قابلة للتكرار درج خطوة اسياك للوصول إلى الإمكانات الأليباثية من الأرز Weedy(أوريزا sativa ssp.)

Biology

Your institution must subscribe to JoVE's Biology section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

وقد أظهرت اللاولاباثي الوعد كاستراتيجية مفيدة تكميلية للسيطرة على النهازة في أنظمة المحاصيل. لتحديد الإمكانات الأليلوباثية لعينة النبات المطلوبة ، يتم توفير طريقة فحص درج الخطوة.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

وتساهم المنافسة في النُهُل إلى حد كبير في الخسائر في نظم زراعة المحاصيل في جميع أنحاء العالم. وقد أدى تطور المقاومة في العديد من أنواع الأعشاب الاعشانه إلى مبيدات الأعشاب التي يتم تطبيقها باستمرار إلى الحاجة إلى أساليب إدارة إضافية. اعتلال الليولاك هو عملية فسيولوجية تمتلكها بعض أنواع النباتات التي توفر للنبات ميزة على جيرانها. وسيتم تجهيز أصناف المحاصيل الأليلوباثية مع القدرة على قمع نمو المنافسين المحيطة بها، وبالتالي الحد من فقدان العائد المحتمل بسبب تدخل الضارة. تركز هذه الورقة على بناء وتشغيل فحص درج خطوة المستخدمة لفحص إمكانات أليلوباتيك من الأنواع المانحة(أوريزا ساتيفا)ضد الأنواع الضارة المتلقي(Echinochloa crus-galli)في بيئة الدفيئة. الهيكل الموصوف في هذه الورقة بمثابة موقف لعينات النبات ويتضمن نظام سقي في الوقت المناسب لتراكم وتوزيع المواد الكيميائية الليلو. يسمح للمواد الكيميائية التي تنتجها الليلو كيميائية التي تنتجها جذور النبات بالتدفق إلى الأسفل من خلال سلسلة من أربعة أواني منفصلة إلى خزان تجميع وإعادة تدويرها مرة أخرى إلى المصنع العلوي من خلال مضخات كهربائية. وتوفر طريقة الفرز هذه سبيلاً للمواد الكيميائية الليلوية من المصنع المانح للوصول إلى مصانع الاستقبال دون أي منافسة في الموارد، مما يسمح بالقياس الكمي للإمكانات الأليلوباثية للمصنع المانح المختار. إمكانية الأليلوباثي قابلة للقياس من خلال الحد من ارتفاع محطات الاستقبال. أظهرت بيانات الفحص الأولي لفعالية هذه الطريقة انخفاض الارتفاع في الأنواع المتلقية ، barnyardgrass(E. crus-galli)، وبالتالي وجود بقايا أليولاباثيك من النبات المانح ، الأرز الأعشاب الأعشاب(Oryza sativa).

Introduction

اعتلال الليولات هو ظاهرة طبيعية ومعقدة التي كانت محور اهتمام العديد من علماء النبات في العقود القليلة الماضية. كانت الآليات المتعلقة باعتلال الليولاب للاستخدام في المحاصيل موضوع الكثير من الأبحاث منذ ثلاثينيات القرن العشرين ، عندما لاحظ موليش أن النبات له تأثير مباشر أو غير مباشر على مصنع مجاور من خلال إنتاج وإفراز المركبات الكيميائية في البيئة1. اعتلال الليولاب هو إنتاج الأيض الثانوي الذي له آثار مثبطة على نمو وإنبات بعض الأنواع النباتية. المركبات الكيميائية allopathic الإفراج تساعد على تزويد النباتات المانحة مع ميزة تنافسية عن طريق إضافة السموم النباتية إلى البيئة من حولهم2. العديد من العوامل تساهم في نشاط الليولاباثيك. وهو انتقائي في فعاليته ويختلف بين الأصناف والظروف البيئية ومرحلة النمو والإجهاد والبيئة وتوافر المغذيات3.

في السنوات الأخيرة، تم تسليط الضوء على اعتلال الليولاب في البحوث كمكمل محتمل لأزمة السيطرة على القاضة المستمرة والمتنامية. مع تزايد عدد سكان العالم، زاد الطلب على الأغذية المستدامة وإنتاج الألياف4. مكافحة النمكافحة المنضدية هي واحدة من أكبر التهديدات للإنتاج التي يواجهها المهندسين الزراعيين5،6. تركز أساليب التحكم التقليدية في النُهُول على الممارسات الميكانيكية والكيميائية والثقافية. الاستخدام المستمر لمبيدات الأعشاب ، على الرغم من فعاليتها وفائدتها وكفاءتها ، عزز تطور مجموعات الأعشاب المقاومة بوتيرة سريعة بشكل مثير للقلق7. وقد استخدمت الهندسة الوراثية وممارسات التربية على نحو فعال لإعطاء المحاصيل مزايا تنافسية على الخضروات من خلال تصميمها لتحمل التطبيقات الكيميائية التي لا يمكن لجيرانهم البقاء على قيد الحياة7،8. وعلى الرغم من فعالية هذه التكنولوجيات، فهي ليست دائما ً مستدامة وتثير أحياناً شواغل تتجاوزالحدود 9. وينبغي الأخذ بممارسات تكميلية لإدارة النُهز إذا أريد تحقيق هدف زيادة إنتاج الأغذية10. Allelopathy يظهر وعدا ممتازا كأداة دفاعية جديدة للمحاصيل لتحسين جودتها ويعيشون أكثر من منافسيها1،7.

غالبًا ما تكون المواد الكيميائية الليلوكيميائية منتجات ثانوية ، ولأن إنتاجها يتأثر بشدة بالعوامل البيئية ، فإن المركبات المحددة المرتبطة بقمع النباتات يمكن أن يكون من الصعب تحديد3. وتشمل عوامل الإنتاج علم الوراثة والعمل المشترك للمستقلبات الثانوية التي قد تعمل بشكل تآزري11،12. من الصعب فصل نشاط الليولاباثيك عن المنافسة الموجودة بشكل طبيعي داخل تفاعلات الهيئة المتعددة المزارعين ، ونتيجة لذلك ، عند فحص اعتلال الليولاك يجب أن تكون هناك مجموعة قياسية من النتائج التي تؤهل الفحص على أنه صالح وقابل للتكرار. وفيما يلي مجموعة من المعايير التي تؤهل نتائج اعتلال الليولاك كما أوجزها أولوفسدوتر وآخرون12 1) يجب أن يثبت مصنع واحد قمع نبات آخر في نمط؛ 2) المواد الكيميائية التي يتم إطلاقها في البيئة بكميات نشطة بيولوجيا يجب أن تنتج من قبل مصنع المانحة؛ 3) يجب أن تكون المواد الكيميائية المنتجة قابلة للنقل إلى مصنع الاستقبال؛ 4) يجب أن تكون هناك آلية ما من الاستفادة في مصنع المتلقي؛ 6) يجب أن يكون لنمط تثبيط لوحظ أي تفسير حصري آخر (على سبيل المثال، التنافس على الموارد)12.

في محاولة للتغلب على الحاجز بين عدم معرفة الآليات الداعمة للاعتلال الليولابي وتنمية التنوع ، يمكن تحديد الصفات الفينوتيبيك المرتبطة بأصناف الأليولاباثي واختيارها لمزيد من البحث والاستخدام. بعض النباتات المعروفة لديها الصفات الليولاباثية هي الجاودار والذرة الرفيعة والأرز وعباد الشمس وبذور اللفت والقمح13. خلال الملاحظات المبكرة لاعتلال الليولاب في المحاصيل ، بسبب الحدود المتميزة لنمو الخضروات في التجارب الميدانية ، اقترح أن تشارك المواد الكيميائية بدلاً من التنافس على الموارد14. ومع ذلك ، كانت معظم الدراسات التجارب الميدانية التي جعلت من المستحيل القضاء على المنافسة كعامل14. وأفسحت جهود القضاء على المنافسة المجال أمام تجارب المختبرات والدفيئة في محاولات لإثبات النشاط الأليلوباثي في الأرز وغيره من المحاصيل وقياسه كمياً. ميداني ة وطرق الدفيئة لفحص النباتات لاعتلال الليولاك اتّسِب أنّ الميول الأليلوباثيّة موجودة في كلمن الظروف المتنامية11،15. يعتقد بعض النقاد أن الفحوصات المخبرية قد لا تحمل سوى قيمة محدودة بسبب عدم وجود ظروف طبيعية، مما قد يؤثر على النتائج15.

الطريقة المقترحة لفحص إمكانات الأليلوباثيك في النباتات يوفر الموارد الكافية والفضاء ويزيل المنافسة على الموارد مع استخدام هيكل درج الخطوة11،17. تم تكييف هذه الطريقة وتعديلها من التجارب السابقة استكشاف اعتلال الليولاب في turfgrass والشعير17،18. ووجدت هذه الدراسات أن نظاما مماثلا كان قادرا على تحقيق نتائج دقيقة بشأن الإمكانات الأليلوباثية للنبات المستهدف مع إزالة أي شكوك في أن الملاحظات يمكن أن تعزى إلى المنافسة الطبيعية. تخلق طريقة خطوة الدرج نظام الدورة الدموية حيث يمكن للمحلول الغذائي من الخزان أن يتنقل عبر كل مصنع إلى صينية حضانة من خلال بضع خطوات. مضخة كهربائية ثم يعيد تدوير الحل جنبا إلى جنب مع أي allelochemicals المنتجة18. طريقة مثل هذه فعالة في كل من الزمان والمكان والموارد. كما يوفر ظروف حقل مماثلة للمصانع ويلغي أي منافسة على الموارد. من السهل التلاعب بالأساليب والأدوات المستخدمة في الفحص لتناسب أهداف الدراسة والظروف والأنواع المحددة. الهدف من هذه الدراسة هو تأكيد اعتلال أليلوباثي الأرز الأعشاب من خلال قياسات قمع الارتفاع على حظيرة مع استخدام طريقة خطوة الدرج.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. موقف البناء

ملاحظة: يتم سرد قياسات الخشب كسمك (سم) × عرض (سم) × طول (م).

  1. قطع الخشب إلى أحجام وكميات مناسبة على النحو التالي: خمسة 10.16 سم × 5.08 سم × 0.91 متر قطع خشبية، ثلاث قطع خشبية 10.16 سم × 0.76 متر، ثلاثة 10.16 سم × 5.08 سم × 0.61 متر قطع خشبية، خمسة 10.16 سم × 5.08 سم × 0.46 متر قطعة خشبية ، ثلاث قطع خشبية 10.16 سم × 5.08 سم × 0.3 متر، وثلاث قطع خشبية 10.16 سم × 5.08 سم × 0.15 متر.
  2. لأطول مستوى، والوقوف واحد 2.44 م المجلس عبر قطعتين 0.91 م على كل نهاية على الحافة وحفر اثنين من مسامير عموديا في كل قطعة من القطع 0.91. المسمار واحد أكثر 0.91 م قطعة 1.22 م من كل نهاية للحصول على الدعم، ووضع لوحة 2.44 م عبر الجزء الخلفي من 0.91 متر تقف والمسمار في مكان للحصول على الدعم.
    ملاحظة: يتم الاحتفاظ ثمانية 3.175 سم × 15.24 سم × 2.44 م كما هو وغير المصقول لتكون بمثابة مقاعد البدلاء لكل مستوى مقاعد البدلاء.
  3. كرر الخطوة 1.2 لمستوى مقاعد البدلاء المقبل مع قطع 0.76 م.
  4. كرر الخطوة 1.2 للمقاعد البدلاء المقبل مع قطع 0.61 م وصولا الى مقاعد البدلاء السادسة في 0.15 م.
    ملاحظة: لا حاجة إلى دعم 2.44 متر المجلس للمقاعد 3-6. الموقف النهائي يحتوي على ستة مقاعد مع ثلاثة دعامات عمودية لكل منها ، واحد على كل نهاية وواحد في الوسط.
  5. مقاعد الخط في ترتيب ارتفاع تنازلي مع الشفة المتدلية التي تواجه المؤخر لمس مقاعد البدلاء فوقه، مما يسمح لفجوة بين المستويات.
  6. خط لوحة 0.91 سم على كل من الحواف السفلية من المقاعد على طول الأرض والمسمار المقاعد في مكان.
  7. المسمار لوحة 0.46 م أفقيا للحصول على الدعم على أطول ثلاثة مقاعد على كل جانب من هيكل 0.61 متر من الأرض.
  8. المسمار ثلاثة أقواس الزاوية على الأطراف الأمامية التي تواجه ووسط أطول مقاعد البدلاء.
  9. المسمار واحد 2.54 سم × 5.08 سم × 20.32 سم قطعة خشبية عبر الأقواس 2.54 سم من قاعدة مقاعد البدلاء.
    ملاحظة: جعل واحد 0.91 m بواسطة 0.91 m بواسطة 2.44 م هيكل. راجع الشكل 1 للمنتج الأساسي النهائي. الأبعاد عرضة للتغيير مع الاحتياجات التجريبية. تم تصميم الهيكل الموصوف لتناسب الأواني 15.24 سم. تم تصميم الارتفاعات بين المقاعد لتناسب الأواني والمواد النباتية المستخدمة في هذه التجربة من أجل الحفاظ على تدفق مستمر من المواد الكيميائية الليلوكيميائية والحل من وعاء واحد إلى آخر أسفل المقاعد بالجاذبية.

Figure 1
الشكل 1: منظر أمامي للحامل الخشبي. قاعدة خشبية بمثابة موقف لعينات النبات. ويتعين تجميع المواد اللازمة للنظام وإضافتها حسب عدد العينات اللازمة للتجربة. في هذه الدراسة، اثنين تقف بمثابة قاعدة ل31 عينة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. تجميع النظام

  1. إزالة الغطاء من زجاجة الصودا 1 لتر والطلاء رذاذ مع الطلاء الأسود.
    ملاحظة: زجاجات الصودا ستكون بمثابة خزان في الجزء العلوي من النظام لعمود واحد. يوفر الطلاء كتلة للضوء، وتناقص أو منع نمو الطحالب.
  2. في الجزء السفلي من كل زجاجة الصودا، حفر حفرة صغيرة، كبيرة بما يكفي لتضمين قطر داخلي 0.35 سم (معرف)، قطر 0.64 سم الخارجي (OD)، 5.08 سم أنبوب PVC البلاستيكية طويلة.
  3. تشويه طبقة من تسرب سيليكون للماء حول حافة الحفرة بعد الإدراج لمنع أي تسرب. دعه يجف تماما.
  4. كرر الخطوات 2.2 و 2.3 على كل من الأطباق البلاستيكية المستخدمة لعقد الأواني.
    ملاحظة: سوف تكون هناك حاجة إلى أربعة أطباق لعمود واحد.
  5. إزالة الغطاء والطلاء رذاذ خارج 2.27 L العبوات البلاستيكية مع الطلاء الأسود. وستكون هذه العبوات بمثابة خزانات التجميع في قاعدة كل عمود.
  6. حفر حفرة صغيرة في الجزء الخلفي العلوي من العبوة.
    ملاحظة: الإمدادات المذكورة في الخطوات 2.1-2.6 جعل عمود واحد. يخضع عدد الأعمدة لعدد العينات المطلوبة للتجربة المطلوبة. هناك حاجة إلى عمودين لعينة واحدة. جميع الأبعاد عرضة للتغيير اعتمادا على الاحتياجات التجريبية.
  7. بعد أن تم إعداد الإمدادات وتجفيفها، ضع زجاجة الصودا على أعلى مقعد بحيث يتم تعليق أنبوب PVC على الحافة التي تواجه الدرج.
  8. فقط تحت زجاجة الصودا على مقاعد البدلاء المقبل، ضع طبق بلاستيكي واحد مع أنبوب معلقة على حافة مقاعد البدلاء.
  9. كرر الخطوة 2.8 للمقاعد التالية.
  10. وضع العلبة على مقاعد البدلاء السفلي مع ثقب التي تواجه الظهر.
  11. قم بتوصيل العبوة بالطبق فوقها عن طريق ربط الأنبوب من الطبق من خلال الثقب في الجزء الخلفي من العبوة.
  12. مسحة تسرب للماء حول حافة العلبة حيث يمر الأنبوب من خلال لمنع التسريبات.
  13. ضع مضخة كهربائية غاطسة 21 واط 1000 لتر/ساعة داخل العبوة السفلية.
  14. قم بتوصيل 1.07 متر طويل، معرف 1.27 سم، 1.59 سم OD PVC أنبوب إلى فوهة المضخة الكهربائية.
  15. سلسلة أنبوب من خلال الفجوة بين المقاعد وعلى الجزء الخلفي من زجاجة الصودا في الجزء العلوي من النظام.
  16. قم بتوصيل المضخة بجهاز ضبط مؤقت رقمي وقم بتعيين إعداد المؤقت حسب الحاجة.
    ملاحظة: تم تعيين المؤقت لتشغيل لمدة 1 دقيقة كل 3 ساعة طوال التجربة بأكملها. يسمح التوقيت المحدد بتدوير الحد الأقصى من السائل في خزان التجميع ويسمح بتدفق 10 دقيقة تقريبًا في كل مرة يتم فيها تشغيل المضخة مع تجنب الفيضانات والآثار غير المباشرة.

3- الزراعة

  1. قم بتعقيم جميع بذور الأرز التي يحتاجها الإنضاق في الإيثانول بنسبة 70٪ لمدة 30 عامًا، ونقع في 5٪ من التبييض لمدة 20 دقيقة، وزراعة 6x بالماء المقطر.
  2. Pregerminate بذور الأرز المعقمة في أطباق بيتري اصطف مع ورقة مرشح مليئة 5 مل من الماء المقطر في غرفة النمو المنصوص عليها في 25 درجة مئوية.
  3. بعد تنبت البذور، خط الجزء السفلي من كل وعاء مع اثنين من مرشحات القهوة الكبيرة عن طريق وضعها داخل الأواني في شكلها المفبح الطبيعي.
  4. ملء كل وعاء إلى أعلى مرشح (ما يقرب من 75٪ من وعاء) مع autoclaved، غسلها، وفحصها خصيصا متدرج الكوارتز الرمل. قم بترطيب الرُمل بالماء المقطر عن طريق صب الماء فوق سطح السُلّم أو بوضع الأواني في صواني الغرس المملوءة قليلاً بالماء المقطر للسماح للأواني بامتصاص الماء والبقاء رطبة. زرع ستة شتلات النباتات المانحة pregerminated في الرّم، متباعدة بالتساوي.
  5. تغطية الشتلات مع الرّم.
  6. اسمحوا الشتلات اقامة لمدة 3 أسابيع.
    ملاحظة: يجف ّ توّل السّران بسرعة كبيرة. لذلك ، فإن وضع الأواني في الصواني هو تقنية سقي فعالة. تغيير المياه باستمرار سوف تساعد على منع العفن.
  7. Pregerminate الشتلات النبات المتلقي(E. crus-galli)في أطباق بيتري 3 أسابيع بعد زراعة النباتات المانحة عن طريق بطانة الجزء السفلي من الطبق مع ورقة تصفية وجنبا إلى جنب مع 5 مل من الماء المقطر. ضع الأطباق في غرفة النمو عند 25 درجة مئوية لمدة 3-5 أيام.
  8. إعداد الأواني كما هو موضح في الخطوات 3.1-3.2.
  9. بعد تنبت الشتلات، زرع ثلاث شتلات في الأواني المعدة وتغطية مع الرُمال.
    ملاحظة: تبدأ التجربة بعد يوم واحد من العلاج (DAT)، أو اليوم الذي تظهر فيه شتلات النباتات المتلقية ويتم زرعها ووضعها في النظام.

4. عينة التنسيب

  1. ضع أربعة أواني من انضمام واحد من النباتات المانحة في الأطباق الأربعة من العمود 1 ، وعاء واحد في الصف الواحد. العمود 1 يتكون من النباتات المانحة فقط.
  2. ضع أواني لنفس انضمام النباتات المانحة في أطباق العمود 2 في الصف الأول والثالث من العمود.
  3. ضع أواني اثنين من نباتات الاستقبال في أطباق العمود 2 في الصف الثاني والرابع في العمود.
  4. لكل النسخ المتماثل، تأكد من إضافة صف واحد فقط من محطات الاستقبال. عمودين، الأول يتكون من النباتات المانحة فقط والثاني بالتناوب المانحين والمتلقين، وجعل علاج واحد(الشكل 2).

Figure 2
الشكل 2: خريطة الموضع. رسم تخطيطي يصور مواضع النباتات المانحة (WR/R) وأجهزة الاستقبال (BYG) في المواضع ذات الصلة في نظام درج الخطوة. عمودين من نظام درج الخطوة مع النباتات في مكان تشمل معالجة واحدة. وكان عمود واحد من مصانع الاستقبال بمثابة عنصر تحكم في تكرار واحد (أقصى اليمين)، وعمود واحد من النباتات المانحة كتحكم لكل انضمام (مركز)، وتألف عمود المعالجة من النباتات المانحة والمتلقية المتناوبة (أقصى اليسار). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. كرر الخطوات 4.1-4.4 لكل معالجة أو انضمام مصنع المانحة(الشكل 3).
    ملاحظة: يتطلب كل النسخ المتماثل عمود واحد من عينات مصنع المتلقي لتكون بمثابة عنصر تحكم لتكرار واحد. تم تكرار العلاجات 3x في تصميم كتلة كاملة عشوائية.

Figure 3
الشكل 3: هيكل الخطوة النهائية للدرج. نظام درج الخطوة تجميعها مع النباتات في مكان. يحتوي النظام على أربعة صفوف من عينات النبات وخزان تجميع في الجزء السفلي للحل لدورة إلى أعلى زجاجة وإلى أسفل بواسطة الجاذبية من خلال كل وعاء كل منهما. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

5- عملية التشغيل

  1. على DAT 1، وملء خزان جمع في الجزء السفلي من كل عمود مع نصف قوة هواغلاند الحل17 في الماء المقطر، ما يقرب من 1500 مل.
  2. قم بتعيين أجهزة ضبط الوقت لتشغيلها حسب الرغبة في إعداد التشغيل التلقائي.
  3. قم بتغطية خزانات التجميع بالبلاستيك الأسود للحد من التعرض للضوء والتبخر.
  4. ملء الدبابات كل 2 أيام مع 500 مل من حل هواغلاند للحفاظ على النظام يتدفق باستمرار.
  5. الحفاظ على درجات حرارة الدفيئة عند 28 درجة مئوية خلال النهار و 24 درجة مئوية في الليل على التوالي مع انقسام 16/8 ساعة والرطوبة عند 53٪.

6 - جمع البيانات

  1. قياس وتسجيل ارتفاعات كل مصنع في نظام درج الخطوة على DAT 1 ومرة واحدة كل أسبوع حتى DAT 21 عن طريق وضع مسطرة في قاعدة كل مصنع ومراقبة أطول موقف ورقة.
  2. قياس وتسجيل مستويات الكلوروفيل لكل مصنع على DAT 7 و 14 باستخدام مقياس محتوى الكلوروفيل.
  3. في اليوم الأخير من التجربة (أي DAT 21) تسمية كيس ورقي واحد لكل وعاء.
  4. قطع عينات النبات في القاعدة ومكان في أكياس منفصلة.
  5. ضع جميع العينات في مجفف فرن على حرارة 60 درجة مئوية لمدة 48 ساعة16.
  6. إزالة العينات المجففة والمحتويات الفارغة بشكل فردي على مقياس وتسجيل الوزن بالجرام.

7- تحليل البيانات

  1. حساب الإمكانات الأليلوباثية للنباتات المانحة على أساس تثبيط النسبة المئوية للنبات المتلقي باستخدام هذه المعادلة:
    انخفاض الارتفاع (٪) = [ارتفاع التحكم (سم) – ارتفاع المعالجة (سم)] × 100
  2. حساب الحد من ارتفاع المصنع المانحة كفحص لأي تأثير عكسي قد يكون للمصنع المتلقي على النباتات المستهدفة.
  3. تحليل الانضمامات كتأثير ثابت في حين النسخ المتماثل ويدير هي الآثار العشوائية18.
  4. تحليل البيانات باستخدام نموذج خطي عام مع قيم متوسط مفصولة باستخدام الفرق الأقل أهمية المحمي لفيشر عند أو أقل من مستوى احتمال 0.05 في برنامج إحصائي (على سبيل المثال، JMP 14).
  5. تصور الارتباط بين المتغيرات الأصلية باستخدام تحليل مكون المبدأ من خلال تحميل البيانات.
    1. حدد علامة التبويب تحليل في شريط الأدوات، حدد صالح Y بواسطة X. ضمن الأعمدة، قم بتمييز الاستجابة (أي تقليل الارتفاع في النسبة المئوية) ثم انقر فوق Y، استجابة لتحديد العامل الذي يتم ملاحظته لـ Y، (أي تقليل الارتفاع في النسبة المئوية). لعامل X، والانضمام Hightlight وانقر فوق X، عامل،ثم حدد موافق.
    2. حدد السهم الأحمر لأسفل على شريط تحليل Oneway ، حدد Means /ANOVA. مرة أخرى حدد السهم لأسفل على شريط تحليل Oneway وتسليط الضوء على مقارنة وسائل ثم حدد كل زوج، T الطالب.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تم إجراء فحصين أوليين باستخدام هذه الطريقة على تسعة انضمامات أرز الهشال (B2، S33، B83، S97، S94، B81، B8، B34، B14) وخمسة خطوط الأرز المزروعة (PI338046، ريكس، روندو، PI31277، CL163). تم اختيار انضمامات الأرز weedy وخطوط الأرز بناءً على أدائها في العروض السابقة التي أجراها شريستا (2018)18. تم جمع بذور الأرز الهتي من جميع أنحاء ولاية أركنساس. خطوط الأرز المختارة تزرع عادة خطوط في الولايات المتحدة، وبعضها معروف للتعبير عن النشاط الليولاباثي (على سبيل المثال، روندو PI312777) وتستخدم كضوابط في هذه الدراسة18. البيانات الأولية تبين إمكانات طريقة درج الخطوة كوسيلة لتقييم إمكانات أليولاباثيك ضد الحظيرة(E. crus-galli). تم تخفيض ارتفاع نباتات الحظيرة بشكل كبير بسبب بقايا الوباتشيك التي تفرز من خلال جذور الأرز. وأزيلت المنافسة على الموارد بين الأرز الأعشاب الأعشاب الأعشاب الأعشاب الأعشاب، وتزرع جميع النباتات في ظروف مماثلة. وأظهرت النتائج أن النشاط الأليلوباثي ضد عشب الحظيرة اختلف بين أصناف الأرز والأرز الأعشاب.

واستخدمت قياسات الارتفاع المسجلة في DAT 14 لحساب نسبة تخفيض ارتفاع عشب الحظيرة. كما هو الحال في الشكل 4، كان انخفاض الارتفاع يصل إلى 30٪ في بعض انضمامات الأرز من المانحين مع انضمام واحد ، B81 ، تبرز. أظهرت خمسة انضمامات الأرز الأعشاب أكثر أهمية الحد من ارتفاع الحظيرة من روندو، معيار الأرز الليولاباثيك. Weedy الأرز الانضمامB8، S33، B14، B97 انخفاض ارتفاع العشب الحظيرة بنسبة 25-30٪. Weedy الأرز الانضمام B81 أظهرت أكبر تخفيض ارتفاع الحظيرة بنسبة 74 ٪، الذي كان ما يقرب من 3x بقدر الأرز أليلوباتيك القياسية، روندو.

Figure 4
الشكل 4: بيانات الحد من ارتفاع مصنع الاستقبال. نسب تخفيض الارتفاع من النباتات المتلقي(E. crus-galli)المعروضة في ترتيب تصاعدي عند التعامل مع بقايا أليولاباثيك من 15 انضمام النباتات المانحة من O. ساتيفا على طول المحور X. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

كما تم تسجيل انخفاض ارتفاع انضمامات الأرز الأعشاب المزروعة والأعشاب أيضا لتحديد ما إذا كان الحظيرة العشب أي نشاط أليولاباثي. من البيانات التي تم جمعها في DAT 14، لم يكن هناك انخفاض كبير في ارتفاع الأعشاب المحمية أو الأرز بسبب المواد الكيميائية الحظيرة العشب في العمود المعالج.

انخفاض الكتلة الحيوية في المئة من البيانات التي تم جمعها في DAT 21 أظهرت مجموعة في الحد من الكتلة الحيوية العشب الحظيرة في المئة من 0-86٪. من بين انضمامات الأرز الأعشاب الأعشاب التي خفضت ارتفاع الحظيرة العشب أكثر (S33، B97، B14، B8، B81)، S33 خفضت الكتلة الحيوية العشب الحظيرة بنسبة 84٪ تقريبا مقارنة روندو في 60٪(الشكل 5).

Figure 5
الشكل 5: بيانات الحد من الكتلة الحيوية النباتية المتلقية. نسب الحد من الكتلة الحيوية من النباتات المتلقي(E. crus-galli)المعروضة في ترتيب تصاعدي عند التعامل مع بقايا أليولاباثيك من 15 انضمام النباتات المانحة من O. ساتيفا على طول المحور X. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

وسُجلت مستويات الكلوروفيل لجميع عينات النباتات في DAT 7 و 14. وتراوح انخفاض الكلوروفيل في عينات عشب الحظيرة بين 1-14 في المائة عند التعرض لنض جذور الأرز. كان هناك تباين بين مستويات الحد من الكلوروفيل بين الأرز غير الليولاباثي وأليولاباثيك. من انضمام الأرز الهدي الأليباثي، أظهرت B8 و S33 أقل انخفاض الكلوروفيل (أقل من 10٪). وكانت مستويات الكلوروفيل في انضمامات الأرز تتراوح بين 0-30% مع تباين في المستويات بين الانضمامات غير الأليلوباثية والأليولاباثية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

استغلال اعتلال الليولاب قد تكون بمثابة عنصر مراقبة بيولوجية للالضارة التي يصعب إدارتها1،7،13. وقد أظهرت الايلوباثي إمكانات كبيرة كحل ممكن لأزمة الضارة في الأرز وبمثابة بديل أو تكملة للمواد الكيميائية واليدوي ممارسات مكافحة الضارة5،13،19. إن تحديد الأصناف الأليولاباثية أو انضمام أنواع المحاصيل هو الخطوة الأولى نحو دمج هذه التكنولوجيا في استراتيجيات إدارة النُهُج. كما هو مبين في هذه الدراسة ، وبعض الانضمامات من الأرز الأعشاب والأرز(O. sativa) يحمل قمع أكبر من barnyardgrass(E. crus -galli). الانضمامات التي كان أداؤها أفضل في هذه الدراسة هي المرشحين لمزيد من البحوث حول علم الوراثة اعتلال الليولاب وآليات العمل.

أثبتت طريقة خطوة الدرج أنها تقنية فحص مفيدة لتحديد إمكانات الأرز الليولاباثيك. ولا تقتصر هذه الأساليب على أي مصنع مانح أو متلقي. يمكن فحص مجموعة متنوعة من النباتات المختلفة في وقت واحد ، ويمكن بسهولة تبادل الهدف والمتلقي للحصول على نتائج دقيقة. الحساسية للمركبات الليولاباثية تختلف بين الأنواع1. ويمكن أن توفر هذه الطريقة فحصاً لقابلية نبتة المستقبل وأن تحدد في الوقت نفسه إمكانات الأليلوباثي للنبات المانح.

وأشير إلى ضرورة بذل المزيد من الجهود في التجارب التي تحاكي الظروف الميدانية12. وهناك العديد من العوامل التي تسهم في النشاط الليولاباثي، مثل البيئة والخلفية الوراثية11،12. يمكن أن تخلق فحوصات الاحتباس الحراري بيئة ميدانية في بيئة خاضعة للرقابة. التربة هي وسيلة النمو المفضلة بدلا من وسائل الإعلام الاصطناعية مثل أجار. وفرت السُلم في هذه التجربة وسيلة لم تغير العناصر الغذائية المتاحة، وسمحت للمحلول بالتدفق بشكل نظيف من وعاء إلى وعاء، ونشاط ميكروبية محدود كان يمكن أن يؤثر على النتائج. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تعيين درجة الحرارة في الظروف المثالية للأنواع المطلوبة. توفر طريقة خطوة الدرج طريقة دقيقة لتحديد وقياس النشاط الأليلوباثي لأنواع النباتات.

عيب واحد من طريقة درج الخطوة هو أن الاختلافات في طبيعة وكميات من المواد الكيميائية الليلوالتي تنتجها نوعين من النباتات قد تظهر النتائج التي تظهر كإجهاد المغذيات. استخدام المواد المضافة الغذائية أمر ضروري لضمان الظروف الملائمة. تختلف الأنواع في استجاباتها للمعادن المختلفة ، وقد تستجيب أنواع الأصناف المنفّاة بشكل أفضل من المحصول للمغذيات المقدمة20. يتم تأكيد اعتلال الليولاب إذا كانت هناك آثار مثبطة حتى في وجود المواد الغذائية المضافة20. وعلاوة على ذلك، فإن طريقة درج الخطوة مفيد إلا إذا كان الأنواع النباتية في السؤال هو الليولاباثي نشطة من خلال إفراز الجذر16. بعض الأنواع ليس لديها إنتاج الليولاباثيك الجذر النشط، لأن allelochemicals يمكن أيضا أن تفرز في شكل غاز والرشح من فوق سطح الأرض أجزاء النباتات الحية أو الميتة أو الأنسجة المجففة21،22،23. لهذه الطريقة لإثبات تثبيط الليولاباث بنجاح، يجب أن العينة فحص يحمل النشاط أليلوثاتشيك الجذر لأن النظام يستهدف المواد الكيميائية المرتشحة من خلال وسط التربة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

Acknowledgments

تم توفير التمويل لهذا المشروع من قبل منحة مبادرة البحوث الخاصة التي ترعاها محطة التجارب الزراعية والحرجية في ولاية ميسيسيبي، وهي تستند إلى العمل الذي يدعمه المعهد الوطني للأغذية والزراعة، وزارة الولايات المتحدة الأمريكية الزراعة، مشروع هاتش تحت رقم الانضمام 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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics