على التوالي. تقدم هذه الدراسة إرشادات نظرية لتربية أصناف الفلفل المتحملة للملوحة وتحليل الآليات الفسيولوجية التي ينطوي عليها تحمل الملح والزراعة المتحملة للملوحة.
Introduction
الملوحة هي عامل رئيسي يحد من إنتاجية المحاصيل في جميع أنحاء العالم1. في الوقت الحاضر ، يتأثر ما يقرب من 19.5 ٪ من الأراضي المروية في العالم و 2.1 ٪ من الأراضي الجافة بالملوحة ، وحوالي 1 ٪ من الأراضي الزراعية تتحول إلى الأراضي المالحة القلوية كل عام. بحلول عام 2050 ، من المتوقع أن تتأثر 50٪ من الأراضي الصالحة للزراعة بالتملح 2,3. بالإضافة إلى العوامل الطبيعية ، مثل التجوية الصخرية الطبيعية ومياه الأمطار المالحة بالقرب من الساحل أو حوله ، أدى التبخر السطحي السريع وانخفاض هطول الأمطار وأساليب الإدارة الزراعية غير المعقولة إلى تفاقم عملية تملح التربة. يمنع تملح التربة نمو جذور النباتات ويقلل من امتصاص ونقل الماء والمواد المغذية من جذور النباتات إلى الأوراق. يؤدي هذا التثبيط إلى نقص فسيولوجي في المياه ، واختلالات غذائية ، وسمية أيونية ، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاجية المحاصيل وفقدان كامل لغلة المحاصيل. أصبحت ملوحة الأراضي المزروعة تدريجيا واحدة من أهم عوامل الإجهاد اللاأحيائي التي تؤثر على الإنتاج الغذائي الزراعي العالمي4. يقلل الإجهاد الملحي من الأراضي الصالحة للزراعة المتاحة للزراعة ، مما قد يؤدي إلى اختلال كبير في التوازن بين العرض والطلب على المنتجات الزراعية المستقبلية. لذلك ، فإن استكشاف آثار تملح التربة على نمو المحاصيل والآليات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية يفضي إلى تربية أصناف متحملة للملوحة ، والاستخدام المستدام للتربة المالحة ، وسلامة المنتجات الزراعية.
يزرع الفلفل (الفليفلة السنوية L.) في جميع أنحاء العالم بسبب قيمته الغذائية والطبية العالية. على سبيل المثال ، كبخاخات هو قلويد مسؤول عن نكهة الفلفل الحار. يمكن استخدام كبخاخات لتخفيف الآلام ، وفقدان الوزن ، وتحسين القلب والأوعية الدموية ، والجهاز الهضمي ، والجهاز التنفسي ، وفي العديد من التطبيقات الأخرى5. الفلفل غني أيضا بالمواد النشطة بيولوجيا ، وخاصة المركبات المضادة للأكسدة المختلفة (الكاروتينات والفينولات والفلافونويد) وفيتامين C6. حاليا ، يقال إن الفلفل هو محصول الخضروات مع أكبر مساحة زراعة في الصين ، حيث تبلغ مساحة الزراعة السنوية أكثر من 1.5 × 106 هكتار ، وبالتالي يمثل 8٪ -10٪ من إجمالي مساحة زراعة الخضروات في الصين. أصبحت صناعة الفلفل واحدة من أكبر صناعات الخضروات في الصين ولها أعلى قيمة إنتاج7. ومع ذلك ، غالبا ما تتعرض زراعة الفلفل لمجموعة متنوعة من الضغوط البيولوجية (الآفات والفطريات) والضغوط اللاأحيائية ، وخاصة الإجهاد الملحي ، الذي له تأثير سلبي مباشر على إنبات البذور ونموها وتطورها ، مما يؤدي إلى تقليل محصول ثمار الفلفل وجودتها8.
إنبات البذور هو المرحلة الأولى من التفاعل بين النباتات والبيئة. إنبات البذور حساس للغاية للتقلبات في الوسائط المحيطة ، وخاصة إجهاد ملح التربة ، والذي قد يمارس تأثيرات عكسية على علم وظائف الأعضاء والتمثيل الغذائي ، وفي النهاية اضطراب النمو الطبيعي والتطور والتشكل للمحاصيل9. في الدراسات السابقة ، تم التحقيق على نطاق واسع في إنبات بذور الفلفل ونمو الشتلات تحت ضغط الملح. ومع ذلك ، استخدمت معظم الدراسات كلوريد الصوديوم باعتباره الملح الوحيد لتحريض الإجهاد10،11،12. ومع ذلك ، فإن تلف ملح التربة يرجع أساسا إلى سمية Na + و Ca 2 + و Mg 2 + و Cl- و CO3 2- و SO4 2– الناتجة عن تفكك أملاح الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم. وبسبب التآزر والعداء بين الأيونات، قد تكون آثار الملح المختلط والملح الواحد على نمو المحاصيل وتطورها مختلفة تماما. ومع ذلك ، فإن الخصائص المقابلة لإنبات بذور الفلفل والنمو في الملح المختلط لا تزال غير واضحة. لذلك ، تم استخدام نوعين من الفلفل مع اختلافات ملحوظة في تحمل الملح كمواد في هذه الدراسة. يمكن أن يكشف تحليل تأثيرات تركيزات الملح المختلفة على إنبات بذور الفلفل ونموها والمؤشرات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية بعد الخلط المتساوي لسبعة أملاح عن آلية استجابة إنبات بذور الفلفل لإجهاد الملوحة. يمكن أن يوفر أيضا أساسا نظريا لزراعة شتلات الفلفل القوية ، فضلا عن الغلة العالية والزراعة عالية الجودة في الأراضي المزروعة المالحة.
Protocol
Representative Results
Discussion
تتكون طريقة البحث هذه من أربع خطوات رئيسية تؤثر على دقة النتائج التجريبية. أولا، نظرا لسوء انحلال الأملاح المختلطة الناجم عن زيادة محتوى المذاب في المحاليل العالية التركيز من الملح، وانخفاض قابلية ذوبان الكواشف مثل كلوريد الكالسيوم، التي يصعب إذابتها في الماء، يجب أن تكون الكواشف الموز?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل قسم العلوم والتكنولوجيا بمقاطعة جيانغشي (20203BBFL63065) والمشروع العام لمشروع أبحاث العلوم والتكنولوجيا التابع لإدارة التعليم في جيانغشي (GJJ211430). نود أن نشكر Editage (www.editage.cn) على تحرير اللغة الإنجليزية.
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).
