Repeterbar Trappa-steg Analys för att få tillgång till Allelopathic potential Weedy Rice(Oryza 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

Allelopathy har visat löfte som en användbar kompletterande ogräskontroll strategi i beskärningssystem. För att bestämma den allelopatiska potentialen hos ett önskat växtprov tillhandahålls en screeningmetod för trappsteg.

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

Ogräskonkurrensen bidrar avsevärt till att ge förluster i beskärningssystem över hela världen. Utvecklingen av motstånd hos många ogräsarter till kontinuerligt tillämpade herbicider har presenterat behovet av ytterligare förvaltningsmetoder. Allelopathy är en fysiologisk process som vissa växtarter har som ger anläggningen en fördel jämfört med sina grannar. Allelopatiska växtsorter skulle utrustas med förmågan att undertrycka tillväxten av omgivande konkurrenter, vilket minskar potentiella avkastningsförluster på grund av ogrässtörningar. Detta dokument fokuserar på konstruktion och drift av en trappa-steg analys som används för screening av allelopatisk potential hos en donator arter (Oryza sativa) mot en mottagare ogräs arter (Echinochloa crus-galli) i ett växthus inställning. Den struktur som beskrivs i detta dokument fungerar som ett stativ för växtproveroch innehåller ett tidsbetaget vattningssystem för ackumulering och distribution av allelochemicals. Allelochemicals som produceras av växtrötterna får flöda nedåt genom en serie av fyra krukor separat i en uppsamlingstank och återvinns tillbaka till den översta anläggningen genom elektriska pumpar. Denna metod för screening ger en väg för allelochemicals från givaranläggningen att nå mottagaranläggningar utan någon resurs konkurrens, vilket möjliggör kvantitativ mätning av den allelopatiska potentialen hos den valda givaranläggningen. Den allelopatiska potentialen är mätbar genom höjdreduktion av mottagarväxterna. Preliminära screeningdata för effektiviteten hos denna metod visade höjdminskning hos mottagararterna, barnyardgrass (E. crus-galli), och därmed förekomsten av allelopatiska rester från givaranläggningen, ogräsris (Oryza sativa).

Introduction

Allelopathy är ett naturligt och komplext fenomen som har varit i fokus för många växtforskare under de senaste decennierna. Mekanismerna för allelopati för användning i grödor har varit föremål för mycket forskning sedan 1930-talet, då Molisch konstaterade att en anläggning har en direkt eller indirekt effekt på en närliggande anläggning genom produktion och utsöndring av kemiska föreningar i miljön1. Allelopathy är produktionen av sekundära metaboliter som har hämmande effekter på tillväxt och grobarhet av vissa växtarter. Frisläppta allopatiska kemiska föreningar bidra till att ge givaranläggningarna en konkurrensfördel genom att lägga till fytotoxiner till miljön runt dem2. Många faktorer bidrar till den allelopatiska aktiviteten. Det är selektivt i sin effektivitet och varierar mellan sorter, miljöförhållanden, tillväxtstadium, stress, miljö och näringstillgänglighet3.

Under de senaste åren har allelopati lyfts fram inom forskningen som ett möjligt komplement till den ständiga och växande ogräsbekämpningskrisen. Med den växande globala befolkningen har efterfrågan på hållbar livsmedels- och fiberproduktion ökatmed 4. Ogräskontroll är ett av de största hoten mot produktionen som agronomisterna5,6. Traditionella ogräsbekämpningsmetoder fokuserar på mekaniska, kemiska och kulturella metoder. Den kontinuerliga användningen av herbicider, medan effektiv, användbar och effektiv, har främjat utvecklingen av resistenta ogräs populationer i en alarmerande snabb takt7. Genteknik och avelsmetoder har använts effektivt för att ge grödor konkurrensfördelar jämfört med ogräs genom att utforma dem för att motstå kemiska tillämpningar som deras grannar inte kan överleva7,8. Även om den är effektiv är denna teknik inte alltid hållbar och ibland utgör översklivningar9. Kompletterande ogräshanteringsmetoder måste införas om målet att öka livsmedelsproduktionen ska uppfyllas10. Allelopathy visar utmärkt löfte som ett nytt försvar verktyg för grödor för att förbättra sin kvalitet och överleva sina konkurrenter1,7.

Allelochemicals är ofta sekundära produkter, och eftersom deras produktion är starkt påverkad av miljöfaktorer, de specifika föreningar som är associerade med växtundertryckande kan vara svårt att identifiera3. Produktionsfaktorer inkluderar genetik och ledverkan av sekundära metaboliter som kan agera synergistiskt11,12. Det är en utmaning att skilja allelopatisk aktivitet från den konkurrens som naturligtvis finns inom gröda-ogräs interaktioner, och på grund av detta, när screening för allelopati måste det finnas en standard uppsättning resultat som uppfyller analysen som giltig och repeterbar. Nedan följer en uppsättning kriterier som kvalificerar resultaten av allelopathy som beskrivs av Olofsdotter et al.12 1) En anläggning måste visa undertryckande av en annan anläggning i ett mönster; 2) De kemikalier som släpps ut i miljön i bioaktiva mängder skall framställas av givaranläggningen. 3) De kemikalier som produceras skall kunna transporteras till mottagaranläggningen. 4) En viss upptagsmekanism måste finnas i mottagaranläggningen. 6) Det observerade mönstret för hämning får inte ha någon annan exklusiv förklaring (t.ex. krav på resurser)12.

I ett försök att övervinna barriären mellan bristen på kunskap om de mekanismer som stöder allelopati och variation utveckling, fenotypiska egenskaper i samband med allelopatiska sorter kan identifieras och väljas ut för ytterligare forskning och användning. Vissa växter kända för att ha allelopatiska egenskaper är råg, sorghum, ris, solros, raps och vete13. Under de tidiga observationerna av allelopati i grödor, på grund av framstående gränser för ogrästillväxt i fältexperiment, föreslogs det att kemikalier var inblandade snarare än konkurrens om resurser14. De flesta studier var dock fältexperiment som gjorde det omöjligt att eliminera konkurrensen som en faktor14. Konkurrens eliminering insatser gav vika för lab och experiment växthus i försök att bevisa och kvantifiera allelopatisk verksamhet i ris och andra grödor. Fält- och växthusmetoder för att screena växter för allelopati visar att allelopatiska tendenser finns i båda odlingsförhållandena11,15. Vissa kritiker tror att laboratorieundersökningar endast kan ha begränsat värde på grund av bristen på naturliga förhållanden, vilket kan påverka resultaten15.

Den föreslagna metoden för screening av allelopatisk potential i anläggningar ger tillräckliga resurser och utrymme och eliminerar resurskonkurrens med hjälp av en trappa stegstruktur 11,17. Metoden har anpassats och modifierats från tidigare experiment utforska allelopathy i turfgrass och korn17,18. Dessa studier fann att ett liknande system kunde ge korrekta resultat på den allelopatiska potentialen hos en målanläggning samtidigt som alla tvivel om att observationerna kunde hänföras till naturlig konkurrens. Trappstegsmetoden skapar ett cirkulationssystem där en näringslösning från en reservoar kan cykla genom varje anläggning till en inkubationsbricka genom några steg. En elektrisk pump återvinner sedan lösningen tillsammans med alla allelochemicals som produceras18. En metod som denna är effektiv både i tid, rum och resurser. Det ger också liknande fältvillkor för växterna och eliminerar all resurskonkurrens. De metoder och verktyg som används för screening är lätt manipulerade för att passa de önskade studiemålen, förhållandena och specifika arter. Syftet med denna studie är att bekräfta ogräsigt ris allelopathy genom höjd suppression mätningar på barnyardgrass med hjälp av trappan-steg metod.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Stativkonstruktion

Obs! Mätningar för träet anges som tjocklek (cm) x bredd (cm) x längd (m).

  1. Skär trä i lämpliga storlekar och mängder enligt följande: fem 10,16 cm x 5,08 cm x 0,91 m träbitar, tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,76 m träbitar, tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,61 m träbitar, fem 10,16 cm x 5,08 cm x 0,46 m träbitar , tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,3 m träbitar och tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,15 m träbitar.
  2. För den högsta nivån, stå en 2,44 m ombord över två 0,91 m bitar på varje ände vid kanten och borra två skruvar vertikalt i var och en av de 0,91 bitar. Skruva en mer 0,91 m bit 1,22 m från varje ände för stöd, och placera en 2,44 m ombord på baksidan av 0,91 m står och skruva på plats för stöd.
    OBS: De åtta 3,175 cm x 15,24 cm x 2,44 m hålls som är och uncut att fungera som bänkskiva för varje bänknivå.
  3. Upprepa steg 1.2 för nästa bänknivå med 0,76 m bitar.
  4. Upprepa steg 1,2 för nästa bänk med 0,61 m bitar ner till den sjätte bänken på 0,15 m.
    OBS: Ingen stöd 2,44 m ombord behövs för bänkar 3-6. Den sista montern har sex bänkar med tre vertikala stöd vardera, en på varje ände och en i mitten.
  5. Linjebänkar i fallande höjd ordning med överhängande läppen mot baksidan röra bänken ovanför den, vilket möjliggör en klyfta mellan nivåer.
  6. Linje en 0,91 cm ombord på var och en av bänkernas nederkant längs marken och skruva fast bänkarna på plats.
  7. Skruva en 0,46 m ombord horisontellt för stöd på de tre högsta bänkarna på varje sida av strukturen 0,61 m från marken.
  8. Skruva tre hörn hängslen på den främre vända ändarna och mitt på den högsta bänken.
  9. Skruva en 2,54 cm x 5,08 cm x 20,32 cm träbit över hängslen 2,54 cm från bänkens botten.
    Obs! Se figur 1 för slutbasprodukten. Dimensioner kan ändras med de experimentella behoven. Den beskrivning av strukturen var utformad för att passa 15,24 cm krukor. Höjderna mellan bänkarna var utformade för att passa krukor och växtmaterial som används i detta experiment för att upprätthålla ett stadigt flöde av allelochemicals och lösning från en kruka till en annan ner bänkarna av gravitationen.

Figure 1
Figur 1: Framsida av träbasstativet. En träbas fungerar som stativ för växtproverna. Material för systemet ska monteras och läggas till beroende på antalet prover som behövs för experimentet. I denna studie fungerade två stativ som en bas för 31 prover. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

2. Systemmontering

  1. Ta bort locket från en 1 L sodaflaska och sprayfärg med svart färg.
    OBS: Läskflaskorna fungerar som en reservoar högst upp i systemet för en kolumn. Färgen ger ett block för ljuset, minska eller förhindra alger tillväxt.
  2. På botten av varje läskflaska, borra ett litet hål, precis tillräckligt stor för att bädda in en 0,35 cm innerdiameter (ID), 0,64 cm ytterdiameter (OD), 5,08 cm lång plast PVC-rör.
  3. Smeta ett lager silikon vattentättätning runt kanten av hålet efter insättning för att förhindra läckor. Låt den torka helt.
  4. Upprepa steg 2.2 och 2.3 på var och en av de plasträtter som används för att hålla krukorna.
    OBS: Fyra rätter kommer att behövas för en kolumn.
  5. Ta bort locket och spraya måla utsidan av 2,27 L plastbehållare med svart färg. Dessa behållare kommer att fungera som insamlingstankar vid basen av varje kolumn.
  6. Borra ett litet hål i behållarens övre baksida.
    Obs! Antalet kolumner är föremål för antalet prover som behövs för det experiment som önskas. Två kolumner behövs för ett exempel. Alla dimensioner kan ändras beroende på experimentella behov.
  7. Efter att förnödenheterna har förberetts och torkats, placera läskflaskan på den högsta bänken så att PVC-röret hänger över kanten mot trappan.
  8. Strax under läskflaskan på nästa bänk, placera en plastskålen med sitt rör hängande över kanten på bänken.
  9. Upprepa steg 2.8 för de kommande två bänkarna.
  10. Placera behållaren på bottenbänken med hålet mot baksidan.
  11. Anslut behållaren med skålen ovanför den genom att stränga röret från skålen genom hålet på baksidan av behållaren.
  12. Smeta vattentättätning runt kanten av behållaren där röret går igenom för att förhindra läckor.
  13. Placera en 21 W 1000 L / tim dränkbar elektrisk pump inuti nedre behållaren.
  14. Anslut ett 1,07 m långt, 1,27 cm ID, 1,59 cm OD PVC-rör till munstycket på den elektriska pumpen.
  15. Sträng röret genom gapet mellan bänkarna och över baksidan av läskflaskan på toppen av systemet.
  16. Anslut pumpen till en digital timer och ställ in timerinställningen efter behov.
    Timern var inställd på att köras i 1 min var 3 st under hela experimentet. Den valda tidpunkten gjorde det möjligt att cykla den maximala mängden vätska i uppsamlingstanken och tillåtas för cirka 10 minuters flöde varje gång pumpen var påslagen samtidigt som översvämningar och spillovers undviks.

3. Plantering

  1. Sterilisera alla risfrön som behövs genom sköljning i 70% etanol i 30 s, blötläggning i 5% blekmedel i 20 min, och skölja 6x med destillerat vatten.
  2. Förgeras steriliserade risfrön i petriskålar fodrade med filterpapper fyllt med 5 ml destillerat vatten i en tillväxtkammare som är inställd på 25 °C.
  3. Efter fröna gro, linje botten av varje kruka med två stora kaffefilter genom att placera dem inuti krukorna i sin naturliga kupade form.
  4. Fyll varje kruka högst upp på filtret (cirka 75% av potten) med autoklaverade, tvättade och screening speciellt graderade kvarts sand. Dämpa sanden med destillerat vatten genom att hälla vatten över sandens ovansida eller genom att placera krukor i planteringsbrickor fyllda bara något med destillerat vatten så att krukorna kan suga upp vattnet och förbli fuktig. Transplantation sex pregerminerade givare växt plantor i sand, jämnt fördelade.
  5. Täck plantorna med sand.
  6. Låt plantorna fastställa i 3 veckor.
    OBS: Sanden torkar mycket snabbt. Därför är placering av krukor i brickor en effektiv vattningsteknik. Byta vatten ut hela tiden kommer att bidra till att förhindra mögel.
  7. Pregerminate mottagaren växt plantor (E. crus-galli) i petriskålar 3 veckor efter plantering givare växter genom foder botten av skålen med filterpapper och tillsammans med 5 ml destillerat vatten. Placera disken i en tillväxtkammare på 25 °C i 3–5 dagar.
  8. Förbered krukorna enligt beskrivningen i steg 3.1–3.2.
  9. Efter plantorna groddar, transplantera tre plantor i de beredda krukorna och täck med sand.
    OBS: Experimentet börjar en dag efter behandling (DAT), eller den dag då mottagaren anläggningen plantor framträder och transplanteras och placeras i systemet.

4. Provplacering

  1. Placera fyra krukor av en anslutning av givarväxter i de fyra rätterna i kolumn 1, en enda pott per rad. Kolumn 1 består endast av givaranläggningar.
  2. Placera två krukor av samma anslutning av givarväxter i rätter av kolumn 2 på den första och tredje raden i kolumnen.
  3. Placera två krukor av mottagare växter i rätter av kolumn 2 på andra och fjärde raden i kolumnen.
  4. För varje replikering, se till att endast en rad mottagaranläggningar läggs till. Två kolumner, den första består av givare växter endast och den andra alternerande givare och mottagare, gör en behandling(figur 2).

Figure 2
Figur 2: Placeringskarta. Diagram som visar placeringar av givare (WR/R) och mottagaranläggningar (BYG) i respektive positioner i trappstegssystemet. Två kolonner av trappa-stegsystemet med växter på plats består av en behandling. En enda kolumn av mottagaranläggningar fungerade som en kontroll för en replikation (längst till höger), en enda kolumn av givaranläggningar som en kontroll för varje anslutning (mitten), och behandlingskolumnen bestod av alternerande givare och mottagaranläggningar (längst till vänster). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Upprepa steg 4.1–4.4 för varje anslutning till renings- eller givaranläggningar (figur 3).
    Varje replikering kräver en kolumn med mottagarväxtprover för att fungera som en kontroll för en replikering. Behandlingar replikerades 3x i en randomiserad komplett blockdesign.

Figure 3
Figur 3: Slutlig trappstegsstruktur. Trappstegssystemet monteras med växterna på plats. Systemet innehöll fyra rader av växtprover och en uppsamlingstank längst ner för att lösningen skulle cykla till den övre flaskan och nedåt genom gravitation en gång genom varje respektive kruka. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

5. Användning

  1. På DAT 1, fyll uppsamlingstanken längst ner i varje kolonn med halvhållfast Hoagland-lösning17 i destillerat vatten, cirka 1 500 ml.
  2. Ställ in timers så att de körs efter behov i inställningen för automatisk avstängning.
  3. Täck uppsamlingstankarna med svart plast för att begränsa ljusexponering och avdunstning.
  4. Fyll tankarna var2: e dag med 500 ml Hoaglandlösning för att hålla systemet flytande hela tiden.
  5. Håll växthustemperaturen vid 28 °C under dagen respektive 24 °C på natten med en 16/8 h split och luftfuktighet vid 53%.

6. Insamling av uppgifter

  1. Mät och registrera höjderna för varje anläggning i trappsystemet på DAT 1 och en gång i veckan upp till DAT 21 genom att placera en linjal vid basen av varje anläggning och observera det högsta bladstativet.
  2. Mät och registrera klorofyllnivåerna för varje anläggning på DAT 7 och 14 med hjälp av klorofyllhaltmätaren.
  3. På den sista dagen av experimentet (dvs DAT 21) etikett en papperspåse för varje kruka.
  4. Skär växtprover vid basen och placera i separata påsar.
  5. Placera alla prover i en ugnstorksats vid 60 °C för 48 h16.
  6. Ta bort torkade prover och tomt innehåll individuellt på en skala och registrera vikten i gram.

7. Dataanalys

  1. Beräkna den allelopatiska potentialen hos givaranläggningarna baserat på procentuell hämning av mottagaranläggningen med hjälp av denna ekvation:
    höjdreduktion (%) = [höjd på kontrollen (cm) – höjd av behandlad (cm)] × 100
  2. Beräkna minskning av givaranläggningens höjd som en kontroll av eventuell omvänd effekt som mottagaranläggningen kan ha på målväxterna.
  3. Analysera anslutningar som den fasta effekten medan replikeringar och körningar är de slumpmässiga effekterna18.
  4. Analysera data med hjälp av en allmän linjär modell med medelvärden åtskilda med Fishers skyddade minst signifikanta skillnad vid eller under en sannolikhetsnivå på 0,05 i en statistisk programvara (t.ex. JMP 14).
  5. Visualisera korrelationen mellan de ursprungliga variablerna med hjälp av principkomponentanalys av genom att ladda upp data.
    1. Välj fliken Analysera i verktygsfältet och välj Anpassa Y av X. Markera svaret (d.v.s. procenthöjdsreducering) under kolumnerna och klicka sedan på Y, svar på anger vilken faktor som observeras för Y (dvs. procentuell höjdminskning). För X-faktorn, Hightlight-anslutningen och klicka på X, faktoroch välj sedan OK.
    2. Välj den röda nedåtpilen i fältet Analys enkelriktad riktning och välj Medel/ANOVA. Återigen välj nedåtpilenOneway Analys fältet och markera jämför innebär välj sedan varje par, studentens T.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Två preliminära visningar med denna metod utfördes på nio ogräsiga risanslutningar (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) och fem odlade rislinjer (PI338046, Rex, Rondo, PI312777, CL163). Weedy risanslutningar och rislinjer valdes ut baserat på deras resultat i tidigare allelopatiska visningar utförda av Shrestha (2018)18. Den ogräsiga risfrön samlades in från hela delstaten Arkansas. De rislinjer som väljs är vanligen odlade linjer i USA, några kända för att uttrycka allelopatisk aktivitet (t.ex. Rondo PI312777) och används som kontroller i denna studie18. De preliminära uppgifterna visar potentialen i trappstegsmetoden som ett sätt att utvärdera den allelopatiska potentialen mot barnyardgrass (E. crus-galli). Höjden på barnyardgrass växter minskadeavsevärt av allopatiska rester utsöndras genom risrötterna. Konkurrensen om resurser mellan ogräsris och barnyardgrass eliminerades, och alla växter odlades under identiska förhållanden. Resultaten visade att den allelopatiska aktiviteten mot barnyardgrass varierade mellan ogräsigt ris och rissorter.

Höjdmätningar som registrerades vid DAT 14 användes för att beräkna barnyardgrass höjd minskning procent. Såsom framgår av figur 4var höjdminskningen upp till 30 % i vissa givare risanslutningar med en anslutning, B81, sticker ut. Fem ogräsiga ris anslutningar visade mer betydande barnyardgrass höjd minskning än Rondo, den allelopatiska ris standard. Weedy ris anslutningar B8, S33, B14, B97 minskade barnyardgrass höjd med 25-30%. Weedy ris anslutning B81 uppvisade den mest betydande barnyardgrass höjd minskning med 74%, vilket var nästan 3x så mycket som standard allelopatisk ris, Rondo.

Figure 4
Figur 4: Uppgifter om minskning av mottagaranläggningens höjd. Procentsatserna för höjdminskning av mottagaranläggningarna (E. crus-galli) som visas i stigande ordning när de behandlas med de allelopatiska resterna från 15 givare växt anslutningar av O. sativa längs X-axeln. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Höjd minskning av ogräsiga och odlade ris anslutningar spelades också in för att avgöra om barnyardgrass hade någon allelopatisk verksamhet. Från data som samlats in vid DAT 14 fanns det ingen signifikant påvisbar höjdminskning av ogräsigt ris eller ris på grund av barnyardgrass allelochemicals i den behandlade kolumnen.

Biomassa minskning procent från data som samlats in vid DAT 21 visade ett intervall i barnyardgrass biomassa minskning procent från 0-86%. Bland de ogräsiga risanslutningar som minskade barnyardgrass höjd mest (S33, B97, B14, B8, B81), S33 minskade barnyardgrass biomassa med cirka 84% jämfört med Rondo på 60%(Figur 5).

Figure 5
Figur 5: Uppgifter om minskning av mottagaranläggningens biomassa. De procentuella procentandelarna för biomassaminskning av mottagaranläggningarna(E. crus-galli) som visas i stigande ordning när de behandlas med allelopatiska resthalter från 15 givare växt anslutningar av O. sativa längs X-axeln. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Klorofyllnivåer av alla växtprover registrerades vid DAT 7 och 14. Klorofyllminskning av barnyardgrassprover varierade från 1–14% när de exponerades för risrotlakeachater. Det fanns variation bland klorofyll minskningnivåer bland icke-allelopatisk och allelopatisk ris. Av de allelopatiska ogräsiga risanslutningarna visade B8 och S33 minst klorofyllminskning (mindre än 10 %). Klorofyllnivåerna i risanslutningarna var mellan 0–30 % med variationer i nivåer bland icke-allelopatiska och allelopatiska anslutningar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Utnyttja allelopati kan potentiellt fungera som en biologisk kontroll för ogräs som är svåra att hantera1,7,13. Allelopathy har visat stor potential som en möjlig lösning på ogräskrisen i ris och fungerar som ett alternativ eller tillägg till kemikalier och manuell ogräsbekämpningpraxis 5,13,19. Att identifiera allelopatiska sorter eller odlingsarters anslutning är det första steget mot att införliva denna teknik i ogräshanteringsstrategier. Som framgår av denna studie uppvisar vissa anslutningar av ogräsris och ris (O. sativa) större undertryckande av barnyardgrass (E. crus-galli). De anslutningar som presterade bäst i denna studie är kandidater för ytterligare forskning om allelopati genetik och verkningsmekanismer.

Trappan-steg metod visade sig vara en användbar screening teknik för att bestämma ris allelopatisk potential. Metoderna är inte begränsade till någon givare eller mottagaranläggning. En mängd olika växter kan screenas samtidigt, och målet och mottagaren kan enkelt bytas ut mot korrekta resultat. Känsligheten för allelopatiska föreningar varierar mellan art1. Denna metod kan ge en screening av känslighet en mottagarväxt och samtidigt bestämma den allelopatiska potentialen hos givaranläggningen.

Det föreslogs att mer ansträngning behövs för att placeras på experiment som efterliknar fältförhållanden12. En mängd faktorer bidrar till allelopatisk aktivitet, såsom miljö och genetisk bakgrund11,12. Växthusvisningar kan skapa en fältinställning i en kontrollerad miljö. Jord är det föredragna tillväxtmediet i motsats till artificiella medier som agar. Sanden i detta experiment gav ett medium som inte förändrade de näringsämnen som finns, tillät lösningen att flöda rent från potten till potten, och begränsad mikrobiell aktivitet som kunde ha påverkat resultaten. Dessutom kan temperaturen ställas in vid idealiska förhållanden för önskad art. Trappstegsmetoden är ett exakt sätt att identifiera och mäta en växtartens allelopatiska aktivitet.

En nackdel med trappstegsmetoden är att skillnader i art och mängder av allelokemikalier som produceras av de två växtarterna kan presentera resultat som förekommer som näringsstress. Användningen av näringstillsatser är nödvändig för att säkerställa lämpliga villkor. Arter skiljer sig åt i sina svar på olika mineraler, och ogräsarter kan reagera bättre än en gröda på de näringsämnensom tillhandahålls 20. Allelopathy bekräftas om det finns hämmande effekter även i närvaro av tillsatta näringsämnen20. Dessutom är trappstegsmetoden användbar endast om växtarten i fråga är allelopatiskt aktiv genom rotsekretion16. Vissa arter har inte aktiv rot allelopatisk produktion, eftersom allelochemicals också kan utsöndras i form av gas och lakvatten från ovan jord levande eller döda växtdelar eller torkade vävnader21,22,23. För att denna metod framgångsrikt ska kunna visa allelopatisk hämning måste preparatet som avskärmats uppvisa rotallelopatisk aktivitet eftersom systemet riktar sig till kemikalier som är leasade genom jordmediet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Finansiering för detta projekt tillhandahölls av Special Research Initiative Grant sponsras av Mississippi jordbruks-och skogsbruk Experiment Station och bygger på arbete som stöds av National Institute of Food and Agriculture, US Department of Jordbruk, Hatch-projekt under anslutningsnummer 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