Allelopatia okazała się obiecująca jako użyteczna uzupełniająca strategia zwalczania chwastów w systemach upraw. Aby określić potencjał allelopatyczny pożądanego okazu rośliny, stosuje się metodę przesiewową schodkową.
Method Article
Allelopatia okazała się obiecująca jako użyteczna uzupełniająca strategia zwalczania chwastów w systemach upraw. Aby określić potencjał allelopatyczny pożądanego okazu rośliny, stosuje się metodę przesiewową schodkową.
Konkurencja chwastów znacząco przyczynia się do strat plonów w systemach upraw na całym świecie. Ewolucja odporności wielu gatunków chwastów na herbicydy stosowane w sposób ciągły spowodowała potrzebę opracowania dodatkowych metod zarządzania. Allelopatia to proces fizjologiczny, który posiadają niektóre gatunki roślin, który zapewnia roślinie przewagę nad sąsiadami. Allelopatyczne odmiany roślin uprawnych byłyby wyposażone w zdolność do hamowania wzrostu otaczających konkurentów, zmniejszając w ten sposób potencjalne straty plonów spowodowane ingerencją chwastów. Niniejsza praca koncentruje się na budowie i działaniu testu schodkowego stosowanego do badania przesiewowego potencjału allelopatycznego gatunku dawcy (Oryza sativa) przeciwko gatunkowi chwastów odbiorczych (Echinochloa crus-galli) w warunkach szklarniowych. Struktura opisana w tym artykule służy jako podstawa dla próbek roślin i zawiera system nawadniania w określonym czasie do akumulacji i dystrybucji allelochemikaliów. Allelochemikalia wytwarzane przez korzenie roślin mogą spływać w dół przez szereg czterech doniczek oddzielnie do zbiornika zbiorczego i są zawracane z powrotem do górnej rośliny za pomocą pomp elektrycznych. Ta metoda badań przesiewowych umożliwia allelochemikalia z rośliny dawcy dotarcie do roślin biorczych bez konkurencji o zasoby, umożliwiając w ten sposób ilościowy pomiar potencjału allelopatycznego wybranej rośliny dawcy. Potencjał allelopatyczny jest mierzalny poprzez redukcję wysokości roślin odbiorczych. Wstępne dane przesiewowe dotyczące skuteczności tej metody wykazały zmniejszenie wysokości u gatunku odbiorcy, wiechliny (E. crus-galli), a tym samym obecność pozostałości allelopatycznych z rośliny dawcy, ryżu zachwaszczonego (Oryza sativa).
Allelopatia jest naturalnym i złożonym zjawiskiem, które było przedmiotem zainteresowania wielu naukowców zajmujących się roślinami w ciągu ostatnich kilku dekad. Mechanizmy związane z allelopatią w uprawach były przedmiotem wielu badań od lat 30. XX wieku, kiedy Molisch zaobserwował, że roślina ma bezpośredni lub pośredni wpływ na sąsiednią roślinę poprzez produkcję i wydzielanie związków chemicznych do środowiska1. Allelopatia to wytwarzanie metabolitów wtórnych, które działają hamująco na wzrost i kiełkowanie niektórych gatunków roślin. Uwolnione alopatyczne związki chemiczne pomagają zapewnić roślinom-dawcom przewagę konkurencyjną poprzez dodawanie fitotoksyn do otaczającego je środowiska2. Na aktywność allelopatyczną składa się wiele czynników. Jest selektywny pod względem skuteczności i różni się w zależności od odmiany, warunków środowiskowych, fazy wzrostu, stresu, środowiska i dostępności składników odżywczych3.
W ostatnich latach, allelopatia została podkreślona w badaniach jako możliwe uzupełnienie stałego i narastającego kryzysu zwalczania chwastów. Wraz z rosnącą populacją na świecie wzrosło zapotrzebowanie na zrównoważoną produkcję żywności i włókien4. Zwalczanie chwastów jest jednym z największych zagrożeń dla produkcji, z jakimi borykają się agronomowie5,6. Tradycyjne metody zwalczania chwastów koncentrują się na praktykach mechanicznych, chemicznych i kulturowych. Ciągłe stosowanie herbicydów, choć skuteczne, użyteczne i wydajne, przyczyniło się do ewolucji odpornych populacji chwastów w alarmująco szybkim tempie7. Inżynieria genetyczna i praktyki hodowlane zostały skutecznie wykorzystane do zapewnienia uprawom przewagi konkurencyjnej nad chwastami, projektując je tak, aby wytrzymywały zastosowania chemiczne, których ich sąsiedzi nie są w stanie przetrwać7,8. Chociaż technologie te są skuteczne, nie zawsze są zrównoważone i czasami stwarzają problemy związane z krzyżowaniem się9. Jeśli cel zwiększenia produkcji żywności ma zostać osiągnięty, należy wprowadzić uzupełniające praktyki zwalczania chwastów10. Allelopatia jest bardzo obiecująca jako nowe narzędzie obronne dla upraw, aby poprawić ich jakość i przetrwać swoich konkurentów1,7.
Allelochemikalia są często produktami wtórnymi, a ponieważ na ich produkcję duży wpływ mają czynniki środowiskowe, trudno jest zidentyfikować konkretne związki związane z tłumieniem roślin3. Czynniki produkcji obejmują genetykę i wspólne działanie metabolitów wtórnych, które mogą działać synergistycznie11,12. Oddzielenie aktywności allelopatycznej od konkurencji, która naturalnie istnieje w interakcjach między roślinami uprawnymi i chwastami, jest wyzwaniem, dlatego podczas badań przesiewowych w kierunku allelopatii musi istnieć standardowy zestaw wyników, które kwalifikują test jako ważny i powtarzalny. Poniżej znajduje się zestaw kryteriów, które kwalifikują wyniki allelopatii zgodnie z opisem Olofsdotter et al.12 1) Jedna roślina musi wykazywać tłumienie innej rośliny we wzorze; 2) Substancje chemiczne, które są uwalniane do środowiska w ilościach bioaktywnych, muszą być produkowane przez roślinę dawcę; 3) Wyprodukowane chemikalia muszą nadawać się do transportu do zakładu odbiorczego; 4) W instalacji odbiorczej musi być obecny pewien mechanizm absorpcji; 6) Zaobserwowany wzorzec hamowania nie może mieć innego wyłącznego wyjaśnienia (np. konkurencji o zasoby)12.
W celu pokonania bariery między brakiem wiedzy na temat mechanizmów wspierających allelopatię a rozwojem odmiany, cechy fenotypowe związane z odmianami allelopatycznym mogą być identyfikowane i wybierane do dalszych badań i zastosowań. Niektóre rośliny, o których wiadomo, że mają cechy allelopatyczne, to żyto, sorgo, ryż, słonecznik, rzepak i pszenica13. Podczas wczesnych obserwacji allelopatii w uprawach, ze względu na wyraźne granice wzrostu chwastów w doświadczeniach polowych, zaproponowano, że w grę wchodziły substancje chemiczne, a nie rywalizacja o zasoby14. Jednak większość badań była eksperymentami terenowymi, które uniemożliwiły wyeliminowanie konkurencji jako czynnika14. Wysiłki zmierzające do eliminacji konkurencji ustąpiły miejsca eksperymentom laboratoryjnym i szklarniowym w celu udowodnienia i ilościowego określenia aktywności allelopatycznej w ryżu i innych uprawach. Metody polowe i szklarniowe do badania roślin pod kątem allelopatii pokazują, że tendencje allelopatyczne są obecne w obu warunkach wzrostu11,15. Niektórzy krytycy uważają, że badania laboratoryjne mogą mieć ograniczoną wartość ze względu na brak warunków naturalnych, które mogą mieć wpływ na wyniki15.
Proponowana metoda badania potencjału allelopatycznego u roślin zapewnia odpowiednie zasoby i przestrzeń oraz eliminuje konkurencję o zasoby za pomocą struktury schodkowej11,17. Metoda została zaadaptowana i zmodyfikowana w stosunku do poprzednich eksperymentów badających allelopatię w trawach darniowych i jęczmieniu17,18. Badania te wykazały, że podobny system był w stanie uzyskać dokładne wyniki dotyczące potencjału allelopatycznego rośliny docelowej, jednocześnie usuwając wszelkie wątpliwości, że obserwacje można przypisać naturalnej konkurencji. Metoda schodkowa tworzy układ krążenia, w którym pożywka ze zbiornika może przepływać przez każdą roślinę do tacki inkubacyjnej w kilku krokach. Następnie pompa elektryczna zawraca roztwór wraz z wyprodukowanymi allelochemikaliami18. Metoda taka jak ta jest efektywna zarówno pod względem czasu, przestrzeni, jak i zasobów. Zapewnia również roślinom podobne warunki polowe i eliminuje wszelką konkurencję o zasoby. Metodami i narzędziami stosowanymi do badań przesiewowych można łatwo manipulować, aby dopasować je do pożądanych celów badania, warunków i konkretnych gatunków. Celem pracy jest potwierdzenie zachwaszczonej allelopatii ryżowej poprzez pomiary zahamowania wysokości na wiechlinie ogrodowej z zastosowaniem metody schodkowej.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Budowa stoiska
UWAGA: Wymiary drewna są podane jako grubość (cm) x szerokość (cm) x długość (m).

Rysunek 1: Widok z przodu drewnianej podstawy. Drewniana podstawa służy jako podstawka dla próbek roślin. Materiały do systemu mają być łączone i dodawane w zależności od liczby próbek potrzebnych do eksperymentu. W tym badaniu dwa stanowiska posłużyły jako baza dla 31 próbek. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
2. Montaż systemu
3. Sadzenie
4. Rozmieszczenie próbki

Rysunek 2: Mapa rozmieszczenia. Schemat przedstawiający rozmieszczenie roślin dawczych (WR/R) i biorczych (BYG) w odpowiednich pozycjach w systemie schodowym. Dwie kolumny systemu schodów z zainstalowanymi roślinami składają się na jeden zabieg. Pojedyncza kolumna roślin biorczych służyła jako kontrola dla jednej replikacji (skrajnie po prawej), pojedyncza kolumna roślin dawców jako kontrola dla każdej akcesji (środek), a kolumna leczenia składała się z naprzemiennych roślin dawców i biorców (skrajnie po lewej). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Ostateczna konstrukcja schodów. System schodów zmontowany z roślinami na miejscu. System zawierał cztery rzędy próbek roślin i zbiornik zbiorczy na dole, w którym roztwór przepływał do górnej butelki i grawitacyjnie w dół przez każdą odpowiednią doniczkę. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
5. Operacja
6. Gromadzenie danych
7. Analiza danych
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Dwa wstępne badania przesiewowe przy użyciu tej metody przeprowadzono na dziewięciu zachwaszczonych odmianach ryżu (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) i pięciu liniach uprawy ryżu (PI338046, Rex, Rondo, PI312777, CL163). Zachwaszczone akcesje ryżu i linie ryżowe zostały wybrane na podstawie ich wyników w poprzednich badaniach allelopatycznych przeprowadzonych przez Shrestha (2018)18. Zachwaszczone nasiona ryżu zostały zebrane z całego stanu Arkansas. Wybrane linie ryżu są powszechnie upraw...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Wykorzystanie allelopatii może potencjalnie służyć jako biologiczna kontrola chwastów, które są trudne do zwalczania 1,7,13. Allelopatia wykazała ogromny potencjał jako możliwe rozwiązanie kryzysu związanego z chwastami w ryżu i służy jako alternatywa lub uzupełnienie chemikaliów i ręcznych praktyk zwalczania chwastów 5,13,19. Identyfik...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Finansowanie tego projektu zostało zapewnione przez Special Research Initiative Grant sponsorowany przez Mississippi Agricultural and Forestry Experiment Station i opiera się na pracy wspieranej przez National Institute of Food and Agriculture, U.S. Department of Agriculture, projekt Hatch pod numerem akcesyjnym 230060.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1,25 cala na 6 cali na 8 stóp standardowa deska drewniana do trudnych warunków pogodowych | Lowe's, Mooresville, NC | 489248 | Nie dotyczy |
| cale na 4 cale na 8 stóp biały drewniany kołek | Lowe's, Mooresville, NC | 6005 | Przycięte na odpowiednie rozmiary |
| Szelki narożne 63 mm (2,5 cala) | Lowe's, Mooresville, NC | 809449 | Nie dotyczy |
| Asporto 16 uncji okrągłe czarne plastikowe pudełko na wynos - z przezroczystą pokrywką, nadające się do kuchenki mikrofalowej – 6,25 cala na 6,25 cala na 1,75 cala - 100 sztuk pudełka | Restaurantware.com, Chicago, IL | RWP0191B | |
| plastikowa rurka spożywcza ATP z winylu i flexu, przezroczysta, 0,125 cala id na 0,25 cala OD, 100 stóp | Amazon, Seattle WA | B00E6BCV0G | N / A |
| Miernik zawartości chlorofilu Ccm-300 | Opti-Sciences, Inc. Hudson, NH | ccm / 300 | N/A |
| Wspólna deska sosnowa Lowe's 1 cal na 2 cale na 8 stóp | , Mooresville, NC | 1408 | Nie dotyczy Wykonawcy |
| wybór wykonawcy 24-pak 42-galonowy zewnętrzny plastikowy worek na śmieci | Lowe's, Mooresville, NC | 224272 | Przycięte do przykrycia zbiorniki zbiorcze |
| EURO POTS | Szklarnia Megastore, Danville, IL | CN-EU | 15 cm krótki 6 o średnicy 4,25 wysokości 1,37 kwarty objętość |
| Szalka Petriego marki Fisher z przezroczystą pokrywką | Fisher Scientific, Waltham, MA | FB0857513 | Nie dotyczy |
| Aexit Ac 220 V-240 V sprzęt elektryczny Wtyczka amerykańska 21 W 1,000 l / h uniwersalna pompa głębinowa | Amazon, Seattle WA | B07MBMYQNT | Rozmiar dyszy powinien pasować do rur i można go odbudować |
| Woods 50015 WD outdoor 7-dniowy wytrzymały cyfrowy wyłącznik | Walmart, Bentonville, AR | 565179767 | 20 ustawień |
| Silikon GE 2 + 10,1 uncji silikonowej uszczelki | migdałowejLowe's, Mooresville, NC | 48394 | Uszczelniacz do krawędzi dowolnych dołączonych rurek |
| Woda destylowana o doskonałej wartości | Walmart, Bentonville, AR | 565209428 | Nie dotyczy |
| Filtry do kawy w doskonałej cenie White Basket 200 sztuk | Walmart, Bentonville, AR | 562723371 | Rozmiar może się różnić |
| Grip-rite primgaurd plus #9-3 w pollimerdex | Lowe's, Mooresville, NC | 323974 | Nie dotyczy |
| Hoagland" s nr 2 podstawowa mieszanina soli | Caisson Laboratories, INC. Smithfield, UT | HOP01/50LT | ½ współczynnik wytrzymałości |
| JMP (14) | SAS Institute Inc. Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej, Karolina Północna Nr | A | |
| Źródło projektu płaska farba w sprayu | Lowe's, Mooresville, Karolina Północna | 282254 | Nie dotyczy |
| Źródło projektu Narzędzie 1,88 cala na 165 stóp szara taśma klejąca | Lowe's, Mooresville, NC | 488070 | Nie dotyczy |
| Rubbermaid 2 qt kwadratowy kanister do przechowywania żywności przezroczysty | Walmart, Bentonville, AR | 555115144 | Pojemnik na odpady |
| Szczelna, niewzmocniona przezroczysta rurka winylowa z PVC, klasa spożywcza .5 cala id na .625 in OD, 100 ft | Amazon, Seattle WA | B07D9CLGV3 | Łączy się z pompą |
| Short Mountain Silica 50 lb Play sand | Lowe's, Mooresville, NC | 10392 | Piasek należy oczyścić |
| Butelki sodowe 1 l Steve'a Spanglera - 6 sztuk - do eksperymentu naukowego Użyj | Amazon, Seattle WA | UPC 192407667341 | Górny stopień pokrywy do wyrzucania zbiornika |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission