Dit protocol biedt een eenvoudige en gebruiksvriendelijke benadering voor het bepalen van de kolonisatiesnelheid van Arbusculaire mycorrhiza-schimmels (AMF) in de wortels van invasieve planten.
Methodenartikel
Dit protocol biedt een eenvoudige en gebruiksvriendelijke benadering voor het bepalen van de kolonisatiesnelheid van Arbusculaire mycorrhiza-schimmels (AMF) in de wortels van invasieve planten.
Arbusculaire mycorrhiza-schimmels (AMF) zijn wijdverspreide bodemschimmels in ecosystemen en kunnen symbiotische associaties (mycorrhiza's) vormen met de wortels van de meeste terrestrische planten. Planten leveren koolstofbronnen aan AMF via mycorrhiza-associaties, terwijl AMF-hyfen het bereik van de opname van voedingsstoffen door wortels kunnen vergroten en de opname van voedingsstoffen door planten kunnen bevorderen. Er zijn veel verschillende soorten AMF en de symbiotische relaties tussen verschillende soorten AMF en verschillende planten variëren. Invasieve planten kunnen AMF-soorten verrijken met betere symbiotische eigenschappen door wortelexudaten, waardoor hun groei wordt bevorderd en daardoor hun kolonisatie in invasieve plantenwortels wordt vergroot. Tegelijkertijd kunnen invasieve planten ook de symbiotische relatie tussen AMF en inheemse planten verstoren, wat gevolgen heeft voor de lokale plantengemeenschap, wat een van de mechanismen is voor succesvolle planteninvasie. De kolonisatiesnelheid van AMF in de wortels van invasieve en inheemse planten weerspiegelt indirect de rol van AMF in het proces van invasie van invasieve planten. Bij deze methode kunnen verzamelde plantenwortels direct worden verwerkt of in een fixatief worden bewaard voor latere batchverwerking. Door ontkleuring, verzuring, kleuring en kleurbehandeling van wortels kunnen de schimmeldraden, sporen en arbusculaire structuren van AMF in het wortelstelsel duidelijk worden waargenomen. Deze methode kan in een basislaboratorium worden voltooid om de kolonisatiesnelheid van AMF in de wortelstelsels van invasieve planten te observeren en te berekenen.
Mycorrhiza-schimmels komen veel voor in natuurlijke ecosystemen en gaan symbiotische relaties aan met de wortels van de meeste planten, waardoor mycorrhizae1 ontstaat. Deze associaties zijn voor beide partijen voordelig, aangezien planten fotosynthetisch gefixeerde koolstofverbindingen zoals vetzuren en suikers leveren om de groei van mycorrhiza-schimmels te ondersteunen, terwijl de schimmels wederkerig zijn door minerale voedingsstoffen zoals fosfor en stikstof aan de waardplanten te leveren, waardoor de plantengroei wordt bevorderd2. Op basis van hun mycorrhiza-typen gevormd met plantenwortels, kunnen mycorrhiza-schimmels worden onderverdeeld in vier hoofdtypen: ectomycorrhiza (ECM) schimmels, ericoïde mycorrhiza (ERM) schimmels, orchidee mycorrhiza (ORM) schimmels en arbusculaire mycorrhiza (AM) schimmels1. Onder hen hebben arbusculaire mycorrhiza-schimmels (AMF) de breedste verspreiding en kunnen ze mycorrhiza-associaties vormen met meer dan 80% van de plantensoorten 3,4.
AMF speelt een cruciale rol bij het verbeteren van de nutriëntenkringloop van de bodem5, het verbeteren van de opname van voedingsstoffen door planten6 en het reguleren van de concurrentie en successie van planten. Ze spelen een belangrijke rol in het proces van invasieve invasie van plantensoorten 7,8. AMF, geclassificeerd onder de stam Mucoromycota9, omvat meer dan 250 soorten10. De specifieke symbiotische relaties tussen verschillende soorten AMF en verschillende planten kunnen variëren. Invasieve plantensoorten hebben het potentieel om de AMF-diversiteit te veranderen en de verrijking van AMF-soorten te bevorderen met betere symbiotische capaciteiten die bijdragen aan hun concurrentievoordeel tijdens groei en kolonisatie 8,11,12,13. Het begrijpen van de dynamiek van AMF en hun interacties met invasieve plantensoorten is essentieel voor het begrijpen van de mechanismen die ten grondslag liggen aan planteninvasies en hun ecologische impact.
Kwalitatieve studies van AMF-soorten omvatten doorgaans twee hoofdmethoden. Een daarvan is morfologische identificatie, zoals het verzamelen van AMF-sporen uit de bodem met behulp van methoden zoals nat zeven en sucrosecentrifugatie, gevolgd door het classificeren en kwantificeren van de sporen op basis van hun morfologie14. De andere methode omvat moleculaire technieken, waarbij geconserveerde gebieden van AMF-genen worden versterkt en gesequenced voor identificatie15. Deze methoden vereisen echter vaak uitgebreide ervaring met morfologische identificatie of hogere financiële middelen. Aan de andere kant bieden kwantitatieve studies van AMF-kolonisatiesnelheden, hoewel ze geen veranderingen in AMF-soorten en -samenstelling kunnen bepalen, nog steeds een uitgebreide beoordeling van de symbiotische relatie tussen AMF en planten. Dergelijke studies zijn onmisbaar in zowel fundamenteel onderzoek als het daaropvolgende validatiewerk voor inoculatie-experimenten.
De kolonisatie van AMF speelt een cruciale rol bij het bepalen van de verdeling van hulpbronnen over naast elkaar bestaande plantensoorten7. Het weerspiegelt de totstandkoming en kracht van de symbiotische relatie tussen AMF en waardplantenwortels. In dezelfde habitat vertonen invasieve plantensoorten vaak hogere kolonisatiepercentages in vergelijking met inheemse planten16,17. Deze verbeterde kolonisatie van AMF draagt bij aan de succesvolle invasie van invasieve soorten zoals Ambrosia artemisiifolia18, Solidago canadensis19, Sapium sebiferum20, Ageratina adenophora21, Sphagneticola trilobata22 en Flaveria bidentis7. Inzicht in de kolonisatiesnelheid van AMF in de wortels van invasieve planten biedt een basis voor het ontrafelen van de microbiële mechanismen in de bodem die ten grondslag liggen aan de succesvolle invasie van deze soorten. Onderzoek naar de kolonisatiesnelheid van AMF in invasieve plantenwortels werpt licht op de ecologische implicaties van plant-microbe-interacties en draagt bij aan ons begrip van de mechanismen die planteninvasies aansturen.
De bepaling van de AMF-kolonisatiesnelheid omvat een kleuringsmicroscopietechniek, die verschillende stappen omvat: wortelconservering, klaring, verzuring, kleuring, kleuring en microscopisch onderzoek (aanvullende figuur 1). In de afgelopen decennia hebben onderzoekers verschillende observatiemethoden voor AMF onderzocht en verschillende kleuringstechnieken ontwikkeld. In de vroege stadia werd Trypan-blauwe kleuring veel gebruikt23,24. Deze methode heeft echter beperkingen vanwege de toxiciteit van Trypanblauw. Zure fuchsinekleuring daarentegen is een veelgebruikte methode die zorgt voor heldere kleuren en betrouwbare en stabiele kleuringsresultaten laat zien25. Bovendien kan de kleuroplossing worden hergebruikt, waardoor deze kosteneffectiever wordt. De kolonisatiesnelheid wordt bepaald met behulp van de rasterlijn-intersect-methode, die objectievere statistische resultaten oplevert in vergelijking met andere benaderingen26. Deze methode wordt gekenmerkt door zijn eenvoud, lage kosten en minimale apparatuurvereisten, waardoor het haalbaar is om te worden uitgevoerd in eenvoudige laboratoriumomgevingen. Het biedt een praktische en toegankelijke benadering om de kolonisatiesnelheid van AMF te beoordelen en draagt bij tot ons begrip van de symbiotische associaties tussen AMF en plantenwortels.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
We hebben experimenten uitgevoerd met één invasieve plant F. bidentis en één inheemse plant Setaria viridis. Beide planten werden gekweekt in experimentele percelen op de Langfang Scientific Research Pilot Base van de Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS), Hebei, China. Elke plantensoort werd afzonderlijk geplant in afzonderlijke percelen, waarbij elk perceel 2 m x 3 m meet en er een opening van 1 meter tussen de percelen is. De planten kregen de kans om op natuurlijke wijze te groeien en na ongeveer twee maanden werden wortelmonsters verzameld.
1. Wortelvoorbereiding en conservering
2. Kleuring van de wortels
3. Kleuring en microscopie
4. Berekening van de kolonisatiesnelheid
| Behandeling | Glijden | Aantal kruispunten | ||||
| Negatief | Hyphae | Arbuscules | Blaasjes | Totaal | ||
| Voorbeeld 1 | Schuif 1 | Een N1 | EenH1 | EenA 1 | EenV1 | Een T1 |
| Schuif 2 | Een N2 | EenH2 | AA2 | EenV2 | Een T2 | |
| Schuif 3 | A N3 | EenH3 | EenA3 | EenV3 | Een T3 | |
| Totaal | Een N | AH | EenA | EenV | Een T | |
Tabel 1: Statistische tabel van kolonisatiesnelheden van arbusculaire mycorrhiza-schimmels. Afkortingen: AH = Aantal snijpunten met hyfen; AA = Aantal kruispunten met arbuscules; AV = Aantal snijpunten met blaasjes; AT = Totaal aantal kruispunten; AN = Aantal snijpunten met niet-mycorrhizawortels.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De kleuringsresultaten van de invasieve plantenwortels met deze methode zijn weergegeven in figuur 1. De structuren (hyfen, arbuscules, sporen en blaasjes) van AMF zijn rood gekleurd, de wortelcortexcellen zijn na het kleuren lichtrood gekleurd en de centrale cilinder is rood gekleurd. Dit kleuringsresultaat is voldoende om de schimmelstructuren te onderscheiden, aangezien AMF voornamelijk in de cortex van de plant voorkomt. Uit het kleuringsresultaat kunnen...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De interacties tussen invasieve planten en AMF zijn complex en divers. Het bestuderen van deze interacties is cruciaal voor het begrijpen van het succes van invasieve planten en hun ecologische effecten. Ze kunnen het invasieve vermogen van planten, de structuur en functie van bodemecosystemen en het concurrentievermogen van inheemse planten beïnvloeden. De kolonisatiesnelheid dient als een belangrijke indicator voor het bestuderen van de relatie tussen invasieve planten en AMF. Het bied...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd gefinancierd door het National Key R&D-programma van China (2021YFD1400100, 2021YFC2600400 en 2022YFC2601100) en door de National Science Foundation of China (42207162).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 70% Alcohol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | R433197 | |
| Azijnzuur oplossing | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | A116166 | |
| Fuchsine zuur | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | A104917 | |
| Formaldehyde oplossing, Formaline | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | F111941 | |
| Glycerol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | G116203 | |
| Zoutzuur, HCl | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | H399657 | |
| Melkzuur | Shanghai Aladdin Biochemische Technologie Co., Ltd | L432769 | |
| Handmatig systeem Microscoop BX43 | Olympus (China) co., Ltd | ||
| Kaliumhydroxide, KOH | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | P112284 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen