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.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Budowa stelaża
UWAGA: Wymiary drewna podano jako grubość (cm) x szerokość (cm) x długość (m).

Rysunek 1: Widok z przodu drewnianej podstawy. Drewniana podstawa służy jako stojak dla próbek roślin. Materiały do systemu należy złożyć i dodać w zależności od liczby próbek wymaganych do eksperymentu. W niniejszym badaniu dwa stojaki posłużyły jako podstawa dla 31 próbek. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej figury.
2. Montaż systemu
3. Sadzenie
4. Umieszczanie próbek

Rycina 2: Mapa rozmieszczenia. Schemat przedstawiający rozmieszczenie roślin dawców (WR/R) i odbiorców (BYG) na odpowiednich pozycjach w systemie schodkowym. Jedna jednostka eksperymentalna obejmuje dwie kolumny systemu schodkowego z rozmieszczonymi roślinami. Pojedyncza kolumna roślin odbiorców służyła jako kontrola dla jednej powtórki (skrajna prawa), pojedyncza kolumna roślin dawców jako kontrola dla każdego ekotypu (środek), a kolumna eksperymentalna składała się z naprzemiennie ułożonych roślin dawców i odbiorców (skrajna lewa). Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3: Końcowa struktura schodkowa. System schodkowy z zamontowanymi roślinami. System zawierał cztery rzędy próbek roślin oraz zbiornik w dolnej części, umożliwiający cyrkulację roztworu z najniższego poziomu do górnej butelki, skąd spływał on grawitacyjnie przez kolejne doniczki. Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
5. Obsługa
6. Gromadzenie danych
7. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przeprowadzono dwa wstępne przesiewy z wykorzystaniem tej metody na dziewięciu accessionach ryżu dzikiego (B2, S3, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) oraz pięciu liniach ryżu uprawnego (PI338046, Rex, Rondo, PI3127, CL163). Accessiony ryżu dzikiego i linie ryżu wybrano na podstawie ich wyników w poprzednich przesiewach allelopatycznych przeprowadzonych przez Shresthę (2018)18. Nasiona ryżu dzikiego zebrano z całego stanu Arkansas. Wybrane linie ryżu to powszechnie uprawiane w USA linie, z których n...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
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...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 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 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.