A study of salt tolerance differences in Cyperus esculentus at different growth stages in a sandy saline soil

doi:10.11686/cyxb2024287

Abstract

Abstract:

This research investigated the effects of different NaCl concentrations on the growth and physiology of Cyperus esculentus at different growth stages， and comprised a pot experiment with a gradient of five different NaCl stress levels： 0 g·kg^-1 （control）， 0.5 g·kg^-1 （mild）， 1.0 g·kg^-1 （moderate）， 2.0 g·kg^-1 （severe）， and 3.5 g·kg^-1 （saline soil） of added NaCl. The biomass accumulation， levels of osmotic adjustment substances and antioxidant enzyme activities of C. esculentus were then analyzed at the seedling stage and different tuber development stages， and salt tolerance in the different stages evaluated. It was found that mild salt stress seriously inhibited the aboveground and underground growth of C. esculentus at the seedling stage， and the biomass did not change significantly after salt stress. From the early stage to the late stage of tuber maturity， the aboveground and underground biomass was significantly lower with increase in salt stress， and growth ceased during the middle stage of tuber development in the severe and saline treatments. The contents of Na⁺ and Cl^-increased significantly with increase in salt stress， while the K⁺∶Na⁺ ratio decreased. C. esculentus adapted to salt stress mainly through the accumulation of soluble protein， soluble sugar and betaine， and the increase of catalase （CAT） and superoxide dismutase （SOD） activity during the seedling stage and early tuber development. In the middle of the tuber development stage， a significant increase in SOD activity was the primary mechanism for alleviation of salt stress. In the late tuber stage， the acclimation to salt stress was through the accumulation of soluble protein and betaine and increased SOD activity. The salt tolerance of C. esculentus at the different growth stages ranked seedling stage>late tuber stage>middle tuber stage>early tuber stage. From a perspective of a multivariate analysis of plant traits， soil NaCl concentration≤1.0 g·kg^-1 is recommended. The results of this study provide scientific data to aid development of practical guidelines for the large-scale planting of C. esculentus in sandy salinized land in Xinjiang Province.

Key words: Cyperus esculentus, salt stress, NaCl, growth and development, antioxidant enzymes, osmotic regulation

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Figures/Tables 6

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处理 Treatment	Cl^- （g·kg^-1）	NaCl （g·kg^-1）	NaCl浓度 NaCl concentration （mmol·L^-1）
CK	0	0	0
S₁	0.3	0.5	47
S₂	0.6	1.0	94
S₃	1.2	2.0	189
S₄	2.1	3.5	332

处理 Treatment	Cl^- （g·kg^-1）	NaCl （g·kg^-1）	NaCl浓度 NaCl concentration （mmol·L^-1）
CK	0	0	0
S₁	0.3	0.5	47
S₂	0.6	1.0	94
S₃	1.2	2.0	189
S₄	2.1	3.5	332

时期 Stage	处理 Treatment	地上生物量 AB	地下生物量 UB	过氧化氢酶 CAT	过氧化物酶 POD	超氧化物歧化酶 SOD	丙二醛 MDA	可溶性蛋白 SP	可溶性糖 SS	甜菜碱 BT	脯氨酸 Pro	Na⁺	K⁺	Cl^-	K⁺/Na⁺	隶属函数 Membership function		耐盐性排序 Order of salt tolerance
T₁	CK	0.86	0.95	0.76	0.70	0.91	0.89	0.82	0.90	0.81	0.57	0.94	0.85	0.75	0.84	0.83Aa	0.568	1
	S₁	0.42	0.43	0.64	0.53	0.50	0.40	0.55	0.58	0.68	0.58	0.21	0.73	0.32	0.05	0.47Ab		4
	S₂	0.26	0.17	0.26	0.79	0.75	0.36	0.57	0.63	0.33	0.61	0.85	0.59	0.69	0.46	0.52Ab		3	1
	S₃	0.32	0.24	0.58	0.80	0.69	0.45	0.63	0.51	0.62	0.84	0.82	0.45	0.67	0.35	0.57Ab		2
	S₄	0.36	0.17	0.52	0.77	0.55	0.34	0.19	0.16	0.25	0.74	0.85	0.21	0.79	0.38	0.45Ab		5
T₂	CK	0.90	0.48	0.82	0.61	0.78	0.73	0.81	0.66	0.64	0.21	0.82	0.39	0.87	0.63	0.67Ba	0.492	1
	S₁	0.73	0.57	0.64	0.29	0.73	0.47	0.41	0.52	0.33	0.36	0.60	0.61	0.75	0.58	0.54Aab		2
	S₂	0.52	0.58	0.78	0.37	0.45	0.31	0.42	0.38	0.27	0.60	0.64	0.49	0.81	0.53	0.51Abc		3	4
	S₃	0.19	0.32	0.51	0.31	0.53	0.17	0.32	0.53	0.53	0.47	0.52	0.12	0.60	0.17	0.38Bcd		4
	S₄	0.25	0.39	0.69	0.37	0.44	0.29	0.50	0.20	0.37	0.81	0.23	0.23	0.22	0.07	0.36Ad		5
T₃	CK	0.84	0.49	0.44	0.31	0.72	0.74	0.53	0.37	0.61	0.54	0.62	0.46	0.56	0.50	0.55Ba	0.494	1	3
	S₁	0.56	0.47	0.61	0.41	0.36	0.38	0.34	0.20	0.53	0.35	0.73	0.30	0.71	0.61	0.47Aa		4
	S₂	0.32	0.38	0.26	0.25	0.50	0.36	0.46	0.54	0.80	0.73	0.63	0.54	0.79	0.55	0.51Aa		2
	S₃	0.24	0.59	0.63	0.64	0.49	0.40	0.66	0.21	0.90	0.73	0.37	0.34	0.60	0.20	0.50ABa		3
	S₄	0.06	0.45	0.58	0.38	0.63	0.62	0.58	0.62	0.76	0.62	0.16	0.44	0.15	0.09	0.44Aa		5
T₄	CK	0.93	0.37	0.83	0.17	0.73	0.45	0.78	0.19	0.88	0.60	0.57	0.43	0.67	0.32	0.57Ba	0.504	1
	S₁	0.49	0.56	0.75	0.19	0.57	0.20	0.59	0.27	0.87	0.78	0.72	0.64	0.58	0.56	0.55Aa		2
	S₂	0.41	0.49	0.70	0.37	0.91	0.75	0.67	0.40	0.27	0.75	0.55	0.42	0.64	0.32	0.55Aa		3	2
	S₃	0.17	0.67	0.69	0.28	0.48	0.27	0.31	0.50	0.21	0.68	0.23	0.76	0.25	0.20	0.41Ba		5
	S₄	0.06	0.47	0.34	0.52	0.51	0.38	0.65	0.69	0.47	0.88	0.17	0.63	0.31	0.15	0.44Aa		4

时期 Stage	处理 Treatment	地上生物量 AB	地下生物量 UB	过氧化氢酶 CAT	过氧化物酶 POD	超氧化物歧化酶 SOD	丙二醛 MDA	可溶性蛋白 SP	可溶性糖 SS	甜菜碱 BT	脯氨酸 Pro	Na⁺	K⁺	Cl^-	K⁺/Na⁺	隶属函数 Membership function		耐盐性排序 Order of salt tolerance
T₁	CK	0.86	0.95	0.76	0.70	0.91	0.89	0.82	0.90	0.81	0.57	0.94	0.85	0.75	0.84	0.83Aa	0.568	1
	S₁	0.42	0.43	0.64	0.53	0.50	0.40	0.55	0.58	0.68	0.58	0.21	0.73	0.32	0.05	0.47Ab		4
	S₂	0.26	0.17	0.26	0.79	0.75	0.36	0.57	0.63	0.33	0.61	0.85	0.59	0.69	0.46	0.52Ab		3	1
	S₃	0.32	0.24	0.58	0.80	0.69	0.45	0.63	0.51	0.62	0.84	0.82	0.45	0.67	0.35	0.57Ab		2
	S₄	0.36	0.17	0.52	0.77	0.55	0.34	0.19	0.16	0.25	0.74	0.85	0.21	0.79	0.38	0.45Ab		5
T₂	CK	0.90	0.48	0.82	0.61	0.78	0.73	0.81	0.66	0.64	0.21	0.82	0.39	0.87	0.63	0.67Ba	0.492	1
	S₁	0.73	0.57	0.64	0.29	0.73	0.47	0.41	0.52	0.33	0.36	0.60	0.61	0.75	0.58	0.54Aab		2
	S₂	0.52	0.58	0.78	0.37	0.45	0.31	0.42	0.38	0.27	0.60	0.64	0.49	0.81	0.53	0.51Abc		3	4
	S₃	0.19	0.32	0.51	0.31	0.53	0.17	0.32	0.53	0.53	0.47	0.52	0.12	0.60	0.17	0.38Bcd		4
	S₄	0.25	0.39	0.69	0.37	0.44	0.29	0.50	0.20	0.37	0.81	0.23	0.23	0.22	0.07	0.36Ad		5
T₃	CK	0.84	0.49	0.44	0.31	0.72	0.74	0.53	0.37	0.61	0.54	0.62	0.46	0.56	0.50	0.55Ba	0.494	1	3
	S₁	0.56	0.47	0.61	0.41	0.36	0.38	0.34	0.20	0.53	0.35	0.73	0.30	0.71	0.61	0.47Aa		4
	S₂	0.32	0.38	0.26	0.25	0.50	0.36	0.46	0.54	0.80	0.73	0.63	0.54	0.79	0.55	0.51Aa		2
	S₃	0.24	0.59	0.63	0.64	0.49	0.40	0.66	0.21	0.90	0.73	0.37	0.34	0.60	0.20	0.50ABa		3
	S₄	0.06	0.45	0.58	0.38	0.63	0.62	0.58	0.62	0.76	0.62	0.16	0.44	0.15	0.09	0.44Aa		5
T₄	CK	0.93	0.37	0.83	0.17	0.73	0.45	0.78	0.19	0.88	0.60	0.57	0.43	0.67	0.32	0.57Ba	0.504	1
	S₁	0.49	0.56	0.75	0.19	0.57	0.20	0.59	0.27	0.87	0.78	0.72	0.64	0.58	0.56	0.55Aa		2
	S₂	0.41	0.49	0.70	0.37	0.91	0.75	0.67	0.40	0.27	0.75	0.55	0.42	0.64	0.32	0.55Aa		3	2
	S₃	0.17	0.67	0.69	0.28	0.48	0.27	0.31	0.50	0.21	0.68	0.23	0.76	0.25	0.20	0.41Ba		5
	S₄	0.06	0.47	0.34	0.52	0.51	0.38	0.65	0.69	0.47	0.88	0.17	0.63	0.31	0.15	0.44Aa		4

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