Analyse af effekten af sammensat saltstress på frøspiring og salttoleranceanalyse af peber (Capsicum annuum L.)
Summary
Papiret nedenfor præsenterer en protokol til måling af frøspiring, frøplantevækst og fysiologiske indekser for to pebersorter med saltholdighedstoleranceforskelle som reaktion på seks blandede saltkoncentrationer. Denne protokol kan bruges til at evaluere salttolerancen for peber sorter.
Abstract
For at bestemme salttolerancen og den fysiologiske mekanisme for peber (Capsicum annuum L.) på spiringsstadiet anvendes sorterne Hongtianhu 101 og Xinxiang 8, der har store forskelle i salttolerance, som studiematerialer. Der anvendes seks blandede saltkoncentrationer på 0, 3, 5, 10, 15 og 20 g/l afledt under anvendelse af lige molære forhold mellemNa2CO3, NaHCO3, NaCl, CaCl2,MgCl2, MgSO4 ogNa2SO4. For at bestemme deres virkninger måles de relaterede indekser for frøspiring, frøplantevækst og fysiologi, og salttolerance evalueres omfattende ved hjælp af medlemsfunktionsanalyse. Resultaterne viser, at når koncentrationen af blandet salt stiger, falder spirepotentialet, spiringsindekset, spiringshastigheden, frøspiringskraftindekset, rodlængden og rodfriskvægten af de to sorter markant, mens den relative salthastighed gradvist stiger. Hypocotyllængden og den friske vægt over jorden stiger først og falder derefter, mens malondialdehyd (MDA), prolin (Pro) indhold, katalase (CAT), peroxidase (POD) og superoxiddismutase (SOD) aktivitet falder og derefter øges. Spirepotentialet, spiringsindekset, spiringshastigheden, frøspiringskraftindekset, rodlængden, rodfriskvægten, MDA- og Pro-indholdet og CAT-aktiviteten af Hongtianhu 101-frøene er højere end Xinxiang 8 for alle saltkoncentrationer, der anvendes her. Imidlertid er hypocotyllængde, frisk vægt over jorden og relativ salthastighed lavere i Hongtianhu 101 end i Xinxiang 8. Den omfattende evaluering af salttolerance afslører, at de samlede vægtede værdier af de to medlemsfunktionsindekser stiger først og derefter falder, når koncentrationen af blandet salt stiger. Sammenlignet med 5 g / L, som har den højeste medlemsfunktionsværdi, falder indekset under saltkoncentrationer 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 undersøgelse giver teoretisk vejledning til opdræt af salttolerante sorter af peber og en analyse af de fysiologiske mekanismer, der er involveret i salttolerance og salttolerant dyrkning.
Introduction
Saltholdighed er en væsentlig begrænsende faktor for afgrødeproduktivitet på verdensplan1. På nuværende tidspunkt påvirkes næsten 19,5% af verdens kunstvandede jord og 2,1% af tørt land af saltholdighed, og ca. 1% af landbrugsjorden degenererer til saltvand-alkalijord hvert år. I 2050 forventes 50% af agerjorden at være påvirket af tilsaltning 2,3. Ud over naturlige faktorer, såsom naturlig stenforvitring og salt regnvand nær eller omkring kysten, har hurtig overfladefordampning, lav nedbør og urimelige landbrugsforvaltningsmetoder forværret processen med jordsaltning. Jordsaltning hæmmer væksten af planterødder og reducerer absorptionen og transporten af vand og næringsstoffer fra plantens rødder til bladene. Denne hæmning resulterer i fysiologisk vandmangel, ernæringsmæssige ubalancer og iontoksicitet, hvilket fører til reduceret afgrødeproduktivitet og et fuldstændigt tab af afgrødeudbytte. Tilsaltning af dyrket jord er gradvist ved at blive en af de mest kritiske abiotiske stressfaktorer, der påvirker den globale landbrugsfødevareproduktion4. Saltstress reducerer den agerjord, der er til rådighed for landbruget, hvilket kan resultere i en betydelig ubalance mellem udbud og efterspørgsel efter fremtidige landbrugsprodukter. Derfor er udforskning af virkningerne af jordsaltning på afgrødevækst og fysiologiske og biokemiske mekanismer befordrende for opdræt af salttolerante sorter, bæredygtig udnyttelse af saltvand og landbrugsprodukters sikkerhed.
Peber (Capsicum annuum L.) plantes over hele verden på grund af dens høje ernæringsmæssige og medicinske værdi. For eksempel er capsaicin et alkaloid, der er ansvarlig for den krydrede smag af peber. Capsaicin kan bruges til smertelindring, vægttab, forbedring hjerte-kar-sygdomme, mave-tarmkanalen, og åndedrætsorganer, og i flere andre applikationer5. Peber er også rig på bioaktive stoffer, især forskellige antioxidantforbindelser (carotenoider, phenoler og flavonoider) og C-vitamin6. I øjeblikket rapporteres peber at være grøntsagsafgrøden med det største dyrkningsområde i Kina med et årligt plantningsareal på mere end 1,5 x 106 ha, hvilket tegner sig for 8% -10% af det samlede grøntsagsplantningsareal i Kina. Peberindustrien er blevet en af de største grøntsagsindustrier i Kina og har den højeste produktionsværdi7. Imidlertid udsættes peberdyrkning ofte for en række biologiske (skadedyr og svampe) og abiotiske belastninger, især saltstress, som har en direkte negativ indvirkning på frøspiring, vækst og udvikling, hvilket resulterer i reduktion af peberfrugtudbytte og kvalitet8.
Frøspiring er den første fase af interaktion mellem planter og miljø. Frøspiring er meget følsom over for udsving i de omgivende medier, især jordsaltstress, som kan udøve omvendte virkninger på fysiologi og stofskifte og i sidste ende forstyrre den normale vækst, udvikling og morfogenese af afgrøder9. I tidligere undersøgelser blev spiring af peberfrø og frøplantevækst under saltstress grundigt undersøgt; de fleste undersøgelser brugte imidlertid NaCl som det eneste salt til stressinduktion10,11,12. Imidlertid skyldes jordsaltskader hovedsageligt Na+, Ca 2+, Mg 2+, Cl-, CO3 2- ogSO42– iontoksicitet genereret ved dissociation af natrium-, calcium– og magnesiumsalte. På grund af synergien og antagonismen mellem ioner kan virkningerne af blandet salt og enkeltsalt på afgrødevækst og udvikling være helt forskellige. Imidlertid er de tilsvarende egenskaber ved spiring af peberfrø og vækst i blandet salt stadig uklare. Derfor anvendes to pebersorter med bemærkelsesværdige forskelle i salttolerance som materialer i denne undersøgelse. Analyse af virkningerne af forskellige saltkoncentrationer på spiring af peberfrø, vækst og fysiologiske og biokemiske indekser efter ækvimolær blanding af syv salte kan afsløre responsmekanismen for spiring af peberfrø til saltholdighedsstress. Det kan også give et teoretisk grundlag for dyrkning af stærke peberplanter samt højt udbytte og dyrkning af høj kvalitet i saltvandsdyrket jord.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne forskningsmetode består af fire nøgletrin, der påvirker nøjagtigheden af de eksperimentelle resultater. For det første skal de vejede reagenser på grund af den dårlige opløsning af blandede salte forårsaget af det øgede opløste indhold i opløsninger med høj saltkoncentration og den lave opløselighed af reagenser såsom calciumchlorid, som er vanskeligere at opløse i vand, males helt i en mørtel. Endvidere skal reagenserne opløses via ultralydbølger, inden kapaciteten bestemmes. For det an…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af videnskabs- og teknologiafdelingen i Jiangxi-provinsen (20203BBFL63065) og det generelle projekt for videnskab og teknologiforskningsprojekt fra Jiangxi Education Department (GJJ211430). Vi vil gerne takke Editage (www.editage.cn) for engelsksproget 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).
