Login processing...

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

Biology

Repeterbar trappetrinnsanalyse for å få tilgang til det allelopathic potensialet til Weedy Rice (Oryza sativa ssp.)

doi: 10.3791/60764 Published: January 28, 2020

Summary

Allelopati har vist løfte som en nyttig supplerende ugresskontrollstrategi i beskjæringssystemer. For å bestemme allelopathic potensialet til en ønsket planteprøve, er en trapp-trinnscreeningsmetode gitt.

Abstract

Ugresskonkurranse bidrar betydelig til å gi tap i beskjæringssystemer over hele verden. Utviklingen av resistens hos mange ugressarter til kontinuerlig anvendte ugressmidler har presentert behovet for ytterligere forvaltningsmetoder. Allelopati er en fysiologisk prosess som noen plantearter har som gir planten en fordel over sine naboer. Allelopathic avling varianter ville være utstyrt med evnen til å undertrykke veksten av omkringliggende konkurrenter, og dermed redusere potensielle utbyttetap på grunn av luke interferens. Dette papiret fokuserer på bygging og drift av en trapp-trinnanalyse som brukes til screening av allelopathic potensialet til en donor arter (Oryza sativa) mot en mottaker luke arter (Echinochloa crus-galli) i en drivhus setting. Strukturen som er beskrevet i dette papiret fungerer som et stativ for planteprøvene og inkorporerer et tidsriktig vanningssystem for akkumulering og distribusjon av allelokjemikalier. Allelochemicals produsert av planterøttene får lov til å strømme nedover gjennom en serie på fire potter separat inn i en innsamlingstank og resirkuleres tilbake til toppanlegget gjennom elektriske pumper. Denne screeningmetoden gir en vei for allelochemicals fra donoranlegget for å nå mottakeranlegg uten ressurskonkurranse, og dermed tillate kvantitativ måling av det allelopatiske potensialet til det valgte donoranlegget. Det allelopatiske potensialet kan måles gjennom høydereduksjonen av mottakerplantene. Foreløpige screeningdata for effektiviteten av denne metoden viste høydereduksjon i mottakerartene, barnyardgrass (E. crus-galli), og dermed tilstedeværelsen av allelopathic rester fra donoranlegget, ugresset ris (Oryza sativa).

Introduction

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

Allelopati er et naturlig og komplekst fenomen som har vært fokus for mange planteforskere de siste tiårene. Mekanismene knyttet til allelopati for bruk i avlinger har vært gjenstand for mye forskning siden 1930-tallet, da Molisch observerte at en plante har en direkte eller indirekte effekt på et nærliggende anlegg gjennom produksjon og sekresjon av kjemiske forbindelser inn i miljøet1. Allelopati er produksjon av sekundære metabolitter som har hemmende effekter på vekst og spiring av noen plantearter. Utgitt allopatiske kjemiske forbindelser bidra til å gi donorplanter med et konkurransefortrinn ved å legge phytotoxins til miljøet rundt dem2. Mange faktorer bidrar til den allelopatiske aktiviteten. Det er selektivt i sin effektivitet og varierer mellom varianter, miljøforhold, vekststadium, stress, miljø og næringstilgjengelighet3.

De siste årene har allelopati blitt fremhevet i forskning som et mulig supplement til den konstante og voksende ugresskontrollkrisen. Med den voksende globale befolkningen har etterspørselen etter bærekraftig mat- og fiberproduksjon øktmed 4. Ugresskontroll er en av de største truslene mot produksjonen som agronomists5,6. Tradisjonelle ugresskontrollmetoder fokuserer på mekanisk, kjemisk og kulturell praksis. Kontinuerlig bruk av ugressmidler, mens effektiv, nyttig og effektiv, har fremmet utviklingen av resistente ugresspopulasjoner i et alarmerende raskt tempo7. Genteknologi og avlspraksis har blitt brukt effektivt for å gi avlinger konkurransefortrinn fremfor ugress ved å designe dem for å tåle kjemiske applikasjoner som deres naboer ikke kan overleve7,8. Selv om effektive, disse teknologiene er ikke alltid bærekraftig og noen ganger utgjør outcrossing bekymringer9. Supplerende ugressforvaltningspraksis må innføres dersom målet om å øke matproduksjonen skaloppfylles 10. Allelopathy viser utmerket løfte som et nytt forsvarsverktøy for avlinger for å forbedre kvaliteten og overleve sine konkurrenter1,7.

Allelochemicals er ofte sekundære produkter, og fordi deres produksjon er sterkt påvirket av miljøfaktorer, kan de spesifikke forbindelsene forbundet med planteundertrykkelse være vanskelig å identifisere3. Produksjonsfaktorer inkluderer genetikk og felles virkning av sekundære metabolitter som kan virke synergisk11,12. Det er utfordrende å skille allelopathic aktivitet fra konkurransen som naturlig eksisterer innenfor beskjære-luke interaksjoner, og på grunn av dette, når screening for allelopathy må det være et standard sett med resultater som kvalifiserer analysen som gyldig og repeterbar. Nedenfor er et sett med kriterier som kvalifiserer funn av allelopati som skissert av Olofsdotter et al.12 1) En plante må demonstrere undertrykkelse av en annen plante i et mønster; 2) Kjemikaliene som slippes ut i miljøet i bioaktive mengder må produseres av donoranlegget; 3) Kjemikaliene som produseres må transporteres til mottakeranlegget; 4) En mekanisme for opptak må være til stede i mottakeranlegget; 6) Mønsteret for hemming observert må ikke ha noen annen eksklusiv forklaring (f.eks, konkurranse om ressurser)12.

I et forsøk på å overvinne barrieren mellom mangel på kunnskap om mekanismene som støtter allelopati og variasjonsutvikling, kan fenotypiske egenskaper forbundet med allelopatiske varianter identifiseres og velges for videre forskning og bruk. Noen planter kjent for å ha allelopatiske kvaliteter er rug, sorghum, ris, solsikke, raps og hvete13. Under de tidlige observasjonene av allelopati i avlinger, på grunn av fremstående grenser for ugressvekst i felteksperimenter, ble det foreslått at kjemikalier var involvert i stedet for konkurranse om ressurser14. Imidlertid var de fleste studier felteksperimenter som gjorde det umulig å eliminere konkurranse som en faktor14. Konkurranse eliminering innsats ga vei til lab og drivhus eksperimenter i forsøk på å bevise og kvantifisere allelopathic aktivitet i ris og andre avlinger. Felt- og drivhusmetoder for å screene planter for allelopati viser at allelopatiske tendenser er til stede i begge vekstforhold11,15. Noen kritikere mener at laboratoriescreeninger bare kan holde begrenset verdi på grunn av mangel på naturlige forhold, noe som kan påvirke resultatene15.

Den foreslåtte metoden for screening allelopathic potensial i planter gir tilstrekkelige ressurser og plass og eliminerer ressurskonkurranse med bruk av en trapp-trinnstruktur11,17. Metoden ble tilpasset og endret fra tidligere eksperimenter som utforsket allelopati i turfgrass og bygg17,18. Disse studiene fant at et lignende system var i stand til å produsere nøyaktige resultater på allelopathic potensialet til et målanlegg samtidig fjerne tvil om at observasjonene kunne tilskrives naturlig konkurranse. Trappetrinnsmetoden skaper et sirkulasjonssystem hvor en næringsløsning fra et reservoar kan bla gjennom hver plante til et inkubasjonsbrett gjennom noen få trinn. En elektrisk pumpe resirkulerer deretter løsningen sammen med allelokjemikalier produsert18. En metode som dette er effektiv i både tid, rom og ressurser. Det gir også lignende feltforhold for anleggene og eliminerer enhver ressurskonkurranse. Metodene og verktøyene som brukes til screening, manipuleres lett for å passe de ønskede studiemålene, forholdene og spesifikke arter. Målet med denne studien er å bekrefte ugresset risallelopati gjennom høydeundertrykkelsesmålinger på barnyardgrass ved bruk av trappetrinnsmetoden.

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. Stativ Konstruksjon

MERK: Målinger for treet er oppført som tykkelse (cm) x bredde (cm) x lengde (m).

  1. Skjær tre i passende størrelser og mengder som følger: fem 10,16 cm x 5,08 cm x 0,91 m trestykker, tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,76 m trestykker, tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,61 m trestykker, fem 10,16 cm x 5,08 cm x 0,46 m trestykker , tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,3 m trestykker, og tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,15 m trestykker.
  2. For det høyeste nivået, stå en 2,44 m bord over to 0,91 m stykker på hver ende på kanten og bore to skruer vertikalt inn i hver av de 0,91 stykker. Skru en mer 0,91 m stykke 1,22 m fra hver ende for støtte, og plasser en 2,44 m bord over baksiden av 0,91 m stativog skru på plass for støtte.
    MERK: De åtte 3,175 cm x 15,24 cm x 2,44 m holdes som den er og uklippet for å tjene som benkeplate for hvert benkenivå.
  3. Gjenta trinn 1,2 for neste benknivå med 0,76 m stykker.
  4. Gjenta trinn 1,2 for neste benk med 0,61 m brikker ned til sjette benk på 0,15 m.
    MERK: Det er ikke nødvendig med 2,44 m bord for benker 3-6. Den siste standen har seks benker med tre vertikale støtter hver, en på hver ende og en i midten.
  5. Linjebenker i synkende høyde rekkefølge med overhengende leppe vendt baksiden berøre benken over den, slik at for et gap mellom nivåer.
  6. Linje en 0,91 cm bord på hver av de nederste kantene av benkene langs bakken og skru benkene på plass.
  7. Skru et 0,46 m bord horisontalt for støtte på de høyeste tre benkene på hver side av strukturen 0,61 m fra bakken.
  8. Skru tre hjørnebukseseler på de fremre vendte endene og midten av den høyeste benken.
  9. Skru en 2,54 cm x 5,08 cm x 20,32 cm trestykke over bukseseler 2,54 cm fra bunnen av benken.
    MERK: Lag en 0,91 m ved 0,91 m med 2,44 m struktur. Se figur 1 for det endelige basisproduktet. Dimensjoner kan endres med de eksperimentelle behovene. Strukturen som er beskrevet ble designet for å passe 15,24 cm potter. Høydene mellom benkene ble designet for å passe grytene og plantematerialet som brukes i dette eksperimentet for å opprettholde en jevn strøm av allelokjemikalier og løsning fra en gryte til en annen ned benkene ved tyngdekraften.

Figure 1
Figur 1: Sett foran på trebasestativet. En trebase fungerer som stativ for planteprøvene. Materialer for systemet skal monteres og legges til avhengig av antall prøver som trengs for eksperimentet. I denne studien fungerte to stands som base for 31 prøver. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

2. Systemmontering

  1. Fjern hetten fra en 1 l brusflaske og spraymaling med svart maling.
    MERK: Brusflaskene vil fungere som et reservoar øverst i systemet for én kolonne. Malingen gir en blokk for lyset, avtagende eller hindre algevekst.
  2. På bunnen av hver brusflaske borer du et lite hull, akkurat stor nok til å bygge inn en 0,35 cm indre diameter (ID), 0,64 cm ytre diameter (OD), 5,08 cm lang PVC-rør i plast.
  3. Smør et lag silikon vanntett tetningsmasse rundt kanten av hullet etter innsetting for å hindre lekkasjer. La det tørke helt.
  4. Gjenta trinn 2.2 og 2.3 på hver av plastretter som brukes til å holde pottene.
    MERK: Fire retter vil være nødvendig for en kolonne.
  5. Fjern lokket og spray maling utsiden av 2,27 L plastbeholdere med svart maling. Disse beholderne vil tjene som innsamlingstanker ved foten av hver kolonne.
  6. Bor et lite hull i den øvre baksiden av beholderen.
    MERK: Rekvisitaene som er oppført i trinn 2.1–2.6, lager én kolonne. Antall kolonner er underlagt antall prøver som trengs for ønsket eksperiment. To kolonner er nødvendig for ett eksempel. Alle dimensjoner kan endres avhengig av de eksperimentelle behovene.
  7. Etter at forsyningene er forberedt og tørket, plasser brusflasken på den høyeste benken slik at PVC-røret henger over kanten mot trappen.
  8. Like under brusflasken på neste benk plasserer du en plastfat med røret hengende over kanten på benken.
  9. Gjenta trinn 2.8 for de neste to benkene.
  10. Plasser beholderen på den nederste benken med hullet vendt mot baksiden.
  11. Koble beholderen til fatet over den ved å henge røret fra parabolen gjennom hullet på baksiden av beholderen.
  12. Smør vanntett tetningsmasse rundt kanten av beholderen der røret går gjennom for å forhindre lekkasjer.
  13. Plasser en 21 W 1000 L/time nedsenkbar elektrisk pumpe inne i bunnbeholderen.
  14. Koble en 1,07 m lang, 1,27 cm ID, 1,59 cm OD PVC-rør til dysen på den elektriske pumpen.
  15. String røret gjennom gapet mellom benkene og over baksiden av brusflasken på toppen av systemet.
  16. Koble pumpen til en digital timer og sett timerinnstillingen etter behov.
    MERK: Timeren ble satt til å kjøre i 1 min hver 3 timer gjennom hele eksperimentet. Den valgte timingen tillatt for maksimal mengde væske i innsamlingstanken som skal sykles og tillates i ca 10 min strømning hver gang pumpen ble slått på mens du unngår flom og søl.

3. Planting

  1. Steriliser alle risfrøene som trengs ved å snere i 70% etanol i 30 s, soaking i 5% blekemiddel i 20 min, og sintere 6x med destillert vann.
  2. Pregerminate steriliserte risfrø i Petri retter foret med filterpapir fylt med 5 ml destillert vann i et vekstkammer satt til 25 ° C.
  3. Etter frøene spirer, linje bunnen av hver gryte med to store kaffefiltre ved å plassere dem inne i pottene i sin naturlige cupped form.
  4. Fyll hver gryte til toppen av filteret (ca. 75% av potten) med autoklam, vasket og screenet spesielt gradert kvartssand. Fukt sanden med destillert vann ved å helle vann over toppen av sanden eller ved å plassere potter i plantebrett fylt litt med destillert vann for å la pottene suge opp vannet og forbli fuktig. Transplant seks pregerminated donor plante frøplanter i sand, jevnt fordelt.
  5. Dekk plantene med sand.
  6. La plantene etablere seg i 3 uker.
    MERK: Sanden tørker veldig raskt. Derfor er det å plassere potter i skuffer en effektiv vanningsteknikk. Endring av vann ut hele tiden vil bidra til å forhindre mugg.
  7. Pregerminate mottaker anlegget frøplanter (E. crus-galli) i Petri retter 3 uker etter planting donor planter ved å fôre bunnen av parabolen med filterpapir og sammen med 5 ml destillert vann. Legg oppvasken i et vekstkammer ved 25 °C i 3–5 dager.
  8. Forbered pottene som beskrevet i trinn 3.1–3.2.
  9. Etter frøplanter spire, transplantere tre frøplanter inn i forberedt potter og dekke med sand.
    MERK: Eksperimentet begynner en dag etter behandling (DAT), eller dagen da mottakerplanteplantene dukker opp og transplanterer og plasseres i systemet.

4. Prøveplassering

  1. Plasser fire potter med en tiltredelse av donorplanter i de fire rettene i kolonne 1, en enkelt gryte per rad. Kolonne 1 består kun av donorplanter.
  2. Plasser to potter av samme tiltredelse av donorplanter i rettene til kolonne 2 på første og tredje rad i kolonnen.
  3. Legg to potter med mottakerplanter i rettene til kolonne 2 på andre og fjerde rad i kolonnen.
  4. For hver replikering må du sørge for at bare én rad med mottakerplanter legges til. To kolonner, den første bestående av donorplanter bare og den andre vekslende donorer og mottakere, gjør en behandling (Figur 2).

Figure 2
Figur 2: Plasseringskart. Diagram som viser plasseringer av donor (WR/R) og mottakerplanter (BYG) i respektive posisjoner i trappetrinnssystemet. To kolonner av trappetrinnsystemet med planter på plass består av en behandling. En enkelt kolonne med mottakerplanter fungerte som en kontroll for en replikering (helt til høyre), en enkelt kolonne med donorplanter som en kontroll for hver tiltredelse (i midten), og behandlingskolonnen besto av vekslende donor- og mottakerplanter (helt til venstre). Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

  1. Gjenta trinn 4.1–4.4 for hver behandling eller tiltredelse av donoranlegg (figur 3).
    MERK: Hver replikering krever at én kolonne med mottakerplanteprøver fungerer som en kontroll for én replikering. Behandlinger ble replikert 3x i en randomisert komplett blokk design.

Figure 3
Figur 3: Siste trappetrinnsstruktur. Trappetrinnssystemet er montert med plantene på plass. Systemet inneholdt fire rader med planteprøver og en innsamlingstank nederst for løsningen å sykle til den øverste flasken og nedover av tyngdekraften gjennom hver respektive pott. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

5. Drift

  1. På DAT 1 fyller du oppsamlingstanken nederst i hver kolonne med halvstyrke Hoagland-løsning17 i destillert vann, ca. 1500 ml.
  2. Angi tidtakerne til å kjøre som ønsket i innstillingen for automatisk av-av.
  3. Dekk oppsamlingstankene med svart plast for å begrense lyseksponering og fordampning.
  4. Fyll tankene annenhver dag med 500 ml Hoaglands løsning for å holde systemet i gang hele tiden.
  5. Opprettholde drivhustemperaturen ved 28 °C i løpet av dagen og 24 °C om natten med en 16/8 t splitt og fuktighet på 53%.

6. Datainnsamling

  1. Mål og registrer høydene til hver plante i trappetrinnsystemet på DAT 1 og en gang hver uke opp til DAT 21 ved å plassere en linjal ved foten av hver plante og observere det høyeste bladstativet.
  2. Mål og registrer klorofyllnivåene for hver plante på DAT 7 og 14 ved hjelp av klorofyllinnholdsmåleren.
  3. På den siste dagen av eksperimentet (dvs. DAT 21) merke en papirpose for hver pott.
  4. Skjær planteprøver ved basen og legg i separate poser.
  5. Plasser alle prøvene i en ovnstørker satt til 60 °C i 48 timer16.
  6. Fjern tørkede prøver og tomt innhold individuelt på en skala og registrer vekten i gram.

7. Dataanalyse

  1. Beregn donoranleggs allelopathic-potensialet basert på prosenthemmingen av mottakerplanten ved hjelp av denne ligningen:
    høydereduksjon (%) = [høyde av kontroll (cm) – høyde på behandlet (cm)] × 100
  2. Beregn reduksjonen av donoranlegget som en kontroll for eventuelle omvendte effekter mottakeranlegget kan ha på målplantene.
  3. Analyser tiltredelser som fast effekt mens replikeringer og kjøringer er tilfeldige effekter18.
  4. Analyser dataene ved hjelp av en generell lineær modell med gjennomsnittlige verdier atskilt ved hjelp av Fishers beskyttede minst signifikante forskjell på eller under et 0,05 sannsynlighetsnivå i en statistisk programvare (f.eks. JMP 14).
  5. Visualiser korrelasjonen mellom de opprinnelige variablene ved hjelp av prinsippkomponentanalyse av ved å laste opp data.
    1. Velg Analyser-fanen på verktøylinjen, velg Tilpass Y x. Under kolonner, Merk svaret (dvs. prosent høydereduksjon) klikk deretter Y, svar på å spesifisere faktoren som observeres for Y, (dvs. prosent høydereduksjon). For X-faktoren, Hightlight tiltredelse og klikk X, faktor, og velg deretter OK.
    2. Velg den røde pil ned på oneway analyselinjen, velg Midler/ANOVA. Velg igjen pil nedOneway Analysis-linjen, og sammenlign betyr deretter hvert par, studentens 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 foreløpige screeninger ved hjelp av denne metoden ble utført på ni ugresset ris tiltredelser (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) og fem kultiverte rislinjer (PI338046, Rex, Rondo, PI312777, CL163). Weedy ris tiltredelser og ris linjer ble valgt basert på deres ytelse i tidligere allelopathic screenings utført av Shrestha (2018)18. Ugresset risfrø ble samlet fra hele delstaten Arkansas. De valgte rislinjene er ofte dyrkede linjer i USA, noen kjent for å uttrykke allelopathic aktivitet (f.eks, Rondo PI312777) og brukes som kontroller i denne studien18. De foreløpige dataene viser potensialet i trappetrinnmetoden som et middel til å evaluere det allelopatiske potensialet mot barnyardgrass (E. crus-galli). Høyden på barnyardgrass planter ble betydelig redusert av allopatiske rester utskilles gjennom risrøttene. Konkurransen om ressurser mellom ugresset ris og barnyardgrass ble eliminert, og alle planter ble dyrket under identiske forhold. Resultatene viste at den allelopatiske aktiviteten mot barnyardgrass varierte blant ugresset ris og ris sorter.

Høydemålinger registrert ved DAT 14 ble brukt til å beregne reduksjonsprosenten for barnyardgrasshøyde. Som presentert i figur 4,høydereduksjonen var opp til 30% i noen donor ris tiltredelser med en tiltredelse, B81, stående ut. Fem ugresset ris tiltredelser viste mer betydelig barnyardgrass høydereduksjon enn Rondo, den allelopatiske risstandarden. Weedy ris tiltredelser B8, S33, B14, B97 redusert barnyardgrass høyde med 25-30%. Weedy ris tiltredelse B81 viste den mest betydelige barnyardgrass høyde reduksjon med 74%, som var nesten 3x så mye som standard allelopathic ris, Rondo.

Figure 4
Figur 4: Data om reduksjon av mottakerhøydereduksjon. Høydereduksjonsprosentene til mottakeranleggene (E. crus-galli)vises i stigende rekkefølge når de behandles med allelopathic rester fra 15 donorplantetiltredelser av O. sativa langs X-aksen. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Høydereduksjon av ugresset og kultiverte ristiltredelser ble også registrert for å avgjøre om barnyardgrass hadde noen allelopathic aktivitet. Fra data samlet inn ved DAT 14, var det ingen signifikant påvisbar høydereduksjon av ugresset ris eller ris på grunn av barnyardgrass allelochemicals i den behandlede kolonnen.

Biomassereduksjon prosent fra data samlet inn ved DAT 21 viste et område i barnyardgrass biomassereduksjon prosent fra 0-86%. Blant ugresset ris tiltredelser som reduserte barnyardgrass høyde mest (S33, B97, B14, B8, B81), S33 redusert barnyardgrass biomasse med ca 84% sammenlignet med Rondo på 60% (Figur 5).

Figure 5
Figur 5: Data om reduksjon av mottakeranleggsmasse. Biomassereduksjonsprosentene til mottakerplantene (E. crus-galli)vises i stigende rekkefølge når de behandles med allelopathic rester fra 15 donorplantetiltredelser av O. sativa langs X-aksen. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Klorofyllnivåer av alle planteprøver ble registrert ved DAT 7 og 14. Klorofyllreduksjon i fjøsgressprøver varierte fra 1–14 % når de ble utsatt for risrotutvaskinger. Det var variasjon blant klorofyllreduksjonsnivåer blant ikke-allelopatisk og allelopatisk ris. Av allelopathic ugresset ris tiltredelser, B8 og S33 viste minst klorofyll reduksjon (mindre enn 10%). Klorofyllnivåer i ristiltredelser var mellom 0–30 % med variasjon i nivåer blant ikke-allelopatiske og allelopatiske tiltredelser.

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

Utnytte allelopati kan potensielt tjene som en biologisk kontroll for ugress som er vanskelig å administrere1,7,13. Allelopathy har vist stort potensial som en mulig løsning på ugresskrisen i ris og fungerersom et alternativ eller supplement til kjemikalier og manuell luke kontroll praksis5,13,19. Å identifisere allelopathic varianter eller tiltredelser av avlingsarter er det første skrittet mot å innlemme denne teknologien i ugressstyringsstrategier. Som vist i denne studien, noen tiltredelser av ugresset ris og ris (O. sativa) viser større undertrykkelse av barnyardgrass (E. crus-galli). Tiltredelser som fungerte best i denne studien er kandidater for videre forskning på allelopati genetikk og virkningsmekanismer.

Trappetrinnsmetoden viste seg å være en nyttig screeningteknikk for å bestemme risallelopatisk potensial. Metodene er ikke begrenset til en donor eller mottakerplante. En rekke forskjellige planter kan screenes samtidig, og målet og mottakeren kan enkelt byttes mot nøyaktige resultater. Følsomhet for allelopatiske forbindelser varierer mellom arter1. Denne metoden kan gi en screening av mottakelighet for mottakeranlegget og samtidig bestemme det allelopatiske potensialet til donoranlegget.

Det ble foreslått at mer innsats er nødvendig for å bli plassert på eksperimenter som etterligner feltforhold12. En rekke faktorer bidrar til allelopathic aktivitet, som miljø og genetisk bakgrunn11,12. Drivhusscreeninger kan opprette en feltinnstilling i et kontrollert miljø. Jord er det foretrukne vekstmediet i motsetning til kunstige medier som agar. Sanden i dette eksperimentet ga et medium som ikke endret næringsstoffene som er tilgjengelige, tillot løsningen å strømme rent fra pott til pott, og begrenset mikrobiell aktivitet som kunne ha påvirket resultatene. I tillegg kan temperaturen stilles inn ved ideelle forhold for ønsket art. Trappetrinnsmetoden gir en presis måte å identifisere og måle den allelopatiske aktiviteten til en planteart.

En ulempe med trappetrinnmetoden er at forskjeller i naturen og mengder av allelokjemikalier produsert av de to planteartene kan presentere resultater som vises som næringsstress. Bruk av næringstilsetningsstoffer er avgjørende for å sikre tilstrekkelige forhold. Arter varierer i sine svar på forskjellige mineraler, og ugressarter kan reagere bedre enn en avling på næringsstoffene som tilbys20. Allelopati er bekreftet hvis det er hemmende effekter selv i nærvær av tilsatt næringsstoffer20. Videre er trappetrinnmetoden bare nyttig hvis planteartene det gjelder er allelopathically aktiv gjennom rotsekresjon16. Noen arter har ikke aktiv rot allelopatisk produksjon, fordi allelokjemikalier kan også skilles ut i form av gass og utvaskinger fra overground levende eller døde plantedeler eller tørket vev21,22,23. For at denne metoden skal kunne demonstrere allelopathic hemming, må prøven screenet vise rot allelopathic aktivitet fordi systemet retter seg mot kjemikalier som utvannes gjennom jordmediet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Finansiering for dette prosjektet ble gitt av Special Research Initiative Grant sponset av Mississippi Agricultural and Forestry Experiment Station og er basert på arbeid som støttes av National Institute of Food and Agriculture, US Department of Department of Of Department of The Department of The Department of The U.S. Department of Of Landbruk, Hatch prosjekt under tiltredelse nummer 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 trappetrinnsanalyse for å få tilgang til det allelopathic potensialet til 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