種子発芽に及ぼす複合塩ストレスの影響の解析とトウガラシの耐 塩性分析
Summary
以下の論文は、6つの混合塩濃度に応じて塩分耐性の違いを持つ2つのコショウ品種の種子発芽、苗の成長、および生理学的指標を測定するためのプロトコルを示しています。このプロトコルは、コショウ品種の耐塩性を評価するために使用できます。
Abstract
発芽段階におけるトウガラシ(トウガラシL.)の耐塩性と生理的メカニズムを決定するために、耐塩性に大きな違いがある紅天湖101および新郷8品種を研究材料として採用しています。Na2CO3、NaHCO3、NaCl、CaCl2、MgCl2、MgSO4、およびNa2SO4の等しいモル比を使用して導出された0、3、5、10、15、および20 g / Lの6つの混合塩濃度が使用されます。それらの効果を決定するために、種子の発芽、苗の成長、生理機能の関連する指標を測定し、メンバーシップ関数分析を使用して耐塩性を総合的に評価します。その結果,混合塩濃度が増加するにつれて,2品種の発芽ポテンシャル,発芽指数,発芽率,種子発芽活力指数,根長,根生加重は有意に減少し,相対塩分率は徐々に増加することが示された。胚軸の長さと地上の新鮮重量は最初に増加し、次に減少しますが、マロンジアルデヒド(MDA)、プロリン(Pro)含有量、カタラーゼ(CAT)、ペルオキシダーゼ(POD)、およびスーパーオキシドジスムターゼ(SOD)活性は減少してから増加します。Hongtianhu 101種子の発芽電位、発芽指数、発芽率、種子発芽活力指数、根長、根の新鮮重量、MDAおよびPro含有量、およびCAT活性は、ここで使用したすべての塩濃度で新郷8のそれらよりも高くなっています。ただし、胚軸の長さ、地上の新鮮重量、および相対塩分率は、新郷8よりも紅天湖101の方が低くなっています。耐塩性の総合評価により、2つのメンバーシップ関数インデックスの合計加重値は、最初に増加し、次に混合塩濃度が増加するにつれて減少することが明らかになりました。メンバーシップ関数値が最も高い5 g/Lと比較して、3 g/L、10 g/L、および15 g / Lの塩濃度下での指数は、それぞれ4.7%-11.1%、25.3%-28.3%、および41.4%-45.1%減少します。本研究では,トウガラシの耐塩性品種の育種に関する理論的指針と,耐塩性・耐塩性栽培に関わる生理的メカニズムの解析を行う。
Introduction
塩分濃度は、世界中の作物生産性の主要な制限要因です1。現在、世界の灌漑地の19.5%近く、乾燥地の2.1%が塩分の影響を受けており、農地の約1%が毎年塩水アルカリ地に退化しています。2050年までに、耕作可能な土地の50%が塩類化の影響を受けると予想されています2,3。海岸近くまたは沿岸周辺の自然の岩石風化や塩辛い雨水などの自然要因に加えて、急速な表面蒸発、低降雨量、および不合理な農業管理方法が土壌塩類化のプロセスを悪化させています。土壌塩類化は植物の根の成長を阻害し、植物の根から葉への水と栄養素の吸収と輸送を減らします。この阻害は、生理的な水不足、栄養の不均衡、およびイオン毒性をもたらし、作物の生産性を低下させ、作物収量を完全に失います。耕作地の塩類化は、世界の農産物生産に影響を与える最も重要な非生物的ストレス要因の1つになりつつあります4。塩ストレスは農業に利用できる耕作地を減少させ、将来の農産物の需要と供給の間に大きな不均衡をもたらす可能性があります。したがって、土壌塩類化が作物の成長と生理学的および生化学的メカニズムに及ぼす影響を調査することは、耐塩性品種の育種、塩分土壌の持続可能な利用、および農産物の安全性に役立ちます。
コショウ(トウガラシ) は、その高い栄養価と薬効のために世界中に植えられています。たとえば、カプサイシンはコショウのスパイシーな風味の原因となるアルカロイドです。カプサイシンは、痛みの緩和、体重減少、心血管系、消化管系、呼吸器系の改善、およびその他のいくつかの用途に使用できます5。コショウはまた、生理活性物質、特にさまざまな抗酸化化合物(カロチノイド、フェノール、フラボノイド)とビタミンC6が豊富です。現在、コショウは中国最大の栽培面積を持つ野菜作物であると報告されており、年間植栽面積は1.5 x 106 ヘクタールを超え、それによって中国の総野菜栽培面積の8%〜10%を占めています。コショウ産業は中国最大の野菜産業の1つになり、最高の生産額7を持っています。しかし、コショウの栽培は、さまざまな生物学的(害虫や真菌)および非生物的ストレス、特に塩ストレスにさらされることが多く、種子の発芽、成長、および発達に直接悪影響を及ぼし、コショウ果実の収量と品質が低下します8。
種子の発芽は、植物と環境の間の相互作用の最初の段階です。種子の発芽は、周囲の培地の変動、特に土壌塩ストレスに非常に敏感であり、生理学と代謝に逆の影響を及ぼし、最終的には作物の正常な成長、発達、および形態形成を乱す可能性があります9。以前の研究では、塩ストレス下でのコショウ種子の発芽と苗の成長が広範囲に調査されました。しかし、ほとんどの研究では、ストレス誘発の唯一の塩としてNaClを使用していました10,11,12。しかし、土壌塩害は、主にナトリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩の解離によって生じるNa+、Ca2+、Mg2+、Cl-、CO3 2-、およびSO42–イオン毒性によるものです。イオン間の相乗効果と拮抗作用により、作物の成長と発達に対する混合塩と単一塩の影響はかなり異なる場合があります。しかし、コショウ種子の発芽と混合塩の成長の対応する特性はまだ不明です。そこで本研究では,耐塩性の差が著しい2種類のトウガラシを材料として用いた。7つの塩を等モル混合した後のコショウ種子の発芽、成長、および生理学的および生化学的指標に対するさまざまな塩濃度の影響を分析することで、塩分ストレスに対するコショウ種子発芽の応答メカニズムを明らかにすることができます。それはまた、強いコショウの苗を栽培するための理論的基礎、ならびに塩水耕作地での高収量および高品質の栽培を提供することができる。
Protocol
Representative Results
Discussion
この研究方法は、実験結果の精度に影響を与える4つの重要なステップで構成されています。第一に、高塩濃度溶液中の溶質含有量の増加による混合塩の溶解不良、および塩化カルシウムなどの試薬の溶解度が低いため、水に可溶化することがより困難であるため、計量された試薬は乳鉢で完全に粉砕する必要があります。さらに、試薬は、容量を決定する前に超音波 を介して 溶解す?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作業は、江西省科学技術局(20203BBFL63065)および江西省教育局科学技術研究プロジェクト総合プロジェクト(GJJ211430)の支援を受けました。英語の編集をしてくださったエディテージ(www.editage.cn)に感謝します。
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) |
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