Name: 可重复的阶梯步骤测定，以访问杂草水稻的过敏性潜力（Oryza sativa ssp.） (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-28T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: 了解阶梯式筛选法在杂草水稻化感作用研究中的应用，该方法可有效分离化感效应与资源竞争，识别抑制稗草生长的水稻种质，为开发生物除草剂提供新途径。

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本项目由密西西比农业与林业实验站资助的特别研究计划拨款支持，且基于美国农业部国家食品与农业研究所资助的哈奇项目（Hatch project）开展，项目编号为230060。

1. 支架构建
注意：木材的尺寸以厚度（cm）× 宽度（cm）× 长度（m）表示。
<ol>
	<li>将木材切割成以下尺寸和数量：五根 10.16 cm × 5.08 cm × 0.91 m 的木条，三根 10.16 cm × 5.08 cm × 0.76 m 的木条，三根 10.16 cm × 5.08 cm × 0.61 m 的木条，五根 10.16 cm × 5.08 cm × 0.46 m 的木条，三根 10.16 cm × 5.08 cm × 0.3 m 的木条，以及三根 10.16 cm × 5.08 cm × 0.15 m 的木条。</li>
	<li>对于最高一层，将一块 2.44 m 的木板横跨在两端各一块 0.91 m 的木条边缘上，并在每块 0.91 m 的木条上垂直钻入两颗螺丝固定。在距离每端 1.22 m 处再用一颗 0.91 m 的木条进行支撑，并将一块 2.44 m 的木板横置于 0.91 m 支架的后方并拧紧固定以提供额外支撑。 
	注：八块 3.175 cm × 15.24 cm × 2.44 m 的木板保持原长不切割，作为每一层工作台的台面。</li>
	<li>使用 0.76 m 的木条重复步骤 1.2，搭建下一层工作台。</li>
	<li>使用 0.61 m 的木条重复步骤 1.2，依次向下搭建至第六层高度为 0.15 m 的工作台。 
	注：第 3 至第 6 层工作台无需后部支撑的 2.44 m 木板。最终支架共六层工作台，每层有三个垂直支撑，分别位于两端和中间位置。</li>
	<li>将各层工作台按高度递减顺序排列，使突出的边缘朝向后方并与上一层工作台接触，各层之间留有间隙。</li>
	<li>沿地面在每层工作台底部边缘安装一块 0.91 cm 的木板，并将工作台固定到位。</li>
	<li>在结构两侧距地面 0.61 m 处，为最高的三个工作台各水平安装一块 0.46 m 的木板以提供支撑。</li>
	<li>在最高层工作台的前端两端及中心位置安装三个角码支架。</li>
	<li>将一根 2.54 cm × 5.08 cm × 20.32 cm 的木条横向固定在支架上，距离工作台底部 2.54 cm。 
	注：制作一个 0.91 m × 0.91 m × 2.44 m 的结构。最终基础结构参见图 1。尺寸可根据实验需求调整。所述结构设计用于适配 15.24 cm 的花盆。各层工作台之间的高度设计旨在容纳本实验所用花盆及植物材料，以便化感物质和溶液在重力作用下从一个花盆依次流至下一层的花盆中。</li>
</ol>
<img alt="为在温室环境中户外使用而建造的木制长凳式座椅结构。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60764/60764fig1a.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图1"> 
图1：木制底座支架的正面视图。 木制底座用作植物样品的支架。系统的材料应根据实验所需样品数量进行组装和添加。本研究中，两个支架用于支撑31个样品。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60764/60764fig1alarge.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
2. 系统组装
<ol>
	<li>取下1升汽水瓶的瓶盖，并用黑色喷漆喷涂瓶身。 
	注意：汽水瓶将作为系统顶部每根柱子的储液罐。喷漆可阻挡光线，从而减少或防止藻类生长。</li>
	<li>在每个汽水瓶底部钻一个小孔，孔径大小刚好能够嵌入内径（ID）为0.35 cm、外径（OD）为0.64 cm、长度为5.08 cm的塑料PVC管。</li>
	<li>插入PVC管后，在孔的边缘涂抹一层硅酮防水密封胶，以防止任何泄漏。待其完全干燥。</li>
	<li>对用于放置花盆的每个塑料托盘重复步骤2.2和2.3。 
	注意：每根柱子需要四个托盘。</li>
	<li>取下2.27升塑料罐的盖子，并用黑色喷漆喷涂罐体外侧。这些罐体将作为每根柱子底部的收集罐。</li>
	<li>在罐体后上方钻一个小孔。 
	注意：步骤2.1–2.6所列材料可组装成一根柱子。柱子的数量取决于实验所需的样本数量。每个样本需要两根柱子。所有尺寸均可根据实验需求进行调整。</li>
	<li>待所有材料准备完毕并完全干燥后，将汽水瓶放置在最高层的实验台面上，使PVC管悬垂于台面边缘并朝向楼梯方向。</li>
	<li>在汽水瓶正下方的下一层实验台面上，放置一个塑料托盘，使其管道悬垂于台面边缘。</li>
	<li>对接下来的两个实验台面重复步骤2.8。</li>
	<li>将收集罐放置在最底层的实验台面上，罐体上的孔朝向后方。</li>
	<li>通过将上方托盘的管道穿过收集罐后部的孔，将两者连接起来。</li>
	<li>在管道穿过收集罐的位置边缘涂抹防水密封胶，以防止泄漏。</li>
	<li>将一台功率为21 W、流量为1,000 L/hr的潜水电动泵放入底部的收集罐中。</li>
	<li>将一根长1.07 m、内径（ID）为1.27 cm、外径（OD）为1.59 cm的PVC管连接到电动泵的喷嘴上。</li>
	<li>将该管道穿过实验台之间的间隙，并绕过系统顶部汽水瓶的后方。</li>
	<li>将泵插入数字定时器，并根据需要设置定时器。 
	注意：在整个实验过程中，定时器设置为每3小时运行1分钟。该时间设置可确保收集罐中的液体最大程度地循环，每次泵启动时约有10分钟的流动时间，同时避免了溢流和 flooding 现象。</li>
</ol>
3. 种植
<ol>
	<li>用70%乙醇冲洗水稻种子30秒，再用5%次氯酸钠溶液浸泡20分钟，最后用蒸馏水冲洗6次，对所需的所有种子进行灭菌处理。</li>
	<li>将灭菌后的水稻种子置于培养皿中，皿底铺有滤纸并加入5 mL蒸馏水，在设定为25 °C的培养室中进行预萌发。</li>
	<li>种子萌发后，将两个较大的咖啡滤纸以自然凹陷的杯状形态放入每个盆器底部。</li>
	<li>用经高压灭菌、清洗并筛分的特制级配石英砂填充每个盆器至滤纸顶部（约为盆器高度的75%）。通过将蒸馏水直接浇在砂表面，或将盆器置于盛有少量蒸馏水的种植托盘中，使砂吸收水分并保持湿润。将六株预萌发的供体植株幼苗等间距移栽至砂中。</li>
	<li>用砂覆盖幼苗。</li>
	<li>让幼苗定植生长3周。 
	注意：砂土干燥速度很快，因此将盆器置于托盘中是一种高效的浇水方法。持续更换托盘中的水有助于防止霉菌滋生。</li>
	<li>在供体植株种植3周后，将受体植株幼苗（E. crus-galli）置于培养皿中进行预萌发：在培养皿底部铺上滤纸，并加入5 mL蒸馏水，然后将培养皿置于25 °C的培养室中培养3–5天。</li>
	<li>按照步骤3.1–3.2所述方法准备盆器。</li>
	<li>幼苗萌发后，将三株幼苗移栽至已准备好的盆器中，并用砂覆盖。 
	注意：实验从处理后第一天（DAT）开始，即受体植株幼苗出土、完成移栽并放入系统中的当天。</li>
</ol>
4. 样品放置
<ol>
	<li>将同一品系的供体植物四盆分别放置在第1列的四个培养皿中，每行一盆。第1列仅放置供体植物。</li>
	<li>将同一品系的供体植物两盆分别放置在第2列的第1行和第3行培养皿中。</li>
	<li>将两盆受体植物分别放置在第2列的第2行和第4行培养皿中。</li>
	<li>每次重复实验时，确保仅添加一行受体植物。两列构成一个处理组，其中第一列仅包含供体植物，第二列则交替放置供体与受体植物（图2）。</li>
</ol>
<img alt="处理组与对照组中渗滤液流动示意图；图示淋溶实验装置。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60764/60764fig2a.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Figure 2"> 
图2：布设示意图。 图示供体植株（WR/R）与受体植株（BYG）在阶梯式系统中的相对位置。阶梯式系统的两列植株构成一个处理组。其中，一列仅含受体植株作为一次重复的对照（最右侧），一列仅含供体植株作为每个品系的对照（中间），而处理列则由供体与受体植株交替排列组成（最左侧）。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60764/60764fig2alarge.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<ol start="5">
	<li>对每种处理或供体植株材料重复执行步骤 4.1–4.4（图 3）。 
	注意：每次重复需要一列受体植株样品作为该次重复的对照。实验采用随机完全区组设计，每种处理重复 3 次。</li>
</ol>
<img alt="水培装置示意图，显示盆中的幼苗；植物生长实验观察。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60764/60764fig3a.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="图3"> 
图3：最终的阶梯式结构。 已组装完成并放置植物的阶梯式系统。该系统包含四排植物样本，底部设有收集箱，用于使溶液循环至顶部瓶中，并通过重力依次流经各个对应的种植盆。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60764/60764fig3alarge.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
5. 操作
<ol>
	<li>在接种后第1天（DAT 1），向每个柱子底部的收集罐中加入约1,500 mL用蒸馏水配制的半强度霍格兰营养液17。</li>
	<li>将定时器设置为所需的自动关闭模式运行。</li>
	<li>用黑色塑料覆盖收集罐，以减少光照和蒸发。</li>
	<li>每2天向罐中补充500 mL霍格兰营养液，以保持系统持续流动。</li>
	<li>温室环境维持在白天28 °C、夜间24 °C，光周期为16小时光照/8小时黑暗，相对湿度保持在53%。</li>
</ol>
6. 数据采集
<ol>
	<li>在第1天（DAT 1）以及之后每周一次直至第21天（DAT 21），将直尺置于每株植物基部，观察最高叶片的高度，测量并记录阶梯式系统中每株植物的高度。</li>
	<li>在第7天和第14天（DAT 7 和 DAT 14），使用叶绿素含量测定仪测量并记录每株植物的叶绿素水平。</li>
	<li>在实验的最后一天（即 DAT 21），为每个花盆标记一个纸袋。</li>
	<li>在基部剪下植物样品，并分别放入纸袋中。</li>
	<li>将所有样品置于设定为 60 °C 的烘箱干燥器中干燥 48 小时16。</li>
	<li>取出干燥后的样品，分别倒在天平上，称量并记录其重量（单位：克）。</li>
</ol>
7. 数据分析
<ol>
	<li>根据受体植物的抑制百分比，使用以下公式计算供体植物的化感潜力： 
	株高降低率 (%) = [对照组株高 (cm) – 处理组株高 (cm)] × 100</li>
	<li>计算供体植物的株高降低率，以检验受体植物对目标植物是否存在反向影响。</li>
	<li>将品系作为固定效应进行分析，而重复和运行次数作为随机效应18。</li>
	<li>使用通用线性模型对数据进行分析，并在统计软件（例如 JMP 14）中采用 Fisher 保护性最小显著差异法在 0.05 或更低概率水平下进行均值分离。</li>
	<li>通过主成分分析并上传数据，可视化原始变量之间的相关性。
	<ol>
		<li>在工具栏中选择 分析 选项卡，选择 以 X 拟合 Y。在“列”中，高亮响应变量（即株高降低百分比），然后点击 Y，响应，以指定 Y 轴所观察的因子（即株高降低百分比）。对于 X 因子，高亮品系并点击 X，因子，然后选择 确定。</li>
		<li>在 单向分析 工具栏上选择 红色向下箭头，选择 均值/方差分析。再次选择 向下箭头，在 单向分析工具栏 上高亮 比较均值，然后选择 每对比较，学生 t 检验。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

利用化感作用可能成为防治难以控制杂草的一种生物防治手段1,7,13。化感作用在解决水稻田杂草危机方面展现出巨大潜力，可作为化学除草或人工除草措施的替代或补充方案5,13,19。鉴定具有化感作用的作物品种或种质资源是将该技术应用于杂草管理策略的第一步。本研究结果表明，部分稗稻和水稻（O. sativa）种质对旱稗（E. crus-galli）具有更强的抑制作用。本研究中表现最优的种质可作为进一步研究化感作用遗传机制和作用机理的候选材料。
阶梯法被证明是一种有效的筛选技术，可用于测定水稻的化感潜力。该方法不限于任何特定的供体或受体植物。多种不同的植物可同时进行筛选，并且可轻松交换目...

化感作用是一种自然且复杂的生物学现象，近几十年来一直是众多植物科学家的研究重点。自20世纪30年代Molisch观察到植物通过向环境中产生和释放化学物质，对邻近植物产生直接或间接影响以来，有关化感作用机制及其在农作物中应用的研究已广泛开展1。化感作用是指植物产生具有抑制某些植物物种生长和萌发作用的次生代谢产物。释放的化感化学物质通过向周围环境添加植物毒素，有助于供体植物获得竞争优势2。多种因素影响化感作用的活性，其效应具有选择性，并因品种、环境条件、生长阶段、胁迫状况、环境因素及养分可利用性而异3。
近年来，化感作用在研究中被强调为应对持续加剧的杂草防控危机的一种潜在补充手段。随着全球人口不断增长，对可持续粮食和纤维生产的需求日益增加4。杂草防控是农学家在生产中面临的主要威胁之一5,6。传统的杂草防控方法主要依赖机械、化学和农艺措施。尽管除草剂的持续使用高效、实用且有效，但却以惊人的速度促进了抗性杂草种群的演化7。通过基因工程和育种手段，已成功赋予作物对杂草的竞争优势，使其能够耐受其邻近植物无法承受的化学物质处理7,8。尽管这些技术有效，但并不总是可持续的，有时还存在基因漂移的风险9。若要实现提高粮食产量的目标，就必须引入补充性的杂草管理措施10。化感作用展现出作为作物新型防御工具的巨大潜力，有助于提升作物品质并增强其对竞争者的生存优势1,7。
化感物质通常是次生代谢产物，由于其生成受环境因素影响较大，因此与植物抑制作用相关的特定化合物往往难以鉴定3。影响生成的因素包括遗传特性以及可能产生协同作用的次生代谢物的共同作用11,12。将化感作用与作物与杂草之间自然存在的竞争效应区分开来具有挑战性，因此在筛选化感作用时，必须有一套标准化的结果指标，以确保实验的有效性和可重复性。以下是Olofsdotter等人12提出的用于确认化感作用的若干标准：1）一种植物必须表现出对另一种植物的抑制模式；2）释放到环境中并具有生物活性的化学物质必须由供体植物自身产生；3）所产生的化学物质必须能够被传递至受体植物；4）受体植物必须具备某种吸收机制；6）所观察到的抑制模式不应有其他排他性的解释（例如资源竞争）12。
为了克服化感作用机制研究不足与品种选育之间的障碍，可以鉴定并筛选与化感作用品种相关的表型性状，以供进一步研究和利用。已知具有化感作用特性的植物包括黑麦、高粱、水稻、向日葵、油菜和小麦13。在作物化感作用的早期观察中，由于田间试验中杂草生长边界分明，人们推测其原因是植物释放了化学物质，而非资源竞争所致14。然而，大多数研究为田间试验，无法排除资源竞争的影响14。为排除竞争因素，研究人员转而采用实验室和温室试验，试图证实并量化水稻及其他作物的化感活性。通过田间和温室方法对植物进行化感作用筛选的结果表明，化感倾向在两种生长条件下均存在11,15。一些学者认为，由于缺乏自然环境条件，实验室筛选可能仅具有有限的应用价值，因为环境因素可能影响实验结果15。
提出了一种用于筛选植物化感潜力的方法，该方法提供了充足的资源和空间，并通过使用阶梯式结构消除了资源竞争11,17。该方法是在以往研究草坪草和大麦化感作用的实验基础上改进和优化而来的17,18。这些研究发现，类似的系统能够在排除自然竞争因素干扰的前提下，准确评估目标植物的化感潜力。阶梯式方法构建了一个循环系统，使来自储液罐的营养液通过若干步骤依次流经每株植物，最终进入培养托盘。随后，电动泵将营养液连同植物释放的化感物质一并回收循环利用18。此类方法在时间、空间和资源利用方面均具有较高效率，同时为植物提供了接近田间的真实生长条件，并完全避免了资源竞争。用于筛选的实验方法和工具可根据具体研究目标、环境条件及特定物种灵活调整。本研究的目的是通过阶梯式方法测定稗草株高的抑制程度，以验证杂草稻是否存在化感作用。

<table><tbody><tr><td>1.25 英寸 × 6 英寸 × 8 英尺 标准耐候性木板</td><td>Lowe's, Mooresville, NC</td><td>489248</td><td>不适用</td></tr><tr><td>2 英寸 × 4 英寸 × 8 英尺 白木龙骨</td><td>Lowe's, Mooresville, NC</td><td>6005</td><td>切割成合适尺寸</td></tr><tr><td>63 毫米（2.5 英寸）角码</td><td>Lowe's, Mooresville, NC</td><td>809449</td><td>不适用</td></tr><tr><td>Asporto 16 盎司圆形黑色塑料外带盒 - 配透明盖，可微波加热 &amp;ndash; 6.25 英寸 × 6.25 英寸 × 1.75 英寸 - 每箱 100 个</td><td>Restaurantware.com, Chicago, IL</td><td>RWP0191B</td><td>黑色</td></tr><tr><td>ATP vinyl-flex PVC 食品级塑料软管，透明，内径 0.125 英寸，外径 0.25 英寸，100 英尺</td><td>Amazon, Seattle WA</td><td>B00E6BCV0G</td><td>不适用</td></tr><tr><td>Ccm-300 叶绿素含量测定仪</td><td>Opti-Sciences, Inc. Hudson, NH</td><td>ccm/300</td><td>不适用</td></tr><tr><td>普通 1 英寸 × 2 英寸 × 8 英尺 松木板</td><td>Lowe's, Mooresville, NC</td><td>1408</td><td>不适用</td></tr><tr><td>Contractors choice 工程师专用 24 包装 42 加仑黑色户外塑料建筑垃圾袋</td><td>Lowe's, Mooresville, NC</td><td>224272</td><td>裁剪后用于覆盖收集罐</td></tr><tr><td>EURO POTS</td><td>Greenhouse Megastore, Danville, IL</td><td>CN-EU</td><td>15 厘米短型黑色盆，直径 6 英寸，高 4.25 英寸，容积 1.37 夸脱</td></tr><tr><td>Fisher 品牌带透明盖培养皿</td><td>Fisher Scientific, Waltham, MA</td><td>FB0857513</td><td>不适用</td></tr><tr><td>Aexit 交流 220 V-240 V 电气设备 美标插头 21 W 1,000 升/小时 多用途潜水泵</td><td>Amazon, Seattle WA</td><td>B07MBMYQNT</td><td>喷嘴尺寸应适配管路且可更换</td></tr><tr><td>Woods 50015 WD 户外 7 天重型数字插座定时器</td><td>Walmart, Bentonville, AR</td><td>565179767</td><td>20 个设定档位</td></tr><tr><td>GE 硅酮 2+ 10.1 盎司杏仁色硅酮密封胶</td><td>Lowe's, Mooresville, NC</td><td>48394</td><td>用于连接管路边缘的密封</td></tr><tr><td>Great Value 蒸馏水</td><td>Walmart, Bentonville, AR</td><td>565209428</td><td>不适用</td></tr><tr><td>Great Value 白色篮式咖啡滤纸 200 张装</td><td>Walmart, Bentonville, AR</td><td>562723371</td><td>尺寸可能有所差异</td></tr><tr><td>Grip-rite Primgaurd Plus #9-3 英寸聚合物镀层螺丝</td><td>Lowe's, Mooresville, NC</td><td>323974</td><td>不适用</td></tr><tr><td>Hoagland&amp;rsquo;s No. 2 基础盐混合物</td><td>Caisson Laboratories, INC. Smithfield, UT</td><td>HOP01/50LT</td><td>使用 &amp;frac12; 浓度</td></tr><tr><td>JMP (14)</td><td>SAS Institute Inc. North Carolina State University, NC</td><td></td><td>不适用</td></tr><tr><td>Project Source 哑光黑色喷漆</td><td>Lowe's, Mooresville, NC</td><td>282254</td><td>不适用</td></tr><tr><td>Project Source 通用型 1.88 英寸 × 165 英尺 灰色胶带</td><td>Lowe's, Mooresville, NC</td><td>488070</td><td>不适用</td></tr><tr><td>Rubbermaid 2 夸脱方形透明食品储物罐</td><td>Walmart, Bentonville, AR</td><td>555115144</td><td>收集罐，弃去盖子</td></tr><tr><td>Sealproof 无增强型 PVC 透明乙烯基软管，食品级，内径 0.5 英寸，外径 0.625 英寸，100 英尺</td><td>Amazon, Seattle WA</td><td>B07D9CLGV3</td><td>连接水泵使用</td></tr><tr><td>Short Mountain Silica 50 磅 儿童游乐沙</td><td>Lowe's, Mooresville, NC</td><td>10392</td><td>沙子应经过净化处理</td></tr><tr><td>Steve Spangler 1 升汽水瓶 - 6 瓶装 - 用于科学实验</td><td>Amazon, Seattle WA</td><td>UPC 192407667341</td><td>顶部步骤罐，弃去瓶盖</td></tr></tbody></table>

可重复的阶梯式实验方法评估杂草稻（oryza sativa ssp.）的化感潜力

Repeatable Stair-step Assay to Access the Allelopathic Potential of Weedy Rice (Oryza sativa ssp.)

杂草竞争是导致全球农作物系统产量损失的重要因素。许多杂草物种对长期施用的除草剂已产生抗性，这使得人们迫切需要开发其他管理方法。化感作用是一些植物物种所具备的一种生理过程，可使其在与邻近植物的竞争中占据优势。具有化感特性的作物品种能够抑制周围竞争植物的生长，从而减少因杂草干扰造成的潜在产量损失。本文重点介绍一种阶梯式生物测定装置的构建与操作方法，用于在温室条件下筛选供体物种（Oryza sativa）对受体杂草物种（Echinochloa crus-galli）的化感潜力。本文所述结构用作植物样品的支架，并集成了定时灌溉系统，以促进化感物质的积累与分布。植物根系产生的化感物质可依次向下流经四个花盆，分别进入收集罐，并通过电动泵循环回最上方的植株。该筛选方法使供体植物的化感物质能够传递至受体植物，同时避免资源竞争，从而实现对所选供体植物化感潜力的定量评估。化感潜力可通过受体植物株高的抑制程度进行测量。该方法的初步筛选结果表明，受体物种稗草（E. crus-galli）的株高受到抑制，证明供体植物杂草稻（Oryza sativa）释放了具有化感活性的残留物质。

采用该方法对九份杂草稻种质（B2、S33、B83、S97、S94、B81、B8、B34、B14）和五份栽培稻品系（PI338046、Rex、Rondo、PI312777、CL163）进行了两次初步筛选。杂草稻种质和水稻品系的选择依据是其在Shrestha（2018）先前开展的化感作用筛选试验中的表现18。杂草稻种子采集自美国阿肯色州全境。所选的水稻品系为美国广泛种植的品种，其中一些已知具有化感活性（如Rondo和PI312777），并在本研究中作为对照18。初步数据表明，阶梯法在评估对稗草（E. crus-galli）化感潜力方面具有应用前景。水稻根系分泌的化感物质显著抑制了稗草植株的株高。试验中排除了杂草稻与稗草之间对资源的竞争，所有植株均在相同条件下培养。结果表明，不同杂草稻种质和水稻栽培品种对稗草的化感活性存在差异。
在施药后第14天（DAT 14）记录的株高数据用于计算稗草株高抑制率。如图4所示，部分供...

化感作用在作物系统中已显示出作为辅助杂草防控策略的良好前景。为评估特定植物样品的化感潜力，本文提供了一种阶梯式筛选方法。

可重复的阶梯式实验方法评估杂草稻（Oryza sativa ssp.）的化感潜力

杂草竞争是导致全球农作物系统产量损失的重要因素。许多杂草物种因长期连续使用除草剂，已进化出对多种除草剂的抗性。

阶梯式系统可帮助我们确定植物是否具有化感作用，同时消除植物个体间及种间的竞争干扰。此外，该系统还能鉴定出与化感作用相关或参与其中的化感物质。此方法在时间、空间和资源利用上均具有较高效率。此外，您可以根据需要调整本实验或方法，以适用于其他研究，例如更换不同的供体或受体物种。化感作用研究中的一个挑战是化感效应的分离。如果植物之间不存在资源竞争，而杂草仍受到抑制，则必定是由于化学物质的产生所致。对溶液的分析可用于鉴定植物实际产生的化合物或多种化合物。这些化合物可作为潜在的生物除草剂。在温室中，抑制杂草生长和霉菌蔓延是一项挑战。通过使用蒸馏水、不透明材料以及对沙子进行高压灭菌，可抑制容器和管道中的杂菌生长。将木材切割成文本方案中列出的适当尺寸和数量。对于最高层，将一块2.44米长的木板架在两端各两块0.91米长的木板上，并在每块0.91米的木板上垂直钻入两颗螺丝固定。在距离两端各1.22米处，再用一根0.91米的材料进行加固固定。然后将一块2.44米长的板材横置于0.91米高的支架后方，并用螺丝固定以提供支撑。接下来，使用0.76米长的材料重复上述步骤，完成下一层实验台的搭建；再使用0.61米长的材料重复此过程，依次向下搭建至第六层实验台，高度为0.15米。第三至第六个台架无需使用2.44米的支撑板。将台架按高度从高到低依次排列，使悬出的边缘朝向背面，并与上方的台架相接触，各层之间留出间隙。在每个台架底部沿地面边缘放置一块0.91厘米的木板，并用螺丝将台架固定到位。将三个角撑板拧在最高工作台的前端两侧及中心位置。将一块2.54厘米×5.08厘米×20.32厘米的木条横向固定在角撑板上，距离工作台底部2.54厘米。最终的支架包含六个工作台，每个工作台均有三个垂直支撑，分别位于两端和中间。在每个塑料饮料瓶底部钻一个小孔，孔径大小以刚好嵌入内径0.35厘米、外径0.64厘米、长5.08厘米的塑料PVC管为宜。插入管子后，在孔的边缘涂抹一层硅酮防水密封胶，以防止任何泄漏。待其完全干燥。以相同方式准备用于放置带管花盆的塑料培养皿。每根柱子需要四个培养皿。在罐子上部的背面钻一个小孔。在准备好并干燥所有材料后，将汽水瓶放置在最高的实验台上，使PVC管悬垂于台面边缘并朝向楼梯方向。在放置汽水瓶的实验台下方的下一个实验台上，放置一个塑料培养皿，并使其连接的管子悬垂于该台面边缘。对接下来的两个实验台重复此步骤。将罐体放置在底部台面上，使罐体后部的孔朝向背面。用软管将上方培养皿与罐体连接，将软管从培养皿引出并穿过罐体背面的孔。在罐体边缘、软管穿过的部位涂抹防水密封剂，以防止泄漏。将一个21瓦、每小时1000升的潜水式电动泵放入底部储液罐中。将一根长1.07米、内径1.27厘米、外径1.59厘米的PVC管连接到电动泵的喷嘴上。将该管穿过工作台之间的缝隙，并从系统顶部的汽水瓶后方引出。将泵插入数字定时器，并根据需要设置定时器。按照文字方案所述进行种植。将一个种质的供体植物四个花盆分别放入第一列的四个培养皿中，每行放置一个花盆。第一列仅放置供体植株。在第二列第一行和第三行的培养皿中，各放置一盆相同生态型的供体植株。在第二列第二行和第四行的培养皿中，各放置一盆受体植株。两列组成一个处理，第一列仅包含供体植株，第二列则交替排列供体和受体植株。对每个供体植株的生态型处理均重复上述步骤。每次重复需要一列受体植株样本，作为该次重复的对照。采用随机完全区组设计，每处理重复三次。处理后的第一天，在每个柱体底部的收集罐中加入约1,500毫升用蒸馏水配制的半浓度霍格兰营养液。将定时器设置为所需的自动关闭运行模式。用黑色塑料覆盖收集箱，以减少光照和蒸发。每两天向箱中添加 500 毫升霍格兰营养液，以保持系统持续流动。将温室温度控制在白天 28 摄氏度、夜间 24 摄氏度，光照与黑暗时间为 16 小时与 8 小时，相对湿度保持在 53%。在第一次处理后的第二天，测量并记录阶梯式系统中每株植物的高度：将刻度尺置于每株植物基部，观察最高叶片所处位置。按照文本方案中所述继续进行数据收集与分析。利用该方法对九份杂草稻种质和五份栽培稻品系进行了两次初步筛选。采用处理后第14天记录的株高数据，计算稗草株高抑制百分率。五个杂草稻品系对稗草株高的抑制作用比化感水稻标准品种Rondo更为显著。其中，杂草稻品系B8、S97、B14和S33使稗草株高降低了25%至30%；杂草稻品系B81对稗草株高的抑制效果最显著，达74%，约为标准化感水稻Rondo的三倍。处理后第21天采集的生物量数据显示，稗草生物量减少百分比范围为0%至86%。在对稗草株高抑制最显著的杂草稻品系中，S33对稗草生物量的抑制程度最高，约为84%，而Rondo为60%。整个系统必须确保无泄漏，否则将干扰流动并导致实验结果出现变异。采用水培系统种植植物可能是鉴定植物产生并具有化感活性化合物的一种替代且有效的方法。该技术为了解在这些表现良好的杂草稻生物型中控制化感物质产生的基因奠定了基础。使用电动工具时，必须佩戴手套、安全眼镜和合适的鞋具。此外，喷漆储罐时，务必确保该区域通风良好。

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Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

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