Repeterbar Trappa-steg Analys för att få tillgång till Allelopathic potential Weedy Rice(Oryza sativa ssp.)

Summary

Allelopathy har visat löfte som en användbar kompletterande ogräskontroll strategi i beskärningssystem. För att bestämma den allelopatiska potentialen hos ett önskat växtprov tillhandahålls en screeningmetod för trappsteg.

Abstract

Ogräskonkurrensen bidrar avsevärt till att ge förluster i beskärningssystem över hela världen. Utvecklingen av motstånd hos många ogräsarter till kontinuerligt tillämpade herbicider har presenterat behovet av ytterligare förvaltningsmetoder. Allelopathy är en fysiologisk process som vissa växtarter har som ger anläggningen en fördel jämfört med sina grannar. Allelopatiska växtsorter skulle utrustas med förmågan att undertrycka tillväxten av omgivande konkurrenter, vilket minskar potentiella avkastningsförluster på grund av ogrässtörningar. Detta dokument fokuserar på konstruktion och drift av en trappa-steg analys som används för screening av allelopatisk potential hos en donator arter (Oryza sativa) mot en mottagare ogräs arter (Echinochloa crus-galli) i ett växthus inställning. Den struktur som beskrivs i detta dokument fungerar som ett stativ för växtproveroch innehåller ett tidsbetaget vattningssystem för ackumulering och distribution av allelochemicals. Allelochemicals som produceras av växtrötterna får flöda nedåt genom en serie av fyra krukor separat i en uppsamlingstank och återvinns tillbaka till den översta anläggningen genom elektriska pumpar. Denna metod för screening ger en väg för allelochemicals från givaranläggningen att nå mottagaranläggningar utan någon resurs konkurrens, vilket möjliggör kvantitativ mätning av den allelopatiska potentialen hos den valda givaranläggningen. Den allelopatiska potentialen är mätbar genom höjdreduktion av mottagarväxterna. Preliminära screeningdata för effektiviteten hos denna metod visade höjdminskning hos mottagararterna, barnyardgrass (E. crus-galli), och därmed förekomsten av allelopatiska rester från givaranläggningen, ogräsris (Oryza sativa).

Introduction

Allelopathy är ett naturligt och komplext fenomen som har varit i fokus för många växtforskare under de senaste decennierna. Mekanismerna för allelopati för användning i grödor har varit föremål för mycket forskning sedan 1930-talet, då Molisch konstaterade att en anläggning har en direkt eller indirekt effekt på en närliggande anläggning genom produktion och utsöndring av kemiska föreningar i miljön¹. Allelopathy är produktionen av sekundära metaboliter som har hämmande effekter på tillväxt och grobarhet av vissa växtarter. Frisläppta allopatiska kemiska föreningar bidra till att ge givaranläggningarna en konkurrensfördel genom att lägga till fytotoxiner till miljön runt dem². Många faktorer bidrar till den allelopatiska aktiviteten. Det är selektivt i sin effektivitet och varierar mellan sorter, miljöförhållanden, tillväxtstadium, stress, miljö och näringstillgänglighet³.

Under de senaste åren har allelopati lyfts fram inom forskningen som ett möjligt komplement till den ständiga och växande ogräsbekämpningskrisen. Med den växande globala befolkningen har efterfrågan på hållbar livsmedels- och fiberproduktion ökat^{med 4.} Ogräskontroll är ett av de största hoten mot produktionen som agronomisterna^5,6. Traditionella ogräsbekämpningsmetoder fokuserar på mekaniska, kemiska och kulturella metoder. Den kontinuerliga användningen av herbicider, medan effektiv, användbar och effektiv, har främjat utvecklingen av resistenta ogräs populationer i en alarmerande snabb takt⁷. Genteknik och avelsmetoder har använts effektivt för att ge grödor konkurrensfördelar jämfört med ogräs genom att utforma dem för att motstå kemiska tillämpningar som deras grannar inte kan överleva^7,8. Även om den är effektiv är denna teknik inte alltid hållbar och ibland utgör översklivningar⁹. Kompletterande ogräshanteringsmetoder måste införas om målet att öka livsmedelsproduktionen ska uppfyllas¹⁰. Allelopathy visar utmärkt löfte som ett nytt försvar verktyg för grödor för att förbättra sin kvalitet och överleva sina konkurrenter^1,7.

Allelochemicals är ofta sekundära produkter, och eftersom deras produktion är starkt påverkad av miljöfaktorer, de specifika föreningar som är associerade med växtundertryckande kan vara svårt att identifiera³. Produktionsfaktorer inkluderar genetik och ledverkan av sekundära metaboliter som kan agera synergistiskt^11,12. Det är en utmaning att skilja allelopatisk aktivitet från den konkurrens som naturligtvis finns inom gröda-ogräs interaktioner, och på grund av detta, när screening för allelopati måste det finnas en standard uppsättning resultat som uppfyller analysen som giltig och repeterbar. Nedan följer en uppsättning kriterier som kvalificerar resultaten av allelopathy som beskrivs av Olofsdotter et al.¹² 1) En anläggning måste visa undertryckande av en annan anläggning i ett mönster; 2) De kemikalier som släpps ut i miljön i bioaktiva mängder skall framställas av givaranläggningen. 3) De kemikalier som produceras skall kunna transporteras till mottagaranläggningen. 4) En viss upptagsmekanism måste finnas i mottagaranläggningen. 6) Det observerade mönstret för hämning får inte ha någon annan exklusiv förklaring (t.ex. krav på resurser)¹².

I ett försök att övervinna barriären mellan bristen på kunskap om de mekanismer som stöder allelopati och variation utveckling, fenotypiska egenskaper i samband med allelopatiska sorter kan identifieras och väljas ut för ytterligare forskning och användning. Vissa växter kända för att ha allelopatiska egenskaper är råg, sorghum, ris, solros, raps och vete¹³. Under de tidiga observationerna av allelopati i grödor, på grund av framstående gränser för ogrästillväxt i fältexperiment, föreslogs det att kemikalier var inblandade snarare än konkurrens om resurser¹⁴. De flesta studier var dock fältexperiment som gjorde det omöjligt att eliminera konkurrensen som en faktor¹⁴. Konkurrens eliminering insatser gav vika för lab och experiment växthus i försök att bevisa och kvantifiera allelopatisk verksamhet i ris och andra grödor. Fält- och växthusmetoder för att screena växter för allelopati visar att allelopatiska tendenser finns i båda odlingsförhållandena^11,15. Vissa kritiker tror att laboratorieundersökningar endast kan ha begränsat värde på grund av bristen på naturliga förhållanden, vilket kan påverka resultaten¹⁵.

Den föreslagna metoden för screening av allelopatisk potential i anläggningar ger tillräckliga resurser och utrymme och eliminerar resurskonkurrens med hjälp av en trappa steg^{struktur 11,17}. Metoden har anpassats och modifierats från tidigare experiment utforska allelopathy i turfgrass och korn^17,18. Dessa studier fann att ett liknande system kunde ge korrekta resultat på den allelopatiska potentialen hos en målanläggning samtidigt som alla tvivel om att observationerna kunde hänföras till naturlig konkurrens. Trappstegsmetoden skapar ett cirkulationssystem där en näringslösning från en reservoar kan cykla genom varje anläggning till en inkubationsbricka genom några steg. En elektrisk pump återvinner sedan lösningen tillsammans med alla allelochemicals som produceras¹⁸. En metod som denna är effektiv både i tid, rum och resurser. Det ger också liknande fältvillkor för växterna och eliminerar all resurskonkurrens. De metoder och verktyg som används för screening är lätt manipulerade för att passa de önskade studiemålen, förhållandena och specifika arter. Syftet med denna studie är att bekräfta ogräsigt ris allelopathy genom höjd suppression mätningar på barnyardgrass med hjälp av trappan-steg metod.

Protocol

1. Stativkonstruktion Obs! Mätningar för träet anges som tjocklek (cm) x bredd (cm) x längd (m). Skär trä i lämpliga storlekar och mängder enligt följande: fem 10,16 cm x 5,08 cm x 0,91 m träbitar, tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,76 m träbitar, tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,61 m träbitar, fem 10,16 cm x 5,08 cm x 0,46 m träbitar , tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,3 m träbitar och tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,15 m träbitar. För den högsta nivån, stå en 2,44 m ombord över…

Representative Results

Två preliminära visningar med denna metod utfördes på nio ogräsiga risanslutningar (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) och fem odlade rislinjer (PI338046, Rex, Rondo, PI312777, CL163). Weedy risanslutningar och rislinjer valdes ut baserat på deras resultat i tidigare allelopatiska visningar utförda av Shrestha (2018)18. Den ogräsiga risfrön samlades in från hela delstaten Arkansas. De rislinjer som väljs är vanligen odlade linjer i USA, några kända för att uttrycka allelopat…

Discussion

Utnyttja allelopati kan potentiellt fungera som en biologisk kontroll för ogräs som är svåra att hantera^1,7,13. Allelopathy har visat stor potential som en möjlig lösning på ogräskrisen i ris och fungerar som ett alternativ eller tillägg till kemikalier och manuell ogräsbekämpning^{praxis 5,13,19}. Att identifiera allelopatiska …

Materials

1.25 in by 6 in by 8 ft standard severe weather wood board	Lowe's, Mooresville, NC	489248	N/A
2 in by 4 in by 8 ft white wood stud	Lowe's, Mooresville, NC	6005	Cut into appropriate sizes
63 mm (2.5 in) corner braces	Lowe's, Mooresville, NC	809449	N/A
Asporto 16 oz Round Black Plastic To Go Box – with Clear Lid, Microwavable – 6.25 in by 6.25 in by 1.75 in – 100 count box	Restaurantware.com, Chicago, IL	RWP0191B	black
ATP vinyl-flex PVC food grade plastic tubing, clear, .125 in id by .25 in od, 100 ft	Amazon, Seattle WA	B00E6BCV0G	N/A
Ccm-300 chlorophyll content meter	Opti-Sciences, Inc. Hudson, NH	ccm/300	N/A
Common 1 in by 2 in by 8 ft pine board	Lowe's, Mooresville, NC	1408	N/A
Contractors choice contractor 24-pack 42-gallon black outdoor plastic construction trash bag	Lowe's, Mooresville, NC	224272	Cut to cover collection tanks
EURO POTS	Greenhouse Megastore, Danville, IL	CN-EU	15 cm short black 6 in diameter 4.25 in height 1.37qt volume
Fisher brand petri dish with clear lid	Fisher Scientific, Waltham, MA	FB0857513	N/A
Aexit Ac 220 V-240 V electrical equipment US plug 21 W 1000 L/hr multipurpose submersible pump	Amazon, Seattle WA	B07MBMYQNT	Nozzle size should fit tubes and can be repaced
Woods 50015 WD outdoor 7 day heavy-duty digital outlet timer	Walmart, Bentonville, AR	565179767	20 settings
GE silicone 2+ 10.1 oz almond silicone caulk	Lowe's, Mooresville, NC	48394	Sealant for edges of any attached tubing
Great Value Distilled Water	Walmart, Bentonville, AR	565209428	N/A
Great Value White Basket coffee filters 200 count	Walmart, Bentonville, AR	562723371	Size may vary
Grip-rite primgaurd plus #9-3 in pollimerdex screws	Lowe's, Mooresville, NC	323974	N/A
Hoagland’s No. 2 basal salt mixture	Caisson Laboratories, INC. Smithfield, UT	HOP01/50LT	½ strength rate
JMP (14)	SAS Institute Inc. North Carolina State University, NC		N/A
Project source flat black spray paint	Lowe's, Mooresville, NC	282254	N/A
Project source utility 1.88 in by 165 ft gray duct tape	Lowe's, Mooresville, NC	488070	N/A
Rubbermaid 2 qt square food storage canister clear	Walmart, Bentonville, AR	555115144	Collection tank discard lid
Sealproof unreinforced PVC clear vinyl tubing, food-grade .5 in id by .625 in od, 100 ft	Amazon, Seattle WA	B07D9CLGV3	Connects to pump
Short Mountain Silica 50 lb Play sand	Lowe's, Mooresville, NC	10392	Sand should be purified
Steve Spangler's 1 Liter Soda Bottles – 6 Pack – For Science Experiment Use	Amazon, Seattle WA	UPC 192407667341	Top step tank discard lid