घुमाया गया कोर का उपयोग कर आम Mycorrhizal नेटवर्क भर में संयंत्र बातचीत की जांच
Summary
संभावना समुदायों के भीतर अधिकांश पौधों arbuscular mycorrhizal (एएम) कवक द्वारा परस्पर हैं, लेकिन उनके द्वारा संयंत्र बातचीत की मध्यस्थता मुख्य रूप से mycorrhizal बिना बनाम के साथ पौधों बढ़ द्वारा जांच की गई है । हम संयंत्र बातचीत के लिए अपने परिणामों की जांच करने के लिए mycorrhizal संयंत्रों के बीच आम mycorrhizal नेटवर्क में हेरफेर करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं ।
Abstract
अर्बुककुलर mycorrhizal (एएम) कवक प्रभाव संयंत्र खनिज पोषक तत्व ऊपर उठाना और विकास, इसलिए, वे संयंत्र बातचीत को प्रभावित करने की क्षमता है । उनके प्रभाव की शक्ति extrअराडीकल माइसीलिया में है कि पोषक तत्वों की कमी के पास जड़ों के पास पाया क्षेत्रों को अंततः एक आम mycorrhizal नेटवर्क (सीएमएन) के भीतर व्यक्तियों इंटरकनेक्ट से परे फैला है । अधिकांश प्रयोगों, तथापि, mycorrhizal कवक के बिना बनाम के साथ पौधों को उगाने के द्वारा संयंत्र बातचीत में एएम कवक की भूमिका की जांच की है, एक तरीका है कि स्पष्ट रूप से CMNs की भूमिका को संबोधित करने में विफल रहता है । यहां, हम एक तरीका है कि जोड़तोड़ CMNs संयंत्र बातचीत में अपनी भूमिका की जांच का प्रस्ताव । हमारी विधि एक नायलॉन जाल के साथ शंकु के नीचे से संशोधित कंटेनरों का उपयोग करता है और/या जलविरागी सामग्री slotted उद्घाटन, 15N उर्वरक, और एक पोषक तत्व गरीब अंतरालीय रेत को कवर । CMNs या तो बातचीत व्यक्तियों के बीच बरकरार छोड़ रहे हैं, कंटेनरों के रोटेशन से विच्छेद, या एक ठोस बाधा द्वारा गठन से रोका । हमारे निष्कर्षों का सुझाव है कि घूर्णन कंटेनरों CMNs को बाधित करने और CMNs भर में संयंत्र बातचीत पर उनके प्रभाव को रोकने के लिए पर्याप्त है । हमारे दृष्टिकोण लाभप्रद है क्योंकि यह प्रकृति के पहलुओं mimics, जैसे पहले से ही स्थापित CMNs में दोहन अंकुर और हूं कवक का एक सूट है कि विविध लाभ प्रदान कर सकते है का उपयोग करें । हालांकि हमारे प्रयोग अंकुर चरण में पौधों की जांच तक ही सीमित है, CMNs भर में संयंत्र बातचीत हमारे दृष्टिकोण है जो इसलिए पारिस्थितिकी प्रणालियों में CMNs के कामकाज के बारे में जैविक प्रश्नों की जांच करने के लिए लागू किया जा सकता है का उपयोग कर पता लगाया जा सकता है ।
Introduction
Arbuscular mycorrhizal (एएम) कवक भूमि के उपनिवेशन में पौधों की सहायता की ४६०,०००,००० साल पहले1 और आज, वे सबसे अधिक पौधों2के सर्वव्यापी सिंबियोंट हैं, उंहें विकास के लिए महत्वपूर्ण खनिज पोषक तत्वों के साथ प्रदान । पतले, धागे की तरह hyphae हूं के खनिज पोषक तत्वों के लिए जड़ों के पास पोषक तत्व कमी क्षेत्रों से परे चारा कवक, अक्सर मुठभेड़ और एक “आम mycorrhizal नेटवर्क” (सीएमएन) में पड़ोसी पौधों की जड़ प्रणालियों बस्तियां । आम mycorrhizal नेटवर्क भी जब कवक जर्मलिंग स्थापित नेटवर्क3, या जब hyphae फ्यूज (एनास्टोमोज) conspecific hyphae4,5,6,7के साथ हूं में शामिल हो सकता है । मिट्टी में इन extrical hyphae की हद तक भारी है, के साथ extrअराडीकल hyphae कुल मृदा माइक्रोबियल बायोमास के 20% से 30% के गठन prairie और चरागाह मिट्टी में8 और १११ m · cm-3 के लिए अशांत चरागाह में खींच9 .
आम mycorrhizal नेटवर्क विभाजन खनिज पोषक तत्वों के बीच परस्पर पड़ोसी पौधों10,11,12,13। पौधे अपने फास्फोरस का ८०% तक और अपनी नाइट्रोजन आवश्यकताओं का 25% को एएम कवक से प्राप्त कर सकते हैं, जबकि वापसी14में कवक को उनके कुल फिक्स्ड कार्बन का 20% तक प्रदान करते हैं । विट्रो रूट अंग संस्कृति काम में हाल ही में पाया गया है कि cmns बेहतर मेजबान जड़ों के साथ खनिज पोषक तत्वों विनिमय कि कवक11,12के लिए सबसे अधिक कार्बन प्रदान करते हैं । इसके अलावा, एएम कवक की विभिन्न प्रजातियां उनकी गुणवत्ता में सहजीवी भागीदारों के रूप में अलग हो सकती हैं, कुछ कवक15दूसरों की तुलना में कम कार्बन के लिए अधिक फास्फोरस का आदान-प्रदान करते हैं । हालांकि जड़ अंग संस्कृतियों AM सिंबायोसिस का अध्ययन करने के लिए फायदेमंद मॉडल हैं, क्योंकि वे ध्यान से नियंत्रित वातावरण और सीधे कवकज interconnections का पालन करने की क्षमता मौजूद हैं, वे प्रकाश संश् लेषी शूट जो प्रभावित शामिल नहीं है महत्वपूर्ण शारीरिक प्रक्रियाओं जैसे प्रकाश संश्लेषण, वाष्पोत्सर्जन, और दैनिक परिवर्तन, और साथ ही कार्बन और खनिज पोषक तत्वों का गठन डूब ।
प्रकृति में, बनवली सबसे पहले से ही स्थापित cmns में नल की संभावना है । तथापि, हाल ही में, वैज्ञानिकों ने केवल एएम फंगस की एकल प्रजातियों के साथ और बिना एएम कवक के पौधे उगाने के द्वारा पादप पोषण पर एएम कवक के प्रभाव की जांच की है । हालांकि यह काम काफी arbuscular mycorrhizas की हमारी समझ को जानकारीपूर्ण गया है, इस विधि संभावित महत्वपूर्ण भूमिका है कि CMNs परस्पर मेजबान पौधों के बीच बातचीत में हो सकता है की अनदेखी की है । विशेष रूप से, पौधों है कि अत्यधिक विकास के लिए हूं कवक पर निर्भर कर रहे है ंयूनतम कवक16,17के बिना बातचीत कर रहे हैं, संभवतः am कवक की हमारी व्याख्या conसंस्थापकों-मध्यस्थता बातचीत जब आधार रेखा के लिए ‘ नियंत्रण ‘ के रूप में इस्तेमाल किया संदर्भ.
हम संयंत्र बातचीत और जनसंख्या संरचना में CMNs की भूमिका की जांच के लिए एक घुमाया-कोर दृष्टिकोण का प्रस्ताव । हमारे दृष्टिकोण प्रकृति में हूं सिंबायोसिस के घटक mimics क्योंकि पूरे पौधों की स्थापना की CMNs में शामिल होने और सभी पौधों हूं कवक के साथ बड़े हो रहे हैं । जड़ बातचीत को हटाने के द्वारा, हमारी कार्यप्रणाली विशेष रूप से कर रहे हैं, जबकि भी cmns के भीतर खनिज पोषक तत्व आंदोलन पर नज़र रखने के द्वारा मध्यस्थता बातचीत पर केंद्रित है । हमारे दृष्टिकोण पिछले काम है कि दोनों क्षेत्र में और ग्रीन हाउस में घुमाया कोर का उपयोग किया गया है समझने के लिए वास्तविक कार्य कर रहा है पर बनाता है ।
घुमाया कोर विधि एक विधि के रूप में साहित्य में स्थापित किया गया है के लिए extraradical hyphae18,19,20,21हेरफेर, और यह कई पुनर्जन्म पर अपने उद्देश्य के आधार पर पड़ा है पिछले दो दशक । शुरू में, जाल बैग या बाधाओं hyphae के विकास में अनुमति देने के लिए जड़ मुक्त डिब्बों की मिट्टी22,23में arbuscular mycorrhizal hyphae की राशि मात्रा निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया गया । फिर, मिट्टी के बेलनाकार कोर कठोर पानी के पाइप में संलग्न या स्लॉट के साथ प्लास्टिक टयूबिंग एक नायलॉन जाल में शामिल hyphae द्वारा पेनेट्रेशन, लेकिन नहीं जड़ों, विकसित किया गया । ये आसानी से extrical माइसीलिया18,24,25को बाधित घुमाया जा सकता है । घुमाया गया कोर पौधों के बीच रखा गया था, और मिट्टी की मात्रा प्रति ग्राम मृदा18, 13सी आयनिक के लिए extrical माइसीलिया24, या संयंत्र मुक्त कोर से फास्फोरस ऊपर ले जाने के18मात्रा निर्धारित थे । इस तरह के कोर का एक और उपयोग के क्षेत्र में उनके भीतर पौधों को विकसित करने के लिए नसबंदी या fungicides के आवेदन के लिए एक विकल्प के रूप में अक्सर कवकज व्यवधान के माध्यम से कर रहा हूं जड़ों के उपनिवेशीकरण कम करने के लिए था, दोनों जिनमें से मिट्टी कार्बनिक पर अप्रत्यक्ष प्रभाव है पदार्थ और अंय रोगाणुओं18।
कवकज मेष बाधा दृष्टिकोण को cmns भर में पोषक तत्वों विभाजन और संयंत्र बातचीत की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया गया है, लेकिन आयताकार microcosms के बजाय घुमाया कोर के साथ । वाल्डर एट अल.26 linum usitatissimum (सन) और ज्वार bicolor (ज्वार) के बीच कार्बन एक्सचेंज के लिए खनिज पोषक तत्वों का पता लगाने के बीच बातचीत की जांच की या तो के cmns भर में आइसोटोप का उपयोग कर रहा हूं कवक रिजोफैगस इलिमिलेरिस या फन्लिफॉर्मिस मोसेए२६. उनके अध्ययन में microcosms जाल बाधाओं से अलग संयंत्र डिब्बों शामिल, कवकज केवल mycorrhizal hyphae के लिए सुलभ डिब्बों, और लेबल कवकज डिब्बों कि रेडियोधर्मी और स्थिर isotopes निहित । नियंत्रण के रूप में, अध्ययन mycorrhizal कवक के बिना उपचार का इस्तेमाल किया । गीत एट अल.27 एक समान दृष्टिकोण का इस्तेमाल किया पता लगाने के लिए कि संयंत्र सिग्नल केवल F. mosseae के स्थापित cmns के बीच किया जा सकता है जब एक संयंत्र एक कवक रोगज़नक़ से संक्रमित था । इसके अलावा, इसी तरह वाल्डर एट अल26, merrild एट अल28 के लिए अलग से जाल से अलग डिब्बों में पौधों के लिए solanum लाइकोपर्सिकम (टमाटर) के संयंत्र प्रदर्शन की जांच एक बड़े खीरे को cmns से जुड़े बनवली बढ़ी कुंवास (ककड़ी) संयंत्र है कि एक प्रचुर मात्रा में कार्बन स्रोत का प्रतिनिधित्व किया । वे भी28cmns विच्छेद के बजाय mycorrhizal कवक के बिना उपचार का इस्तेमाल किया । एक दूसरे में, संबंधित प्रयोग, फास्फोरस एक्सचेंज के लिए कार्बन जाल बाधाओं के साथ ३२पी Microcosms के साथ लेबल मेष बैग का उपयोग कर जांच की थी और एक इलाज के रूप में विच्छेद Cmn janos एट अल.29द्वारा इस्तेमाल किया गया था, जो प्रतियोगी की जांच की सवाना प्रजातियों के पेड़ के बीच बातचीत नीलगिरी टेट्रोडोंटा और वर्षा वन ट्री के प्रत्यारोपण, लिटसी ग्लूटिनोसा। उस अध्ययन में, janos एट अल.29 ने कुछ सेंटीमीटर अंकुर युक्त डिब्बों को उठाया, एक दूसरे के खिलाफ जाल की परतें फिसलने के लिए कवकज इंटरकनेक्शन तोड़29।
घुमाया कोर विधि के विकास में अंतिम चरण के लिए कोर के अंदर पौधों है कि बर्तन या microcosms20,30के भीतर है विकसित किया गया है । wyss30 इस्तेमाल घुमाया कोर का पता लगाने के लिए अगर extrअराडीकल कवकजाल पाइन्स elliottii अंकुर उपनिवेशित कर सकते है जब एक दाता या ‘ नर्स ‘ AM मेजबान संयंत्र, ताम्रसिंधु इंडिकासे फैल रहा है, और कैसे ectomycorrhizal के extraradical कवकजाल कवक प्रदर्शन अंकुर को प्रभावित करता है । microcosms के भीतर बड़े वाणिज्यिक ट्यूबलर अंकुर कंटेनरों (सामग्री की तालिका) या तो ठोस प्लास्टिक (कोई cmns) या slotted थे और एक जलविरागी झिल्ली के साथ कवर किया । slotted अंकुर कंटेनर या तो घुमाया नहीं गया था (बरकरार cmns) या cmns स्थापित करने के लिए घुमाया गया अलग जाल बाधा आकार के साथ घुमाया कोर बेबीकोवा एट अल.20 द्वारा इस्तेमाल किया गया बेलोग्राउंड cmns के माध्यम से सिग्नलिंग के बीच संकेतन की जांच करने के लिए vicia फामा (बीन) पौधे । उनके अध्ययन में, एक केंद्रीय दाता संयंत्र में 30 सेमी व्यास mesocosms या तो जड़ों और hyphae (कोई बाधा) द्वारा या केवल एक ४० μm मेष के माध्यम से स्थापित cmns द्वारा परस्पर था । केंद्रीय संयंत्रों जाल संलग्न कोर के रोटेशन के माध्यम से पड़ोसी पौधों के साथ बातचीत से अलग थे, या CMNs एक ठीक ०.५ μm कोर enclosing जाल द्वारा रोका गया ।
यहां, हम एक विधि है कि पूर्व घुमाया-कोर दृष्टिकोण के पहलुओं को जोड़ती है सीधे संयंत्र स्थिर आइसोटोप अनुरेखण के साथ संयुक्त बातचीत पर cmns के प्रभाव की जांच वर्तमान । हमारी विधि एक ‘ लक्ष्य ‘ संयंत्र दृष्टिकोण है, जिसमें ब्याज के केंद्रीय संयंत्र पड़ोसी पौधों से घिरा हुआ है का उपयोग करता है । पौधों कि slotted और नायलॉन रेशम स्क्रीन मेष, जलविरागी झिल्ली के साथ कवर कर रहे हैं, या गैर संशोधित ठोस प्लास्टिक कर रहे हैं के साथ rotatable अंकुर कंटेनर के अंदर उगाया जाता है । आम mycorrhizal नेटवर्क एक सप्ताह में एक बार विच्छेद कर रहे है या बरकरार रखा है, और 15एन स्थिर आइसोटोप पड़ोसियों ‘ घुमाया कोर से नाइट्रोजन के केंद्रीय लक्ष्य संयंत्र के लिए आंदोलन का पता लगाने । खनिज पोषक तत्व और स्थिर आइसोटोप उत्साहित के साथ संयंत्र के आकार की तुलना करके, हम जो पौधों को लाभ या मेजबान पौधों के बीच बातचीत में CMNs से पीड़ित हो सकता है का आकलन ।
Protocol
Representative Results
Discussion
हमारे परिणाम वाणी है कि हमारे घुमाया कोर विधि तेजी से belowground संयंत्र बातचीत में CMNs की भूमिका पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं । वहां कई महत्वपूर्ण कदम प्रोटोकॉल में हैं, तथापि, कि अगर बदल गया है, के लिए CMN प्रभा?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम दोनों गुमनाम समीक्षकों को उनके सुझावों के लिए शुक्रिया अदा करना चाहेंगे । हम भी कई स्नातक जो बर्तन, microcosms, और slotted कंटेनरों के निर्माण के साथ मदद की है और जो बनाए रखने और संचयन प्रयोगों के साथ सहायता की है धंयवाद । हम भी स्टार्टअप धन के लिए उत्तर केंद्रीय कॉलेज धंयवाद (JW के लिए) और वर्तमान सुविधाओं, साथ ही एक उत्तर मध्य कॉलेज रिक्टर अनुदान प्राप्त करने के लिए एशले Wojciechowski एक इन विधियों का उपयोग कर प्रयोग का समर्थन । इस काम का हिस्सा एक राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन डॉक्टरेट शोध प्रबंध सुधार अनुदान (देब-१४०१६७७) द्वारा वित्त पोषित किया गया ।
Materials
| 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 |
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