مقالة منهجية

شبه عالية الإنتاجية لفحص إمكانية الجفاف التسامح في الخس ( خس ساتيفا) مجموعات الأصول الوراثية

DOI:

10.3791/52492

⸱

أبريل 17, 2015

 , 
1Agricultural Research Service, United States Department of Agriculture

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تطوير هذا البروتوكول لفحص مجموعة كبيرة من الأصول الوراثية من الخس النباتي الورقي (Lactuca sativa L.) لتحمل الجفاف ، من أجل تحديد مجموعة صغيرة مرشحة من الخس لاستخدامها في الدراسات الفسيولوجية والجزيئية والجينية لتحديد السمات الأساسية لتحمل الجفاف جنبا إلى جنب مع برامج التربية.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف هذا البروتوكول طريقة تم من خلالها فحص مجموعة كبيرة من الأصول الوراثية النباتية الورقية الخضراء (Lactuca sativa L.) بحثا عن سمات محتملة لتحمل الجفاف. يعد توافر المياه العذبة للاستخدام الزراعي مصدر قلق متزايد في جميع أنحاء الولايات المتحدة وكذلك العديد من مناطق العالم. وقد أدت أحداث الجفاف قصيرة الأجل، إلى جانب التدخل التنظيمي في تنظيم توافر المياه، إلى جانب التهديد الذي يلوح في الأفق المتمثل في التحولات المناخية الطويلة الأجل التي قد تؤدي إلى انخفاض هطول الأمطار في العديد من المناطق الزراعية الهامة، إلى زيادة الحاجة إلى التعجيل بتطوير المحاصيل التي تتكيف مع تحسين كفاءة استخدام المياه من أجل الحفاظ على الإنتاج أو توسيعه في السنوات القادمة. لا يقصد بهذا البروتوكول أن يكون دليلا تفصيليا لتحديد سمات تحمل الجفاف على المستوى الفسيولوجي أو الجزيئي في الخس ، بل هو طريقة تم تطويرها وتحسينها من خلال فحص الآلاف من أصناف الخس المختلفة. تعتمد طبيعة هذه الشاشة جزئيا على القياسات المبسطة التي تركز على ثلاثة مؤشرات فقط للإجهاد المائي: المحتوى المائي النسبي للأوراق ، والذبول ، ونمو النبات التفاضلي بعد إجهاد الجفاف. الغرض من الفحص السريع لمجموعة كبيرة من الأصول الوراثية هو تضييق نطاق المجموعة المرشحة إلى نقطة يمكن فيها تطبيق طرق فسيولوجية وجزيئية وجينية أكثر كثافة لتحديد سمات محددة تتحمل الجفاف في المختبر أو الحقل. يمكن أيضا دمج المرشحين مباشرة في برامج التربية كمصدر لسمات تحمل الجفاف.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كان توافر المياه للري مصدر قلق في معظم أنحاء الولايات المتحدة والعالم لعقود من الزمن ، لكن البحث في الاستجابة لإجهاد الجفاف ، إلى جانب الضغوط اللاأحيائية الأخرى ، تخلف عن العمل في مجالات مقاومة الأمراض والحشرات ، على المستويات الصناعية والأكاديمية والحكومية إلى حد كبير بسبب نقص التمويل. لم يكن توافر المياه للزراعة تاريخيا سوى فكرة متأخرة على مستوى صانعي السياسات. في الآونة الأخيرة ، بسبب العديد من حالات الجفاف الشديدة في مناطق الإنتاج الزراعي الهامة في كل من الولايات المتحدة وأستراليا ، تم تسليط الضوءعلى 1،2 توافر المياه العذبة على المستويين الوطني والدولي ، مما أدى إلى توجيه العديد من الموارد نحو البحث في تطوير أصناف تتحمل الجفاف من محاصيل الحبوب الرئيسية. في حين أن هذا التركيز المتحول نحو تطوير المحاصيل الرئيسية التي تتحمل الجفاف مفيد ، مثل العديد من مجالات أبحاث النبات ، فقد تم ترك المحاصيل المتخصصة إلى حد كبير.

يحد الجفاف الشديد حاليا من إنتاج الخضروات في كاليفورنيا ، أكبر منطقة إنتاج للخس (Lactuca sativa L.) في الولايات المتحدة3. هذه الأنماط الجوية قصيرة المدى إلى جانب الإجراءات التشريعية والقضائية جنبا إلى جنب مع تغير المناخ على المدىالطويل 4،5 قد اجتمعت لتقليل المياه المتاحة للزراعة في العديد من المناطق الأكثر إنتاجية في كاليفورنيا. يمثل إنتاج الخس في كاليفورنيا صناعة تبلغ قيمتها 1.5 مليار دولار تمثل ما يقرب من 80٪ من إنتاج الخس في الولاياتالمتحدة 3. تحتوي الخضروات الورقية على نسبة عالية من الماء من الأوراق والخس ، على وجه الخصوص ، له نظام جذر ضحل6،7 مما يترك المحصول عرضة للإجهاد المائي. في الخس ، كما هو الحال في جميع المحاصيل ، سيصبح تطوير الأصناف التي تتحمل الجفاف ذا أهمية متزايدة حيث تصبح إمدادات المياه العذبة للري أكثرتقييدا 8.

يضع هذا البروتوكول طريقة تم من خلالها إجراء فحص أولي على مجموعة كبيرة من الأصول الوراثية للخس من أجل تحديد مجموعة من الخطوط المرشحة التي يحتمل أن تتحمل الجفاف لاستخدامها في الدراسات الفسيولوجية والجزيئية والوراثية لتحديد سمات محددة لتحمل الجفاف. يمكن أيضا استخدام هذه المرشحين مباشرة كمصادر لتحمل الجفاف في برامج التربية لتحسين كفاءة استخدام المياه في الأصناف التجارية. تم تطوير هذا البروتوكول خصيصا لمعالجة التحديات التي تنشأ أثناء أي شاشة لمجموعة واسعة من الأصول الوراثية ، وخاصة قضايا توافر المساحة والعمالة. أيضا ، تم تطوير البروتوكول كما تم تقديمه للاستخدام في الخس ، ولكن تم تكييفه بنجاح لاستخدامه في فحص مجموعة الأصول الوراثية من السبانخ (Spinacia oleracea) لتحمل الجفاف المحتمل ويمكن تعديله ببساطة لفحص أي محصول نباتي ورقي.

أحد الاعتبارات المهمة قبل بدء شاشة تحمل الجفاف هو فهم ماهية هذه الطريقة وما هي ليست كذلك. يهدف هذا البروتوكول إلى تمثيل طريقة سريعة يمكن من خلالها تضييق مجموعة الأصول الوراثية الكبيرة بسرعة وكفاءة إلى عدد يمكن التحكم فيه من الأصول الوراثية المرشحة لاستخدامها في دراسات أكثر تركيزا وشمولية لتحديد سمات التسامح الفردية. يخضع هذا البروتوكول النباتات لإجهاد مائي شديد سريع المستحث على عكس إجهاد الجفاف المستمر المعتدل الطبيعي الذي يمكن ملاحظته في ظل الظروف الميدانية. نوع الاستجابة المستحثة داخل النبات خلال هذين النوعين من أحداث الإجهاد المائي (الجفاف السريع مقابل الجفاف الطبيعي) ليس متطابقا9 مما قد يؤدي إلى استبعاد بعض المواد من التجارب المستقبلية. لا يخلو هذان الحدثان من الإجهاد من التداخل على الرغم من10 ، ويجب أن يكون هذا البروتوكول بمثابة طريقة فعالة لتحديد الأصول الوراثية التي يحتمل أن تتحمل الجفاف الموجودة في مجموعة كبيرة. لا ينبغي اعتبار هذا البروتوكول وحده كافيا لتحديد الأصول الوراثية التي تحتوي على تحمل دائم للجفاف في ظل ظروف الإجهاد المائي الحقلي بدرجة عالية من اليقين ، ولكنه يمثل خطوة مهمة إلى الأمام في الفحص السريع للخضروات الخضراء الورقية بحثا عن سمات محتملة لتحمل الجفاف.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. زراعة

  1. ملء صواني قابس (128 الخلية؛ 28 × 54 سم مع الخلايا 3 سم و 5 سم مربع العميقة) مع مزيج التربة المكونات. للمساعدة في ملء موحد للخلايا ضغط التربة في كل علبة باستخدام علبة المكونات فارغة.
  2. نبات الخس البذور ¼ بوصة في عمق 2-3 بذور لكل خلية. محطة كل الخطوط التجريبية في صواني منسوخة لتوفير أكد كل من الجفاف والصواني لمراقبة المحاكمة الجفاف.
  3. وضع صواني المكونات في علبة قاعدة بدون ثقوب.
  4. صواني المياه والغطاء مع علبة مقلوب أو قبة بلاستيكية. إنبات يحدث عادة في 48-72 ساعة. بعد الإنبات إزالة الغطاء وتتحرك الصواني في الاحتباس الحراري.
    ملاحظة: يمكن أيضا أن يتم تنفيذ هذا البروتوكول في غرف النمو.

2. النمو ورعاية النباتات

  1. صواني الماء حسب الحاجة 1-4 أسابيع بعد الإنبات، وعادة هذا هو 2-3 مرات أسبوعيا، عن طريق ملء الدنيا علبة والسماح التربة لتصبح مشبعة (~ 1 ساعة) أشعة للجلوس لفترة طويلةالصورة في الماء لأن هذا قد يؤثر سلبا على صحة النبات والتنمية الجذرية ويمكن أن تؤثر على الشاشة الجفاف.
  2. تسميد صواني مرة واحدة أسبوعيا مع التجارية القابلة للذوبان 20-20-20 الأسمدة مختلطة بمعدل 1.5 ملعقة شاي / غال.
  3. صواني رقيقة لمصنع واحد لكل خلية 1-2 أسابيع وظيفة في الإنبات.

3. المبادرة للجفاف الإجهاد

  1. عندما النباتات هي صواني منفصلة أربعة أسابيع من العمر إلى 2 المجموعات. تخضع مجموعة واحدة لإجهاد مائي شديد. استخدام الأدراج الأخرى كما الماء جيدا الضوابط. المياه السيطرة على المجموعة كما في الخطوة 2.1 في كافة مراحل التجربة. في الشروع في إجهاد الجفاف تعليق تخصيب جميع الأدراج للفترة المتبقية من التجربة.
  2. وتحدث هذه الفترة التجريبية الجفاف خلال أسبوع واحد. في اليوم الأول من المحاكمة إجهاد الجفاف (يوم 0) ملء جميع الأدراج السفلية مع المياه والسماح للتربة في الأدراج المكونات حتى تصبح مشبعة تماما ثم استنزاف المياه من الصواني. تشبع التربة مباشرة قبل بدء روقال انه فترة التوتر يساعد على تقليل أي تغيير في رطوبة التربة بين الخلايا الفردية في الأدراج المكونات.

4. إجراء الشاشة الإجهاد الجفاف الأساسية مع المعلمات ليتم قياس

ملاحظة: توضح الخطوات التالية كيفية جمع القياسات الفسيولوجية الثلاث التي سيتم تسجيلها على مدار الشاشة الجفاف في حين يوفر الجدول 1 جدول القياسات التي اتخذت في كل يوم من الفترة التجريبية الجفاف من الإجهاد.

  1. قياس ليف النسبي محتوى الماء (RWC) في أيام 0، 2، 4 من المحاكمة.
    1. كليب مصنع الخس من الدرج وإزالة 2 الأوراق.
    2. لكمة 3 أقراص من كل ورقة باستخدام رقم 9 حفار الفلين (~ 1.6 سم القطر). الجمع بين اللكمات ورقة كما عينة واحدة.
    3. الموازنة بين أقراص ورقة، وهذا هو قيمة الوزن الطازج (FW) المستخدمة لحساب RWC، ثم وضع الأقراص في طبق بتري.
    4. إضافة الماء المقطر فقط ما يكفي من لوحة للجميعآه كل أسطوانة ورقة لتطفو. هذا هو لترطيب تماما أقراص رقة لجمع الأوزان متورمة لتحليل RWC. السماح للأقراص ورقة لتعويم لمدة 24 ساعة على RT.
    5. إزالة الأقراص ورقة الآن المائية بالكامل من لوحات وتجف بلطف السطح الخارجي للأقراص ورقة مع المناشف الورقية قبل وزنها الأقراص. تسجيل هذه الأوزان كما الوزن متورم (TW) لحساب RWC.
    6. أقراص مكان ورقة على معمل الورق أو مسح القرص رقة الترشيح في طبق بتري مفتوح وجاف في حاضنة عند 55 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.
      ملاحظة: يمنع الورقة أقراص رقة من الانضمام إلى طبق بتري أثناء التجفيف.
    7. تزن أقراص الأوراق الجافة وسجل الأوزان الجافة مثل (DW) لحساب RWC.
    8. حساب RWC باستخدام صيغة Weatherley وكما وصفها الذكية وبينغهام 11،12.
      RWC = (FW-DW / TW-DW) * 100
      FW = الوزن الطازج، TW = الوزن متورم، DW = الوزن الجاف
    9. كرر الخطوة 4.1 لكل الأصول الوراثية والعلاج في المحاكمة.
  2. تسجيل نبات الذبول بداية مرة واحدة يوميا في يوم 1 من الإجهاد محاكمة الجفاف وتنتهي عندما يتم ذابلة 100٪ من النباتات، وعادة يوم 4 أو 5.
  3. مرحلة الانتعاش والنمو التفاضلي
    1. في يوم 6، اختتام فترة الجفاف من التوتر والنباتات وشدد يدخل مرحلة الانتعاش من المحاكمة. ملء أقل الصواني مع الماء والسماح للصواني-أكد الجفاف لينقع لمدة 24 ساعة قبل استئناف الجدول الزمني للسقي القياسية، خطوة 2.1، والصواني السيطرة.
    2. السماح لجميع النباتات لاستعادة لمدة 10 يوما.
    3. في 10 أيام آخر الجفاف من التوتر حصاد كامل فوق الأرض جزء من كل مصنع وتسجيل الوزن الطازج.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عند تنفيذ شاشة كبيرة من أجل فصل السكان عن طريق سمة التجريبية المطلوبة، في حالة هذا البروتوكول استجابة الجفاف من التوتر، والبيانات التي تم إنشاؤها في المقابل سوف تكون متنوعة من جدا تؤكد عرضة للالمحتمل للجفاف وجميع النقاط في ما بين. ويتضمن الشكل 1 الرسوم البيانية التي تمثل نوع النتائج التي يمكن توقعها من هذا البروتوكول. تدرج أصناف تمثيلية من ثلاثة أنواع الخس مختلفة (رومين (كوس)، crisphead، وbutterhead) في البيانات الواردة. في حين أظهرت البيانات التي تمثل أنواع الخس ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

اعتبارات عدد عينة للشاشة.

وينبغي أن تستند عدد العينات اللازمة على استخدام المطلوب من البيانات من هذه الشاشة. وإذا رغبت نتائج جيدة المنشور فمن المستحسن أن يحصد 3 النباتات الفردية (3 مكررات البيولوجية) من كل سطر وتنفيذ ما لا يقل عن 2 مكررات التجريبية لإعطاء نقاط كافية للتحليل الإحصائي الجودة. إذا كانت النتيجة المرجوة هي ببساطة لتضييق بسرعة مجموعة كبيرة من الأصول الوراثية مرشح من أجل إجراء تجارب الم...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يود المؤلفون أن يشكروا وزارة الأغذية والزراعة في كاليفورنيا على تمويل المشروع الذي أدى إلى تطوير هذا البروتوكول. CDFA SCB11019.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
علبة التوصيل 128TO Plastics
Hummert International		11-8595-1سيعمل أي درج توصيل للعلامة التجارية ، ولكن استخدم نفس نمط الصواني لجميع التجارب.
الدرج السفلي (صينية العرض)TO Plastics
Hummert International		11-3305-1
المكونات / مزيج الزراعة (Sunshine Mix # 5) Sunshine
Hummert International		10-0467-1قد يلزم استبدال مزيج مختلف في حالة تكييف هذا البروتوكول مع محصول مختلف. تم استخدام مزيج Sunshine # 4 في تجارب السبانخ.
سماد (20-20-20)جاك: سماد احترافي قابل للذوبان في الماء
Hummert International		07-5915-1يمكن استخدام أي سماد ، اضبط النوع حسب الحاجة لتكييف هذا البروتوكول مع احتياجات المحاصيل المحددة.

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Dijk, A. I. J. M., et al. The Millennium Drought in southeast Australia (2001–2009): Natural and human causes and implications for water resources, ecosystems, economy, and society. Water Resour. Res. 49, (2013).
  2. Aghakouchak, A., Feldman, D., Stewardson, M. J., Saphores, J., Grant, S., Sanders, B. Australia’s Drought: Lessons for California. Science. 343, 1430(2014).
  3. Tolomeo, V. California Agricultural Statistics 2012 Crop Year. USDA National Agricultural Statistics Service Pacific Regional Office-California. , http://www.nass.usda.gov/Statistics_by_State/California/Publications/California_Ag_Statistics/Reports/2012cas-all.pdf (2013).
  4. Cavagnaro, T., et al. Climate Change: Challenges and Solutions for California Agricultural Landscapes. White paper CEC-500-2005-189-SF. California Climate Change Center. , Available from: http://www.energy.ca.gov/2005publications/CEC-500-2005-189/CEC-500-2005-189-SF.PDF (2005).
  5. Lobell, D. B., Gourdji, S. M. The Influence of Climate Change on Global Crop Productivity. Plant Physiol. 160, 1686-1697 (2012).
  6. Jackson, L. E., Stivers, L. J. Root distribution of lettuce under commercial production: implications for crop uptake of nitrogen. Biological Agriculture and Horticulture. 9, 273-293 (1993).
  7. Jackson, L. E. Root architecture in cultivated and wild lettuce (Lactuca spp). Plant. Cell and Environment. 18, 885-897 (1995).
  8. Malcom, S., Marshall, E., Aillery, M., Heisey, P., Livingston, M., Day-Rubenstein, K. Agricultural Adaptation to a Changing Climate: Economic and Environmental Implications Vary by U.S Region. USDA Economic Research Service. Economic Research Report Number. 136, Available from: http://www.ers.usda.gov/media/848748/err136.pdf (2012).
  9. Chaves, M. M., Maroco, J. P., Pereira, J. S. Understanding plant responses to drought- from genes to the whole plant. Funct. Plant Biol. 30, 239-264 (2003).
  10. Ingram, J., Bartels, D. The Molecular Basis of Dehydration Tolerance in Plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 47, 377-403 (1996).
  11. Weatherley, P. E. Studies in the water relations of the cotton plant. I. The field measurement of water deficits in leaves. New Phlytol. 49, 81-97 (1950).
  12. Smart, R. E., Bingham, G. E. Rapid Estimates of Relative Water Content. Plant Physiol. 53, 258-260 (1974).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Drought Tolerance ScreeningLettuce GermplasmLeaf Relative Water ContentPlant Wilt AssessmentDifferential Growth MeasurementWater Stress IndicatorsGermplasm Collection AnalysisWater Use EfficiencyLettuce Drought Tolerance

مقالات ذات صلة