המאמר שלהלן מציג פרוטוקול למדידת נביטת זרעים, גדילת שתילים ומדדים פיזיולוגיים של שני זני פלפל עם הבדלי סבילות למליחות בתגובה לשישה ריכוזי מלח מעורבים. פרוטוקול זה יכול לשמש כדי להעריך את סובלנות מלח של זני פלפל.
כדי לקבוע את סובלנות המלח ואת המנגנון הפיזיולוגי של פלפל (Capsicum annuum L.) בשלב הנביטה, הזנים Hongtianhu 101 ו Xinxiang 8, שיש להם הבדלים גדולים סובלנות מלח, משמשים כחומרי המחקר. נעשה שימוש בשישה ריכוזי מלח מעורבים של 0, 3, 5, 10, 15 ו-20 גרם/ליטר שמקורם ביחסים מולאריים שווים של Na 2 CO 3, NaHCO3, NaCl, CaCl 2, MgCl 2, MgSO 4 ו-Na 2 SO4. כדי לקבוע את השפעתם, נמדדים המדדים הקשורים של נביטת זרעים, צמיחת שתילים ופיזיולוגיה, וסובלנות המלח מוערכת באופן מקיף באמצעות ניתוח פונקציית חברות. התוצאות מראות כי ככל שריכוז המלח המעורב עולה, פוטנציאל הנביטה, מדד הנביטה, קצב הנביטה, מדד מרץ נביטת הזרעים, אורך השורש ומשקל טרי השורש של שני הזנים יורדים באופן משמעותי, בעוד שקצב המלח היחסי עולה בהדרגה. אורך ההיפוקוטיל והמשקל הטרי מעל פני הקרקע עולים תחילה ולאחר מכן יורדים, בעוד שתכולת המלונדילדהיד (MDA), פרולין (Pro), קטלאז (CAT), פרוקסידאז (POD) וסופראוקסיד דיסמוטאז (SOD) יורדים ואז עולים. פוטנציאל הנביטה, מדד הנביטה, קצב הנביטה, מדד מרץ נביטת הזרעים, אורך השורש, משקל טרי השורש, תכולת MDA ו- Pro ופעילות CAT של זרעי Hongtianhu 101 גבוהים מאלה של Xinxiang 8 עבור כל ריכוזי המלח המשמשים כאן. עם זאת, אורך היפוקוטיל, משקל טרי מעל פני הקרקע ושיעור מלח יחסי נמוכים יותר בהונגטיאנהו 101 מאשר בשין-שיאנג 8. ההערכה המקיפה של סבילות למלח מגלה כי הערכים המשוקללים הכוללים של שני מדדי פונקציית החברות עולים תחילה ולאחר מכן יורדים ככל שריכוז המלח המעורב עולה. בהשוואה ל-5 גרם/ליטר, שהוא בעל ערך פונקציית החברות הגבוה ביותר, המדד תחת ריכוזי מלח של 3 גרם/ליטר, 10 גרם/ליטר ו-15 גרם/ליטר יורד ב-4.7%-11.1%, 25.3%-28.3% ו-41.4%-45.1%, בהתאמה. מחקר זה מספק הדרכה תיאורטית לגידול זנים עמידים למלח של פלפל וניתוח של המנגנונים הפיזיולוגיים המעורבים בסבילות למלח ובגידול עמיד למלח.
מליחות היא גורם מגביל עיקרי לפריון היבול ברחבי העולם1. כיום, כמעט 19.5% מהאדמות המושקות בעולם ו-2.1% מהאדמות היבשות מושפעות ממליחות, וכ-1% מהאדמות החקלאיות מתנוונות לאדמות מליחות-אלקליות מדי שנה. עד שנת 2050, 50% מהקרקעות הראויות לעיבוד צפויות להיות מושפעות מהמלחה 2,3. בנוסף לגורמים טבעיים, כגון בליית סלעים טבעית ומי גשמים מלוחים בקרבת החוף או בסביבתו, אידוי מהיר של פני השטח, מיעוט גשמים ושיטות ניהול חקלאיות בלתי סבירות החריפו את תהליך המלחת הקרקע. המלחת הקרקע מעכבת את צמיחת שורשי הצמח ומפחיתה את הספיגה וההובלה של מים וחומרי מזון משורשי הצמח לעלים. עיכוב זה גורם למחסור פיזיולוגי במים, חוסר איזון תזונתי ורעילות יונים, המובילים לירידה בפריון היבול ולאובדן מוחלט של יבול. המלחת האדמה המעובדת הופכת בהדרגה לאחד מגורמי העקה הא-ביוטיים הקריטיים ביותר המשפיעים על ייצור המזון החקלאי העולמי4. מצוקת המלח מפחיתה את הקרקע הראויה לעיבוד הזמינה לחקלאות, מה שעלול לגרום לחוסר איזון משמעותי בין ההיצע והביקוש של מוצרים חקלאיים עתידיים. לכן, חקר ההשפעות של המלחת קרקע על צמיחת יבולים ומנגנונים פיזיולוגיים וביוכימיים תורם לגידול זנים עמידים למלח, ניצול בר קיימא של קרקע מליחה ובטיחות של מוצרים חקלאיים.
פלפל (Capsicum annuum L.) נטוע ברחבי העולם בשל ערכו התזונתי והרפואי הגבוה. לדוגמה, קפסאיצין הוא אלקלואיד האחראי על הטעם החריף של פלפל. קפסאיצין יכול לשמש להקלה על כאבים, ירידה במשקל, שיפור הלב וכלי הדם, מערכת העיכול ומערכת הנשימה, ובמספר יישומים אחרים5. פלפל עשיר גם בחומרים ביו-אקטיביים, במיוחד תרכובות נוגדות חמצון שונות (קרוטנואידים, פנולים ופלבנואידים) וויטמין C6. נכון לעכשיו, פלפל מדווח להיות יבול ירקות עם שטח הגידול הגדול ביותר בסין, עם שטח שתילה שנתי של יותר מ 1.5 x 106 דונם, ובכך מהווה 8%-10% מכלל שטח שתילת ירקות בסין. תעשיית הפלפל הפכה לאחת מתעשיות הירקות הגדולות בסין ויש לה את ערך התפוקה הגבוה ביותר7. עם זאת, גידול פלפל נתון לעתים קרובות למגוון של עקות ביולוגיות (מזיקים ופטריות) וא-ביוטיות, במיוחד עקה מלחית, שיש לה השפעה שלילית ישירה על נביטת זרעים, גדילה והתפתחות, וכתוצאה מכך ירידה בתנובת פרי הפלפל ובאיכותו8.
נביטת זרעים היא השלב הראשון של אינטראקציה בין צמחים לסביבה. נביטת זרעים רגישה מאוד לתנודות במדיה הסובבת, במיוחד לעקה של מלחי קרקע, אשר עלולה להפעיל השפעות הפוכות על הפיזיולוגיה וחילוף החומרים, ובסופו של דבר להפריע לגדילה, להתפתחות ולמורפוגנזה התקינה של יבולים9. במחקרים קודמים נחקרו בהרחבה נביטת זרעי פלפל וגידול שתילים תחת לחץ מלח; עם זאת, רוב המחקרים השתמשו ב- NaCl כמלח היחיד להשראת מתח10,11,12. עם זאת, נזקי מלח הקרקע נובעים בעיקר מרעילות Na+, Ca 2+, Mg2+, Cl-, CO3 2-, ו-SO42-ion הנוצרת על ידי דיסוציאציה של מלחי נתרן, סידן ומגנזיום. בשל הסינרגיה והאנטגוניזם בין היונים, ההשפעות של מלח מעורב ומלח בודד על צמיחת יבולים והתפתחותם עשויות להיות שונות למדי. עם זאת, המאפיינים המתאימים של נביטת זרעי פלפל וצמיחה במלח מעורב עדיין אינם ברורים. לכן, שני זני פלפל עם הבדלים מדהימים בסבילות למלח משמשים כחומרים במחקר זה. ניתוח ההשפעות של ריכוזי מלח שונים על נביטת זרעי פלפל, גדילה ומדדים פיזיולוגיים וביוכימיים לאחר ערבוב שווה משקל של שבעה מלחים יכול לחשוף את מנגנון התגובה של נביטת זרעי פלפל לעקה מליחות. זה יכול גם לספק בסיס תיאורטי לטיפוח שתילי פלפל חזקים, כמו גם תשואה גבוהה וטיפוח באיכות גבוהה באדמה מעובדת מליחה.
שיטת מחקר זו כוללת ארבעה שלבים מרכזיים המשפיעים על דיוק תוצאות הניסוי. ראשית, בשל המסה לקויה של מלחים מעורבים הנגרמת על ידי תכולת מומסים מוגברת בתמיסות בריכוז מלח גבוה, ומסיסות נמוכה של ריאגנטים כגון סידן כלורי, אשר קשה יותר להמיס במים, ריאגנטים נשקלים חייבים להיות טחונים במלואם במכתש. יתר…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי מחלקת המדע והטכנולוגיה של פרובינציית ג’יאנגשי (20203BBFL63065) והפרויקט הכללי של פרויקט מחקר המדע והטכנולוגיה של מחלקת החינוך של ג’יאנגשי (GJJ211430). ברצוננו להודות ל-Editage (www.editage.cn) על העריכה בשפה האנגלית.
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) |