ניתוח ההשפעה של מתח מלח מורכב על נביטת זרעים וסובלנות מלח ניתוח של פלפל (Capsicum annuum L.)
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
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).
