Login processing...

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

Biology

מדרגות לשחזור-שיטת הצעד כדי לגשת לפוטנציאל אללופתיה של אורז Weedy (Oryza sativa ssp.)

doi: 10.3791/60764 Published: January 28, 2020

Summary

Allelopathy הראו הבטחה כאסטרטגיה משלימה שליטה בקרת עשבים במערכות חיתוך. כדי לקבוע את הפוטנציאל האללופתיה של הדגימה הרצויה של הצמח, שיטת ההקרנה בשלב המדרגה מסופקת.

Abstract

תחרות העשב תורמת באופן משמעותי להניב הפסדים במערכות חיתוך ברחבי העולם. האבולוציה של ההתנגדות במינים רבים עשב ליישם ברציפות קוטלי עשבים הציג את הצורך בשיטות ניהול נוספות. אלנופתיה היא תהליך פיזיולוגי שחלק ממינים הצמחיים מחזיקים בצמח המספק יתרון על פני שכנותיה. זנים אללופתיה היבול יהיה מצויד ביכולת לדכא את הצמיחה של המתחרים שמסביב, ובכך להפחית את אובדן התשואה פוטנציאלי עקב הפרעות עשב. מאמר זה מתמקד בבנייה ובתפעול של שיטת שלב המדרגה המשמשת להקרנת הפוטנציאל האללופתיה של מינים של תורמים (Oryza סאטיבה) נגד מינים של עשב (קוקפואולוקוא-גאלי) בסביבה של חממה. המבנה המתואר במאמר זה משמש כעמדה של דגימות הצמח ומשלבת מערכת השקיה מתוזמן להצטברות והפצה של allelochemicals. Allelochemicals המיוצרים על ידי שורשי הצמח מותר לזרום כלפי מטה דרך סדרה של ארבעה סירים בנפרד לתוך מיכל אוסף ממוחזר חזרה למפעל העליון באמצעות משאבות חשמל. שיטה זו של ההקרנה מספק שדרה עבור allelochemicals ממפעל התורמים להגיע צמחים מקלט ללא תחרות משאבים כלשהי, ובכך לאפשר מדידה כמותית של הפוטנציאל האללופתיה של המפעל הנבחר התורם. הפוטנציאל האללופתיה הוא מדיד באמצעות הפחתת גובה של צמחי המקלט. נתוני הסינון הראשוניים לאפקטיביות של שיטה זו הפגינו צמצום גובה במיני מקלט, בארמיטרים (E. crus-גאלי), ולכן הנוכחות של שאריות אללופתיה ממפעל התורמים, אורז חשישי (oryza סאטיבה).

Introduction

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

אללופתיה היא תופעה טבעית ומורכבת, שהייתה מוקד מדעני צמחים רבים בעשורים האחרונים. המנגנונים הנוגעים לאלופתיה לשימוש ביבולים הינם נושא של מחקר רב מאז שנות השלושים, כאשר מוליש הבחין כי לצמח יש השפעה ישירה או עקיפה על מפעל שכן באמצעות ייצור והפרשת תרכובות כימיות לסביבה1. Allelopathy היא הייצור של מטבוליטים משני כי יש השפעות מעכבות על הצמיחה והנביטה של כמה מינים צמח. תרכובות כימיות שפורסמו לעזור לספק את צמחי התורם עם יתרון תחרותי על ידי הוספת פיטורעלים לסביבה סביבם2. גורמים רבים תורמים לפעילות האללופתיה. זה סלקטיבי ביעילותו ומשתנה בין זנים, תנאים סביבתיים, שלב צמיחה, מתח, סביבה, זמינות מזינים3.

בשנים האחרונות הודגש אלנופתיה במחקר כתוסף אפשרי למשבר בקרת העשב המתמיד והצומח. עם האוכלוסייה הגלובלית הגוברת, הביקוש למזון בר קיימא וייצור סיבים גדל4. בקרת גראס הוא אחד האיומים הגדולים ביותר לייצור בפני אגרונומים5,6. שיטות מסורתיות לבקרת עשבים מתמקדות בשיטות מכניות, כימיות ותרבותיות. השימוש המתמשך של קוטלי עשבים, בעוד יעיל, שימושי, ויעיל, קידם את האבולוציה של אוכלוסיות העשב עמידים בקצב מהר מדאיג7. הנדסה גנטית ושיטות רבייה שימשו ביעילות כדי להעניק יבולים היתרונות תחרותי מעל עשבים שוטים על ידי עיצוב אותם כדי לעמוד בפני יישומים כימיים כי השכנים שלהם לא יכול לשרוד7,8. למרות יעיל, טכנולוגיות אלה אינן תמיד קיימא ולפעמים להציב חששות החוצה9. בשיטות ניהול חשיש משלימה צריך להיות הציג אם המטרה של ייצור מזון הגדלת היא להיות נפגשו10. Allelopathy מראה הבטחה מצוינת ככלי הגנה חדשה עבור יבולים כדי לשפר את איכותם ולהאריך את המתחרים שלהם1,7.

Allelochemicals הם לעתים קרובות מוצרים משניים, ובגלל הייצור שלהם הוא מושפע מאוד על ידי גורמים סביבתיים, תרכובות ספציפיות הקשורות לדיכוי הצמח יכול להיות קשה לזהות3. גורמי ייצור כוללים גנטיקה ופעולה משותפת של מטבוליטים משניים שעשויים לפעול בסינגיסטי11,12. היא מאתגרת להפריד בין פעילות אללופתיה מהתחרות שקיימת באופן טבעי בתחום האינטראקציות של העשבים, ובגלל זה, כאשר ההקרנה עבור אלנופתיה חייבת להיות קבוצה סטנדרטית של תוצאות המצריכות את האפשרות לתקן את הקיום כחוקי וניתן לשחזור. להלן מערכת קריטריונים המצריכה ממצאים של אלנופתיה כפי שמתואר על ידי הלוופדוטר ואח '.12 1) מפעל אחד חייב להפגין דיכוי של צמח אחר בתבנית; 2) הכימיקלים המשוחררים לסביבה בסכומים ביו-אקטיביים חייבים להיות מיוצרים על ידי מפעל התורמים; 3) הכימיקלים המיוצרים חייבים להיות הניתנים להעברה למפעל המקלט; 4) מנגנון ספיגה כלשהו חייב להיות נוכח במפעל המקלט; 6) התבנית של העיכוב שנצפתה אינה חייבת להיות הסבר בלעדי אחר (למשל, תחרות על משאבים)12.

במאמץ להתגבר על המכשול בין חוסר הידע של המנגנונים התומכים באללופתיה ופיתוח מגוון, מאפיינים פנוטיתיים הקשורים לזנים אללופתיה יכולים להיות מזוהים ונבחרים לצורך מחקר ושימוש נוסף. צמחים מסוימים הידועים שיש להם איכויות אללופתיה הם שיפון, דורה, אורז, חמנית, לפתית, ו חיטה13. במהלך תצפיות מוקדמות של אלנופתיה בגידולים, בשל גבולות מכובדים של צמיחת עשב בניסויים בשטח, הוצע כי כימיקלים היו מעורבים ולא תחרות עבור משאבים14. עם זאת, רוב המחקרים היו ניסויים בשטח שגרמו לכך שאי אפשר היה לחסל את התחרות כגורם14. מאמצי חיסול התחרות העניקו דרך לניסויים במעבדה ובחממה בניסיונות להוכיח ולכמת פעילות אללופתיה באורז וביבולים אחרים. שדה ושיטות החממה כדי להקרין צמחים עבור אלנופתיה להפגין כי נטיות אללופתיה קיימים בשני התנאים גדל11,15. חלק מהמבקרים מאמינים כי הקרנות מעבדה יכולות להחזיק רק ערך מוגבל עקב חוסר תנאים טבעיים, אשר עשויים להשפיע על התוצאות15.

השיטה המוצעת להקרנה אללופתיה הפוטנציאל בצמחים מספק משאבים ומרחב נאותה ומבטלת את תחרות המשאבים עם השימוש במבנה צעד מדרגות11,17. השיטה הותאמה והשתנתה מניסויים קודמים בחקר אלפתיה בטורפגראס ושעורה17,18. מחקרים אלה מצאו כי מערכת דומה היתה מסוגלת לייצר תוצאות מדויקות על הפוטנציאל האללופתיה של מפעל היעד תוך הסרת כל הספקות כי התצפיות ניתן לייחס תחרות טבעית. השיטה שלב המדרגה יוצר מערכת הדם שבה פתרון תזונתי ממאגר יכול לעבור דרך כל צמח למגש דגירה דרך כמה צעדים. משאבה חשמלית מכן ממחזר את הפתרון יחד עם כל allelochemicals המיוצרים18. שיטה כגון זו יעילה בזמן, ברווח ובמשאבים. כמו כן, הוא מספק תנאי שדה דומים לצמחים ומבטל כל תחרות משאבים. השיטות והכלים המשמשים להקרנה מניפולציות בקלות כדי להתאים למטרות המחקר הרצויות, התנאים והמינים הספציפיים. מטרת מחקר זה היא לאשר את האלופתיה אורז הדגנים באמצעות מדידות לדיכוי גובה על בארמיטר עם שימוש בשיטת המדרגה.

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. עמידה בבנייה

הערה: מדידות העץ מפורטות בעובי x (m) רוחב x אינץ ' (ז).

  1. גזור עץ לתוך גדלים מתאימים וכמויות כדלקמן: חמישה 10.16 ס"מ x 5.08 ס"מ x 0.91 m חתיכות עץ, שלושה 10.16 ס מ x 5.08 ס"מ x 0.76 m חתיכות עץ, שלושה 10.16 ס"מ x 5.08 ס"מ x 0.61 m חתיכות עץ, 5 10.16 ס"מ x 5.08 ס"מ x 0.46 m חתיכות עץ , שלושה 10.16 ס"מ x 5.08 ס"מ x 0.3 m חתיכות עץ, ושלושה 10.16 ס"מ x 5.08 ס"מ x 0.15 m חתיכות עץ.
  2. ברמה הגבוהה ביותר, לעמוד אחד 2.44 מ ' על פני שני חלקים 0.91 m על כל קצה בקצה לקדוח שני ברגים אנכית לתוך כל אחד החלקים 0.91. לעזאזל אחד יותר 0.91 m פיסת 1.22 m מקצה אחד לתמיכה, ולמקם לוח 2.44 m על פני החלק האחורי של מעמדים 0.91 m ובורג לתוך מקום לתמיכה.
    הערה: שמונה 3.175 ס"מ x 15.24 ס"מ x 2.44 m נשמרים כמו הוא לא מלוטש כדי לשמש את שחקן הספסל עבור כל רמת ספסל.
  3. חזור על שלב 1.2 עבור רמת הספסל הבא עם החלקים 0.76 m.
  4. חזור על שלב 1.2 עבור הספסל הבא עם 0.61 m חתיכות למטה לספסל השישי ב 0.15 m.
    הערה: אין צורך לתמוך בלוח 2.44 מ' עבור ספסלים 3 – 6. המעמד האחרון כולל שישה ספסלים עם שלושה תומכים אנכיים כל אחד, בכל קצה ואחד באמצע.
  5. ספסלים קו בסדר גובה יורד עם שפתיים תלויות הפנים מול הישבן נוגע הספסל מעליו, ומאפשר פער בין רמות.
  6. קו הלוח 0.91 ס מ על כל הקצוות התחתונים של הספסלים לאורך הקרקע ולהרוס את הספסלים במקום.
  7. בורג 0.46 m הלוח אופקית לתמיכה על שלושת הספסלים הגבוהים ביותר בכל צד של המבנה 0.61 מ ' מהקרקע.
  8. בורג שלושה מסולסלים פינתיים על הקצה הקדמי ומרכז הספסל הגבוה ביותר.
  9. בורג אחד 2.54 ס"מ x 5.08 ס"מ x 20.32 ס מ פיסת עץ על פני הסוגריים המסולסלים 2.54 ס מ מבסיס הספסל.
    הערה: לעשות אחד 0.91 m על ידי 0.91 m על ידי מבנה 2.44 m. עיין באיור 1 עבור מוצר הבסיס הסופי. מימדים כפופים לשינויים עם הצרכים הניסיוניים. המבנה המתואר נועד להתאים 15.24 ס מ סירים. הגבהים בין הספסלים תוכננו כדי להתאים את הסירים ואת החומר הצמחי המשמשים בניסוי זה כדי לשמור על זרימה יציבה של allelochemicals ופתרון מסיר אחד למשנהו למטה את הספסלים על ידי כוח הכבידה.

Figure 1
איור 1: מבט מלפנים על מעמד עץ הבסיס. בסיס עץ משמש כדוכן לדגימות הצמחים. ניתן להרכיב חומרים למערכת ולהוסיף אותם בהתאם למספר הדגימות הדרושות לניסוי. במחקר זה, שני דוכנים שימשו בסיס עבור 31 דגימות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

2. הרכבת המערכת

  1. מסירים את הכובע מבקבוק סודה אחד ומרסס צבע בצבע שחור.
    הערה: בקבוקי הסודה ישמשו כמאגר בחלק העליון של המערכת עבור עמודה אחת. הצבע מספק בלוק לאור, הפחתת או מניעת צמיחת אצות.
  2. בחלק התחתון של כל בקבוק סודה, לקדוח חור קטן, רק גדול מספיק כדי להטביע 0.35 ס מ קוטר פנימי (ID), 0.64 ס"מ קוטר החיצוני (OD), 5.08 ס מ באורך שפופרת PVC פלסטיק.
  3. הכתם שכבה של סיליקון איטום אטום סביב קצה החור לאחר החדרת כדי למנוע דליפות. . תן לו להתייבש לגמרי
  4. חזור על שלבים 2.2 ו-2.3 על כל אחת מהמנות הפלסטיות המשמשות להחזיק את הסירים.
    הערה: יש צורך בארבע מנות עבור עמודה אחת.
  5. הסר את המכסה ורסס צבע מחוץ ל-2.27 מיכלי פלסטיק עם צבע שחור. המיכלים האלה ישמשו כמיכלי הגבייה בבסיס כל טור.
  6. קדוח חור קטן בישבן העליון של המיכל.
    הערה: האספקה המפורטת בשלבים 2.1 – 2.6 להפוך עמודה אחת. מספר העמודות כפוף למספר הדגימות הדרושות עבור הניסוי המבוקש. יש צורך בשתי עמודות עבור דוגמה אחת. כל הממדים כפופים לשינויים בהתאם לצרכים הניסיוניים.
  7. לאחר האספקה הוכנו והתייבשו, הניחו את בקבוק הסודה על הספסל הגבוה ביותר כך שצינור ה-PVC תלוי על השפה הפונה למדרגות.
  8. ממש מתחת לבקבוק סודה על הספסל הבא, מניחים צלחת פלסטיק אחת עם צינור שלה תלוי מעל שפת הספסל.
  9. חזור על שלב 2.8 עבור שני הספסלים הבאים.
  10. הניחו את המיכל על הספסל התחתון עם החור הפונה לאחור.
  11. חברו את המיכל עם המנה שמעליה על ידי מעבר הצינור ממנה דרך החור שבגב המיכל.
  12. הכתם איטום עמיד למים סביב קצה המיכל שבו הצינור רץ כדי למנוע דליפות.
  13. מניחים 21 W 1,000 L/hr הצוללת משאבה חשמלית בתוך המיכל התחתון.
  14. לחבר 1.07 m ארוך, 1.27 ס"מ מזהה, 1.59 ס"מ OD צינור PVC כדי זרבובית של המשאבה החשמלית.
  15. מחרוזת את הצינור דרך הפער בין הספסלים ומעל גבו של בקבוק סודה בחלק העליון של המערכת.
  16. חבר את המשאבה לטיימר דיגיטלי והגדר את הגדרת שעון העצר לפי הצורך.
    הערה: שעון העצר נקבע להפעלה של 1 דקות כל 3 שעות במהלך הניסוי כולו. העיתוי שנבחר מותר עבור כמות מקסימלית של הנוזל במיכל האוסף כדי להיות רכב ומותר עבור כ 10 דקות של זרימה בכל פעם המשאבה הופעלה תוך הימנעות ההצפה והגלישה.

3. נטיעת

  1. לחטא את כל זרעי אורז הדרוש על ידי שטיפה ב-70% אתנול עבור 30 s, הטבילה 5% אקונומיקה עבור 20 דקות, ושטיפה 6x עם מים מזוקקים.
  2. לנבוט מראש זרעי אורז מעוקר מנות פטרי מרופדת בנייר סינון מלא 5 מ ל של מים מזוקקים בחדר הגידול להגדיר ב 25 ° c.
  3. לאחר הזרעים לנבוט, קו החלק התחתון של כל סיר עם שני מסנני קפה גדול על ידי הצבת אותם בתוך הסירים בצורה הטבעית שלהם.
  4. ממלאים כל סיר לחלק העליון של המסנן (כ 75% של הסיר) עם באופן אוטומטי, שטף, והוקרן חול קוורץ מדורגים במיוחד. לחלח את החול עם מים מזוקקים על ידי שפיכת מים מעל החלק העליון של החול או על ידי הצבת סירים בנטיעת מגשים מלא רק מעט עם מים מזוקקים כדי לאפשר סירים לספוג את המים ולהישאר לח. השתלת שישה שתילים של מפעל תורמים. לחול, במרווחים שווים
  5. . כסו את השתילים בחול
  6. תנו לשתילים ליצור. שלושה שבועות
    הערה: החול מתייבש מהר מאוד. לכן, הצבת סירים במגשים היא טכניקת השקיה יעילה. החלפת מים באופן קבוע תסייע למנוע עובש.
  7. השנובטים את שתילי מתקני המקלט (E. crus-גאלי) בצלחות פטרי 3 שבועות לאחר נטיעת צמחים תורמים על ידי הציפוי התחתון של המנה עם נייר סינון ויחד עם 5 מ ל של מים מזוקקים. מניחים את הכלים בחדר גידול ב -25 ° c במשך 3 – 5 ימים.
  8. הכן את הסירים כמתואר בצעדים 3.1 – 3.2.
  9. לאחר השתילים לנבוט, להשתיל שלושה שתילים לתוך סירים מוכן לכסות עם חול.
    הערה: הניסוי מתחיל יום אחד לאחר הטיפול (DAT), או את היום שבו שתילי צמח המקלט להגיח מושתלים וממוקמים במערכת.

4. הצבת דגימה

  1. מניחים ארבעה סירים של הצטרפות אחת של צמחי התורם בארבע המנות של טור 1, סיר אחד בכל שורה. טור 1 מורכב ממפעלי תורמים בלבד.
  2. הניחו שני סירים מאותה הצטרפות של מפעלי התורמים במנות העמודה 2 בשורה הראשונה והשלישית של הטור.
  3. הצב שני סירים של צמחי מקלט במנות של טור 2 בשורה השניה והרביעית בעמודה.
  4. עבור כל שכפול, ודא שנוספה רק שורה אחת של צמחי מקלט. שתי עמודות, הראשון המורכב של צמחי תורם בלבד השני תורמים מתחלפים ומקלטים, לעשות טיפול אחד (איור 2).

Figure 2
איור 2: מפת השמה. דיאגרמה המתארת מיקומים של התורם (WR/R) ומתקני המקלט (BYG) במיקומים בהתאמה במערכת מדרגות המדרגה. שתי עמודות של מערכת שלב המדרגה עם צמחים במקום מהווים טיפול אחד. עמודה אחת של צמחי מקלט שימשה כפקד עבור שכפול אחד (מימין), עמודה בודדת של צמחי תורם כפקד עבור כל הצטרפות (מרכז), ועמודת הטיפול היתה מורכבת משני התורמים וממפעלי המקלט (שמאל רחוק). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

  1. חזור על שלבים 4.1 – 4.4 לכל הצטרפות למפעל לטיפול או לתורמים (איור 3).
    הערה: כל שכפול מחייב עמודה אחת של דוגמאות של צמחי מקלט שתשמש כפקד עבור שכפול אחד. טיפולים שוכפל 3x בעיצוב אקראי לגמרי בלוק.

Figure 3
איור 3: בניית המדרגה הסופית. מערכת השלבים התאספו עם הצמחים במקומם. המערכת הכילה ארבע שורות של דגימות צמחים ומיכל אוסף בתחתית הפתרון כדי לחזור לבקבוק העליון וכלפי מטה על ידי כוח הכבידה דרך כל סיר בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

5. מבצע

  1. ב-DAT 1, ממלאים את מיכל האיסוף בתחתית כל עמודה עם מחצית כוח הסנדוויץ פתרון17 במים מזוקקים, כ 1,500 mL.
  2. הגדר את הטיימרים כך שיופעלו כרצונך בהגדרה האוטומטית.
  3. מכסים את מיכלי האיסוף בפלסטיק שחור כדי להגביל את החשיפה לאור והתאיידות.
  4. ממלאים את הטנקים כל 2 ימים עם 500 mL של הפתרון של הוגי על מנת לשמור על המערכת זורמת ללא הרף.
  5. שמרו על טמפרטורות החממה ב -28 ° c במהלך היום ו -24 ° c בלילה בהתאמה עם פיצול 16/8 h ולחות ב 53%.

6. איסוף נתונים

  1. למדוד ולהקליט את הגבהים של כל צמח במערכת מדרגות המדרגה ב-DAT 1 ופעם בשבוע עד DAT 21 על ידי הצבת סרגל בבסיס של כל צמח והתבוננות על דוכן העלים הגבוה ביותר.
  2. למדוד ולהקליט את רמות כלורופיל של כל צמח ב-DAT 7 ו 14 באמצעות מד תוכן כלורופיל.
  3. ביום האחרון של הניסוי (כלומר, DAT 21) תווית שקית נייר אחת עבור כל סיר.
  4. חותכים דגימות צמחים בבסיס ומניחים בשקיות נפרדות.
  5. מניחים את כל הדגימות במייבש תנור שנקבע ב-60 ° c עבור 48 h16.
  6. הסר דגימות מיובשות ותוכן ריק בנפרד על קנה מידה ותעד את המשקל בגרמים.

7. ניתוח נתונים

  1. חשב את הפוטנציאל האללופתיה של צמחי התורמים בהתבסס על אחוז העיכוב של מפעל המקלט באמצעות משוואה זו:
    הפחתת גובה (%) = [גובה של שליטה (cm) – גובה הטיפול (cm)] × 100
  2. חישוב הפחתת גובה של צמח התורם כבדיקה עבור כל השפעה הפוכה שמפעל המקלט עשוי להיות על מפעלי היעד.
  3. לנתח את האביזרים כאפקט קבוע בעוד שכפולים ופועל הם ההשפעות האקראיות18.
  4. ניתוח הנתונים באמצעות מודל ליניארי כללי עם ערכים משמעותיים מופרדים באמצעות ההפרש הנמוך ביותר המוגן של פישר ברמת הסתברות או מתחת ל-0.05 בתוכנה סטטיסטית (לדוגמה, JMP 14).
  5. המחש את הקורלציה בין המשתנים המקוריים באמצעות ניתוח של רכיב עקרוני של העלאת נתונים.
    1. בחר בכרטיסיה ניתוח בסרגל הכלים, בחר באפשרות התאם Y באמצעות X. תחת עמודות, סמן את התגובה (כלומר, אחוז הפחתת גובה) ולאחר מכן לחץ על Y, תגובה לציין את הגורם הנצפה עבור Y, (כלומר, אחוז הפחתת גובה). עבור הגורם X, הצטרפות Hightlight ולחץ על X, פקטור, ולאחר מכן בחר אישור.
    2. בחר את החץ האדום למטה בסרגל הניתוח oneway , בחר באמצעי/ANOVA. שוב בחר את החץ למטה בשורת הניתוח oneway וסמן השוואת אמצעים ולאחר מכן בחר כל זוג, ה-T של הסטודנט.

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

שתי הקרנות ראשוניות המשתמשות בשיטה זו נערכו על תשע התסדרות אורז (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) וחמישה קווי אורז מעובדים (PI338046, רקס, רונדו, PI312777, CL163). שורות אורז וקווי אורז נבחרו על בסיס הביצועים שלהם בהקרנות אללופתיה קודמות שנערכו על ידי Shrestha (2018)18. זרעי האורז והעשב נאספו. מרחבי המדינה של ארקנסו קווי אורז שנבחרו הם שורות מבוגרים בדרך כלל בארה ב, כמה ידוע לבטא פעילות אללופתיה (למשל, רונדו PI312777) ומשמש כפקדים במחקר זה18. הנתונים הראשוניים מדגימים את הפוטנציאל של שיטת המדרגה המדרגות כאמצעי להערכת הפוטנציאל האללופתיה נגד בריארד (E. crus-גאלי). הגובה של צמחים בארמייארד הופחת באופן משמעותי על ידי שאריות האלופתיים מופרשים דרך שורשי האורז. התחרות על משאבים בין אורז ובארמפדי הייתה מסולקת, וכל הצמחים גדלו בתנאים זהים. התוצאות הראו כי הפעילות האללופתיה נגד ברנהארטרים מגוונת בין אורז ומין האורז והעשב.

מדידות גובה שנרשמו ב-DAT 14 שימשו כדי לחשב את הפחתת גובה בארמייארד אחוז. כפי שהוצג באיור 4, הפחתת הגובה הייתה עד 30% בכמה מהאביזרים של אורז התורם עם הצטרפות אחת, B81, בעמידה. חמש הקלות של אורז חשישי הציג יותר משמעותי בגובה הדשא הפחתת הירידה מאשר רונדו, תקן אורז אללופתיה. B8, S33, B14, B97 הופחת גובה בארמיארד ב -25 – 30%. הצטרפות אורז weedy B81 הציגו את הירידה הגדולה ביותר בגובה בארמייארד רמת הדשא על ידי 74%, אשר היה כמעט 3x כמו אללופתיה אורז רגיל, רונדו.

Figure 4
איור 4: מקלט הפחתת גובה הצמח נתונים. אחוזי הפחתת הגובה של מפעלי המקלט (E. crus-גאלי) הוצגו בסדר עולה כאשר מטופלים עם שאריות האללופתיה מ -15 התקנים של מפעל התורמים של O. סאטיבה לאורך ציר ה-X. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

הפחתת גובה של התונדי והאורז המעובד נרשמה גם כדי לקבוע אם באריארגראס היה כל פעילות אללופתיה. מתוך נתונים שנאספו ב-DAT 14, לא היתה ירידה משמעותית בגובה לזיהוי של אורז או אורז חשישי עקב בארמיטרים allelochemicals בעמודה המטופלת.

הפחתת ביומסה אחוזים מהנתונים שנאספו ב-DAT 21 הציג מגוון ביומסה הפחתת הדשא הפחתה אחוזים מ-0 – 86%. בין האביזרים האורז חשישי כי מופחת גובה ברנהארהמדשא ביותר (S33, B97, B14, B8, B81), S33 מופחת ביומסה הדשא על ידי כ 84% לעומת רונדו ב 60% (איור 5).

Figure 5
איור 5: מקלט ביומסה צמח הפחתת נתונים. הפחתת ביומסה אחוזים של צמחי המקלט (E. crus-גאלי) הציג בסדר עולה כאשר מטופלים עם שאריות אללופתיה מ 15 התקנים של המפעל תורם של O. סאטיבה לאורך ציר ה-X. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

רמות כלורופיל של כל דגימות הצמח נרשמו ב-DAT 7 ו -14. כלורופיל הפחתת מדגמים באריארד נעו מ 1 – 14% כאשר נחשפו שורש אורז. היתה וריאציה בין כלורופיל הפחתת רמות בקרב שאינם אללופתיה ואורז אללופתיה. של האללופתיה חשישי אורז, B8 ו S33 הראו את הפחתת כלורופיל פחות (פחות מ 10%). רמות כלורופיל בתוך הרמת אורז היו בין 0 – 30% עם וריאציה ברמות בין שאינם אללופתיה והאללופתיה.

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

ניצול אלנופתיה עשוי לשמש כשליטה ביולוגית לעשבים שקשה לנהל באופן מסוכן1,7,13. אללופתיה הראתה פוטנציאל גדול כפתרון אפשרי למשבר העשב באורז ומשמשת כחלופה או תוספת לכימיקלים ולנוהלי בקרת גראס5,13,19. זיהוי זנים אללופתיה או הצטרפות של מינים יבול הוא הצעד הראשון לקראת השילוב טכנולוגיה זו לתוך אסטרטגיות ניהול עשב. כפי שמוצג במחקר זה, כמה מהפריצות של אורז ואורז של העשב (O. סאטיבה) מציגים דיכוי גדול יותר של באריארד (E. crus-גאלי). האביזרים שביצעו הטובים ביותר במחקר זה הם מועמדים למחקר נוסף על גנטיקה אלפתיה ומנגנונים של פעולה.

השיטה שלב המדרגה הוכיחה להיות טכניקת ההקרנה שימושי כדי לקבוע אללופתיה אורז פוטנציאל. השיטות אינן מוגבלות לאף אחד מצמחי התורם או הנמען. ניתן לוקרן מגוון של צמחים שונים בו, וניתן להחליף בקלות את היעד והנמען לקבלת תוצאות מדויקות. הרגישות לתרכובות אללופתיה משתנה בין מינים1. שיטה זו יכולה לספק הקרנת הרגישות של מפעל המקלט ובו בזמן לקבוע את הפוטנציאל האללופתיה של מפעל התורמים.

הוצע כי יש צורך במאמץ רב יותר להנחה על ניסויים המחקים את תנאי השדה12. המון גורמים תורמים לפעילות אללופתיה, כגון הסביבה והרקע הגנטי11,12. הקרנות החממה יכולות ליצור הגדרת שדה בסביבה מבוקרת. הקרקע היא מדיום הצמיחה המועדפת בניגוד מדיה מלאכותית כגון אגר. החול בניסוי זה סיפק מדיום כי לא לשנות את החומרים המזינים הזמינים, איפשר את הפתרון לזרום נקי מסיר לסיר, ופעילות מיקרוביאלית מוגבלת שיכול להשפיע על התוצאות. בנוסף, ניתן לקבוע את הטמפרטורה בתנאים אידיאליים למין הרצוי. שיטת שלב המדרגה מספקת דרך מדויקת לזיהוי ולמדידה של הפעילות האללופתיה של מינים צמחיים.

חיסרון אחד של השיטה צעד המדרגה היא כי הבדלים בטבע וכמויות של allelochemicals המיוצר על ידי שני מינים צמח עשוי להציג תוצאות המופיעות כמתח תזונתי. השימוש בתוספים תזונתיים חיוני כדי להבטיח תנאים נאותים. מינים שונים בתגובותיהם למינרלים שונים, ומינים של עשב עשויים להגיב טוב יותר מאשר יבול לחומרים מזינים שסופקו20. Allelopathy הוא אישר אם יש תופעות מעכבות גם בנוכחות חומרים מזינים הוסיף20. יתר על כן, שיטת שלב המדרגה היא שימושית רק אם מינים הצמח המדובר הוא allelopathically פעיל דרך הפרשת שורש16. מינים מסוימים אין אללופתיה השורש הפעיל הייצור, כי allelochemicals ניתן גם להיות מופרש בצורה של גז ו leachates מפני הקרקע או חלקיצמחים מתים או רקמותמיובשות 21,22,23. עבור שיטה זו כדי להדגים בהצלחה אללופתיה עיכוב, הדגימה הוקרן חייב להציג פעילות אללופתיה השורש, כי המערכת מטרות כימיקלים העוברים דרך מדיום הקרקע.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

המימון לפרויקט זה סופק על ידי מענק יוזמת מחקר מיוחד בחסות תחנת הניסוי חקלאי מיסיסיפי החקלאות והוא מבוסס על העבודה הנתמכת על ידי המכון הלאומי של מזון וחקלאות, ארה ב. משרד ה חקלאות, פרויקט הצוהר. תחת מספר ההצטרפות 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).
מדרגות לשחזור-שיטת הצעד כדי לגשת לפוטנציאל אללופתיה של אורז Weedy (<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