Ten protokół zapewnia proste i łatwe w użyciu podejście do określania tempa kolonizacji grzybów mikoryzowych Arbuskularnych (AMF) w korzeniach roślin inwazyjnych.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół zapewnia proste i łatwe w użyciu podejście do określania tempa kolonizacji grzybów mikoryzowych Arbuskularnych (AMF) w korzeniach roślin inwazyjnych.
Arbuskularne grzyby mikoryzowe (AMF) są szeroko rozpowszechnionymi grzybami glebowymi w ekosystemach i mogą tworzyć symbiotyczne związki (mikoryzy) z korzeniami większości roślin lądowych. Rośliny dostarczają źródła węgla do AMF poprzez asocjacje mikoryzowe, podczas gdy strzępki AMF mogą rozszerzać zakres wchłaniania składników odżywczych przez korzenie i promować pobieranie składników odżywczych przez rośliny. Istnieje wiele różnych gatunków AMF, a symbiotyczne relacje między różnymi gatunkami AMF i różnymi roślinami są różne. Rośliny inwazyjne mogą wzbogacać gatunki AMF o lepsze zdolności symbiotyczne poprzez wysięki korzeniowe, promując ich wzrost, a tym samym zwiększając ich kolonizację w korzeniach roślin inwazyjnych. Jednocześnie rośliny inwazyjne mogą również zakłócać symbiotyczny związek między AMF a roślinami rodzimymi, wpływając na lokalne zbiorowisko roślinne, co jest jednym z mechanizmów udanej inwazji roślin. Tempo kolonizacji AMF w korzeniach roślin inwazyjnych i rodzimych pośrednio odzwierciedla rolę AMF w procesie inwazji roślin inwazyjnych. W tej metodzie zebrane korzenie roślin można przetworzyć bezpośrednio lub zapisać w utrwalaczu do późniejszej obróbki wsadowej. Poprzez odbarwianie, zakwaszanie, barwienie i odbarwianie korzeni, strzępki, zarodniki i struktury arbuskularne AMF w systemie korzeniowym można wyraźnie zaobserwować. Metodę tę można wykonać w podstawowym laboratorium w celu obserwacji i obliczenia szybkości kolonizacji AMF w systemach korzeniowych roślin inwazyjnych.
Grzyby mikoryzowe są powszechne w naturalnych ekosystemach i tworzą symbiotyczne relacje z korzeniami większości roślin, tworząc mikoryzy1. Powiązania te są korzystne dla obu stron, ponieważ rośliny dostarczają fotosyntetycznie wiązane związki węgla, takie jak kwasy tłuszczowe i cukry, aby wspierać wzrost grzybów mikoryzowych, podczas gdy grzyby odwzajemniają się, dostarczając roślinom żywicielskim mineralne składniki odżywcze, takie jak fosfor i azot, promując w ten sposób wzrost roślin2. Na podstawie ich typów mikoryzowych utworzonych z korzeni roślin, grzyby mikoryzowe można podzielić na cztery główne typy: grzyby ektomikoryzowe (ECM), grzyby mikoryzowe ericoidalne (ERM), grzyby mikoryzowe orchidei (ORM) i grzyby mikoryzowe arbuskularne (AM)1. Wśród nich najszersze rozmieszczenie mają arbuskularne grzyby mikoryzowe (AMF), które mogą tworzyć związki mikoryzowe z ponad 80% gatunków roślin3,4.
AMF odgrywają kluczową rolę w zwiększaniu obiegu składników odżywczych w glebie5, poprawie pobierania składników odżywczych przez rośliny6, oraz regulowaniu konkurencji i sukcesji roślin. Odgrywają ważną rolę w procesie inwazji inwazyjnych gatunków roślin7,8. AMF, sklasyfikowany jako typ Mucoromycota9, obejmuje ponad 250 gatunków10. Specyficzne symbiotyczne relacje między różnymi gatunkami AMF i różnymi roślinami mogą się różnić. Inwazyjne gatunki roślin mają potencjał, aby zmienić różnorodność AMF i promować wzbogacanie gatunków AMF o lepsze zdolności symbiotyczne, które przyczyniają się do ich przewagi konkurencyjnej podczas wzrostu i kolonizacji8,11,12,13. Zrozumienie dynamiki AMF i ich interakcji z inwazyjnymi gatunkami roślin ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw inwazji roślin i ich wpływu na środowisko.
Badania jakościowe gatunków AMF zazwyczaj obejmują dwie główne metody. Jednym z nich jest identyfikacja morfologiczna, taka jak zbieranie zarodników AMF z gleby za pomocą metod takich jak przesiewanie na mokro i wirowanie sacharozy, a następnie klasyfikacja i kwantyfikacja zarodników na podstawie ich morfologii14. Druga metoda obejmuje techniki molekularne, amplifikację konserwatywnych regionów genów AMF i sekwencjonowanie ich w celu identyfikacji15. Metody te wymagają jednak często dużego doświadczenia w identyfikacji morfologicznej lub większych środków finansowych. Z drugiej strony, badania ilościowe wskaźników kolonizacji AMF, choć nie są w stanie określić zmian w gatunkach i składzie AMF, nadal zapewniają kompleksową ocenę symbiotycznego związku między AMF a roślinami. Takie badania są niezbędne zarówno w badaniach podstawowych, jak i późniejszych pracach walidacyjnych w eksperymentach z inokulacją.
Kolonizacja AMF odgrywa kluczową rolę w określaniu dystrybucji zasobów wśród współistniejących gatunków roślin7. Odzwierciedla to ustanowienie i siłę symbiotycznego związku między AMF a korzeniami roślin żywicielskich. W tym samym środowisku inwazyjne gatunki roślin często wykazują wyższe wskaźniki kolonizacji w porównaniu z roślinami rodzimymi16,17. Ta zwiększona kolonizacja AMF przyczynia się do udanej inwazji gatunków inwazyjnych, takich jak Ambrosia artemisiifolia18, Solidago canadensis19, Sapium sebiferum20, Ageratina adenophora21, Sphagneticola trilobata22 i Flaveria bidentis7. Zrozumienie tempa kolonizacji AMF w korzeniach roślin inwazyjnych stanowi podstawę do rozwikłania mechanizmów mikrobiologicznych gleby leżących u podstaw udanej inwazji tych gatunków. Badanie tempa kolonizacji AMF w korzeniach roślin inwazyjnych rzuca światło na ekologiczne implikacje interakcji między roślinami a mikroorganizmami i przyczynia się do zrozumienia mechanizmów napędzających inwazje roślin.
Określenie szybkości kolonizacji AMF obejmuje technikę mikroskopii barwienia, która obejmuje kilka etapów: zachowanie korzeni, klarowanie, zakwaszanie, barwienie, odbarwienie i badanie mikroskopowe (Rysunek uzupełniający 1). W ciągu ostatnich dziesięcioleci naukowcy badali różne metody obserwacji AMF i opracowali różne techniki barwienia. We wczesnych stadiach barwienie niebieskim trypanem było szeroko stosowane23,24. Jednak ta metoda ma ograniczenia ze względu na toksyczność błękitu trypanowego. Z drugiej strony barwienie kwasową fuksyną jest powszechnie stosowaną metodą, która zapewnia jasne kolory i pokazuje wiarygodne i stabilne wyniki barwienia25. Dodatkowo roztwór barwiący może być ponownie użyty, co czyni go bardziej opłacalnym. Szybkość kolonizacji jest określana za pomocą metody przecięcia linii siatki, która zapewnia bardziej obiektywne wyniki statystyczne w porównaniu z innymi podejściami26. Metoda ta charakteryzuje się prostotą, niskim kosztem i minimalnymi wymaganiami sprzętowymi, dzięki czemu można ją wykonywać w podstawowych warunkach laboratoryjnych. Oferuje praktyczne i przystępne podejście do oceny wskaźnika kolonizacji AMF i przyczynia się do naszego zrozumienia symbiotycznych powiązań między AMF a korzeniami roślin.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przeprowadziliśmy eksperymenty z użyciem jednej rośliny inwazyjnej F. bidentis i jednej rodzimej rośliny Setaria viridis. Obie rośliny były uprawiane na poletkach doświadczalnych w Pilotażowej Bazie Badań Naukowych Langfang Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych (CAAS) w Hebei w Chinach. Każdy gatunek roślin został posadzony indywidualnie na oddzielnych działkach, przy czym każda działka miała wymiary 2 m x 3 m i 1 metr odstępu między działkami. Rośliny pozostawiono do naturalnego wzrostu, a po około dwóch miesiącach pobrano próbki korzeni
.1. Przygotowanie i konserwacja korzeni
2. Barwienie korzeni
3. Odbarwienie i mikroskopia
4. Obliczanie współczynnika kolonizacji
| Leczenie | Slajd | Liczba skrzyżowań | ||||
| Minus | Strzępki strzępek | Arbuscules (Arbuscules) | Pęcherzyki | łączny | ||
| Próbka 1 | Slajd 1 | AN1 | AH1 | AA1 | AV1 | AT1 |
| Slajd 2 | AN2 | AH2 | AA2 | AV2 | AT2 | |
| Slajd 3 | AN3 | AH3 | AA3 | AV3 | AT3 | |
| Razem | AN | AH | AA | AV | AT | |
Tabela 1: Tabela statystyczna wskaźników kolonizacji arbuskularnych grzybów mikoryzowych. Skróty: AH = liczba przecięć ze strzępkami; AA = liczba skrzyżowań z arbuskułami; AV = liczba skrzyżowań z pęcherzykami; AT = całkowita liczba skrzyżowań; AN = liczba skrzyżowań z korzeniami niemikoryzowymi.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki barwienia korzeni roślin inwazyjnych za pomocą tej metody są pokazane w Rysunek 1. Struktury (strzępki, arbuskule, zarodniki i pęcherzyki) AMF są zabarwione na czerwono, komórki kory korzenia są zabarwione na jasnoczerwono po odbarwieniu, a centralny cylinder jest zabarwiony na czerwono. Ten wynik barwienia jest wystarczający do rozróżnienia struktur grzybów, ponieważ AMF występuje głównie w korze rośliny. Na podstawie wyniku barwienia można zaobserwować wyraźne struktury, takie jak a...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Interakcje między roślinami inwazyjnymi a AMF są złożone i różnorodne. Badanie tych interakcji ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia sukcesu roślin inwazyjnych i ich skutków ekologicznych. Mogą wpływać na zdolność inwazyjną roślin, strukturę i funkcję ekosystemów glebowych oraz konkurencyjność roślin rodzimych. Wskaźnik kolonizacji służy jako ważny wskaźnik do badania związku między roślinami inwazyjnymi a AMF. Stanowi ilościową miarę do ustanawiania relacji symbiotycznych, oceny zdolności inwazyjnych, analizowania efekt...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca została sfinansowana przez Narodowy Kluczowy Program Badawczo-Rozwojowy Chin (2021YFD1400100, 2021YFC2600400 i 2022YFC2601100) oraz przez Narodową Fundację Nauki Chin (42207162).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 70% Alkohol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | R433197 | |
| Roztwór kwasu octowego | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | A116166 | |
| Kwaśna fukssyna | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | A104917 | |
| Roztwór formaldehydu, Formalin | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | F111941 | |
| Glycerol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | G116203 | |
| Kwas solny, HCl | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | H399657 | |
| Kwas mlekowy | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | L432769 | |
| Ręczny mikroskop systemowy BX43 | Olympus (China) co., Ltd | ||
| Potas wodorotlenek, KOH | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | P112284 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie