Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Biology

Repeterbar Trappe-trin Assay at få adgang til allelopathic potentiale Weedy Rice(Oryza sativa ssp.)

doi: 10.3791/60764 Published: January 28, 2020

Summary

Allelopathy har vist lovende som en nyttig supplerende ukrudtsbekæmpelse strategi i beskæring systemer. For at bestemme det allelopatiske potentiale i en ønsket planteprøve er der en trappetrinsscreeningsmetode.

Abstract

Ukrudtskonkurrence bidrager væsentligt til at give tab i dyrkningssystemer på verdensplan. Udviklingen af resistens hos mange ukrudtsarter til kontinuerligt anvendte herbicider har vist behovet for yderligere forvaltningsmetoder. Allelopathy er en fysiologisk proces, at nogle plantearter besidder, der giver planten med en fordel i forhold til sine naboer. Allelopatiske afgrødesorter ville være udstyret med evnen til at undertrykke væksten i de omkringliggende konkurrenter, hvilket reducerer potentielle udbyttetab på grund af ukrudtsinterferens. Dette papir fokuserer på opførelse og drift af en trappe-trin assay, der anvendes til screening af det alleopatiske potentiale af en donor art(Oryza sativa) mod en modtager ukrudtarter(Echinochloa crus-galli)i et drivhus indstilling. Den struktur, der er beskrevet i dette papir, fungerer som en stand for planteprøverne og indeholder et tidssvarende vandingssystem til akkumulering og distribution af allelochemicals. Allelochemicals produceret af planten rødder får lov til at flyde nedad gennem en serie på fire potter separat i en opsamlingstank og genbruges tilbage til toppen anlægget gennem elektriske pumper. Denne screeningsmetode giver allelochemicals fra donoranlægget mulighed for at nå modtageranlæg uden nogen ressourcekonkurrence, hvilket muliggør kvantitativ måling af det udvalgte donoranlægs eneopatiske potentiale. Det allelopatiske potentiale kan måles gennem højdereduktionen af modtagerplanterne. Foreløbige screeningsdata for effektiviteten af denne metode viste højdereduktion i modtagerarterne, barnyardgrass (E. crus-galli),og dermed tilstedeværelsen af allelopatiske restkoncentrationer fra donorplanten, ukrudtsris (Oryza sativa).

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Allelopathy er et naturligt og komplekst fænomen, der har været i fokus for mange planteforskere i de seneste årtier. Mekanismerne vedrørende allelopathy til brug i afgrøder har været genstand for megen forskning siden 1930'erne, da Molisch bemærkede, at en plante har en direkte eller indirekte virkning på en nabofabrik gennem produktion og udskiller af kemiske forbindelser i miljøet1. Allelopathy er produktionen af sekundære metabolitter, der har hæmmende virkninger på væksten og spiringen af visse plantearter. Frigivet allopatiske kemiske forbindelser bidrage til at give donorplanterne en konkurrencemæssig fordel ved at tilføje fytotoksiner til miljøet omkring dem2. Mange faktorer bidrager til den allelopatiske aktivitet. Det er selektiv i sin effektivitet og varierer mellem sorter, miljøforhold, vækstfase, stress, miljø og næringsstof tilgængelighed3.

I de senere år er allelopathi blevet fremhævet i forskning som et muligt supplement til den konstante og voksende ukrudtsbekæmpelsekrise. Med den voksende globale befolkning, er efterspørgslen efter bæredygtig fødevare-og fiberproduktion steget4. Ukrudtsbekæmpelse er en af de største trusler mod produktionen , som agronomer5,6, står over for . Traditionelle ukrudtsbekæmpelsesmetoder fokuserer på mekaniske, kemiske og kulturelle praksisser. Den fortsatte brug af herbicider, mens effektiv, nyttig og effektiv, har fremmet udviklingen af resistente ukrudtspopulationer i et alarmerende hurtigt tempo7. Genteknologi og avlsmetoder er blevet anvendt effektivt til at give afgrøder konkurrencefordele i forhold til ukrudt ved at designe dem til at modstå kemiske anvendelser, at deres naboer ikke kan overleve7,8. Selv om disse teknologier er effektive, er de ikke altid bæredygtige og giver undertiden overgår bekymringer9. Der skal indføres supplerende formerforatiel ukrudtsforvaltningspraksis , hvis målet om at øge fødevareproduktionen skal nås10. Allelopathy viser fremragende løfte som et nyt forsvarsværktøj for afgrøder til at forbedre deres kvalitet og overleve deres konkurrenter1,7.

Allelochemicals er ofte sekundære produkter, og fordi deres produktion er stærkt påvirket af miljømæssige faktorer, kan de specifikke forbindelser forbundet med planteundertrykkelse være vanskelige at identificere3. Produktionsfaktorerne omfatter genetik og den fælles indsats fra sekundære metabolitter , der kan handle synergistisk11,12. Det er en udfordring at adskille allelopathic aktivitet fra konkurrencen, der naturligt eksisterer inden for afgrøde-ukrudt interaktioner, og på grund af dette, når screening for allelopathy skal der være et standard sæt af resultater, der kvalificerer analysen som gyldig og repeterbar. Nedenfor er et sæt kriterier, der kvalificerer resultaterne af allelopathy som skitseret af Olofsdotter et al.12 1) En plante skal påvise undertrykkelse af en anden plante i et mønster; 2) De kemikalier, der udledes i miljøet i bioaktive mængder, skal produceres af donoranlægget. 3) De fremstillede kemikalier skal kunne transporteres til modtageranlægget. 4) En eller anden mekanisme af optagelse skal være til stede i modtageren anlægget; 6) Det observerede hæmningsmønster må ikke have nogen anden eksklusiv forklaring (f.eks. konkurrence om ressourcer)12.

I et forsøg på at overvinde barrieren mellem den manglende viden om de mekanismer, der understøtter allelopathy og sort udvikling, fænotypiske træk forbundet med allelopatiske sorter kan identificeres og udvælges til yderligere forskning og brug. Nogle planter kendt for at have allelopathic kvaliteter er rug, sorghum, ris, solsikke, rapsfrø, og hvede13. Under de tidlige observationer af allelopati i afgrøder på grund af fornemme grænser for ukrudtsvækst i feltforsøg blev det foreslået, at kemikalier var involveret snarere end konkurrence om ressourcer14. De fleste undersøgelser var imidlertid feltforsøg, der gjorde det umuligt at eliminere konkurrencen som faktor14. Konkurrence afskaffelse indsats gav plads til lab og drivhus eksperimenter i forsøg på at bevise og kvantificere allelopatiske aktivitet i ris og andre afgrøder. Mark - og drivhusmetoder til at screene planter for allelopathi viser , at der er allelopatiske tendenser i begge vækstbetingelser11,15. Nogle kritikere mener, at laboratoriescreeninger kun kan have begrænset værdi på grund af manglen på naturlige forhold, som kan påvirke resultaterne15.

Den foreslåede metode til screening af allelopathic potentiale i planter giver tilstrækkelige ressourcer og plads og eliminerer ressourcekonkurrence med brug af en trappe-trin struktur11,17. Metoden blev tilpasset og ændret fra tidligere eksperimenter udforske allelopathy i græsgræs og byg17,18. Disse undersøgelser viste, at et lignende system var i stand til at give nøjagtige resultater på et målanlægs alleopatiske potentiale, samtidig med at enhver tvivl om, hvorvidt observationerne kunne tilskrives naturlig konkurrence, fjernes. Trappetrinsmetoden skaber et kredsløbssystem, hvor en næringsstofopløsning fra et reservoir kan cykle gennem hver plante til en inkubationsbakke gennem et par trin. En elektrisk pumpe genbruger derefter opløsningen sammen med alle allekemikalier produceret18. En metode som denne er effektiv i både tid, rum og ressourcer. Det giver også lignende felt betingelser for planterne og eliminerer enhver ressource konkurrence. De metoder og værktøjer, der anvendes til screening er let manipuleres til at passe de ønskede undersøgelse mål, betingelser, og specifikke arter. Formålet med denne undersøgelse er at bekræfte weedy ris allelopathy gennem højde undertrykkelse målinger på barnyardgrass med brug af trappe-trin metode.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Stand Konstruktion

BEMÆRK: Målinger for træet er opført som tykkelse (cm) x bredde (cm) x længde (m).

  1. Skær træ i passende størrelser og mængder som følger: fem 10,16 cm x 5,08 cm x 0,91 m træstykker, tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,76 m træstykker, tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,61 m træstykker, fem 10,16 cm x 5,08 cm x 0,46 m træstykker , tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,3 m træstykker og tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,15 m træstykker.
  2. For det højeste niveau, stå en 2,44 m bord på tværs af to 0,91 m stykker på hver ende på kanten og bore to skruer lodret ind i hver af de 0,91 stykker. Skru en mere 0,91 m stykke 1,22 m fra hver ende for støtte, og placere en 2,44 m bord på tværs af bagsiden af 0,91 m står og skrue på plads for støtte.
    BEMÆRK: De otte 3,175 cm x 15,24 cm x 2,44 m holdes som og uslebne til at fungere som bordpladen for hver bænk niveau.
  3. Gentag trin 1,2 for den næste bænk niveau med 0,76 m stykker.
  4. Gentag trin 1,2 til den næste bænk med 0,61 m stykker ned til den sjette bænk på 0,15 m.
    BEMÆRK: Der er ikke brug for støtte til 2,44 m bord til bænke 3-6. Den endelige stand har seks bænke med tre lodrette støtter hver, en i hver ende og en i midten.
  5. Line bænke i faldende højde orden med overhængende læbe vender bagsiden rører bænken over det, giver mulighed for et mellemrum mellem niveauer.
  6. Line en 0,91 cm bord på hver af de nederste kanter af bænkene langs jorden og skrue bænke på plads.
  7. Skru en 0,46 m bord vandret for støtte på de højeste tre bænke på hver side af strukturen 0,61 m fra jorden.
  8. Skru tre hjørneseler på de fremadvendte ender og midten af den højeste bænk.
  9. Skru et 2,54 cm x 5,08 cm x 20,32 cm træstykke hen over selerne 2,54 cm fra bænkens bund.
    BEMÆRK: Lav en 0,91 m ved 0,91 m ved 2,44 m struktur. Se figur 1 for det endelige basisprodukt. Dimensioner kan ændres med de eksperimentelle behov. Den beskrevne struktur er designet til at passe 15,24 cm gryder. Højderne mellem bænke var designet til at passe til potter og plantemateriale, der anvendes i dette eksperiment for at opretholde en stabil strøm af allelochemicals og opløsning fra en gryde til en anden ned bænke af tyngdekraften.

Figure 1
Figur 1: Front visning af træ base stativ. En træbase fungerer som stativ for planteprøverne. Materialer til systemet skal samles og tilsættes afhængigt af antallet af prøver, der er nødvendige for forsøget. I denne undersøgelse fungerede to stande som base for 31 prøver. Klik her for at se en større version af denne figur.

2. Systemsamling

  1. Fjern hætten fra en 1 L sodavandsflaske og spraymaling med sort maling.
    BEMÆRK: Sodavandsflaskerne vil fungere som et reservoir øverst i systemet for en kolonne. Malingen giver en blok til lys, faldende eller forebygge alger vækst.
  2. I bunden af hver sodavandsflaske bores et lille hul, lige stort nok til at integrere et 0,35 cm indvendigt diameter (ID), 0,64 cm ydre diameter (OD), 5,08 cm langt plast PVC-rør.
  3. Smøre et lag af silikone vandtæt fugemasse omkring kanten af hullet efter indsættelse for at forhindre lækager. Lad det tørre helt.
  4. Gentag trin 2.2 og 2.3 på hver af de plastretter, der bruges til at holde gryderne.
    BEMÆRK: Der skal fire retter til en kolonne.
  5. Fjern låget og spray maling ydersiden af 2,27 L plast dunke med sort maling. Disse beholdere vil tjene som indsamlingtanke i bunden af hver kolonne.
  6. Bor et lille hul i beholderens øverste bagside.
    BEMÆRK: De forsyninger, der er anført i trin 2.1-2.6, indeholder én kolonne. Antallet af kolonner er underlagt det antal prøver, der er nødvendige for det ønskede eksperiment. Der kræves to kolonner til ét eksempel. Alle dimensioner kan ændres afhængigt af forsøgsbehovet.
  7. Når forsyningerne er blevet forberedt og tørret, skal sodavandsflasken placeres på den højeste bænk, så PVC-røret hænger over kanten over trappen.
  8. Lige under sodavandsflasken på den næste bænk skal du placere en plastikskål med røret hængende over bænkens kant.
  9. Gentag trin 2,8 for de næste to bænke.
  10. Placer beholderen på den nederste bænk med hullet mod bagsiden.
  11. Tilslut beholderen med skålen over den ved at snor røret fra skålen gennem hullet bag på beholderen.
  12. Smøre vandtæt fugemasse omkring kanten af beholderen, hvor røret løber igennem for at forhindre lækager.
  13. Placer en 21 W 1.000 L / time dykelektrisk pumpe inde i bunden beholder.
  14. Tilslut et 1,07 m langt, 1,27 cm ID, 1,59 cm OD PVC-rør til den elektriske pumpes dyse.
  15. Streng røret gennem afstanden mellem bænkene og over bagsiden af sodavandsflasken øverst på systemet.
  16. Sæt pumpen i en digital timer, og indstil timerindstillingen efter behov.
    BEMÆRK: Timeren blev indstillet til at køre i 1 minut hver 3 timer i hele eksperimentet. Den valgte timing gjorde det muligt at cykle den maksimale mængde væske i opsamlingstanken og tillades ca. 10 minutters flow, hver gang pumpen blev tændt, samtidig med at der undgås oversvømmelse og afsmittende virkninger.

3. Plantning

  1. Steriliser alle de risfrø, der er nødvendige for skylning i 70% ethanol i 30 s, iblødsætning i 5% blegemiddel i 20 min, og skylning 6x med destilleret vand.
  2. Forkiminer de steriliserede risfrø i petriskåle foret med filterpapir fyldt med 5 ml destilleret vand i et vækstkammer, der er sat til 25 °C.
  3. Efter frøene spire, linje bunden af hver gryde med to store kaffe filtre ved at placere dem inde i potterne i deres naturlige cupped form.
  4. Fyld hver gryde til toppen af filteret (ca. 75% af gryden) med autoclaved, vasket og screenet specielt klassificeret kvartssand. Fugt sandet med destilleret vand ved at hælde vand over toppen af sandet eller ved at placere gryder i plantning bakker fyldt lidt med destilleret vand for at gøre det muligt for potterne at opsuge vandet og forblive fugtig. Transplantation seks prægerminerede donorplante planter planter i sand, jævnt fordelt.
  5. Dæk kimplanter med sand.
  6. Lad frøplanter etablere i 3 uger.
    BEMÆRK: Sandet tørrer meget hurtigt. Derfor er det en effektiv vandingsteknik at placere gryder i bakker. Ændring af vand ud hele tiden vil hjælpe med at forhindre mug.
  7. Pregerminate modtageren plante planter planter (E. crus-galli)i petriskåle 3 uger efter plantning donorplanter ved foring bunden af skålen med filterpapir og sammen med 5 ml destilleret vand. Skålene anbringes i et vækstkammer ved 25 °C i 3-5 dage.
  8. Forbered gryderne som beskrevet i trin 3.1-3.2.
  9. Efter kimplanter spirer, transplantere tre planter i de forberedte gryder og dække med sand.
    BEMÆRK: Forsøget begynder en dag efter behandlingen (DAT) eller den dag, hvor genkoppeplanten ser ud og transplanteres og placeres i systemet.

4. Prøveplacering

  1. Placer fire potter af en tiltrædelse af donorplanter i de fire retter i kolonne 1, en enkelt gryde per række. Kolonne 1 består kun af donorplanter.
  2. Placer to potter af samme tiltrædelse af donorplanter i retterne i kolonne 2 på første og tredje række i kolonnen.
  3. Placer to potter af modtager planter i retterne i kolonne 2 på anden og fjerde række i kolonnen.
  4. For hver replikation skal du sørge for, at der kun tilsættes én række modtagerplanter. To kolonner, den første bestående af donorplanter kun og den anden skiftende donorer og modtagere, gøre en behandling (Figur 2).

Figure 2
Figur 2: Placeringskort. Diagram, der viser placeringer af donor-anlæg (WR/R) og modtageranlæg (BYG) i forskellige positioner i trappetrinssystemet. To kolonner af trappe-trin system med planter på plads omfatter en behandling. En enkelt kolonne af modtagerplanter fungerede som kontrol for en replikation (yderst til højre), en enkelt kolonne af donorplanter som kontrol for hver tiltrædelse (center), og behandlingskolonnen bestod af skiftende donor- og modtagerplanter (længst til venstre). Klik her for at se en større version af denne figur.

  1. Gentag trin 4.1-4.4 for hver behandling eller donorplantetiltrædelse (figur 3).
    BEMÆRK: Hver replikation kræver en kolonne af modtager planteprøver til at tjene som en kontrol for en replikation. Behandlinger blev replikeret 3x i en randomiseret komplet blok design.

Figure 3
Figur 3: Endelig trappe-trin struktur. Trappetrinssystemet samlet med planterne på plads. Systemet indeholdt fire rækker af planteprøver og en opsamlingstank i bunden for opløsningen til at cykle til den øverste flaske og nedad af tyngdekraften gennem hver respektive gryde. Klik her for at se en større version af denne figur.

5. Operation

  1. På DAT 1 fyldes opsamlingstanken i bunden af hver kolonne med hoaglandopløsning med halv styrke17 i destilleret vand, ca. 1.500 ml.
  2. Indstil timere til at køre som ønsket i indstillingen for automatisk frakørsel.
  3. Dæk opsamlingstankene med sort plast for at begrænse lyseksponering og fordampning.
  4. Fyld tankene hver 2. dag med 500 ml Hoaglands løsning for at holde systemet kørende konstant.
  5. Drivhustemperaturerne holdes ved 28 °C i løbet af dagen og 24 °C om natten med henholdsvis 16/8 h split og fugtighed ved 53%.

6. Dataindsamling

  1. Mål og registrer højderne på hver plante i trappetrinssystemet på DAT 1 og en gang om ugen op til DAT 21 ved at placere en lineal i bunden af hver plante og observere den højeste bladstander.
  2. Måle og registrere klorofylniveauet for hvert anlæg på DAT 7 og 14 ved hjælp af klorofylindholdsmåleren.
  3. På den sidste dag i eksperimentet (dvs. DAT 21) mærke en papirpose til hver gryde.
  4. Skær planteprøver i bunden og sted i separate poser.
  5. Alle prøver anbringes i en ovntørrer, der er sat til 60 °C for 48 h16.
  6. Fjern tørrede prøver og tomt indhold individuelt på en skala og registrere vægten i gram.

7. Dataanalyse

  1. Beregn donorplanternes allelopatiske potentiale baseret på modtagerens procenthæmning ved hjælp af denne ligning:
    højdereduktion (%) = [kontrolhøjde (cm) – højden af behandlet (cm)] × 100
  2. Beregn reduktionen af donoranlæggets højde som en kontrol af enhver omvendt effekt, som modtageranlægget kan have på målplanterne.
  3. Analyser tiltrædelser som den faste effekt, mens replikeringer og kørsler er de tilfældige effekter18.
  4. Analysér dataene ved hjælp af en generel lineær model med middelværdier adskilt ved hjælp af Fishers beskyttede mindst signifikante forskel ved eller under et 0,05 sandsynlighedsniveau i en statistisk software (f.eks.
  5. Visualiser korrelationen mellem de oprindelige variabler ved hjælp af principkomponentanalyse af ved at uploade data.
    1. Vælg fanen Analysér på værktøjslinjen, vælg Tilpas Y efter X. Under kolonner skal du fremhæve svaret (dvs. procenthøjdereduktion) og derefter klikke på Y, svar for at angive den faktor, der observeres for Y (dvs. procenthøjdereduktion). For X-faktoren, Højlys tiltrædelse og klik på X, faktor, vælg derefter OK.
    2. Vælg den røde pil ned på linjen Oneway Analysis, og vælg Middel/ANOVA. Vælg igen pil ned på linjen Oneway Analysis, og fremhæv sammenligning betyder derefter at vælge hvert par, elevens T.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

To indledende screeninger ved hjælp af denne metode blev udført på ni weedy ris tiltrædelser (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) og fem dyrkede ris linjer (PI338046, Rex, Rondo, PI312777, CL163). Weedy ris tiltrædelser og ris linjer blev udvalgt på grundlag af deres resultater i tidligere allelopatiske screeninger foretaget af Shrestha (2018)18. De weedy risfrø blev indsamlet fra hele staten Arkansas. De valgte rislinjer er almindeligt dyrkede linjer i USA, nogle kendt for at udtrykke allelopathic aktivitet (f.eks Rondo PI312777) og anvendes som kontrol i denne undersøgelse18. De foreløbige data viser lufttrinsmetodens potentiale som et middel til at vurdere det alleopatiske potentiale mod barnyardgrass (E. crus-galli). Højden af barnyardgræs planter blev væsentligt reduceret med allopatiske rester udskilles gennem ris rødderne. Konkurrencen om ressourcer mellem ukrudtsris og barnyardgrass blev elimineret, og alle planter blev dyrket under identiske forhold. Resultaterne viste, at den allelopatiske aktivitet mod barnyardgrass varierede blandt de ukrudtsris og rissorter.

Højdemålinger registreret ved DAT 14 blev brugt til at beregne barnyardgrass højdereduktion procent. Som det fremgår af figur 4,var højdereduktionen op til 30 % i nogle donorristiltrædelser med én tiltrædelse, B81, der stod ud. Fem ukrudt ris tiltrædelser viste mere betydelig barnyardgrass højde reduktion end Rondo, den allelopatiske ris standard. Weedy ris tiltrædelseb8, S33, B14, B97 reduceret barnyardgrass højde med 25-30%. Weedy ris tiltrædelse B81 udstillet den mest betydelige barnyardgrass højde reduktion med 74%, hvilket var næsten 3x så meget som standard allelopathic ris, Rondo.

Figure 4
Figur 4: Data for reduktion af betalingsanlægshøjde. De højdereduktionsprocenter for modtagerplanterne (E. crus-galli), der vises i stigende rækkefølge, når de behandles med den allelopatiske rest fra 15 donorplantetiltrædelser af O. sativa langs X-aksen. Klik her for at se en større version af denne figur.

Højdereduktion af ukrudts- og dyrkede ristiltrædelser blev også registreret for at afgøre, om barnyardgrass havde nogen allelopathic aktivitet. Fra data indsamlet på DAT 14, var der ingen signifikant påviselig højde reduktion af ukrudtris eller ris på grund af barnyardgrass allelochemicals i den behandlede kolonne.

Biomasse reduktion procent fra data indsamlet på DAT 21 viste et interval i barnyardgrass biomasse reduktion procent fra 0-86%. Blandt de ukrudt ris tiltrædelser, der reducerede barnyardgrass højde mest (S33, B97, B14, B8, B81), S33 reduceret barnyardgrass biomasse med ca 84% i forhold til Rondo på 60%(Figur 5).

Figure 5
Figur 5: Data om reduktion af modtageranlægsbiomasse. De biomassereduktionsprocenter for modtagerplanterne (E. crus-galli), der vises i stigende rækkefølge, når de behandles med den allelopatiske rest fra 15 donoranlægs tiltrædelse af O. sativa langs X-aksen. Klik her for at se en større version af denne figur.

Klorofylindholdet i alle planteprøver blev registreret ved DAT 7 og 14. Chlorofylreduktionen i barnyardgrassprøver varierede fra 1-14%, når de blev udsat for risrodpereachater. Der var variation blandt klorofylreduktionsniveauer blandt ikke-allelopatiske og allelopatiske ris. Af de allelopatiske weedy ris tiltrædelser, B8 og S33 viste den mindste klorofyl reduktion (mindre end 10%). Klorofylniveauet i forbindelse med tiltrædelseaf ris var mellem 0-30 % med variation i niveauet blandt ikke-allelopatiske og allelopatiske tiltrædelser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Udnyttelse af allelopathi kan potentielt tjene som en biologisk kontrol for ukrudt , der er vanskelige at forvalte1,7,13. Allelopathy har vist et stort potentiale som en mulig løsning på ukrudtskrisen i ris og fungerer som et alternativ eller supplement til kemikalier og manuel ukrudtsbekæmpelsespraksis5,13,19. Identifikation af allelopatiske sorter eller tiltrædelse af afgrødearter er det første skridt i retning af at indarbejde denne teknologi i ukrudtsbekæmpelsesstrategier. Som det fremgår af denne undersøgelse, nogle tiltrædelser af ukrudt ris og ris(O. sativa) udviser større undertrykkelse af barnyardgrass(E. crus-galli). De tiltrædelser, der klarede sig bedst i denne undersøgelse, er kandidater til yderligere forskning i allelopathy genetik og virkningsmekanismer.

Trappetrinsmetoden viste sig at være en nyttig screeningsteknik til at bestemme risallelopathic potentiale. Metoderne er ikke begrænset til et donor- eller modtageranlæg. En række forskellige planter kan screenes samtidigt, og målet og modtageren kan nemt veksles til nøjagtige resultater. Modtageligheden for allelopatiske forbindelser varierer mellem art1. Denne metode kan give en screening af modtagelighed for modtagerplanten og samtidig bestemme donoranlæggets alleopatiske potentiale.

Det blev foreslået, at der er behov for en større indsats for at blive gjort på eksperimenter, der efterligner feltbetingelser12. En lang række faktorer bidrager til allelopathic aktivitet, såsom miljø og genetiske baggrund11,12. Drivhusscreeninger kan skabe en markindstilling i et kontrolleret miljø. Jord bunden er det foretrukne vækstmedium i modsætning til kunstige medier som agar. Sandet i dette eksperiment gav et medium, der ikke ændrede de næringsstoffer til rådighed, tillod opløsningen til at flyde rent fra pot til gryde, og begrænset mikrobiel aktivitet, der kunne have påvirket resultaterne. Derudover kan temperaturen indstilles på ideelle forhold for den ønskede art. Trappetrinsmetoden giver en præcis måde at identificere og måle en plantearts allelopatiske aktivitet på.

En ulempe ved trappetrinsmetoden er, at forskelle i arten og mængden af allelochemicals produceret af de to plantearter kan præsentere resultater, der fremstår som næringsstofstress. Anvendelsen af tilsætningsstoffer til næringsstoffer er afgørende for at sikre passende forhold. Arter adskiller sig i deres reaktioner på forskellige mineraler, og ukrudtsarter kan reagere bedre end en afgrøde på de næringsstoffer, forudsat20. Allelopathy bekræftes, hvis der er hæmmende virkninger selv i nærvær af tilsatte næringsstoffer20. Desuden er trappetrinsmetoden kun nyttig, hvis de pågældende plantearter er allelopathically aktiv gennem rodsekretoren16. Nogle arter har ikke aktiv rodallelopathic produktion, fordi allelochemicals også kan udskilles i form af gas og perkolater fra overjorden levende eller døde plantedele eller tørret væv21,22,23. For at denne metode kan påvise allelopatiske hæmninger, skal den screenede prøve udvise rodallelopathic aktivitet, fordi systemet er rettet mod kemikalier udvasket gennem jordmediet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Finansiering af dette projekt blev leveret af Special Research Initiative Grant sponsoreret af Mississippi Agricultural and Forestry Experiment Station og er baseret på arbejde, der støttes af National Institute of Food and Agriculture, U.S. Department of Landbrug, Hatch-projektet under tiltrædelsesnummer 230060.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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, 0.125 in id by 0.25 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 1.37 qt 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 1,000 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 L Soda Bottles - 6 Pack - For Science Experiment Use Amazon, Seattle WA UPC 192407667341 Top step tank discard lid

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Weston, L. A. History and Current Trends in the Use of Allelopathy for Weed Management. HortTechnology. 15, (3), 529-534 (2005).
  2. Pratley, J. E. Allelopathy in annual grasses. Plant Protection Quarterly. 11, 213-214 (1996).
  3. Bertin, C., Yang, X., Weston, L. A. The role of root exudates and allelochemicals in the rhizosphere. Plant and Soil. 256, (1), 67-83 (2003).
  4. Stevenson, G. R. Pesticide Use and World Food Production: Risks and Benefits. Environmental Fate and Effects of Pesticides. American Chemical Society. Chapter 15 261-270 (2003).
  5. Chopra, N., Tewari, G., Tewari, L. M., Upreti, B., Pandey, N. Allelopathic Effect of Echinochloa colona L. and Cyperus iria L. Weed Extracts on the Seed Germination and Seedling Growth of Rice and Soybean. Advances in Agriculture. 2017, 1-5 (2017).
  6. Jabran, K., Mahajan, G., Sardana, V., Chauhan, B. S. Allelopathy for weed control in agricultural systems. Crop Protection. 72, 57-65 (2015).
  7. Worthington, M., Reberg-Horton, C. Breeding Cereal Crops for Enhanced Weed Suppression: Optimizing Allelopathy and Competitive Ability. Journal of Chemical Ecology. 39, 213-231 (2013).
  8. Sudianto, E., et al. Corrigendum to "Clearfield (R) rice: Its development, success, and key challenges on a global perspective.". Crop Protection. 55, 142-144 (2014).
  9. Gressel, J., Valverde, B. E. A strategy to provide long-term control of weedy rice while mitigating herbicide resistance transgene flow, and its potential use for other crops with related weeds. Pest Management Science. 65, 723-731 (2009).
  10. Muthayya, S., Sugimoto, J. D., Montgomery, S., Maberly, G. F. An overview of global rice production, supply, trade, and consumption. Annals of the New York Academy of Sciences. 1324, 7-14 (2014).
  11. Chung, I. M., Kim, K. H., Ahn, J. K., Lee, S. B., Kim, S. H. Allelopathy Comparison of Allelopathic Potential of Rice Leaves, Straw, and Hull Extracts on Barnyardgrass. Agronomy Journal. 95, (4), 1063-1070 (2003).
  12. Olofsdotter, M., Jensen, L. B., Courtois, B. Improving crop competitive ability using allelopathy Ð an example from rice. Journal of Plant Breeding. 121, 1-9 (2002).
  13. Olofsdotter, M., Navarez, D., Rebulanan, M., Streibig, J. C. Weed-suppressing rice cultivars-does allelopathy play a role. Weed Research. 39, (6), 441-454 (1999).
  14. Jensen, L. B., et al. Locating Genes Controlling Allelopathic Effects against Barnyardgrass in Upland Rice. Agronomy Journal. 93, (1), 21-26 (2001).
  15. Kuijken, R. C., Eeuwijk, F. A. V., Marcelis, L. F., Bouwmeester, H. J. Root phenotyping: from component trait in the lab to breeding. Journal of Experimental Botany. 66, (18), 5389 (2015).
  16. Lickfeldt, D. W., Voigt, T. B., Branham, B. E., Fermanian, T. W. Evaluation of allelopathy in cool season turfgrass species. International Turfgrass Society. 9, 1013-1018 (2001).
  17. Liu, D. L., Lovett, J. V. Biologically active secondary metabolites of barley: Developing techniques and assessing allelopathy in barley. Journal of Chemical Ecology. 19, 2217-2230 (1993).
  18. Shrestha, S. Evaluation of Herbicide Tolerance and Interference Potential among Weedy rice germplasm. (2018).
  19. Kim, K. U., Shin, D. H. Rice allelopathy research in Korea. Allelopathy in Rice. IRRI. Olofsdotter, Chapter 4 (1998).
  20. Quasem, J. R., Hill, T. A. On difficulties with allelopathy. Weed Research. 29, 345-347 (1989).
  21. Singh, S., et al. Evaluation of mulching, intercropping with Sesbania and herbicide use for weed management in dry-seeded rice (Oryza sativa L.). Crop Protection. 26, 518-524 (2007).
  22. Kong, C. H., Li, H. B., Hu, F., Xu, X. H., Wang, P. Allelochemicals released by rice roots and residues in soil. Plant and Soil. 288, (1-2), 47-56 (2006).
  23. Ervin, G. N., Wetzel, R. G. Allelochemical autotoxicity in the emergent wetland macrophyte Juncus effusus (Juncaceae). American Journal of Botany. 87, (6), 853-860 (2000).
Repeterbar Trappe-trin Assay at få adgang til allelopathic potentiale Weedy Rice<em>(Oryza sativa</em> ssp.)
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Schumaker, B. C., Stallworth, S., De Castro, E., Fuller, M. G., Shrestha, S., Tseng, T. M. Repeatable Stair-step Assay to Access the Allelopathic Potential of Weedy Rice (Oryza sativa ssp.). J. Vis. Exp. (155), e60764, doi:10.3791/60764 (2020).More

Schumaker, B. C., Stallworth, S., De Castro, E., Fuller, M. G., Shrestha, S., Tseng, T. M. Repeatable Stair-step Assay to Access the Allelopathic Potential of Weedy Rice (Oryza sativa ssp.). J. Vis. Exp. (155), e60764, doi:10.3791/60764 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter