Este protocolo proporciona un enfoque simple y fácil de usar para determinar la tasa de colonización de hongos micorrízicos arbusculares (HMA) en las raíces de plantas invasoras.
Artículo de método
Este protocolo proporciona un enfoque simple y fácil de usar para determinar la tasa de colonización de hongos micorrízicos arbusculares (HMA) en las raíces de plantas invasoras.
Los hongos micorrízicos arbusculares (HMA) son hongos del suelo ampliamente distribuidos en los ecosistemas y pueden formar asociaciones simbióticas (micorrizas) con las raíces de la mayoría de las plantas terrestres. Las plantas proporcionan fuentes de carbono a los HMA a través de asociaciones micorrícicas, mientras que las hifas de HMA pueden ampliar el rango de absorción de nutrientes por las raíces y promover la absorción de nutrientes por parte de las plantas. Hay muchas especies diferentes de HMA, y las relaciones simbióticas entre las diferentes especies de HMA y las diferentes plantas varían. Las plantas invasoras pueden enriquecer las especies de HMA con mejores capacidades simbióticas a través de los exudados de las raíces, promoviendo su crecimiento y, por lo tanto, aumentando su colonización en las raíces de las plantas invasoras. Al mismo tiempo, las plantas invasoras también pueden alterar la relación simbiótica entre los HMA y las plantas nativas, afectando a la comunidad vegetal local, que es uno de los mecanismos para una invasión exitosa de plantas. La tasa de colonización de HMA en las raíces de plantas invasoras y nativas refleja indirectamente el papel de HMA en el proceso de invasión de plantas invasoras. En este método, las raíces de las plantas recolectadas se pueden procesar directamente o guardar en un fijador para un procesamiento posterior por lotes. A través de la decoloración, la acidificación, la tinción y el tratamiento decolorante de las raíces, se pueden observar claramente las hifas, las esporas y las estructuras arbusculares de la HMA en el sistema radicular. Este método se puede completar en un laboratorio básico para observar y calcular la tasa de colonización de HMA en los sistemas radiculares de plantas invasoras.
Los hongos micorrícicos son prevalentes en los ecosistemas naturales y establecen relaciones simbióticas con las raíces de la mayoría de las plantas, formando micorrizas1. Estas asociaciones son mutuamente beneficiosas, ya que las plantas proporcionan compuestos de carbono fijados fotosintéticamente, como ácidos grasos y azúcares, para apoyar el crecimiento de hongos micorrícicos, mientras que los hongos son recíprocos suministrando nutrientes minerales como fósforo y nitrógeno a las plantas huésped, promoviendo asíel crecimiento de las plantas. Según sus tipos de micorrizas formados con las raíces de las plantas, los hongos micorrícicos se pueden dividir en cuatro tipos principales: hongos ectomicorrícicos (ECM), hongos micorrícicos ericoides, hongos micorrícicos de orquídeas (ORM) y hongos micorrícicos arbusculares (AM)1. Entre ellos, los hongos micorrízicos arbusculares (HMA) tienen la distribución más amplia y pueden formar asociaciones micorrícicas con más del 80% de las especies de plantas 3,4.
Los HMA desempeñan un papel crucial en la mejora del ciclo de nutrientesdel suelo 5, la mejora de la absorción de nutrientes de las plantas6 y la regulación de la competencia y la sucesión de las plantas. Desempeñan un papel importante en el proceso de invasión de especies vegetales invasoras 7,8. HMA, clasificada bajo el filo Mucoromycota9, abarca más de 250 especies10. Las relaciones simbióticas específicas entre las diferentes especies de HMA y las diferentes plantas pueden variar. Las especies de plantas invasoras tienen el potencial de alterar la diversidad de HMA y promover el enriquecimiento de las especies de HMA con mejores capacidades simbióticas que contribuyen a su ventaja competitiva durante el crecimiento y la colonización 8,11,12,13. Comprender la dinámica de los HMA y sus interacciones con las especies de plantas invasoras es esencial para comprender los mecanismos subyacentes a las invasiones de plantas y sus impactos ecológicos.
Los estudios cualitativos de las especies de HMA suelen implicar dos métodos principales. Una de ellas es la identificación morfológica, como la recolección de esporas de HMA del suelo utilizando métodos como el tamizado húmedo y la centrifugación de sacarosa, seguida de la clasificación y cuantificación de las esporas en función de su morfología14. El otro método involucra técnicas moleculares, amplificando regiones conservadas de genes de HMA y secuenciarlas para su identificación15. Sin embargo, estos métodos a menudo requieren una amplia experiencia en identificación morfológica o mayores recursos financieros. Por otro lado, los estudios cuantitativos de las tasas de colonización por HMA, aunque no pueden determinar los cambios en las especies y la composición de HMA, proporcionan una evaluación completa de la relación simbiótica entre HMA y las plantas. Estos estudios son indispensables tanto en la investigación básica como en el posterior trabajo de validación de los experimentos de inoculación.
La colonización de HMA desempeña un papel crucial en la determinación de la distribución de los recursos entre las especies de plantas coexistentes7. Refleja el establecimiento y la fuerza de la relación simbiótica entre los HMA y las raíces de las plantas hospederas. En el mismo hábitat, las especies de plantas invasoras a menudo exhiben tasas de colonización más altas en comparación con las plantas nativas16,17. Esta colonización mejorada de HMA contribuye a la invasión exitosa de especies invasoras como Ambrosia artemisiifolia18, Solidago canadensis19, Sapium sebiferum20, Ageratina adenophora21, Sphagneticola trilobata22 y Flaveria bidentis7. Comprender la tasa de colonización de HMA en las raíces de las plantas invasoras proporciona una base para desentrañar los mecanismos microbianos del suelo que subyacen a la invasión exitosa de estas especies. La investigación de la tasa de colonización de HMA en las raíces de las plantas invasoras arroja luz sobre las implicaciones ecológicas de las interacciones entre plantas y microbios y contribuye a nuestra comprensión de los mecanismos que impulsan las invasiones de plantas.
La determinación de la tasa de colonización por HMA implica una técnica de microscopía de tinción, que incluye varios pasos: preservación de la raíz, clarificación, acidificación, tinción, decoloración y examen microscópico (Figura complementaria 1). En las últimas décadas, los investigadores han explorado varios métodos de observación para la HMA y han desarrollado varias técnicas de tinción. En las primeras etapas, la tinción con azul de tripán fue ampliamente utilizada23,24. Sin embargo, este método tiene limitaciones debido a la toxicidad del azul de tripán. La tinción ácida con fucsina, por otro lado, es un método comúnmente utilizado que proporciona colores brillantes y muestra resultados de tinción confiables y estables25. Además, la solución de tinción se puede reutilizar, lo que la hace más rentable. La tasa de colonización se determina utilizando el método de intersección de líneas de cuadrícula, que proporciona resultados estadísticos más objetivos en comparación con otros enfoques26. Este método se caracteriza por su simplicidad, bajo costo y requisitos mínimos de equipo, lo que lo hace factible para su realización en entornos básicos de laboratorio. Ofrece un enfoque práctico y accesible para evaluar la tasa de colonización de HMA y contribuye a nuestra comprensión de las asociaciones simbióticas entre HMA y las raíces de las plantas.
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Realizamos experimentos utilizando una planta invasora , F. bidentis , y una planta nativa, Setaria viridis. Ambas plantas se cultivaron en parcelas experimentales en la Base Piloto de Investigación Científica Langfang de la Academia China de Ciencias Agrícolas (CAAS), Hebei, China. Cada especie de planta se plantó individualmente en parcelas separadas, cada parcela de 2 m x 3 m y un espacio de 1 metro entre parcelas. Las plantas se dejaron crecer de forma natural y, después de aproximadamente dos meses, se recolectaron muestras de raíces.
1. Preparación y conservación de la raíz
2. Tinción de las raíces
3. Decoloración y microscopía
4. Cálculo de la tasa de colonización
| Tratamiento | Diapositiva | Número de intersecciones | ||||
| Negativo | Hifas | Arbúsculos | Vesículas | Total | ||
| Ejemplo 1 | Diapositiva 1 | AN1 | AH1 | AA1 | AV1 | AT1 |
| Diapositiva 2 | AN2 | AH2 | AA2 | AV2 | AT2 | |
| Diapositiva 3 | AN3 | AH3 | AA3 | AV3 | AT3 | |
| Total | AN | AH | AA | UnaV | UnaT | |
Tabla 1: Tabla estadística de tasas de colonización de hongos micorrízicos arbusculares. Abreviaturas: AH = Número de intersecciones con hifas; AA = Número de intersecciones con arbúsculos; AV = Número de intersecciones con vesículas; AT = Número total de intersecciones; AN = Número de intersecciones con raíces no micorrizadas.
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Los resultados de la tinción de las raíces de las plantas invasoras utilizando este método se muestran en la Figura 1. Las estructuras (hifas, arbúsculos, esporas y vesículas) de la HMA se tiñen de rojo, las células de la corteza de la raíz se tiñen de rojo claro después de la decoloración y el cilindro central se tiñe de rojo. Este resultado de tinción es suficiente para distinguir las estructuras fúngicas, ya que la HMA existe principalmente en la corteza de la planta. A partir del resulta...
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Las interacciones entre las plantas invasoras y los HMA son complejas y diversas. El estudio de estas interacciones es crucial para comprender el éxito de las plantas invasoras y sus efectos ecológicos. Pueden influir en la capacidad invasora de las plantas, la estructura y función de los ecosistemas del suelo y la competitividad de las plantas nativas. La tasa de colonización sirve como un indicador importante para estudiar la relación entre las plantas invasoras y los HMA. Proporciona ...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue financiado por el Programa Nacional Clave de Investigación y Desarrollo de China (2021YFD1400100, 2021YFC2600400 y 2022YFC2601100), y por la Fundación Nacional de Ciencias de China (42207162).
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 70% de alcohol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | R433197 | |
| solución de ácido acético | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | A116166 | |
| Ácido fucsina | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | A104917 | |
| solución de formaldehído, Formalin | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | F111941 | |
| Glicerol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | G116203 | |
| Ácido clorhídrico, HCl | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | H399657 | |
| Ácido láctico | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | L432769 | |
| Microscopio de sistema manual BX43 | Olympus (China) co., Ltd | ||
| Potasio hidróxido, KOH | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | P112284 |
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