Charakterisierung Herbivore Resistenzmechanismen: Spittlebugs auf Brachiaria Spp. als Beispiel

Summary

Dieses Video erklärt, Mechanismen der Wirtspflanze Resistenz gegen Insektenfraß und zeigt eine nicht-Choice-Test, dass die relativen Beiträge der Antibiose und Toleranz zu spittlebug Widerstand in den Schätzungen

Abstract

Antixenosis, Antibiose und Toleranz ^1: Pflanzen können Pflanzenfresser Schäden, die durch drei große Mechanismen zu widerstehen. Antixenosis ist der Grad, zu dem die Anlage vermieden werden, wenn die Pflanzenfresser in der Lage ist, um andere Pflanzen ² ist. Antibiose ist der Grad, zu dem die Anlage wirkt sich auf die Fitness der Pflanzenfresser ernähren sie ^1. Toleranz ist das Ausmaß, in dem die Anlage standhalten können oder Beseitigung von Schäden durch die Pflanzenfresser verursacht, ohne dass die Pflanzenfresser das Wachstum und die Reproduktion ^1. Die Haltbarkeit der Pflanzenfresser Widerstand in einer landwirtschaftlichen Einstellung hängt zu einem großen Teil auf den Resistenzmechanismus bei Pflanzen Züchtungsanstrengungen ³ begünstigt.

Wir zeigen eine nicht-Choice-Experiment entwickelt, um die relativen Beiträge der Antibiose und Toleranz zu spittlebug Widerstand in Brachiaria spp schätzen. Mehrere Arten von afrikanischen Gräsern der Gattung Brachiaria sind wertvolle Futter und Weide-Pflanzen in der Neotropis, aber sie können stark von mehreren einheimischen Arten von spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae) angefochten werden. ⁴ Um ihren Widerstand gegen spittlebugs zu beurteilen, werden Pflanzen vegetativ vermehrte durch Stecklinge und dürfen für ca. 1 Monat wachsen, so dass das Wachstum der oberflächlichen Wurzeln, auf denen spittlebugs ernähren kann. An diesem Punkt wird jeder Test-Anlage individuell mit sechs spittlebug Eier in der Nähe Schlüpfen in Frage gestellt. Parasitäre Erkrankungen dürfen für einen Monat vor dem Auswerten Anlage beschädigen und Insekten das Überleben Fortschritt. Scoring-Anlage Schaden liefert eine Schätzung der Toleranz, während Scoring Insekten das Überleben ermöglicht eine Schätzung der Antibiose. Dieses Protokoll hat unsere Pflanzenzüchtung Ziel erleichtert zu spittlebug Widerstand in kommerziellen brachiariagrases ⁵ zu verbessern.

Protocol

1. Pflanzen

1. Einzel-Stecklinge aus reifen Pflanzen sind als experimentelle Einheiten verwendet. Die Stecklinge werden bis 10 cm geschnitten, um die Einheitlichkeit der Pflanzmaterial gewährleisten.
2. Um zu verhindern, Kontamination durch Pflanzenpathogene werden die Stecklinge in eine 3% ige Natriumhypochlorit-Lösung für 2 min gewaschen und dann thoughroughly mit Leitungswasser gespült.
3. Jeder Schnitt ist in ca. gepflanzt. 36 g sterilem Boden in einem zylindrischen PVC-Rohr (5,3 cm Außendurchmesser von 6,5 cm Höhe) am unteren Ende mit einem Styropor-Becher versiegelt und verschlossen mit einem PVC-Buchse. Das Schneiden wird an Stelle von einem Schaumstoff-Ring in die zentrale Öffnung der Büchse platziert statt.
4. Die Pflanzen werden gedüngt und bewässert wie notwendig, um ausreichende Bodenfeuchte zu erhalten.
5. Die Pflanzen werden für einen Monat, bevor sie von Insekten in Frage gestellt werden, so dass die Entwicklung von oberflächlichen Wurzeln, die als Futterplätze für das Root-Xylem-Fütterung spittlebug Nymphen dienen.
6. PVC Rohre mit Stecklinge sind für 8 d vor Befall weiter stimulieren das Wachstum der oberflächlichen Wurzeln, teilweise bereinigt um angeborene Unterschiede in root Architektur invertiert. Dieser Schritt erfordert eine künstliche Lichtquelle, die wir für 24 Stunden am Tag. Zur Vermeidung von Verwechslung entkommt Herbivorie mit Pflanzenfresser Widerstand, repliziert einzelne Pflanze mit wenigen oder keinen oberflächlichen Wurzeln nach dieser Umkehrung der Behandlung aus dem Experiment werden eliminiert. Diese Eliminierung sollte selten, nie, die zur Beseitigung der Genotyp die sie vertreten.

2. Insekten

1. Adult spittlebugs sind aus dem Bereich gesammelt, identifiziert werden, um Arten und eingeführt, um die Eiablage Käfigen, wo sie Laub empfänglicher brachiariagrasses bereitgestellt werden, um sich ernähren. Die Weibchen legen ihre Eier im Boden in einer flachen abnehmbaren Tablett auf dem Boden der Käfige gebracht werden, enthalten.
2. Nach einigen Tagen wird der Boden in Wasser suspendiert und durch eine Reihe von Sieben (42, 60 und 150 mesh), um die Eier zu sammeln. Aussetzung der gesiebte Material in eine 30% ige Kochsalzlösung bewirkt, dass die reifen Eizellen zu schweben, und hinterließ unreife Eier und restliche organische Substanz.
3. Um zu verhindern, Verunreinigungen durch Insekten Krankheitserreger, sind Eier in eine 0,5% ige Natriumhypochlorit-Lösung für 5 min desinfiziert und dann mit destilliertem Wasser gespült.
4. Jeder Test-Anlage (experimentelle Einheit) befallen ist an der Bodenoberfläche mit sechs reife Eier. Nur reife Eier in der Nähe von dem Schlüpfen sind für parasitäre Erkrankungen ausgewählt. Rosa Markierungen im hinteren Teil, entsprechend der Insekten Bauch; und eine voll ausgebaut Operculum Sie können durch die Anwesenheit von zwei roten Punkte in ihrem vorderen Teil, entsprechend dem Insekt die Augen identifiziert werden.
5. Erfolgreiche Brut wird 4 d später bestätigte an welcher Stelle alle unhatched Ei von einem Neugeborenen spittlebug aus unserer Kolonie ersetzt wird.
6. Testpflanzen werden in einer randomisierten vollständigen Block-Design mit sechs Wiederholungen pro Genotyp angeordnet.

3. Auswertungen

1. Das Experiment ist ca ausgewertet. 30 d nach dem Befall (genaue Zeiten variieren je nach Insektenart studiert).
2. Der Schaden wird auf 1 bis 5 visuellen Skala, wobei 1 entspricht keine sichtbaren Schäden und 5 entspricht einem abgestorbenen Pflanzenteilen (Abbildung 1) erzielt. Scoring-Anlage Schaden liefert eine Schätzung der Toleranz.

Abbildung 1. Damage-Skala zur Toleranz gegenüber spittlebug Herbivorie in Brachiaria spp. 1 = keine nachweisbaren Schaden, 2 = 0-25% nekrotische Laub, 3 = 25-50% nekrotische Blätter, 4 = 50-75% nekrotische Laub, 5 = 75-100% nekrotische Laub.

3. Insect Überleben wird durch Zählen der Insekten zu erreichen entweder ihre endgültige Erscheinungsform oder erwachsenen Stadium (Abbildung 2) bewertet. Scoring für Insekten das Überleben ermöglicht eine Schätzung der Antibiose.

Abbildung 2. Spittlebug Entwicklung von der ersten Larvenstadium (links) bis zur Erwachsenenbildung (rechts). Nur Insekten Erreichen zumindest ihre letzten Larvenstadium (Pfeile) zum Zeitpunkt der Evaluierung werden als gezählt "Überlebenden".

4. Repräsentative Ergebnisse

Ergebnisse einer repräsentativen Test-Screening Brachiaria Hybriden zum Widerstand gegen die spittlebug Aeneolamia reducta sind in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3. Ergebnisse von Screening Brachiaria Hybriden für die Resistenz gegen spittlebug Aeneolamia reducta. Wir betrachten Pflanzen resistent, wenn ihre Antwort auf Herbivorie fällt in der unteren Hälfte dieses Grundstück. Antibiose steigt von rechts nach links und Toleranz erhöht sich von oben nach unten. Die Pfeile zeigen an unserem beständig überprüft.

Discussion

Diskriminierende unter Pflanzenfresser Resistenzmechanismen beleuchten kann Pflanzenzüchtung Bemühungen ^3. Widerstand auf starke Antibiose Basis könnten unter bestimmten Umständen zu schaffen Selektionsdruck für mehr aggressive Schädling Biotypen. Auf der anderen Seite, könnte Widerstand Toleranz erlauben Schädlingspopulationen zu erhöhen, bis schließlich Toleranz ist überwältigt. Zucht für dauerhafte Beständigkeit, daher erfordert eine sorgfältige Prüfung dessen, was Resistenzmechanismen würden die meisten Stabilität für eine bestimmte Pflanze / Pflanzenschutz-System verleihen [siehe Kennedy et al. (1987) für eine umfassende Diskussion zum Thema] ^3.

Dieses Video-Demonstration basiert auf mehreren früheren Studien entwickelt, um die relativen Beiträge der Antibiose und Toleranz zu spittlebug Widerstand in brachiariagrasses ^6-9 schätzen. Im Gegensatz zu Choice-Tests oder Feldversuche, sicherzustellen, dass keine-Choice-Tests alle Pflanzen die gleichen Pflanzenfresser Druck, wodurch Steuerung für Differenzen aus Pflanzenfresser Verhalten (zB Host-Präferenz, Aggregation). Aus diesem Grund sind jedoch nicht-Choice-Tests ungeeignet, um Widerstand antixenosis beurteilen.

Künstlich Aufzucht Insektenkolonien ist die bevorzugte Methode zu testen, Insekten-Resistenz-Screening-Assays ^{10 zu} erhalten. Kolonien bieten eine zuverlässige und einheitliche Quelle der spittlebugs eines bekannten Alters für Experimente durchgeführt jeder Zeit des Jahres ¹¹ sein. Es kann jedoch notwendig sein, regelmäßig infundiert wilden Individuen in der Kolonie, um sicherzustellen, dass die Kolonie nicht genetisch abweichen entsprechende Feld Bevölkerung ^10. Um die Eignung dieser künstlich aufgezogenen Pflanzenfresser zu bewerten und zu überwachen mögliche Veränderungen in ihrer Aggressivität im Laufe der Zeit ist es wichtig, dass alle Vorführungen geeignete Kontrollen der bekannten Widerstand Ebenen umfassen.

Mehrere Parameter müssen sorgfältig definiert werden, um einen geeigneten Widerstand Screening-Assay-Design. Ein paar wichtige Parameter, die wir als unsere Test-Design haben, gehören das Alter der Wirtspflanzen, der Art und dem Entwicklungsstadium der spittlebugs, der Befall und die Dauer der Pflanze-Insekt-Kontakt ^8,9,12. Mehrere Runden des Experimentierens und Protokoll Verfeinerung erforderlich sein, um zu einer schnellen, kostengünstigen, zuverlässigen Test, der ausreichend prognostiziert Pflanzenfresser Widerstand im Bereich erreichen.