Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

Herhaalbare Trap-stap Assay toegang tot de Allelopathische potentieel van weedy rice(Oryza sativa ssp.)

doi: 10.3791/60764 Published: January 28, 2020

Summary

Allelopathie heeft aangetoond belofte als een nuttige aanvullende onkruidbestrijding strategie in bijsnijden systemen. Om het allelopathische potentieel van een gewenst plantmonster te bepalen, wordt een trapstapscreeningsmethode geboden.

Abstract

Wietconcurrentie draagt wereldwijd aanzienlijk bij aan het verlies van teeltsystemen. De evolutie van resistentie bij veel onkruidsoorten tegen continu toegepaste herbiciden heeft de noodzaak van extra beheersmethoden gepresenteerd. Allelopathie is een fysiologisch proces dat sommige plantensoorten bezitten die de plant een voordeel bieden ten opzichte van zijn buren. Allelopathische gewasrassen zouden worden uitgerust met de mogelijkheid om de groei van omliggende concurrenten te onderdrukken, waardoor het potentiële opbrengstverlies als gevolg van onkruidinterferentie wordt verminderd. Dit document richt zich op de bouw en werking van een trap-stap test gebruikt voor de screening van de allelopathische potentieel van een donorsoort (Oryza sativa) tegen een ontvanger onkruidsoort (Echinochloa crus-galli) in een kas omgeving. De in dit document beschreven structuur dient als een standaard voor de plantenmonsters en bevat een getimed watersysteem voor de accumulatie en distributie van allelochemicaliën. Allelochemicaliën die door de wortels van de plant worden geproduceerd, mogen door een reeks van vier potten afzonderlijk naar beneden stromen in een inzameltank en via elektrische pompen terugvloeien naar de topfabriek. Deze screeningsmethode biedt een weg voor allelochemicaliën van de donorinstallatie om ontvangerfabrieken te bereiken zonder enige concurrentie van de visbestanden, waardoor kwantitatieve meting van het allelopathische potentieel van de geselecteerde donorinstallatie mogelijk is. Het allelopathische potentieel is meetbaar door de hoogtereductie van de ontvangerplanten. Voorlopige screeninggegevens voor de effectiviteit van deze methode toonden hoogtevermindering aan bij de ontvangersoorten, barnyardgrass (E. crus-galli), en dus de aanwezigheid van allelopathische residuen van de donorplant, onkruidrijst (Oryza sativa).

Introduction

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

Allelopathie is een natuurlijk en complex fenomeen dat de afgelopen decennia de focus van veel plantenwetenschappers is geweest. De mechanismen met betrekking tot allelopathie voor gebruik in gewassen zijn het onderwerp van veel onderzoek sinds de jaren 1930, toen Molisch constateerde dat een plant een direct of indirect effect heeft op een naburige plant door de productie en afscheiding van chemische verbindingen in het milieu1. Allelopathie is de productie van secundaire metabolieten die remmende effecten hebben op de groei en kieming van sommige plantensoorten. Vrijgekomen allopathische chemische verbindingen helpen de donorplanten een concurrentievoordeel te bieden door fytotoxinen toe te voegen aan het milieu om hen heen2. Veel factoren dragen bij aan de allelopathische activiteit. Het is selectief in zijn doeltreffendheid en varieert tussen variëteiten, milieuomstandigheden, groeifase, stress, milieu en beschikbaarheid van voedingsstoffen3.

In de afgelopen jaren is allelopathie in het onderzoek benadrukt als een mogelijke aanvulling op de constante en groeiende onkruidbestrijdingscrisis. Met de groeiende wereldbevolking is de vraag naar duurzame voedsel- en vezelproductie met4toegenomen. Onkruidbestrijding is een van de grootste bedreigingen voor de productie waarmee agronomen worden geconfronteerd5,6. Traditionele onkruidbestrijdingsmethoden richten zich op mechanische, chemische en culturele praktijken. Het continue gebruik van herbiciden, hoewel effectief, nuttig en efficiënt, heeft de evolutie van resistente onkruidpopulaties in een alarmerend snel tempo bevorderd7. Genetische manipulatie en fokpraktijken zijn effectief gebruikt om gewassen concurrentievoordelen te geven ten opzichte van onkruid door ze te ontwerpen om chemische toepassingen te weerstaan die hun buren niet kunnen overleven7,8. Hoewel effectief, deze technologieën zijn niet altijd duurzaam en soms vormen outcrossing zorgen9. Aanvullende onkruidbestrijdingspraktijken moeten worden ingevoerd om het doel van het verhogen van de voedselproductie te bereiken10. Allelopathie toont uitstekende belofte als een nieuwe verdediging instrument voor gewassen om hun kwaliteit te verbeteren en overleven hun concurrenten1,7.

Allelochemicaliën zijn vaak secundaire producten, en omdat hun productie sterk wordt beïnvloed door omgevingsfactoren, kunnen de specifieke verbindingen in verband met de onderdrukking van planten moeilijk te identificeren3zijn. Productiefactoren zijn onder meer genetica en het gemeenschappelijk optreden van secundaire metabolieten die synergetisch kunnen handelen11,12. Het is een uitdaging om allelopathische activiteit te scheiden van de concurrentie die van nature bestaat binnen gewas-onkruid interacties, en als gevolg van deze, bij screening op allelopathie moet er een standaard set van resultaten die de test in aanmerking komen als geldig en herhaalbaar. Hieronder vindt u een reeks criteria die de bevindingen van allelopathie, zoals beschreven door Olofsdotter et al.12 1) Kwalificeert een plant moet aantonen onderdrukking van een andere plant in een patroon; 2) De chemische stoffen die in bioactieve hoeveelheden in het milieu vrijkomen, moeten door de donorinstallatie worden geproduceerd; 3) De geproduceerde chemische stoffen moeten naar de ontvangerinstallatie kunnen worden vervoerd; 4) In de verzamelinstallatie moet een ander gebruiksmechanisme aanwezig zijn; 6) Het waargenomen remmingspatroon mag geen andere exclusieve verklaring hebben (bv. concurrentie om middelen)12.

In een poging om de barrière tussen het gebrek aan kennis van de mechanismen ter ondersteuning van allelopathie en rasontwikkeling te overwinnen, kunnen fenotypische eigenschappen in verband met allelopathische variëteiten worden geïdentificeerd en geselecteerd voor verder onderzoek en gebruik. Sommige planten waarvan bekend is dat allelopathische kwaliteiten zijn rogge, sorghum, rijst, zonnebloem, koolzaad, en tarwe13. Tijdens de eerste waarnemingen van allelopathie in gewassen, als gevolg van de onderscheiden grenzen van de groei van onkruid in veldexperimenten , werd voorgesteld om chemische stoffen te betrekken in plaats van concurrentie om hulpbronnen14. De meeste studies waren echter veldexperimenten die het onmogelijk maakten om de concurrentie als factor14uit te schakelen . De inspanningen van de concurrentieverwijdering maakten plaats voor laboratorium- en kasexperimenten in pogingen om allelopathische activiteit in rijst en andere gewassen te bewijzen en te kwantificeren. Veld- en kasmethoden om planten op allelopathie te screenen, tonen aan dat allelopathische tendensen aanwezig zijn in beide groeiomstandigheden11,15. Sommige critici zijn van mening dat laboratoriumscreenings slechts beperkte waarde kunnen hebben vanwege het gebrek aan natuurlijke omstandigheden, wat de resultaten kan beïnvloeden15.

De voorgestelde methode voor de screening van allelopathisch potentieel in planten biedt voldoende middelen en ruimte en elimineert de concurrentie van hulpbronnen met het gebruik van een traptrapstructuur11,17. De methode werd aangepast en aangepast van eerdere experimenten met het verkennen van allelopathie in gras gras en gerst17,18. Uit deze studies bleek dat een soortgelijk systeem nauwkeurige resultaten kon opleveren over het allelopathische potentieel van een doelinstallatie, waarbij alle twijfels werden weggenomen dat de waarnemingen aan de natuurlijke concurrentie konden worden toegeschreven. De trap-stap methode creëert een bloedsomloop waar een voedingsoplossing van een reservoir kan cyclus door elke plant naar een incubatielade door middel van een paar stappen. Een elektrische pomp recyclet vervolgens de oplossing samen met allelochemicals geproduceerd18. Een methode als deze is efficiënt in zowel tijd, ruimte en resources. Het biedt ook vergelijkbare veldomstandigheden voor de planten en elimineert elke concurrentie van hulpbronnen. De methoden en tools die worden gebruikt voor screening zijn gemakkelijk te manipuleren om de gewenste studiedoelen, voorwaarden en specifieke soorten te passen. Het doel van deze studie is om onkruidrijst allelopathie te bevestigen door middel van hoogteonderdrukking metingen op barnyardgrass met het gebruik van de trap-stap methode.

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 Construction

OPMERKING: Metingen voor het hout worden vermeld als dikte (cm) x breedte (cm) x lengte (m).

  1. Snijd hout in de juiste maten en bedragen als volgt: vijf 10,16 cm x 5,08 cm x 0,91 m houten stukken, drie 10,16 cm x 5,08 cm x 0,76 m houten stukken, drie 10,16 cm x 5,08 cm x 0,61 m houten stukken, vijf 10,16 cm x 5,08 cm x 0,46 m houten stukken , drie 10,16 cm x 5,08 cm x 0,3 m houten stukken, en drie 10,16 cm x 5,08 cm x 0,15 m houten stukken.
  2. Voor het hoogste niveau, stand een 2,44 m breed over twee 0,91 m stukken aan elk uiteinde aan de rand en boor twee schroeven verticaal in elk van de 0,91 stukken. Schroef nog een stuk van 0,91 m van elk uiteinde voor ondersteuning en plaats een 2,44 m breed over de achterkant van de 0,91 m stands en schroef op zijn plaats voor ondersteuning.
    LET OP: De acht 3.175 cm x 15,24 cm x 2,44 m worden bewaard zoals het is en ongesneden om te dienen als de benchtop voor elk bankniveau.
  3. Herhaal stap 1.2 voor het volgende bankniveau met de stukken van 0,76 m.
  4. Herhaal stap 1.2 voor de volgende bank met de 0,61 m stukken naar de zesde bank op 0,15 m.
    LET OP: Er is geen ondersteuning van 2,44 m bord nodig voor banken 3-6. De laatste stand heeft zes banken met elk drie verticale steunen, één aan elk uiteinde en één in het midden.
  5. Line banken in aflopende hoogte volgorde met de overhangende lip naar de achterkant het aanraken van de bank erboven, waardoor een kloof tussen de niveaus.
  6. Lijn een bord van 0,91 cm op elk van de onderste randen van de banken langs de grond en schroef de banken op zijn plaats.
  7. Schroef een bord van 0,46 m horizontaal voor ondersteuning op de hoogste drie banken aan weerszijden van de constructie 0,61 m van de grond.
  8. Schroef drie hoekbeugels op de voorste uiteinden en het midden van de hoogste bank.
  9. Schroef een 2,54 cm x 5,08 cm x 20,32 cm houten stuk over de beugels 2,54 cm van de basis van de bank.
    LET OP: Maak een 0,91 m bij 0,91 m bij 2,44 m structuur. Zie figuur 1 voor het eindproduct. Dimensies zijn onderhevig aan veranderingen met de experimentele behoeften. De beschreven structuur is ontworpen om 15,24 cm potten te passen. De hoogtes tussen banken zijn ontworpen om de potten en plantaardig materiaal dat in dit experiment wordt gebruikt te passen om een gestage stroom van allelochemicaliën en oplossing van de ene pot naar de andere door de zwaartekracht te behouden.

Figure 1
Figuur 1: Vooraanzicht van de houten basisstandaard. Een houten basis dient als stand voor de plantenmonsters. Materialen voor het systeem moeten worden geassembleerd en toegevoegd, afhankelijk van het aantal monsters dat nodig is voor het experiment. In deze studie dienden twee stands als basis voor 31 monsters. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

2. Systeemassemblage

  1. Haal de dop uit een 1 L soda fles en spuit verf met zwarte verf.
    LET OP: De frisdrankflessen dienen als reservoir aan de bovenkant van het systeem voor één kolom. De verf vormt een blok voor het licht, dat algengroei vermindert of voorkomt.
  2. Aan de onderkant van elke sodafles boor je een klein gaatje, net groot genoeg om een binnendiameter van 0,35 cm (ID), 0,64 cm buitendiameter (OD), 5,08 cm lange plastic PVC-buis in te bedden.
  3. Smeer een laag siliconen waterdichte kit rond de rand van het gat na het inbrengen om eventuele lekken te voorkomen. Laat het volledig drogen.
  4. Herhaal stap 2.2 en 2.3 op elk van de plastic gerechten die worden gebruikt om de potten vast te houden.
    LET OP: Er zijn vier gerechten nodig voor één kolom.
  5. Verwijder het deksel en spuit de buitenkant van 2,27 L plastic bussen met zwarte verf. Deze bussen zullen dienen als de verzameltanks aan de basis van elke kolom.
  6. Boor een klein gaatje in de bovenzijde van de bus.
    OPMERKING: De leveringen in de stappen 2.1–2.6 maken één kolom. Het aantal kolommen is afhankelijk van het aantal monsters dat nodig is voor het gewenste experiment. Voor één monster zijn twee kolommen nodig. Alle dimensies kunnen worden gewijzigd, afhankelijk van de experimentele behoeften.
  7. Nadat de voorraden zijn bereid en gedroogd, plaats de sodafles op de hoogste bank, zodat de PVC-buis over de rand naar de trap hangt.
  8. Net onder de frisdrankfles op de volgende bank, plaats een plastic schotel met zijn buis opknoping over de rand van de bank.
  9. Herhaal stap 2.8 voor de volgende twee banken.
  10. Plaats de bus op de onderste bank met het gat naar de achterkant.
  11. Sluit de bus met de schotel erboven door het rijgen van de buis van de schotel door het gat in de achterkant van de bus.
  12. Smeer waterdichte kit rond de rand van de bus waar de buis doorheen loopt om lekken te voorkomen.
  13. Plaats een 21 W 1.000 L/hr dompelbare elektrische pomp in de onderste bus.
  14. Sluit een 1,07 m lange, 1,27 cm-ID, 1,59 cm OD PVC-buis aan op het mondstuk van de elektrische pomp.
  15. Rijde de buis door de kloof tussen de banken en over de achterkant van de frisdrankfles aan de bovenkant van het systeem.
  16. Sluit de pomp aan op een digitale timer en stel de timerinstelling in als dat nodig is.
    LET OP: De timer is ingesteld om te draaien voor 1 min om de 3 uur gedurende het hele experiment. De geselecteerde timing zorgde ervoor dat de maximale hoeveelheid vloeistof in de inzameltank kon worden gefietst en zorgde voor ongeveer 10 min stroom telkens wanneer de pomp werd ingeschakeld, terwijl overstromingen en overloopeffecten werden vermeden.

3.

  1. Steriliseren alle rijstzaden die nodig zijn door spoelen in 70% ethanol voor 30 s, weken in 5% bleekmiddel voor 20 min, en spoelen 6x met gedestilleerd water.
  2. Pregerminate de gesteriliseerde rijstzaden in petrischaaltjes bekleed met filterpapier gevuld met 5 mL gedestilleerd water in een groeikamer op 25 °C.
  3. Nadat de zaden ontkiemen, lijn de bodem van elke pot met twee grote koffiefilters door ze in de potten in hun natuurlijke cupped vorm.
  4. Vul elke pot aan de bovenkant van het filter (ongeveer 75% van de pot) met autoclaved, gewassen, en gescreend speciaal gesorteerd kwartszand. Demp het zand met gedestilleerd water door water over de bovenkant van het zand te gieten of door potten in plantbakken te plaatsen die net iets gevuld zijn met gedestilleerd water om de potten het water op te laten snuiven en vochtig te blijven. Transplanteer zes voorontkiemde donorplantenzaailingen in zand, gelijkmatig verdeeld.
  5. Bedek de zaailingen met zand.
  6. Laat de zaailingen 3 weken vastzetten.
    LET OP: Het zand droogt zeer snel. Daarom is het plaatsen van potten in trays een efficiënte giettechniek. Het veranderen van water uit voortdurend zal helpen voorkomen schimmel.
  7. Pregerminate de ontvanger plant zaailingen (E. crus-galli) in petrischaaltjes 3 weken na het planten van donorplanten door voering de bodem van de schotel met filterpapier en samen met 5 mL gedestilleerd water. Plaats de gerechten 3-5 dagen in een groeikamer op 25 °C.
  8. Bereid de potten zoals beschreven in de stappen 3.1–3.2.
  9. Nadat de zaailingen ontkiemen, transplanteer je drie zaailingen in de bereide potten en bedek je met zand.
    OPMERKING: Het experiment begint een dag na de behandeling (DAT), of de dag dat de ontvanger plant zaailingen ontstaan en worden getransplanteerd en geplaatst in het systeem.

4. Steekproefplaatsing

  1. Plaats vier potten van één toetreding van donorplanten in de vier gerechten van kolom 1, één pot per rij. Kolom 1 bestaat alleen uit donorplanten.
  2. Plaats twee potten van dezelfde toetreding van donorplanten in de gerechten van kolom 2 op de eerste en derde rij van de kolom.
  3. Plaats twee potten ontvangerplanten in de schotels van kolom 2 op de tweede en vierde rij in de kolom.
  4. Zorg er voor elke replicatie voor dat er slechts één rij ontvangerinstallaties wordt toegevoegd. Twee kolommen, de eerste bestaande uit donorplanten en de tweede afwisselende donoren en ontvangers, maken één behandeling (figuur 2).

Figure 2
Figuur 2: Plaatsingskaart. Diagram met plaatsingen van donor (WR/R) en ontvangerplanten (BYG) in respectievelijke posities in het traptrapsysteem. Twee kolommen van het trap-step systeem met planten op zijn plaats bestaat uit een behandeling. Een enkele kolom van ontvangerinstallaties diende als controle voor één replicatie (uiterst rechts), één enkele kolom van donorinstallaties als controle voor elke toetreding (centrum), en de behandelingskolom bestond uit afwisselende donor en ontvangerinstallaties (uiterst links). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

  1. Herhaal de stappen 4.1–4.4 voor elke behandeling of toetreding van donorinstallaties(figuur 3).
    OPMERKING: Elke replicatie vereist een kolom met monsters van de ontvangerinstallatie om te dienen als een controle voor één replicatie. Behandelingen werden gerepliceerd 3x in een gerandomiseerde volledige blok ontwerp.

Figure 3
Figuur 3: Definitieve traptrapstructuur. De trap-step systeem gemonteerd met de planten op zijn plaats. Het systeem bevatte vier rijen plantenmonsters en een verzameltank aan de onderkant voor de oplossing om naar de bovenste fles en naar beneden te fietsen door de zwaartekracht door elke respectieve pot. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

5.

  1. Vul op DAT 1 de collectetank onderaan elke kolom met halfsterkte Hoagland oplossing17 in gedestilleerd water, ongeveer 1.500 mL.
  2. Stel de timers in om te draaien zoals gewenst in de automatische uit-instelling.
  3. Bedek de inzameltanks met zwart plastic om blootstelling aan licht en verdamping te beperken.
  4. Vul de tanks om de 2 dagen met 500 mL van hoagland's oplossing om het systeem constant te laten stromen.
  5. Houd de kastemperaturen overdag op 28 °C en 's nachts 24 °C met een split van 16/8 uur en een luchtvochtigheid van respectievelijk 53%.

6. Verzamelen van gegevens

  1. Meet en noteer de hoogten van elke plant in het traptrapsysteem op DAT 1 en eenmaal per week tot DAT 21 door een liniaal aan de basis van elke plant te plaatsen en de hoogste bladstandaard te observeren.
  2. Meet en noteer de chlorofylniveaus van elke plant op DAT 7 en 14 met behulp van de chlorofylinhoudsmeter.
  3. Op de laatste dag van het experiment (d.w.z. DAT 21) label één papieren zak voor elke pot.
  4. Snijd plantenmonsters op de basis en plaats in aparte zakken.
  5. Plaats alle monsters in een ovendroger op 60 °C voor 48 h16.
  6. Verwijder gedroogde monsters en lege inhoud individueel op een weegschaal en leg het gewicht op in grammen.

7. Data-analyse

  1. Bereken het allelopathische potentieel van de donorplanten op basis van de procentremming van de ontvangerplant met behulp van deze vergelijking:
    hoogtevermindering (%) = [hoogte van de controle (cm) – hoogte van de behandelde (cm)] × 100
  2. Bereken de hoogtevermindering van de donorplant als een controle op een omgekeerd effect dat de ontvangerinstallatie op de doelplanten kan hebben.
  3. Analyseer toetredingen als het vaste effect terwijl replicaties en uitvoeringen de willekeurige effectenzijn 18.
  4. Analyseer de gegevens met behulp van een algemeen lineair model met gemiddelde waarden gescheiden met behulp van Fisher's beschermde minst significante verschil op of onder een 0,05 waarschijnlijkheidsniveau in een statistische software (bijvoorbeeld JMP 14).
  5. Visualiseer de correlatie tussen de oorspronkelijke variabelen met behulp van principe component analyse van door het uploaden van gegevens.
    1. Selecteer het tabblad Analyseren op de werkbalk en selecteer Passen Y op X. Onder kolommen markeert u de respons (d.w.z. procenthoogtereductie) en klik u op Y, reactie om de factor op te geven die wordt waargenomen voor Y (d.w.z. procenthoogtereductie). Voor de X-factor, Hightlight toetreding en klik op X, factor ,selecteer dan OK.
    2. Selecteer de rode pijl-omlaag op de balk Oneway-analyse en selecteer Middelen/ANOVA. Selecteer nogmaals de pijl-omlaag op de oneway-analysebalk en markeer vergelijken betekent vervolgens elk paar selecteren, de Tvan de student.

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

Twee voorbereidende screenings met behulp van deze methode werden uitgevoerd op negen onkruidrijst toetredingen (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) en vijf gecultiveerde rijstlijnen (PI338046, Rex, Rondo, PI312777, CL163). Op basis van hun prestaties in eerdere allelopathische screenings uitgevoerd door Shrestha (2018)18werden de toetredingen van wijnrijst en rijstlijnen geselecteerd. De onkruidrijstzaden werden verzameld van over de staat Arkansas. De geselecteerde rijstlijnen zijn vaak geteelde lijnen in de VS, sommige bekend om allelopathische activiteit uit te drukken (bijvoorbeeld Rondo PI312777) en gebruikt als controles in deze studie18. De voorlopige gegevens tonen het potentieel van de trap-step methode als een middel om de allelopathische potentieel tegen barnyardgrass (E. crus-galli)evalueren. De hoogte van boerengrasplanten werd aanzienlijk verminderd door de allopathische resten die door de rijstwortels werden uitgescheiden. De concurrentie om de middelen tussen onkruidrijst en boerengras werd geëlimineerd, en alle planten werden geteeld in identieke omstandigheden. De resultaten toonden aan dat de allelopathische activiteit tegen barnyardgrass varieerde tussen de onkruidrijst en rijstcultivars.

Hoogtemetingen geregistreerd bij DAT 14 werden gebruikt om de barnyardgrass hoogte reductie procent te berekenen. Zoals uiteengezet in figuur 4,bedroeg de hoogtevermindering bij sommige toetredingen tot donorrijst met één toetreding, B81, een hoogte. Vijf onkruidrijst toetredingen weergegeven meer significante barnyardgrass hoogtevermindering dan Rondo, de allelopathische rijst standaard. Onkruidrijst toetredingen B8, S33, B14, B97 verminderde boerengras hoogte met 25-30%. Onkruidrijst toetreding B81 tentoongesteld de meest aanzienlijke barnyardgrass hoogte vermindering met 74%, dat was bijna 3x zoveel als de standaard allelopathische rijst, Rondo.

Figure 4
Figuur 4: Ontvanger plant hoogtevermindering gegevens. De hoogtereductiepercentages van de ontvangerplanten (E. crus-galli) worden in oplopende volgorde weergegeven wanneer ze worden behandeld met het allelopathische residu van 15 donorplanten van O. sativa langs de X-as. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Hoogtevermindering van de onkruid en gecultiveerde rijst toetredingen werd ook geregistreerd om te bepalen of barnyardgrass had een allelopathische activiteit. Uit gegevens die op DAT 14 werden verzameld, was er geen significante detecteerbare hoogtevermindering van onkruidrijst of rijst als gevolg van allelochemicaliën op boerenerfin de behandelde kolom.

Biomassa reductie procent van de gegevens verzameld op DAT 21 toonde een bereik in barnyardgrass biomassa reductie procent van 0-86%. Onder de onkruidrijst toetredingen die barnyardgrass hoogte het meest verminderd (S33, B97, B14, B8, B81), S33 verminderde boerengras biomassa met ongeveer 84% in vergelijking met Rondo op 60% (Figuur 5).

Figure 5
Figuur 5: Ontvanger plant biomassa reductie gegevens. De biomassareductiepercentages van de ontvangerplanten (E. crus-galli) worden in oplopende volgorde weergegeven wanneer ze worden behandeld met het allelopathische residu van 15 donorplanten van O. sativa langs de X-as. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Chlorofylniveaus van alle plantenmonsters werden geregistreerd bij DAT 7 en 14. Chlorofylvermindering van barnyardgrassmonsters varieerde van 1-14% bij blootstelling aan rijstwortelpercolaten. Er was variatie tussen chlorofylreductieniveaus tussen niet-allelopathische en allelopathische rijst. Van de allelopathische onkruidrijst toetredingen, B8 en S33 toonde de minste chlorofyl reductie (minder dan 10%). Chlorofylniveaus bij de toetredingen op rijst lagen tussen 0 en 30% met variatie in niveaus bij niet-allelopathische en allelopathische toetredingen.

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

Het exploiteren van allelopathie kan mogelijk dienen als een biologische bestrijding van onkruid dat moeilijk te beheren is1,7,13. Allelopathie heeft een groot potentieel als mogelijke oplossing voor de onkruidcrisis in rijst en dient als een alternatief of aanvulling op chemische stoffen en handmatige onkruidbestrijding praktijken5,13,19. Het identificeren van allelopathische rassen of toetredingen van gewassoorten is de eerste stap in de richting van de integratie van deze technologie in onkruidbeheerstrategieën. Zoals blijkt uit deze studie, sommige toetredingen van onkruidrijst en rijst(O. sativa) vertonen een grotere onderdrukking van barnyardgrass (E. crus-galli). De toetredingen die in deze studie het best hebben gepresteerd, zijn kandidaten voor verder onderzoek naar allelopathiegenetica en werkingsmechanismen.

De trap-stap methode bleek een nuttige screening techniek om rijst allelopathische potentieel te bepalen. De methoden zijn niet beperkt tot een donor of ontvanger plant. Een verscheidenheid van verschillende planten kunnen tegelijkertijd worden gescreend, en het doel en de ontvanger kan gemakkelijk worden uitgewisseld voor nauwkeurige resultaten. De gevoeligheid voor allelopathische verbindingen varieert tussen soorten1. Deze methode kan een screening van de gevoeligheid van de ontvanger plant en tegelijkertijd bepalen van het allelopathische potentieel van de donorplant.

Er werd gesuggereerd dat er meer inspanning nodig is om te worden geplaatst op experimenten die veldomstandigheden nabootsen12. Een veelheid van factoren draagt bij aan allelopathische activiteit, zoals het milieu en genetische achtergrond11,12. Kasscreenings kunnen een veldinstelling creëren in een gecontroleerde omgeving. Bodem is het voorkeursgroeimedium in tegenstelling tot kunstmatige media zoals agar. Het zand in dit experiment leverde een medium dat de beschikbare voedingsstoffen niet veranderde, de oplossing toestond om schoon van pot naar pot te stromen en beperkte microbiële activiteit die de resultaten had kunnen beïnvloeden. Bovendien kan de temperatuur worden ingesteld op ideale omstandigheden voor de gewenste soort. De trap-stap methode biedt een nauwkeurige manier van identificeren en meten van de allelopathische activiteit van een plantensoort.

Een nadeel van de trap-stap methode is dat verschillen in de aard en de hoeveelheden allelochemicaliën geproduceerd door de twee plantensoorten kunnen presenteren resultaten die verschijnen als voedingsbelasting. Het gebruik van voedingsadditieven is essentieel om te zorgen voor adequate omstandigheden. Soorten verschillen in hun reacties op verschillende mineralen, en onkruidsoorten kunnen beter reageren dan een gewas op de voedingsstoffen die20. Allelopathie wordt bevestigd als er remmende effecten zijn, zelfs in de aanwezigheid van toegevoegde voedingsstoffen20. Bovendien is de traptrapmethode alleen nuttig als de betrokken plantensoort allelopathisch actief is door wortelafscheiding16. Sommige soorten hebben geen actieve wortel allelopathische productie, omdat allelochemicaliën ook kunnen worden afgescheiden in de vorm van gas en percolaat uit bovengrondse levende of dode plantendelen of gedroogde weefsels21,22,23. Om allelopathische remming met succes aan te tonen, moet het gescreende specimen wortelallelopathische activiteit vertonen, omdat het systeem zich richt op chemische stoffen die door het bodemmedium zijn uitloogd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Financiering voor dit project werd verstrekt door de Special Research Initiative Grant gesponsord door de Mississippi Land- en Bosbouw Experiment Station en is gebaseerd op werk dat wordt ondersteund door het National Institute of Food and Agriculture, Us Department of Landbouw, Hatch project onder toetredingsnummer 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).
Herhaalbare Trap-stap Assay toegang tot de Allelopathische potentieel van 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