Summary
La plupart des usines au sein des communautés susceptibles sont reliés entre eux par des champignons mycorhiziens à arbuscules (AM), mais la médiation des interactions entre les plantes par eux a été étudiée principalement par la culture de plantes avec ou sans mycorhizes. Nous présentons une méthode pour manipuler des réseaux mycorrhizal communs chez les plantes mycorhizées pour enquêter sur les conséquences des interactions entre les plantes.
Abstract
Champignons mycorhiziens Arbusculaires (AM) influencent la croissance et l’absorption des éléments nutritifs minéraux plante, par conséquent, ils ont la possibilité d’influencer les interactions entre les plantes. La puissance de leur influence est dans le mycélium extraradiculaire qui se propagée au-delà des zones de l’épuisement des nutriments trouvée près de racines s’interconnecter en fin de compte des individus au sein d’un réseau commun de mycorhizes (CMN). Plupart des expériences, toutefois, ont enquêté sur le rôle des champignons AM dans les interactions entre les plantes par la culture de plantes avec versus sans champignons mycorhiziens, une méthode qui ne traite explicitement le rôle de CMNs pas. Ici, nous proposons une méthode qui manipule la CMNs afin d’étudier leur rôle dans les interactions entre les plantes. Notre méthode utilise des conteneurs mis à jour l’à fond conique avec une maille en nylon et/ou un matériau hydrophobe couvrant les ouvertures fendues, engrais 15N et un sable interstitiel et pauvres en nutriments. CMNs sont soit laissés intacts entre les individus qui interagissent, sectionnée par rotation des conteneurs, ou empêché de former une barrière solide. Nos résultats suggèrent que la rotation des conteneurs est suffisante pour perturber la CMNs et prévenir leurs effets sur les interactions entre les plantes partout au CMNs. Notre approche est avantageuse, car elle imite les aspects de la nature, tels que les semis en puisant dans la CMNs déjà mis en place et l’utilisation d’une suite de champignons AM qui peut offrir des avantages divers. Bien que notre expérience est limitée à une enquête sur les plantes au stade plantule, interactions entre les plantes partout au CMNs peuvent être détectées à l’aide de notre approche qui peut donc s’appliquer pour étudier des questions biologiques sur le fonctionnement de la CMNs dans les écosystèmes.
Introduction
Champignons mycorhiziens Arbusculaires (AM) assisté de plantes dans la colonisation des terres il y a 460 millions d’années1 et aujourd'hui, ils sont des symbiotes omniprésents de la plupart plantes2, leur fournissant des nutriments minéraux essentiels pour la croissance. Minces, filiformes hyphes des champignons AM recherchent des nutriments minéraux au-delà des zones de l’épuisement des nutriments près des racines, souvent rencontrer et colonisant les systèmes racinaires des plantes dans un « réseau mycorhizien commun » de voisins (CMN). Réseaux mycorrhizal communs aussi peuvent se former lorsque champignons germinations join créé réseaux3ou quand suis hyphes fusible (anastomose) avec des hyphes conspécifiques4,5,6,7. L’étendue de ces hyphes extra-racinaires dans le sol est énorme, avec des hyphes extra-racinaires constituant 20 % à 30 % de la biomasse microbienne total du sol dans les Prairies et pâturages sols8 et qui s’étend sur 111 m·cm-3 dans les Prairies non perturbées9 .
Les réseaux mycorrhizal communs partitionnent minéraux nutritifs chez les interconnectés voisins plantes10,11,12,13. Les plantes peuvent recevoir jusqu'à 80 % de leur phosphore et 25 % de leurs besoins en azote de champignons AM, tout en offrant jusqu'à 20 % de leur total fixé de carbone pour les champignons en retour14. Des travaux récents racine in vitro organ culture a trouvé que CMNs échangent préférentiellement des minéraux nutritifs aux racines hôte qui fournissent le carbone de la plupart des champignons11,12. Par ailleurs, différentes espèces de champignons AM peuvent varier dans leur qualité en tant que partenaires symbiotiques, avec certains champignons échanger davantage de phosphore pour moins de carbone que les autres15. Bien que les cultures d’organes de racine sont des modèles utiles pour étudier la symbiose AM parce qu’ils présentent des environnements soigneusement contrôlés et la capacité d’observer directement les interconnexions des hyphes, ils ne comprennent pas les pousses photosynthétisant préjudiciables processus physiologiques importants tels que la photosynthèse, la transpiration et changements diurnes, aussi bien comme constituant des éléments nutritifs carbone et minérale coule.
Dans la nature, semis probables puiser CMNs déjà établies. Jusqu'à tout récemment, cependant, les scientifiques ont seulement examiné l’impact de champignons AM sur la nutrition des plantes en cultivant des plantes avec ou sans champignons AM, souvent avec une seule espèce de champignon AM. Bien que ce travail a été extrêmement instructif pour notre compréhension des mycorhizes arbusculaires, cette méthode a négligé le rôle potentiellement crucial que CMNs peuvent avoir dans les interactions entre les plantes hôtes reliés entre eux. En particulier, les plantes qui dépendent fortement des champignons AM croissance interagissent minimalement sans AM champignons16,17, confusion peut-être notre interprétation des AM champignon interactions liées aux caractéristiques lorsqu’il est utilisé comme « contrôles » pour la ligne de base référence.
Nous proposons une approche de cœurs tournés pour l’étude du rôle de CMNs dans les interactions entre les plantes et la structuration de la population. Notre approche imite les composants de la symbiose AM dans la nature parce que toute les plantes join établi que CMNS et toutes les plantes sont cultivées avec champignons AM. En enlevant les interactions de racine, notre méthodologie se concentre spécifiquement sur les interactions médiées par les champignons AM tout en suivant aussi les minérale circulation des éléments nutritifs au sein de la CMNs. Notre approche s’appuie sur des travaux antérieurs qui a utilisé des carottes tournées tant sur le terrain et en serre comprendre AM fonctionnement réaliste.
La méthode de rotation core a été établie dans la littérature comme une méthode pour manipuler des hyphes extra-racinaires18,19,20,21, et il a eu plusieurs réincarnations selon son but au les deux dernières décennies. Maille au départ, les sacs ou les obstacles permettant la croissance d’hyphes servaient à fournir des compartiments dépourvus de racines afin de quantifier la quantité d’hyphes mycorhiziens arbusculaires dans le sol22,23. Puis, cylindriques carottes de sol enfermé dans des tubes rigides d’eau ou tuyau avec emplacements couverts dans une maille en nylon pénétrable par les hyphes, mais pas les racines, en matière plastique ont été développés. Ces pourraient facilement être tournés pour perturber le mycélium extraradiculaire18,24,25. Les carottes de rotation ont été placés entre les plantes et longueurs des hyphes de sol par gramme de sol18, 13C flux de mycélium extraradical24, ou absorption de phosphore provenant de carottes exemptes de végétation ont été quantifiés18. Une autre utilisation de ces noyaux consistait à faire pousser des plantes en leur sein dans le domaine de réduire la colonisation des racines de champignons AM grâce à fréquentes perturbations des hyphes comme alternative à la stérilisation ou l’application de fongicides, qui ont tous deux des effets indirects sur le sol organique matière et autres microbes18.
L’approche à barrières des hyphes maille a servi à étudier la répartition des éléments nutritifs et interactions des plantes partout au CMNs, mais dans des microcosmes rectangulaires plutôt qu’avec cœurs pivotés. Walder et coll.26 étudié les interactions entre Linum usitatissimum (lin) et Sorghum bicolor (sorgho) en traçant minéral nutritif pour les échanges de carbone utilisant les isotopes travers CMNs d’un des champignons AM Rhizophagus irregularis ou Funneliformis mosseae26. Les microcosmes dans leurs étude composée des compartiments de plante séparés par maille barrières, compartiments des hyphes uniquement accessibles aux hyphes mycorhiziens et étiquetées compartiments des hyphes qui contenait des isotopes radioactifs et stables. Comme témoins, l’étude a utilisé des traitements sans champignons mycorhiziens. Song et al.,27 a utilisé une approche similaire pour trouver cette plante signaux pouvaient être transportés uniquement entre CMNs établies de F. mosseae quand une plante a été infectée par un champignon pathogène. Aussi, de même à Walder et al.,26, Merrild Al28 a augmenté de plantes dans des compartiments individuels séparés par maille d’enquêter sur le rendement des plantes de semis de Solanum lycopersicum (tomate) reliés par CMNs pour un grand Cucumis sativus plante (concombre) qui représentée une source abondante de carbone. Ils utilisaient aussi des traitements sans champignons mycorhiziens au lieu de séparation CMNs28. Dans une deuxième expérience connexe, carbone pour l’échange de phosphore a été étudiée à l’aide de filets étiquetés avec 32P. microcosmes avec barrières de maillage des hyphes et CMN coupant comme un traitement était utilisé par Janos Al29, qui a enquêté sur la concurrence interactions entre les semis de l’espèce d’arbre de savane Eucalyptus tetrodonta et transplantation de l’arbre de la forêt tropicale, Litsea glutinosa. À cet étude, Janos Al29 levée compartiments contenant des semis de quelques centimètres, glissement des couches de treillis uns contre les autres pour briser les interconnexions des hyphes29.
La dernière étape dans l’évolution de la méthode de base pivotée a consisté à faire pousser des plantes à l’intérieur des noyaux qui se situent dans des pots ou des microcosmes20,30. Wyss30 utilisé carottes pivotés pour vérifier si le mycélium extraradiculaire de AM pourrait coloniser semis de Pinus elliottii pour l’épandage d’un donneur ou plante hôte « infirmière » AM, Tamarindus indicaet comment extraradical mycélium des champignons ectomycorhiziens champignons influe sur la performance des semis. Plantule tubulaire commercial grands conteneurs (Table des matières) dans des microcosmes étaient soit solide plastique (aucune CMNs) ou fendue et recouvert d’une membrane hydrophobe. Des semis fendue conteneurs étaient soit pas pivotés (CMNs intacts) ou une rotation pour rompre établie CMNs. pivotée coeurs avec barrière de maille de différentes tailles ont utilisé par Babikova et coll.20 pour étudier hypogée de signalisation à travers CMNs parmi Vicia Faba plantes (haricot). Dans leur étude, une usine centrale donneur dans les mésocosmes diamètre 30 cm a été reliés entre eux soit par les racines et les hyphes (aucune barrière), ou seulement par CMNs établis au travers d’une maille de 40 μm. Installations centrales furent rompues par des interactions avec les plantes voisines par rotation des cœurs enveloppe maille ou CMNs ont été empêchés par une maille fine de 0.5 μm entourant le noyau.
Nous présentons ici une méthode qui combine des aspects de démarches préalables de cœurs tournés pour examiner l’influence de CMNs sur les interactions entre les plantes direct combiné avec le suivi d’isotopes stables. Notre méthode utilise une approche de « plante cible », dans lequel l’usine centrale d’intérêt est entouré de plantes voisines. Les plantes sont cultivées à l’intérieur de conteneurs de semis rotative fendues et recouvert de maille en nylon sérigraphie, membrane hydrophobe, ou sont en plastique solide non modifiés. Réseaux mycorrhizal communs sont coupées une fois par semaine ou gardées intactes, et 15N isotopes stables retracer les mouvements d’azote de carottes pivoté de voisins à la plante cible centrale. En comparant la taille de la plante avec l’absorption des isotopes stable et en éléments nutritifs minéraux, nous évaluons quelles plantes peuvent bénéficier ou souffrent de CMNs dans les interactions entre les plantes hôtes.
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Protocol
1. construction et assemblage des noyaux rotatif
- Modifier des conteneurs commerciaux semis tubulaire (appelé par la suite « conteneurs » ; Table des matières) d’avoir 19 mm de large x ouvertures longueur 48 cm.
- En utilisant une perceuse avec un trou de 19 mm scie sans un foret hélicoïdal central, pilote, faire deux trous, un sur l’autre, sur les côtés d’un conteneur (diamètre de 2,5 cm x 12,1 cm longueur) afin que les trous sont d’environ 1 cm de distance. Placer un récipient contre une clôture sur la perceuse et avoir une butée avec une cheville courte qui s’adapte à l’intérieur du conteneur pour aider à maintenir en place pendant le forage. Utiliser un récipient en plastique souple pour éviter la fissuration.
- Couper le morceau de plastique mince restant entre les trous avec des ciseaux, un coupe-fil ou une cisaille de ferblantier (pour plastique rigide utilisez une scie sabre) pour en faire un allongé d’ouverture environ 2 cm de large et 5 cm de long.
- Répétez les étapes 1.1.1-1.1.2 du côté opposé du conteneur.
- Couvrir les fentes avec maille en nylon et/ou membrane hydrophobe (Figure 1 a).
- Découpée en nylon mesh avec 40 μm pores 9,5 x 8,5 cm. Couper autant de pièces qu’il sont a des conteneurs.
- Coller les mailles de nylon à l’extérieur sur les conteneurs pour couvrir les deux orifices avec un léger chevauchement dans le tissu à l’aide de colle chaude haute résistance, industrielle.
- Si la prévention des mouvements de l’eau est nécessaire, tel que lors de l’utilisation des nutriments solubles dans l’eau ou des isotopes stables, couvrir la couche de maille en nylon avec une membrane hydrophobe31,32 (Table des matières) qui permet de suis hyphes du champignon à Pass, mais seul le mouvement de la vapeur d’eau et de l’eau pas liquide.
- Placer la colle chaude autour des ouvertures sur le conteneur et le long des bords longitudinaux de la maille en nylon. Rouler le conteneur sur le tissu pour ne pas brûler les doigts. Ajouter une couche de colle le long du bord du tissu où les bords de la maille chevauchement. Appuyez sur le bord sur un carton à sceller fermement. Roulez toujours systématiquement dans une direction qui aura le même sens de la rotation des conteneurs finis dans des pots ou des microcosmes afin que le bord superposé maille ne sera pas poussé à creuser potentiellement dans le substrat.
- Une fois que la colle ait refroidi, scotchez les extrémités supérieure et inférieure du tissu vers le conteneur afin d’éviter les bords lâches et extraction à l’aide d’un ruban souple, comme le ruban d’électricien.
- En utilisant la même bande comme au point 1.2.5, couvrir les petits trous sur les côtés de l’extrémité conique (pas le trou à la pointe du bas) de chaque conteneur pour éviter la croissance des racines hors du conteneur dans le reste du pot/microcosme.
- Pour éviter la perte de sol tout en assurant le drainage, placer une bille de verre dans le fond de chaque récipient.
- Pour un traitement de contrôle qui n’implique pas de n’importe quel potentiel pour un CMN pour former entre les plantes, utiliser des contenants solides, non modifiés (Figure 1 a).
2. montage des pots ou des microcosmes pour s’adapter aux extrémités coniques des conteneurs
- Pour s’assurer que les récipients se tenir debout dans une position fixe et un bon drainage, renverser un pot afin que le fond soit vers le haut. Couper autour du fond de la casserole, en laissant un petit rebord pour le support, à l’aide d’une scie sabre.
- Préparation de mousse de polystyrène
- Coupe mousse de polystyrène, environ 36 mm d’épaisseur, de même diamètre que le fond de la casserole à l’aide d’une scie à ruban avec un gabarit de coupe-cercle.
- Percez des trous dans la mousse à l’aide d’une perceuse et 19 mm trou vu (sans un foret hélicoïdal central) dans le modèle dans lequel les conteneurs seront positionnés.
- Pour une expérience de plante cible, percer un trou central avec des trous équidistants pour les voisins des personnes qui l’entourent. Pour un pot d’un diamètre de 15,5 cm, espace six trous de 12 millimètres autour de la circonférence d’un cercle de diamètre de 11 cm (Figure 1 b).
- Étendez les trous hexagonal ou en forme de carré (Figure 1, D) pour une expérience en microcosme.
3. remplissage des récipients et casseroles avec des mélanges de terre et de sable
- Choisir un mélange de sol souhaitée et ajouter suis champignon récolté sur le terrain ou cultivées en pot inoculum dans le sol en mélangeant uniformément haché morceaux de racine (1 à 2 cm de long) avec le sol. Mélanger le sol souhaité avec une silice infertile perles de sable ou de verre pour diminuer la concentration des éléments minéraux disponibles aux plantes.
- Placez les contenants remplis dans le fond percé de mousse ou microcosme et remplir l’espace interstitiel avec un substrat stérile.
- Remplissez l’espace interstitiel entre les conteneurs avec mélange de sable de silice et pauvres en nutriments à l’aide d’un entonnoir pour aider à combler les petits espaces. Pour assurer un drainage adéquat et imiter la texture du sol, mélange de sable de granulométrie moyen, comme grade 6-20, avec petite granulométrie sable, comme grade 30-65, dans une bétonnière.
4. création de CMNs tout au long des pots/microcosmes
- Planter un prétraitement « infirmière » plantes de l’espèce désirée dans chaque récipient pour soutenir les champignons AM afin qu’ils peuvent se propager parmi les conteneurs et établir la CMNs.
- Lorsque tous les conteneurs ont établi des semis, supprimer les pousses en agrafant ainsi que qu’une seule personne reste dans chaque conteneur.
- Laisser 2-3 mois pour la croissance des plantes et l’établissement de la CMN.
5. mise en place d’installations expérimentales et traitements
- Semer des plantes expérimentales par semis ou repiquage dans des conteneurs. Si l’ensemencement, attendez que tous les conteneurs ont un semis germé avant d’enlever les plantes de prétraitement infirmière en agrafant leurs tiges. Si la transplantation, clip plantes tout prétraitement avant la transplantation des semis expérimentaux pour prévenir les effets anticoncurrentiels involontaires.
- Établir des traitements de la CMN en soit laissant les conteneurs pas déplacé pendant la durée de l’expérience (CMNs intacts) ou en les tournant hebdomadaire de rompre physiquement les hyphes s’étendant entre les conteneurs mis à jour le (CMNs coupées ; Figure 1 a). Quand séparer CMNs, tourner chaque conteneur grâce à une rotation complète pour éviter de modifier involontairement des interactions hors sol, en particulier pour les plantes héliotropes.
- Eau fortement tous les pots ou les microcosmes immédiatement après rotation à rétablir le contact entre le substrat interstitiel et les côtés des conteneurs.
6. le suivi du mouvement des éléments nutritifs minéraux à travers CMNs
- Fertiliser les plantes voisines avec 0,5 % 15N enrichi KNO3 et NH4Cl.
- Fertiliser la personne cible avec un engrais 14N de même concentration.
7. le suivi et l’entretien d’expérience
- Régulièrement (au moins mensuelle) re-alternez les positions des pots ou des microcosmes au cours de l’expérience.
- Chaque semaine, mesurer la croissance, comme la hauteur ou feuille plus longue durée (pour les graminées) se pour assurer lorsque la croissance commence à ralentir, parce qu’il est important de récolter avant que les plantes deviennent racine-limite.
8. la récolte de l’expérience
- Clip tous les tissus hors sol et place les plantes individuelles dans des enveloppes étiquetées qui identifient leur traitement, pot ou microcosme et leur position.
- Tissus hors sol secs à 60 ° C jusqu'à poids constant. Mesurer le poids sec de chaque tissu de la plante.
- Laisser le sol sécher avant d’extraire les conteneurs et la récolte des racines.
- Délicatement brosser comme du sol autant que possible des systèmes racinaires et les laver dans une casserole d’eau ou sous un léger courant d’eau dans un tamis de taille de pore de 250 microns.
- Permettre aux racines de sécher et peser l’ensemble du système racinaire.
- Fixez le système racinaire au hasard et stocker les fragments de racine dans l’éthanol à 50 %. Après que elles sont tachées33, utiliser ces fragments pour la quantification de la colonisation des racines à l’aide de la méthode d’intersection du quadrillage34.
- Réévaluer le système de racine restant et la stocker dans une enveloppe de papier marqué à sec à 60 ° C pour l’évaluation du poids sec. Utilisez l’équation suivante pour calculer le poids de l’ensemble du système racinaire :
9. analyses des isotopes mines de nutriments et stable
- Grouper les semis de la biomasse en « déciles » ou 10 groupes, « octiles » ou de 8 groupes, « quartiles » ou quatre groupes, etc après classement eux en poids si la quantité de tissu est trop faible pour les exigences minimales pour la digestion afin de déterminer le minéral nutritif concentrations.
- Envoyer des échantillons foliaires un laboratoire sous contrat pour l’analyse des isotopes stable et en éléments nutritifs minéraux (Table des matières).
- Décrire la teneur isotopique en utilisant l’expression suivante coutume :
où R représente le 15N /14N ratio d’un échantillon ou de la norme qui est n atmosphérique. - Utilisation le non modifiés, traitement de récipient solide pour servir un contrôle pour des rapports 15N fond dans l’équation de bilan massique suivante lorsque quantifier le montant de 15N repris par une usine de cibles à rompu ou des traitements de MCN intacts :
où δ15N représente l’abondance isotopique des cibles, des voisins et les plantes cibles dans le traitement de MCN aucun et x (en fraction décimale) le pourcentage d’azote obtient par la plante cible de conteneurs voisin auquel l’étiquette a été ajouté. Valeurs de δ15Nvoisins sont obtenus pour les composés voisins de l’usine de chaque cible.
- Décrire la teneur isotopique en utilisant l’expression suivante coutume :
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Representative Results
Pour déterminer comment la CMNs peuvent influencer performance via le partitionnement en éléments nutritifs des plantes, nous avons grandi Andropogon gerardii Vitman, une herbe de la prairie dominant, dans une expérience de plante cible avec 6 voisins équidistants et intacte, coupée ou aucun CMNs. Nous avons trouvé que coupant ou empêchant la CMNs diminué les poids secs des cibles au-dessus du sol (Figure 2), suggérant que CMNs intactes a favorisé la croissance de la plante. Plantes avec CMNs dissociées et empêchés CMNs a répondu notamment de même pour leurs traitements, ce qui suggère que la rotation des conteneurs une fois par semaine a réussi à atténuer les effets de la CMNs. Le traitement de MCN dissociée, cependant, peut être préféré comme un contrôle car les mailles de nylon (qui a été recouverte par une membrane hydrophobe dans cette expérience) dans les traitements intacts et dissociées peuvent affecter la dynamique de l’eau tels que le sol de conteneurs fendues (rotation ou non) séchant plus rapidement que dans des récipients non modifiés.
Concurrence, dans lequel la croissance d’un individu inhibe la croissance d’une autre à proximité de l’individu, a été détectée dans le traitement de MCN intact mais pas dans le fracturé ou aucun traitement CMNs. Nous avons trouvé que seulement quand CMNs étaient intacts ciblaient et tailles additionnées voisin ont une relation négative, comme en témoigne la régression linéaire (Figure 3). La coupée et aucun traitement CMNs ne diffère pas de l’autre, et ensemble, leurs pentes ne diffèrent pas significativement de zéro. Par conséquent, ils diffèrent sensiblement la pente négative du traitement CMNs intact (Figure 3). En outre, nous avons constaté que les coefficients de Gini, une mesure de l’inégalité de taille qui varie de zéro à un dans lequel zéro reflète une granulométrie parfaitement égale, différaient entre les traitements. Le traitement CMNs intact avait la plus grande inégalité10,35,36. Inégalités de taille sont touchées par la concurrence au sein des populations, particulièrement lorsque les gros individus dominent acquisition de ressources, supprimant ainsi de manière disproportionnée la croissance des petits individus, également connu sous le nom de concurrence asymétrique37 , 38.
Si minéraux nutritifs sont limitant la croissance et si CMNs contribué à intensification de la concurrence pour ces nutriments a été déterminé par la comparaison des concentrations dans les tissus foliaires nutriments minéraux par rapport à la taille de la plante. De tous les nutriments minéraux évalués, nous avons constaté que seulement Mn feuille concentrations dans les tissus étaient positivement associées à un poids sec hors sol plante cible sur tous les traitements, sans différence significative entre les pentes, suggérant que le Mn peut avoir limité croissance parmi tous les traitements (Figure 4). Néanmoins, élévations de ligne de régression, qui suggèrent des différences de concentrations moyennes entre les traitements, ont été touchées par le sectionnement de la CMN et de la prévention. Moyenne des concentrations de N foliaires n’étaient pas significativement affectées par les traitements de la CMN, mais la concentration N a diminué significativement avec surface de matière sèche des plantes visées, ce qui suggère un potentiel « effet de dilution » de la taille de la plante sur tissus N39, 40. par conséquent, N n’était pas probablement le minéral nutritif limitant la croissance dans notre expérience. Dans une autre expérience similaire, signifie P foliaire a été significativement affectée par le traitement de la CMN, mais a également montré un effet de dilution comparativement pour planter de taille pour les installations avec intact CMNs35.
Afin d’examiner si la CMNs partition différentiellement minéraux nutritifs chez les individus reliés entre eux, nous avons évalué le tissu de la plante cible pour 15N dans les tissus foliaires par rapport à la taille de la plante. Nous avons ajouté 15N-étiquette qu’aux conteneurs voisins. Nous avons constaté que les plantes cibles avec CMNs intacts avaient des concentrations plus élevées de 15N par rapport aux deux autres traitements, qui ne diffèrent pas d’un de l’autre (Figure 5 a). Bien que le poids sec hors sol cible était associée à la quantité d’azote provenant de conteneurs voisins au cours de traitements CMNs intacts et dissociées, CMNs intacts avaient une pente fortement positive, sensiblement différente de celle des CMNs dissociées traitement (Figure 5 b). Ces résultats suggèrent que grandes usines, potentiellement avec photosynthétats abondantes, provenant plus 15N CMNs pour atteindre aux voisins de conteneurs que fait des individus de petite cible. Nos résultats suggèrent aussi que la membrane hydrophobe réussi à prévenir l’eau libre (et ultérieures 15N) mouvement dans les pots.
Dans une autre expérience de plante tourné-cœur de cible, semis d’arbres de goyave (Psidium guajava) ont été cultivés dans des récipients de grands semis intégrés dans grands pots, et tous (y compris les grandes marmites) étaient remplis les mêmes sols relativement riches en nutriments mélange. Lorsque CMNs furent rompues par rotation en l’absence de voisins, la croissance des plantes réduit sensiblement la même taille que les plantes dans des contenants solides, suggérant que plantes pivotés avaient simplement réduit accès au volume de sol complet des grands pots (Figure 6 ). Quand les plantes cibles eu n’importe quel nombre de voisins, taille de la plante diminue de taille similaire, et aucun effet statistiquement détectable de sectionnement CMNs disparu (Figure 6).
Dans une expérience sur le terrain tourné-carottes faite de tuyaux en PVC, des nôtres étudié l’influence de mycélium extraradiculaire sur le rendement des plantes dans une expérience sur le terrain aux semis de shépherdie du Canada (Sapindus saponaria L.) (Figure 7). Bien que le mycélium extraradiculaire au-delà de tuyaux avait peu d’effet sur la croissance de la plante pendant l’expérience de treize mois, il séparation par rotation des tubes réduit foliaire de N, P et des concentrations de Cu sensiblement (de 25 % ou plus).
Figure 1. Expérimenter le programme d’installation de conteneurs dans intact, rompu, ou contrôle des traitements (A), pots dans une plante cible expérimenter (B), ou des microcosmes avec un carrée ou hexagonale (C) (D) mise en page des conteneurs. Taches ovales sur les conteneurs mis à jour le sont une ouverture dans le récipient couvert avec une maille de nylon de 40 µm d’hyphes fongiques de pénétrer (A). Les réseaux mycorrhizal communs restent intacts sans rotation des conteneurs, sont rompus par rotation ou sont empêchés d’établir avec un récipient en plastique solid (A). Dans une expérience de pots de plante cible, conteneurs peuvent être placés dans un fond de mousse qui positionne (B). Pour une expérience en microcosme, bas peut en jeté dehors dans un arrangement hexagonal avec six équidistants, plus proches voisins pour chaque « cible » individuel (C), ou en forme de carré avec quatre plus proches voisins et quatre autres, un peu plus lointain, diagonale voisins pour chaque « cible » (D). Le groupe B est modifié de Weremijewicz et al.,10. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2. Moyenne (± SE) poids (g) des individus de Andropogon gerardii cible parmi les traitements courants de réseau mycorhizien à sec hors sol et souterrains. Hors sol poids secs sont affichés sous forme de valeurs positives au-dessus de l’axe des abscisses et poids secs souterraines sont des valeurs au-dessous de l’axe des abscisses positives. Barres de poids sec hors sol surmontées par la même lettre ne diffèrent pas de test de post-hoc de Tukey honnêtement la différence significative à ɑ = 0,05. Poids secs souterraines ne différaient pas de traitements et ainsi, ne sont pas surmontés par des lettres. Ce chiffre a été modifié de Weremijewicz et al.,10. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3. Total voisin (g) versus hors sol poids sec (g) de l’usine cible pour les plantes Andropogon gerardii . Plantes avec réseaux mycorrhizal communs intacts (CMNs) sont représentés par triangles sombres et une ligne continue, avec CMNs coupées par des carrés gris et une ligne en pointillés et aucun CMNs de diamants blancs et une ligne en pointillés. Ce chiffre a été modifié de Weremijewicz et al.,10. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 4. Cibler le poids sec hors sol (g) par rapport aux concentrations de manganèse foliaire (µg·g-1) de l’Andropogon gerardii. Plantes avec réseaux mycorrhizal communs intacts (CMNs) sont représentés par triangles sombres et une ligne continue, avec CMNs coupées par des carrés gris et une ligne en pointillés et aucun CMN de diamants blancs et une ligne en pointillés. Ce chiffre a été modifié de Weremijewicz et al.,10. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
La figure 5. Δ15N (‰) ± erreur-type de cibler les personnes Andropogon gerardii (A) avec intacts réseaux mycorrhizal communs (CMNs, barres noires), ne rompu CMNs (barres grises) et aucun MCN (barres blanches) et le pourcentage d’azote obtenue à partir voisin conteneur sol par les plantes avec CMNs intacts dans le soleil ambiant (triangles) ou ombre (carrés gris) contre poids sec hors sol cible (g ; B). Bars surmontés par la même lettre en groupe A ne diffèrent pas de test de post-hoc de Tukey honnêtement la différence significative à ɑ = 0,05. Ces chiffres sont modifiés de Weremijewicz et al.,10. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 6. Moyenne (± SE) souterrains et hors sol sec poids (g) des individus Psidium guajava ciblés entre les réseaux mycorrhizal communs (CMNs) et traitements de voisin. Le long de l’axe des abscisses, aucun traitement voisin n’est représenté par « 0N », un voisin de « 1N », etc., alors qu’un traitement de contrôle avec aucun CMNs (inoculé récipient solide et pas de voisins) est représenté par ombrage léger et la lettre « C ». La biomasse des plantes avec CMNs intacts sont représentés par des barres solides, tandis que ceux avec CMNs sectionnés sont entrechoquent. Le poids sec hors sol sont affiché sous forme de valeurs positives au-dessus de l’axe des abscisses et poids secs souterraines sont des valeurs au-dessous de l’axe des abscisses positives. Barres, surmontés par la même lettre ne diffèrent pas de test de post-hoc de Tukey honnêtement la différence significative à ɑ = 0,05. Hors sol et souterrain de poids sec du traitement témoin ont été seulement comparé avec des traitements de MCN intacts et coupées avec aucun voisin (indiqués par des lettres grecques) parce que le contrôle ne comprenait pas de voisins comme un facteur supplémentaire dans le traitement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
La figure 7. Extension de la méthode de base pivoté pour une expérience sur le terrain (A) et représentant 13 mois Sapindus saponaria L. semis avec intact (ne pas de rotation) et coupée des réseaux mycorrhizal communs (rotation) (B). Canalisations en polychlorure de vinyle (9 cm diamètre x 20 cm de hauteur) ont été forées avec une scie à trou que quatre trous de diamètre 5,3 cm dans deux paires d’opposés. Les trous étaient recouverts d’une maille en nylon de Silk-screen avec 30 µm pores à travers laquelle mycélium extraradiculaire pourrait s’étendre tant d’et vers les noyaux qui ont été remplis de terre sur le site de plantation (A). Réseaux mycorrhizal communs ont été gardés intacts ou dissociée par rotation à l’aide d’une clé à pipe gros. Positions de jumelé pivoté et non rotation des carottes (environ 20 cm de distance) sont marqués par des drapeaux de chaque 2 m le long de cinq transects dans la parcelle expérimentale, située dans un bosquet de litchi (A). La perturbation du mycélium extraradiculaire réduction de N, P et absorption du Cu est en évidence par les plantes chlorosées étiquetés « rotation », indique B. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
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Discussion
Nos résultats confirment que notre méthode de rotation core peut se concentrer fortement sur le rôle des CMNs dans les interactions de l’usine souterraine. Il y a plusieurs étapes cruciales dans le protocole, cependant, que si altéré, ont la possibilité d’influer sur la capacité à détecter les effets de la CMN. Il est essentiel de remplir les récipients environnantes zone interstitielle avec un milieu pauvre en éléments nutritifs. Dans notre expérience de plante cible échoue, rotation-core avec des semis d’arbres goyave, bien qu’il y avait une réduction marquée de la croissance de la cible en présence de n’importe quel nombre de voisins, aucun effet CMNs sur compétition souterraine ont été détectés, probablement en raison de disponibilité des nutriments minérale dans les pots. En revanche, l’utilisation d’un milieu pauvre en nutriments entre les carottes pivotés assure que les hyphes doivent atteindre dans les voisins des conteneurs qui sont souvent remplis avec les hyphes et les racines (surtout lorsque vous travaillez avec des graminées axées sur la racine). Des hyphes extra-racinaires dans des conteneurs voisins ainsi sont en concurrence directe avec les systèmes racinaires et doivent partitionner minéraux nutritifs acquis de ces « patches » parmi les plantes reliés à un CMN. Un autre élément essentiel dans la fabrication des interactions hypogées détectable est d’éviter la compétition épigée. Notre expérience de goyave a révélé que l’effet de l’accès aux volumes supplémentaires sol évident quand les plantes cibles n’eu aucun voisin a été essentiellement éliminé lorsque les semis de cible ont été ombragées par des voisins. En utilisant des herbes qui poussent surtout verticalement, ou contraindre les couronnes de feuilles des plants afin d’éviter le chevauchement aiderait à atténuer les interactions hors sol.
L’utilisation de conteneurs un peu rigides au lieu de sacs de maille, est essentielle au maintien d’une longue expérience avec la facilité de séparation CMNs par rotation. Dans des premières tentatives à une expérience de la CMN, essayer de tirer un couteau entre les filets de rompre CMNs a entraîné non seulement des sacs endommagés dont les racines pourraient dépasser mais semblent également augmenter favorablement aération du sol, ce qui entraîne la croissance des plantes considérablement amélioré lorsque CMNs furent rompues. Parce que l’approche de base pivoté déplace doucement chaque conteneur en position indifférente (grâce à des trous de support position au fond de la casserole ou le microcosme), il minimise les perturbations environnantes de substrat et l’aération potentielle. Il est absolument essentiel, cependant, au fond de l’eau les pots après rotation des conteneurs pour renvoyer le faible taux de fécondité, interstitielle substrat de sable pour contacter étroitement les conteneurs.
La méthode proposée pivoté core peut-être être modifiée dans un certain nombre de façons de répondre à diverses questions relatives au fonctionnement de la CMNs et mycélium extraradical. Par exemple, la quantité de carbone disponible pour les plantes hôtes de fournir CMNs peut être réduite par ombrage10. Tissu d’ombre enroulé autour de protecteurs mis à jour le semis d’encercler des récipients individuels a réussi à réduire le carbone provisionnement CMNs et donc l’absorption 15N de CMNs10. En outre, la structure des populations peut être étudiée dans des microcosmes grands (Figure 1, D) comprenant de nombreuses plantes, chacune dans un contenant individuel, pivoté. Il est important de noter, toutefois, qu’il faut pour éviter pseudoreplication41 pour les démarches. Les plantes individuelles sont très certainement pas « réplique » parce qu’ils ne sont pas indépendants des autres plantes dans un microcosme. Au lieu de cela, toute l’unité expérimentale (pot ou microcosme) est une adaptation, c’est pourquoi nous avons utilisé le voisin de la moyenne ou ont totalisé plante tailles par pot avant d’exécuter des analyses de variance ou de régressions linéaires.
Notre approche peut être modifié pour les études sur le terrain exclure la concurrence des racines et d’étudier l’influence de CMNs intacts. Par son remplacement par conteneurs avec des morceaux de tuyau de PVC avec de grands trous recouverts de Silk-screen en nylon mesh, pivoté de carottes peuvent résister à des conditions de terrain difficiles, comme dans l’expérience de shépherdie du Canada. Semblable à notre expérience de pots de goyave, cependant, l’effet de rupture potentiels CMNs ne pouvait distinguer de simplement limiter le volume de sol d'où des minéraux nutritifs pourraient être acquis.
Notre approche fournit une comparaison minutieuse, contrôlée des plantes interagissant à travers CMNs versus les plants mycorhizés qui ne sont pas constamment reliées entre elles (au lieu de plantes entièrement dépourvus de mycorhizes). Par conséquent, il imite les aspects de la nature, tels que les semis rejoindre ont établi CMNs ainsi que l’utilisation d’une suite de champignons AM. Les travaux récent ont démontré que différentes espèces de champignon AM peuvent être des partenaires de qualité différentes de plantes, et que la présence d’une seconde espèce de champignon AM sur un système racinaire peut induire une espèce de champignon « non coopératifs » de fournir davantage de phosphore en retour de carbone que lorsque seul sur le système racinaire42. En outre, différentes espèces de champignons peuvent offrir des avantages autres que l’acquisition de nutriments minéraux aux plantes hôtes, tels que la sécheresse et de tolérance à la salinité ou de protection contre les agents pathogènes2. Ces résultats soulignent l’importance d’utiliser une suite de champignons d’établir CMNs. Nonobstant son réalisme, une limitation visible de notre approche est la durée de l’expérience. La taille des conteneurs ou des tuyaux en PVC limite la longueur de temps avant que les plantes deviennent racine lié et donc tend à restreindre la mise au point pour seulement les plantules et les jeunes pousses. Néanmoins, nous soumettons qu’il y a une grande souplesse dans la conception d’expériences de rotation-core plante cible dans lequel un ou des deux cibles et les voisins peuvent être manipulés dans une grande variété de façons de comprendre le rôle des CMNs.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Nous tenons à remercier les deux évaluateurs anonymes pour leurs suggestions. Nous remercions également les nombreux étudiants qui ont aidé à construire des pots, des microcosmes et fendue conteneurs et qui ont aidé à maintenir et la récolte des expériences. Nous remercions également North Central College pour les fonds de démarrage (à JW) et les installations actuelles, ainsi que Ashley Wojciechowski pour obtenir un North Central College Richter concession soutenant une expérience à l’aide de ces méthodes. Partie de ce travail a été financé par une subvention d’amélioration à la thèse doctorat du Fondation nationale de Science du Canada (DEB-1401677).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Commercial tubular seedlings container (called 'containers' in the manuscript) | Stuewe and Sons, Inc | Ray Leach Cone-tainer ™ | RLC3U |
| Course glass beads | Industrial Supply, Inc. | 12/20 sieve | Size #1 |
| Course silica sand | Florida Silica Sand | 6/20 50lb bags | None |
| Fine glass beads | Black Beauty | Black Beauty FINE Crushed Glass Abrasive (50 lbs) | BB-Glass-Fine |
| Hydrophobic membrane | Gore-tex | None | None |
| Large commercial tubular seedling containers | Stuewe and Sons, Inc. | Deepot ™ | D16L |
| Medium silica sand | Florida Silica Sand | 30/65 50 lb bags | None |
| Nylon mesh | Tube Lite Company, Inc. | Silk screen | LE7-380-34d PW YEL 60/62 SEFAR LE PECAP POLYESTER |
| Soil and foliar nutrient analysis facility | Kansas State University Soil Testing Lab | None | None |
| Stable isotope core facility | University of Miami | None | None |
References
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