מאמר שיטה

הקרנת תפוקה למחצה גבוהה לבצורת סובלנות פוטנציאלית בחסה ( Sativa Lactuca אוספים germplasm)

DOI:

10.3791/52492

⸱

17 באפריל 2015

 , 
1Agricultural Research Service, United States Department of Agriculture

במאמר זה

סיכום

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

פרוטוקול זה פותח כדי לסנן אוסף גדול של חסה צמחית עלים (Lactuca sativa L.) לסבילות ליובש, על מנת לזהות מאגר קטן של חסה לשימוש במחקרים פיזיולוגיים, מולקולרים וגנטיים לזיהוי תכונות עמידות ליובש יחד עם תוכניות רבייה.

תקציר

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

פרוטוקול זה מתאר שיטה שבה אוסף גדול של חסה ירקות עלים ירוקים (Lactuca sativa L.) נבדק לתכונות עמידות ליובש. זמינות מים מתוקים לשימוש חקלאי היא דאגה גוברת ברחבי ארצות הברית כמו גם באזורים רבים בעולם. אירועי בצורת קצרי טווח, יחד עם התערבות רגולטורית בוויסות זמינות המים, יחד עם האיום המתקרב של שינויי אקלים ארוכי טווח שעלולים להוביל להפחתת משקעים באזורים חקלאיים חשובים רבים, הגבירו את הצורך להאיץ את פיתוח הגידולים המותאמים לשיפור יעילות השימוש במים על מנת לשמר או להרחיב את הייצור בשנים הקרובות. פרוטוקול זה אינו מיועד כמדריך צעד אחר צעד לזיהוי תכונות עמידות לבצורת ברמה הפיזיולוגית או המולקולרית בחסה, אלא שיטה שפותחה ושוכללה באמצעות סינון של אלפי זני חסה שונים. אופיו של מסך זה מבוסס בחלקו על מדידות יעילות המתמקדות בשלושה מדדי עקת מים בלבד: תכולת מים יחסית לעלים, נבילה וצמיחה דיפרנציאלית של צמחים לאחר עקת בצורת. המטרה של סינון מהיר של אוסף גדול של ג'רמפלזמה היא לצמצם את מאגר המועמדים לנקודה שבה ניתן ליישם שיטות פיזיולוגיות, מולקולריות וגנטיות אינטנסיביות יותר לזיהוי תכונות ספציפיות עמידות לבצורת במעבדה או בשטח. ניתן גם לשלב מועמדים ישירות בתוכניות רבייה כמקור לתכונות עמידות לבצורת.

מבוא

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

זמינות המים להשקיה הייתה דאגה ברוב ארצות הברית ובעולם במשך עשרות שנים, אך המחקר על התגובה לבצורת-עקה, יחד עם לחצים אביוטיים אחרים, פיגר מאחורי העבודה בתחומי העמידות למחלות וחרקים, ברמה התעשייתית, האקדמית והממשלתית בעיקר בגלל מחסור במימון. זמינות המים לחקלאות הייתה היסטורית רק מחשבה מאוחרת ברמת קובעי המדיניות. לאחרונה, עקב מספר בצורות קשות באזורי ייצור חקלאיים חשובים הן בארצות הברית והן באוסטרליה,זמינות המים המתוקים נדחקה לאור הזרקורים הן ברמה הלאומית והן ברמה הבינלאומית, מה שהוביל למשאבים רבים יותר המופנים למחקר לפיתוח זנים עמידים לבצורת של גידולי התבואה העיקריים. בעוד שההתמקדות המשתנה הזו לפיתוח יבולים עיקריים עמידים לבצורת מועילה, כמו תחומים רבים של מחקר צמחים, גידולים מיוחדים נותרו מאחור במידה רבה.

בצורת חמורה מגבילה כיום את ייצור הירקות בקליפורניה, אזור הייצור הגדול ביותר של חסה (Lactuca sativa L.) בארצות הברית3. דפוסי מזג אוויר קצרי טווח אלה יחד עם פעולה חקיקתית ושיפוטית יחד עם שינויי אקלים ארוכי טווח4,5 השתלבו כדי להפחית את המים הזמינים לחקלאות ברבים מהאזורים היצרניים ביותר בקליפורניה. ייצור חסה בקליפורניה מייצג תעשייה של 1.5 מיליארד דולר המהווה כמעט 80% מייצור החסה בארצות הברית3. לירקות עלים יש תכולת מים גבוהה ולחסה, במיוחד, יש מערכת שורשים רדודה6,7 המותירה את היבול פגיע ללחץ מים. בחסה, כמו בכל הגידולים, התפתחותם של זנים עמידים לבצורת תהפוך לחשובה יותר ויותר ככל שאספקת המים המתוקים להשקיה תהיה מוגבלת יותר8.

פרוטוקול זה מתווה שיטה שבאמצעותה בוצע סריקה ראשונית על אוסף גדול של ג'רמפלזמה של חסה על מנת לזהות מאגר של קווים מועמדים בעלי פוטנציאל עמידות לבצורת לשימוש במחקרים פיזיולוגיים, מולקולרים וגנטיים לזיהוי תכונות ספציפיות של עמידות לבצורת. מועמדים אלה יכולים לשמש גם ישירות כמקורות לסבילות לבצורת בתוכניות גידול כדי לשפר את יעילות השימוש במים בזנים מסחריים. פרוטוקול זה פותח במיוחד כדי להתמודד עם האתגרים המתעוררים במהלך כל מסך של אוסף ג'רמפלזמה נרחב, במיוחד סוגיות של זמינות מקום ועבודה. כמו כן, הפרוטוקול כפי שהוצג פותח לשימוש בחסה, אך הותאם בהצלחה לשימוש בסינון אוסף ג'רמפלזמה של תרד (Spinacia oleracea) לסבילות פוטנציאלית ליובש וניתן לשנות אותו פשוט כדי לסנן כל יבול ירקות עלים.

שיקול חשוב לפני התחלת מסך עמידות לבצורת הוא להבין מהי שיטה זו ומה לא. פרוטוקול זה נועד לייצג שיטה מהירה שבאמצעותה ניתן לצמצם במהירות וביעילות מאגר ג'רמפלזמה גדול למספר ניתן לניהול של ג'רמפלזמה מועמדת לשימוש במחקרים ממוקדים ויסודיים יותר לזיהוי תכונות סבילות אינדיבידואליות. פרוטוקול זה חושף את הצמחים ללחץ מים חמור המושרה במהירות בניגוד לעקת בצורת מתונה מתמשכת טבעית יותר המושרה באיטיות שנצפתה בתנאי שדה. סוג התגובה המושרה בתוך הצמח במהלך שני סוגים אלה של אירועי עקת מים (התייבשות מהירה לעומת בצורת טבעית) אינו זהה9 מה שעלול להוביל להוצאה של חומרים מסוימים מניסויים עתידיים. שני אירועי הלחץ הללו אינם חסרי חפיפהאם כי 10 ופרוטוקול זה אמור לשמש דרך יעילה לזהות ג'רמפלזמה שעלולה להיות עמידה לבצורת הכלולה באוסף גדול. פרוטוקול זה לבדו אינו צריך להיחשב מספיק כדי לזהות ברמת ודאות גבוהה של גרמפלזמה המכילה עמידות ליובש בתנאי עקת מים בשדה, אך הוא מייצג צעד משמעותי קדימה בסינון מהיר של ירקות עלים ירוקים לתכונות פוטנציאליות של עמידות לבצורת.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

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

1. נטיעה

  1. מלא מגשי תקע (128 תא; 28 x 54 סנטימטר עם תאים 3 סנטימטר מרובע ו -5 סנטימטרים עומק) עם תערובת אדמת תקע. כדי לסייע במילוי אחיד של תאים לדחוס אדמה בכל מגש באמצעות מגש תקע ריק.
  2. זרעי צמח החסה ¼ אינץ 'בעומק 2-3 זרעים בכל תא. צמח כל הקווים הניסיוניים במגשים משוכפלים לספק גם הבצורת הדגישה ומגשי שליטה למשפט הבצורת.
  3. מניחים מגשי תקע מגש בסיס ללא חורים.
  4. מגשי מים וכיסוי עם מגש הפוך או כיפת פלסטיק. נביטה בדרך כלל מתרחשת בשעות 48-72. לאחר הנביטה להסיר את הכיסוי ולעבור מגשים לחממה.
    הערה: פרוטוקול זה גם יכול להיות מבוצע בתאי גידול.

2. צמיחה והצמח Care

  1. מגשי מים לפי צורך 1-4 שבועות לאחר נביטה, בדרך כלל זה 2-3 פעמים בשבוע, על ידי מילוי מגש תחתון ומאפשר לאדמה להיות רווי (~ שעה 1) קרני לשבת לתקופה ממושכתים במים כמו זה עלול להשפיע לרעה על בריאות צמחים ופיתוח שורש ועשוי להשפיע על המסך בצורת.
  2. לדשן פעם בשבוע עם מגשי דשן מסיס מסחרי 20-20-20 מעורבים בשיעור של 1.5 כפית / גל.
  3. מגשים דקים למפעל אחד לכל 1-2 שבועות תא לפרסם נביטה.

מתח 3. ייזום הבצורת

  1. כאשר הצמחים הם מגשים נפרדים ארבעה שבועות ל -2 קבוצות. קבוצה אחת בכפוף ללחץ חמור במים. השתמש במגשים האחרים כמו להשקות היטב בקרות. להשקות את קבוצת הביקורת כמו בשלב 2.1 לאורך כל הניסוי. בתחילתו של לחץ הבצורת להשעות דישון כל המגשים לשארית הניסוי.
  2. תקופת הבצורת הניסיונית מתרחשת על פני שבוע אחד. ביום הראשון של משפט מתח הבצורת (יום 0) למלא את כל המגשים הנמוך עם מים ולאפשר האדמה במגשי התקע להפוך רוויה באופן מלא ולאחר מכן לנקז מים ממגשים. להרוות את האדמה מייד לפני תחילתו של tהוא תקופת המתח תעזור למזער כל שינוי בלחות קרקע בין תאים בודדים במגשי התקע.

4. ניצוח מסך מתח בסיסי הבצורת עם פרמטרים כדי להימדד

הערה: השלבים הבאים מתארים כיצד לאסוף שלוש מדידות פיסיולוגיות שיירשמו במהלך מסך הבצורת ואילו טבלת 1 מספק לוח זמנים של המדידות שנלקחו בכל יום של תקופת ניסיון הבצורת לחץ.

  1. מדוד את תוכן העלה יחסית מים (RWC) על 0 ימים, 2, 4 למשפט.
    1. קליפ צמח חסה מהמגש ולהסיר 2 עלים.
    2. אגרוף 3 דיסקים מכל עלה באמצעות מקדח # 9 פקק (~ קוטר 1.6 סנטימטרים). לשלב אגרופים עלה כמדגם אחד.
    3. לשקול את דיסקי העלה, זה הוא ערך משקל הטרי (FW) המשמש לחישוב RWC, ואז למקם את התקליטורים בצלחת פטרי.
    4. מוסיף מים מזוקקים מספיק רק לצלחת לכלow כל דיסקי העלה לצוף. זה מימה מלאה דיסקי העלה לאסוף משקולות עכורות לניתוח RWC. לאפשר לדיסקי העלה לצוף במשך 24 שעות בRT.
    5. הסר את הדיסקים עלה עכשיו hydrated באופן מלא מהצלחות ועדינות לייבש את החלק החיצוני של הדיסקים עלה עם מגבות נייר לפני שקילת הדיסקים. להקליט משקלים כמשקל עכור (TW) לחישוב RWC.
    6. דיסקי עלה מקום במעבדת נייר לנגב או דיסק נייר סינון בצלחת פטרי פתוחה ויבשים באינקובטור ב 55 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות.
      הערה: הנייר מונע דיסקים עלה מהקפדה על צלחת פטרי במהלך ייבוש.
    7. לשקול דיסקי עלה יבשים ומשקלי שיא כיבשים (DW) לחישוב RWC.
    8. לחשב RWC באמצעות הנוסחה של Weatherley כפי שתוארה על ידי חכם וינגהאם 11,12.
      RWC = (FW-DW / TW-DW) * 100
      FW = משקל טרי, TW = משקל עכור, = משקל יבש DW
    9. חזור על שלב 4.1 עבור כל germplasm וטיפול במשפט.
  2. רשום את המפעל נובל תחילת פעם ביום ביום 1 במשפט מתח הבצורת וכלה כאשר צמחי 100% נבולים, בדרך כלל יום 4 או 5.
  3. שלב התאוששות וצמיחת ההפרש
    1. ביום 6, להסיק תקופת הבצורת המתח והצמחים הדגישו להזין את שלב ההתאוששות של המשפט. למלא את המגשים הנמוך במים ולאפשר למגשים-הדגיש הבצורת להשרות למשך 24 שעות לפני חידוש לוח הזמנים השקיה הסטנדרטי, צעד 2.1, כמגשי שליטה.
    2. לאפשר לכל הצמחים להתאושש במשך 10 ימים.
    3. בשעת 10 בימים שלאחר הבצורת המתח למסוק כל מעל חלק קרקע של כל צמח ולהקליט את המשקל הטרי.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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

בעת ביצוע מסך גדול כדי להפריד אוכלוסייה על ידי התכונה הניסיונית הרצויה, במקרה של תגובת הבצורת לחץ פרוטוקול זה, נתונים שנוצר במקביל להיות מגוון ממאוד להדגיש רגישים סבירה הבצורת סובלנית וכל הנקודות בין. איור 1 מכיל גרפים המייצגים את סוג התוצאות שניתן לצפות מפרוטוקול זה. זני נציג של שלושה סוגים שונים חסה (חסה (cos), crisphead, וbutterhead) נכללים בנתונים מוצגים. בעוד הנתונים מייצגים רק שלושה סוגי חסה מוצגים כאן פרוטוקול זה פותח במהלך ההקרנה של אלפי germplasm חסה ותרד...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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

שיקולים של מספר מדגם למסך.

מספר הדגימות הדרושות צריך להיות מבוסס על השימוש הרצוי של נתונים מהמסך הזה. אם תוצאות באיכות הפרסום הן רצויים מומלץ למסוק 3 צמחים בודדים (3 משכפל ביולוגי) מכל שורה ולבצע מינימום של 2 משכפל ניסיוני לתת נקודות נאותות לניתוח סטטיסטי באיכות. אם התוצאה הרצויה היא פשוט כדי לצמצם במהירות מאגר גדול של germplasm המועמד על מנת לבצע ניסויים במים מתח מחמירים יותר או מורכבים, פחות דג...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

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

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

תודות

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

המחברים רוצים להודות למחלקת המזון והחקלאות של קליפורניה על מימון הפרויקט שהוביל לפיתוח פרוטוקול זה. CDFA SCB11019.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מגש תקע 128T.O. Plastics
Hummert International		11-8595-1כל מגש תקע של מותג יעבוד, אך השתמש באותו סגנון של מגשים לכל הניסויים.
מגש תחתון (מגש תצוגה)T.O. Plastics
Hummert International		11-3305-1
תערובת תקע/שתילה (Sunshine Mix #5)Sunshine
Hummert International		10-0467-1ייתכן שיהיה צורך להחליף תערובת אחרת אם מתאימים פרוטוקול זה לגידול אחר. תערובת סאנשיין #4 שימשה בניסויים בתרד.
דשן (20-20-20)Jack's: דשן מקצועי מסיס במים
Hummert International		07-5915-1ניתן להשתמש בכל דשן, להתאים את הסוג לפי הצורך להתאמת פרוטוקול זה לצרכי גידול ספציפיים.

מקורות

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

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים