Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Định lượng ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự nảy mầm hạt và sự phát triển của cây con Eruca (Eruca sativa) sử dụng các mô hình toán học
Tóm tắt
Eruca (Eruca sativa; Brassicaceae) là một cây công nghiệp quan trọng do khả năng phát triển trong nhiều điều kiện khí hậu khác nhau và trên đất có độ phì nhiêu thấp cũng như do chất lượng dầu hạt và protein. Sự nảy mầm hạt (SG) là một sự kiện quan trọng trong lịch sử sống của cây, có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi một số yếu tố môi trường như nhiệt độ (T), tiềm năng nước (ψ), độ mặn, độ pH, và độ sâu chôn vùi. Do đó, nghiên cứu này nhằm (i) điều tra ảnh hưởng của các yếu tố môi trường này lên hành vi nảy mầm của Eruca bằng cách sử dụng một số mô hình toán học, (ii) xác định nhiệt độ giới hạn Ts và giá trị ngưỡng chịu đựng cho mỗi đặc tính (tức là, giảm 50% so với giá trị tối đa của nó) bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường, và (iii) định lượng phản ứng của sự phát triển cây con Eruca đối với từng yếu tố môi trường. Kết quả cho thấy rằng sự nảy mầm hạt của Eruca và sự phát triển của cây con bị ảnh hưởng đáng kể bởi các yếu tố này (P < 0.05). Nhiệt độ giới hạn ước tính là 1 °C cho nhiệt độ cơ sở, 30 °C cho nhiệt độ tối ưu và 40.8 °C cho nhiệt độ trần. Giá trị ngưỡng chịu mặn và hạn là 257 mM NaCl và -1.2 MPa cho sự nảy mầm hạt và 247 mM NaCl và -1 MPa cho sự phát triển cây con, cho thấy sự phát triển cây con nhạy cảm hơn so với SG dưới cả điều kiện căng thẳng muối và hạn trong Eruca. Hơn nữa, sự nảy mầm hạt tối đa và sự phát triển của cây con được quan sát ở pH 7 và độ sâu chôn vùi 1.9 cm. Nhìn chung, các mô hình sử dụng trong nghiên cứu này có thể mô tả tốt phản ứng của sự nảy mầm hạt Eruca dưới các mức độ khác nhau của các yếu tố môi trường và các tham số của họ có thể dễ dàng được sử dụng trong các mô hình mô phỏng sự nảy mầm của Eruca. Thông tin này cũng có thể giúp chúng ta quản lý tốt hơn việc sản xuất cây này dưới các điều kiện khó khăn và/hoặc xác định sự mở rộng địa lý của nó trên thế giới.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Abdellaoui R, Boughalleb F, Zayoud D, Neffati M, Bakhshandeh E (2019) Quantification of Retama raetam seed germination response to temperature and water potential using hydrothermal time concept. Environ Exp Bot 157:211–216
Alvarado V, Bradford K (2002) A hydrothermal time model explains the cardinal temperatures for seed germination. Plant Cell Environ 25:1061–1069
Amini V, Zaefarian F, Rezvani M (2015) Interspecific variations in seed germination and seedling emergence of three Setaria species. Braz J Bot 38:539–545
Andreucci M, Moot D, Black A, Sedcole R (2016) A comparison of cardinal temperatures estimated by linear and nonlinear models for germination and bulb growth of forage brassicas. Eur J Agron 81:52–63
Ashraf M (1994) Organic substances responsible for salt tolerance in Eruca sativa. Biol Plant 36:255–259
Atashi S, Bakhshandeh E, Zeinali Z, Yassari E, Teixeira da Silva JA (2014) Modeling seed germination in Melisa officinalis L. in response to temperature and water potential. Acta Physiol Planta 36:605–611
Atashi S, Bakhshandeh E, Mehdipour M, Jamali M, Teixeira da Silva JA (2015) Application of a hydrothermal time seed germination model using the Weibull distribution to describe base water potential in zucchini (Cucurbita pepo L.). J Plant Growth Regul 34:150–157
Atwell BJ (2003) Plants in action: adaptation in nature, performance in cultivation. MacMillian Publishers Pty Ltd, South Yarra
Bakhshandeh E, Gholamhossieni M (2018) Quantification of soybean seed germination response to seed deterioration under PEG-induced water stress using hydrotime concept. Acta Physiol Planta 40:126. https://doi.org/10.1007/s11738-018-2700-1
Bakhshandeh E, Gholamhossieni M (2019) Modelling the effects of water stress and temperature on seed germination of radish and cantaloupe. J Plant Growth Regul. https://doi.org/10.1007/s00344-019-09942-9
Bakhshandeh E, Atashi S, Hafez-Nia M, Pirdashti H (2013) Quantification of the response of germination rate to temperature in sesame (Sesamum indicum). Seed Sci Technol 41:469–473
Bakhshandeh E, Atashi S, Hafeznia M, Pirdashti H, Teixeira da Silva JA (2015) Hydrothermal time analysis of watermelon (Citrullus vulgaris cv.‘Crimson sweet’) seed germination. Acta Physiol Planta 37:1738. https://doi.org/10.1007/s11738-014-1738-y
Bakhshandeh E, Jamali M, Afshoon E, Gholamhossieni M (2017) Using hydrothermal time concept to describe sesame (Sesamum indicum L.) seed germination response to temperature and water potential. Acta Physiol Planta 39:250. https://doi.org/10.1007/s11738-017-2549-8
Baquy M, Li J-Y, Xu C-Y, Mehmood K, Xu R-K (2017) Determination of critical pH and Al concentration of acidic Ultisols for wheat and canola crops. Solid Earth 8:149–159
Baskin CC, Baskin JM (2014) Seeds: ecology, biogeography, and evolution of dormancy and germination. Academic Press, San Diego, p 1600
Basto S, Dorca-Fornell C, Thompson K, Rees M (2013) Effect of pH buffer solutions on seed germination of Hypericum pulchrum, Campanula rotundifolia and Scabiosa columbaria. Seed Sci Technol 41:298–302
Bewley JD, Bradford K, Hilhorst H, Nonogaki H (2013) Seeds: physiology of development, germination and dormancy, 3rd edn. Springer, New York
Bidgoly RO, Balouchi H, Soltani E, Moradi A (2018) Effect of temperature and water potential on Carthamus tinctorius L. seed germination: Quantification of the cardinal temperatures and modeling using hydrothermal time. Ind Crops Prod 113:121–127
Bradford KJ (2002) Applications of hydrothermal time to quantifying and modeling seed germination and dormancy. Weed Sci 50:248–260
Bradford KJ, Still DW (2004) Applications of hydrotime analysis in seed testing. Seed Technol 26:75–85
Chachalis D, Reddy KN (2000) Factors affecting Campsis radicans seed germination and seedling emergence. Weed Sci 48:212–216
Channaoui S, El Kahkahi R, Charafi J, Mazouz H, El Fechtali M, Nabloussi A (2017) Germination and seedling growth of a set of rapeseed (Brassica napus) Varieties under drought stress conditions. Int J Environ Agric Biotechnol 2:487–494
Chauhan BS, Gill G, Preston C (2006) African mustard (Brassica tournefortii) germination in southern Australia. Weed Sci 54:891–897
Derakhshan A, Bakhshandeh A, Siadat SA-A, Moradi-Telavat M-R, Andarzian SB (2018) Quantifying the germination response of spring canola (Brassica napus L.) to temperature. Ind Crops Prod 122:195–201
Dinelli G, Marotti I, Catizone P, Bosi S, Tanveer A, Abbas R, Pavlovic D (2013) Germination ecology of Ambrosia artemisiifolia L. and Ambrosia trifida L. biotypes suspected of glyphosate resistance. Open Life Sci 8:286–296
Fallahi H-R, Fadaeian G, Gholami M, Daneshkhah O, Hosseini FS, Aghhavani-Shajari M, Samadzadeh A (2015) Germination response of grasspea (Lathyrus sativus L.) and arugula (Eruca sativa L.) to osmotic and salinity stresses. Plant Breed Seed Sci 71:97–108
Florentine SK, Weller S, Graz PF, Westbrooke M, Florentine A, Javaid M, Fernando N, Chauhan BS, Dowling K (2016) Influence of selected environmental factors on seed germination and seedling survival of the arid zone invasive species tobacco bush (Nicotiana glauca R. Graham). Rangel J 38:417–425
Forcella F, Arnold RLB, Sanchez R, Ghersa CM (2000) Modeling seedling emergence. Field Crops Res 67:123–139
Garg G, Sharma V (2014) Eruca sativa (L.): botanical description, crop improvement, and medicinal properties. J Herbs Spices Med Plants 20:171–182
Gill PK, Sharma AD, Singh P, Bhullar SS (2003) Changes in germination, growth and soluble sugar contents of Sorghum bicolor (L.) Moench seeds under various abiotic stresses. Plant Growth Regul 40:157–162
Gummerson R (1986) The effect of constant temperatures and osmotic potentials on the germination of sugar beet. J Exp Bot 37:729–741
Honarmand SJ, Nosratti I, Nazari K, Heidari H (2016) Factors affecting the seed germination and seedling emergence of muskweed (Myagrum perfoliatum). Weed Biol Manage 16:186–193
International Seed Testing Association (ISTA) (2009) International rules for seed testing. International Seed Testing Association, Zurich
Jalilian J, Khalili Aqdam N (2015) Effect of alternative temperatures on germination rate of Rocket seed (Eruca sativa). Iranian J Seed Res 2:127–133
Jamil M, Lee CC, Rehman SU, Lee DB, Ashraf M, Rha ES (2005) Salinity (NaCl) tolerance of Brassica species at germination and early seedling growth. Electro. J. Environ. Agric. Food Chemist 4:970–976
Javaid MM, Florentine SK, Ali HH, Chauhan BS (2018) Environmental factors affecting the germination and emergence of white horehound (Marrubium vulgare L.): a weed of arid-zone areas. Rangel J 40:47–54
Kayacetin F, Efeoglu B, Alizadeh B (2018) Effect of NaCl and PEG-induced osmotic stress on germination and seedling growth properties in wild mustard (Sinapis arvensis L.). Anadolu 28:62–68
Kebreab E, Murdoch A (1999) Modelling the effects of water stress and temperature on germination rate of Orobanche aegyptiaca seeds. J Exp Bot 50:655–664
Kebreab E, Murdoch AJ (2000) The effect of water stress on the temperature range for germination of Orobanche aegyptiaca seeds. Seed Sci Res 10:127–133
Kołodziejek J, Patykowski J (2015) Effect of environmental factors on germination and emergence of invasive Rumex confertus in Central Europe. Sci World J. doi:10.1155/2015/170176
Lazzeri L, Errani M, Leoni O, Venturi G (2004) Eruca sativa spp. oleifera: a new non-food crop. Ind Crops Prod 20:67–73
Mesgaran MB, Onofri A, Mashhadi HR, Cousens RD (2017) Water availability shifts the optimal temperatures for seed germination: a modelling approach. Ecol Model 351:87–95
Michel BE, Radcliffe D (1995) A computer program relating solute potential to solution composition for five solutes. Agron J 87:126–130
Nasri N, Maatallah S, Kaddour R, Lachâal M (2016) Effect of salinity on Arabidopsis thaliana seed germination and acid phosphatase activity. Archiv Biol Sci 68:17–23
Nosratti I, Amiri S, Bagheri A, Chauhan BS (2018) Environmental factors affecting seed germination and seedling emergence of foxtail sophora (Sophora alopecuroides). Weed Sci 66:71–77
Prado FE, Boero C, Gallardo M, Gonzalez JA (2000) Effect of NaCl on germination, growth, and soluble sugar content in Chenopodium quinoa Willd seeds. Botan Bull Acade Sin 41:27–34
Rezvani M, Fani Yazdi S (2013) Factors affecting seed germination of black nightshade (Solanum nigrum). Acta Bot Hung 55:397–408
Rowse H, Finch-Savage W (2003) Hydrothermal threshold models can describe the germination response of carrot (Daucus carota) and onion (Allium cepa) seed populations across both sub-and supra-optimal temperatures. New Phytol 158:101–108
SAS Institute Inc (2013) SAS/STAT user’s guide. SAS Institute Inc., Cary
Seal CE, Barwell LJ, Flowers TJ, Wade EM, Pritchard HW (2018) Seed germination niche of the halophyte Suaeda maritima to combined salinity and temperature is characterised by a halothermal time model. Environ Exp Bot 155:177–184
Shanmuganathan V, Benjamin L (1992) The influence of sowing depth and seed size on seedling emergence time and relative growth rate in spring cabbage (Brassica oleracea var. capitata L.). Ann Bot 69:273–276
Shannon M, Grieve C (1998) Tolerance of vegetable crops to salinity. Sci Hortic 78:5–38
Soltani E, Soltani A, Galeshi S, Ghaderi-Far F, Zeinali E (2014) Quantification of seedling emergence of volunteer canola and wild mustard under various burial depths. Iranian J Seed Res 1:1–10
Susko DJ, Hussein Y (2008) Factors affecting germination and emergence of dame’s rocket (Hesperis matronalis). Weed Sci 56:389–393
Tacconi R, De Vincentis F, Lazzeri L, Malaguti L (1998) Reproduction on oleaginous plants of Heterodera schachtii. Inf Agc 4:57–59
Toosi AF, Bakar BB, Azizi M (2014) Effect of drought stress by using PEG 6000 on germination and early seedling growth of Brassica juncea var. Ensabi. Sci Pap Ser A Agron 57:360–363
Vahabinia F, Pirdashti H, Bakhshandeh E (2019) Environmental factors’ effect on seed germination and seedling growth of chicory (Cichorium intybus L.) as an important medicinal plant. Acta Physiol Planta 41:27
Van’t Hoff JH (1887) The role of osmotic pressure in the analogy between solutions and gases. Z fur phys Chem 1:481–508
Wang R, Bai Y, Tanino K (2004) Effect of seed size and sub-zero imbibition-temperature on the thermal time model of winterfat (Eurotia lanata (Pursh) Moq.). Environ Exp Bot 51:183–197
Xu H, Su W, Zhang D, Sun L, Wang H, Xue F, Zhai S, Zou Z, Wu R (2017) Influence of environmental factors on Cucumis melo L. var. agrestis Naud. seed germination and seedling emergence. PLoS ONE 12:e0178638