Yöntem makalesi

Marul Potansiyel Kuraklığa tolerans Yarı-Yüksek Verim Tarama ( Lactuca sativa) Germplazm Koleksiyonlar

DOI:

10.3791/52492

⸱

17 Nisan 2015

 , 
1Agricultural Research Service, United States Department of Agriculture

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, üreme programları ile birlikte altta yatan kuraklığa tolerans özelliklerini belirlemek için fizyolojik, moleküler ve genetik çalışmalarda kullanılmak üzere küçük bir aday marul havuzunu belirlemek amacıyla, yapraklı sebze marulunun (Lactuca sativa L.) büyük bir germplazm koleksiyonunu kuraklık toleransı açısından taramak için geliştirilmiştir.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, yapraklı yeşil sebze marulunun (Lactuca sativa L.) germplazmının geniş bir koleksiyonunun olası kuraklığa tolerans özellikleri açısından tarandığı bir yöntemi açıklar. Tarımsal kullanım için tatlı su mevcudiyeti, Amerika Birleşik Devletleri'nde ve dünyanın birçok bölgesinde artan bir endişe kaynağıdır. Kısa vadeli kuraklık olayları, su mevcudiyetinin düzenlenmesine yönelik düzenleyici müdahalelerle birleştiğinde, birçok önemli tarım bölgesinde yağışların azalmasına yol açabilecek uzun vadeli iklim değişiklikleri tehdidi ile birleştiğinde, önümüzdeki yıllarda üretimi sürdürmek veya genişletmek için iyileştirilmiş su kullanım verimliliğine uyarlanmış mahsullerin geliştirilmesini hızlandırma ihtiyacını artırmıştır. Bu protokol, maruldaki fizyolojik veya moleküler düzeyde kuraklığa tolerans özelliklerini belirlemek için adım adım bir kılavuz anlamına gelmez, daha ziyade binlerce farklı marul çeşidinin taranmasıyla geliştirilen ve rafine edilen bir yöntemdir. Bu ekranın doğası kısmen, yalnızca üç su stresi göstergesine odaklanan aerodinamik ölçümlere dayanmaktadır: yaprak bağıl su içeriği, solgunluk ve kuraklık stresini takiben diferansiyel bitki büyümesi. Büyük bir germplazm koleksiyonunu hızlı bir şekilde taramanın amacı, aday havuzunu, laboratuvarda veya sahada belirli kuraklığa dayanıklı özellikleri tanımlamak için daha yoğun fizyolojik, moleküler ve genetik yöntemlerin uygulanabileceği bir noktaya daraltmaktır. Adaylar ayrıca kuraklığa tolerans özelliklerinin bir kaynağı olarak doğrudan yetiştirme programlarına dahil edilebilir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sulama için su mevcudiyeti, Amerika Birleşik Devletleri'nin çoğunda ve küresel olarak on yıllardır bir endişe kaynağı olmuştur, ancak diğer abiyotik streslerle birlikte kuraklık stresine verilen yanıt üzerine yapılan araştırmalar, büyük ölçüde finansman eksikliği nedeniyle endüstriyel, akademik ve hükümet düzeylerinde hastalık ve böcek direnci alanlarındaki çalışmaların gerisinde kalmıştır. Tarım için su mevcudiyeti, tarihsel olarak, politika yapıcılar düzeyinde yalnızca sonradan düşünülen bir düşünce olmuştur. Son zamanlarda, hem Amerika Birleşik Devletleri'ndeki hem de Avustralya'daki önemli tarımsal üretim bölgelerindeki birkaç şiddetli kuraklık nedeniyle,1,2 tatlı su mevcudiyeti hem ulusal hem de uluslararası düzeyde ön plana çıkmış ve bu da çok daha fazla kaynağın kuraklığa dayanıklı çeşitlerin geliştirilmesine yönelik araştırmalara yönlendirilmesine yol açmıştır. Kuraklığa dayanıklı ana mahsullerin geliştirilmesine yönelik bu kayma odağı faydalı olsa da, bitki araştırmalarının birçok alanında olduğu gibi, özel mahsuller de büyük ölçüde geride bırakılmıştır.

Amerika Birleşik Devletleri'nde Marul (Lactuca sativa L.) için en büyük üretim bölgesi olan Kaliforniya'da şiddetli bir kuraklık şu anda sebze üretimini sınırlamaktadır3. Bu kısa vadeli hava koşulları, uzun vadeli iklim değişikliği4,5 ile birlikte yasama ve yargı eylemleriyle birleştiğinde, Kaliforniya'nın en verimli bölgelerinin çoğunda tarım için mevcut suyu azaltmak için bir araya geldi. Kaliforniya'daki marul üretimi, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki marul üretiminin yaklaşık% 80'ini oluşturan 1,5 milyar dolarlık bir endüstriyi temsil etmektedir3. Yapraklı sebzeler yüksek yapraklı su içeriğine sahiptir ve özellikle marul, mahsulü su stresine karşı savunmasız bırakan sığ bir kök sistemine6,7 sahiptir. Marulda, tüm mahsullerde olduğu gibi, sulama için tatlı su kaynakları daha kısıtlı hale geldikçe kuraklığa dayanıklı çeşitlerin geliştirilmesi giderek daha önemli hale gelecektir8.

Bu protokol, belirli kuraklığa tolerans özelliklerini belirlemek için fizyolojik, moleküler ve genetik çalışmalarda kullanılmak üzere potansiyel olarak kuraklığa dayanıklı aday hatlardan oluşan bir havuzu tanımlamak için geniş bir marul germplasyon koleksiyonu üzerinde bir başlangıç taramasının gerçekleştirildiği bir yöntemi ortaya koymaktadır. Bu adaylar, ticari çeşitlerde su kullanım verimliliğini artırmak için ıslah programlarında doğrudan kuraklığa tolerans kaynağı olarak da kullanılabilir. Bu protokol, kapsamlı bir germplazm koleksiyonunun herhangi bir ekranı sırasında ortaya çıkan zorlukları, özellikle de alan mevcudiyeti ve işçilik konularını ele almak için özel olarak geliştirilmiştir. Ayrıca, sunulduğu gibi protokol marulda kullanılmak üzere geliştirilmiştir, ancak potansiyel kuraklık toleransı için bir ıspanak (Spinacia oleracea) germplazm koleksiyonunun taranmasında kullanım için başarılı bir şekilde uyarlanmıştır ve herhangi bir yapraklı sebze mahsulünü taramak için basitçe değiştirilebilir.

Kuraklığa tolerans taraması başlatmadan önce önemli bir husus, bu yöntemin ne olduğunu ve ne olmadığını anlamaktır. Bu protokolün, bireysel tolerans özelliklerini belirlemek için daha odaklı ve kapsamlı çalışmalarda kullanılmak üzere büyük bir germplazm havuzunun, yönetilebilir sayıda aday germplazma hızlı ve verimli bir şekilde daraltılabileceği hızlı bir yöntemi temsil etmesi amaçlanmıştır. Bu protokol, bitkileri, tarla koşullarında gözlemlenecek olan daha doğal, yavaş indüklenen ılımlı sürekli kuraklık stresinin aksine, hızla indüklenen şiddetli bir su stresine maruz bırakır. Bu iki tür su stresi olayı (doğal kuraklığa karşı hızlı dehidrasyon) sırasında bitki içinde indüklenen tepki türü aynı değildir9, bu da bazı materyallerin gelecekteki denemelerden çıkarılmasına yol açabilir. Bu iki stres olayı10 olsa da örtüşmez ve bu protokol, geniş bir koleksiyonda bulunan potansiyel olarak kuraklığa dayanıklı germplazmı tanımlamanın etkili bir yolu olarak hizmet etmelidir. Bu protokol tek başına, tarla suyu stresi koşulları altında dayanıklı kuraklık toleransı içeren yüksek derecede kesinlik germplazmını tanımlamak için yeterli olarak düşünülmemelidir, ancak yapraklı yeşil sebzelerin potansiyel kuraklığa tolerans özellikleri açısından hızlı bir şekilde taranmasında ileriye doğru atılmış önemli bir adımı temsil eder.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Dikim

  1. Fiş tepsileri doldurun (128 hücre; 3 cm kare hücreleri ile 28 x 54 cm ve 5 cm derinliğinde) fiş toprak karışımı ile. Hücrelerin düzgün dolum yardımcı olmak için boş bir fiş tepsisini kullanarak her tepsiye toprak sıkıştırmak.
  2. Bitki marul tohumu ¼ derinlemesine hücre başına 2-3 tohum inç. Bitki Çoğaltılmış tepsiler tüm deneysel hatları kuraklık hem stresli ve kuraklık deneme için kontrol tepsiler sağlamak.
  3. Deliksiz bir taban tepsisine fiş tepsilerini yerleştirin.
  4. Ters tepsiye veya plastik kubbe Su tepsiler ve kapak. Çimlenme normal olarak 48-72 saat içinde, gerçekleşir. Çimlenme sonra kapağı çıkarın ve sera içine tepsileri taşımak.
    NOT: Bu protokol, aynı zamanda büyüme odalarına gerçekleştirilebilir.

2. Büyüme ve Bitki Bakımı

  1. Çimlenme sonrası 1-4 hafta gerektiğinde su tepsiler, normalde bu toprak alt tepsiyi doldurarak ve izin vererek, 2-3 kez haftalık uzun süre oturmak (~ 1 saat) ışınları doymuş hale içinBu gibi suda s olumsuz bitki sağlığı ve kök gelişimini etkileyebilecek ve kuraklık ekranı etkileyebilir.
  2. 1.5 tk / galon bir oranda karıştırılmış ticari çözünür 20-20-20 gübresi ile haftada bir kez tepsileri döller.
  3. Hücre 1-2 hafta başına bir bitki İnce tepsiler çimlenme sonrası.

3. başlatılıyor Kuraklık Stres

  1. Bitkiler 2 gruba dört haftalık ayrı tepsiler zaman. Şiddetli su stresine tabi bir grup. Yanı sıra kontrolleri sulanan diğer tepsileri kullanın. Deney boyunca adım 2.1 gibi kontrol grubu sulayın. Kuraklık stresi başlangıcında deney kalanı için tüm tepsileri gübreleme askıya alma.
  2. Deneysel kuraklık dönemi bir hafta içinde oluşur. Kuraklık stresi deneme (Gün 0) ilk gününde su ile düşük tepsileri doldurmak ve fiş tepsilere toprak sonra tam doymuş hale kasetlerden suyu tahliye için izin verir. T başlamasından hemen önce toprak doyurulmasıHe stres dönemi fiş tepsiler bireysel hücreler arasında toprak nem herhangi bir varyasyonu en aza indirmek için yardımcı olacaktır.

Parametreler ile Temel Kuraklık Stres Ekranı yapılması 4. Ölçülen edilecek

NOT: Aşağıdaki adımlar Tablo 1 kuraklığa stres deneme süresi her gün alınan ölçümlerin bir program sağlarken kuraklık ekran boyunca kaydedilecektir üç fizyolojik ölçümler toplamak için nasıl özetlemektedir.

  1. Gün 0, 2, deneme 4 Yaprak Oransal Su İçeriği (OSK) ölçün.
    1. Tepsiden bir marul bitki Klip ve 2 yaprak çıkarın.
    2. Bir 9. mantar delici (~ 1.6 cm çapında) kullanarak her yapraktan 3 diskleri Punch. Bir örnek olarak yaprak yumruklar birleştirin.
    3. Yaprak diskleri tartılır, bu RWC hesaplanmasında kullanılan taze ağırlığı (FW), bir değerdir, daha sonra da bir petri plakasında diskleri yerleştirin.
    4. Tüm plaka için yeterli Damıtılmış su ekleyinow tüm yaprak diskleri float. Bu tamamen RWC analiz için şiş ağırlıkları toplamak için yaprak diskleri hidrat etmektir. Yaprak diskleri, oda sıcaklığında 24 saat boyunca kalmasına izin verin.
    5. Plakalardan artık tamamen hidrate yaprak diskleri çıkarın ve yavaşça diskleri tartı önce kağıt havlu ile yaprak diskleri dış kurulayın. RWC hesaplama için abartılı ağırlık (TW) olarak bu ağırlıkları kaydedin.
    6. Bir kağıt laboratuarda yerleştirin yaprağı diskleri, 24 saat boyunca 55 ° C'de inkübatör içinde silme ya da açık bir petri filtre kağıdı diski ve kurutulur.
      NOT: Kağıt kurutma sırasında petri yapışmasını yaprak diskleri engeller.
    7. Kuru yaprak diskleri ve RWC hesaplama için rekor olarak kuru ağırlıkları (DW) tartılır.
    8. Smart ve Bingham 11,12 tarafından tarif edildiği gibi OSK Weatherley formülü kullanılarak hesaplayın.
      OSK = (FW-DW / TW-DW) x 100
      FW taze ağırlık, TW = şiş ağırlık, DW = kuru ağırlığı =
    9. Deneme her germplazma ve tedavi için yineleyin 4.1.
  2. Kaydedin bitki solgunluk kuraklık stresi deneme gün 1 ve bitkilerin% 100 normal günde 4 ya da 5, soldu zaman biten günde bir kez bir başlangıç.
  3. Kurtarma fazı ve büyüme diferansiyel
    1. 6. günde, kuraklığa stres dönemi sonuçlandırmak ve stresli bitkiler deneme toparlanma sürecine girmek. Kontrol tepsiler gibi, 2.1 adım, su ile düşük tepsiler doldurun ve kuraklık vurguladı tepsiler standart sulama takvimi başlamadan önce 24 saat bekletin.
    2. Tüm bitkileri, 10 gün süre ile iyileşmeye izin verin.
    3. 10 gün post kuraklığa stres, her bitkinin toprak bölümü tüm yukarıdaki hasat ve taze ağırlığı kaydetmek.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol kuraklığa stres yanıtı halinde, istenilen deneysel özellik bir nüfusa ayırmak için büyük bir ekran yaparken, buna çok çeşitlidir olacak oluşturulan veriler muhtemel kuraklık toleranslı ve aradaki tüm noktalarda duyarlı stres. Şekil 1, bu protokol beklenen sonuçlara türünü temsil eden grafikler içeriyor. Üç farklı marul türlerine (marul (COS), marullarda ve Butterhead) temsili çeşidi sunulan veriler dahil edilmiştir. Sadece üç marul türleri temsil eden veriler burada gösterilir iken bu protok...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ekran için örnek sayısının Hususlar.

gerekli numune sayısı bu ekrandan verilerin istenen kullanıma bağlı olmalıdır. Yayın kalitesi sonuçları istenirse her satırından 3 ayrı bitkiler (3 biyolojik çoğaltır) hasat ve kalite istatistiksel analiz için yeterli puan vermek için 2 deneysel çoğaltır en az gerçekleştirmek için tavsiye edilir. İstenilen sonuç ise sadece hızlı daha sıkı veya karmaşık su stres deneyleri, daha az örnekleri gerçekleştirmek için aday germplazmı büyük bir ha...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, bu protokolün geliştirilmesine yol açan projenin finansmanı için Kaliforniya Gıda ve Tarım Bakanlığı'na teşekkür eder. CDFA SCB11019.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
fiş tepsisi 128T.O. Plastics
Hummert International		11-8595-1Herhangi bir marka fiş tepsisi çalışacaktır, ancak tüm denemeler için aynı tarzda tepsiler kullanın.
alt tepsi (Ekran tepsisi)T.O. Plastics
Hummert International		11-3305-1
fiş/dikim karışımı (Sunshine Mix #5)Sunshine
Hummert International		10-0467-1Bu protokolü farklı bir ürüne uyarlarken farklı bir karışımın ikame edilmesi gerekebilir. Sunshine karışımı #4 ıspanak denemelerinde kullanıldı.
gübre (20-20-20)Jack's: Profesyonel suda çözünür gübre
Hummert International		07-5915-1Herhangi bir gübre kullanılabilir, bu protokolü belirli mahsul ihtiyaçlarına uyarlamak için türü gerektiği gibi ayarlayın.

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Dijk, A. I. J. M., et al. The Millennium Drought in southeast Australia (2001–2009): Natural and human causes and implications for water resources, ecosystems, economy, and society. Water Resour. Res. 49, (2013).
  2. Aghakouchak, A., Feldman, D., Stewardson, M. J., Saphores, J., Grant, S., Sanders, B. Australia’s Drought: Lessons for California. Science. 343, 1430(2014).
  3. Tolomeo, V. California Agricultural Statistics 2012 Crop Year. USDA National Agricultural Statistics Service Pacific Regional Office-California. , http://www.nass.usda.gov/Statistics_by_State/California/Publications/California_Ag_Statistics/Reports/2012cas-all.pdf (2013).
  4. Cavagnaro, T., et al. Climate Change: Challenges and Solutions for California Agricultural Landscapes. White paper CEC-500-2005-189-SF. California Climate Change Center. , Available from: http://www.energy.ca.gov/2005publications/CEC-500-2005-189/CEC-500-2005-189-SF.PDF (2005).
  5. Lobell, D. B., Gourdji, S. M. The Influence of Climate Change on Global Crop Productivity. Plant Physiol. 160, 1686-1697 (2012).
  6. Jackson, L. E., Stivers, L. J. Root distribution of lettuce under commercial production: implications for crop uptake of nitrogen. Biological Agriculture and Horticulture. 9, 273-293 (1993).
  7. Jackson, L. E. Root architecture in cultivated and wild lettuce (Lactuca spp). Plant. Cell and Environment. 18, 885-897 (1995).
  8. Malcom, S., Marshall, E., Aillery, M., Heisey, P., Livingston, M., Day-Rubenstein, K. Agricultural Adaptation to a Changing Climate: Economic and Environmental Implications Vary by U.S Region. USDA Economic Research Service. Economic Research Report Number. 136, Available from: http://www.ers.usda.gov/media/848748/err136.pdf (2012).
  9. Chaves, M. M., Maroco, J. P., Pereira, J. S. Understanding plant responses to drought- from genes to the whole plant. Funct. Plant Biol. 30, 239-264 (2003).
  10. Ingram, J., Bartels, D. The Molecular Basis of Dehydration Tolerance in Plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 47, 377-403 (1996).
  11. Weatherley, P. E. Studies in the water relations of the cotton plant. I. The field measurement of water deficits in leaves. New Phlytol. 49, 81-97 (1950).
  12. Smart, R. E., Bingham, G. E. Rapid Estimates of Relative Water Content. Plant Physiol. 53, 258-260 (1974).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Drought Tolerance ScreeningLettuce GermplasmLeaf Relative Water ContentPlant Wilt AssessmentDifferential Growth MeasurementWater Stress IndicatorsGermplasm Collection AnalysisWater Use EfficiencyLettuce Drought Tolerance

İlgili makaleler