회전 된 코어를 사용 하 여 일반적인 Mycorrhizal 네트워크를 통해 상호 작용 식물의 조사

Summary

가능성이 커뮤니티 내에서 대부분의 식물은 arbuscular 균 류 (오전) mycorrhizal, 연결 되어 있지만 식물 상호 작용 그들에 의해의 중재 없이 mycorrhizas 대와 식물 성장에 의해 주로 조사 되었습니다. 우리는 공장 상호 작용에 대 한 그들의 결과 조사 하는 mycorrhizal 식물 중 일반적인 mycorrhizal 네트워크를 조작 하는 방법을 제시.

Abstract

Arbuscular (오전) mycorrhizal 균 류 식물 무기물 양분 통풍 관 및 성장에 영향을 미칠, 따라서, 그들은 식물 상호 작용에 영향을 미칠 가능성이 있다. 그들의 영향의 힘은 영양소 고갈 영역 넘어 확산 extraradical 사체 발견 궁극적으로 일반적인 mycorrhizal 네트워크 (CMN) 내에서 개인을 상호 연결 하는 뿌리 근처. 그러나, 대부분 실험에는 mycorrhizal 균 류, 메서드를 명시적으로 해결할 CMNs의 역할을 하지 않고 대와 식물 성장 식물 상호 작용에서 오전 버섯의 역할을 조사 있다. 여기, 우리 CMNs 식물 상호 작용에 있는 그들의 역할을 조사 하기 위해 조작 하는 방법을 제안 합니다. 우리의 방법은 원뿔 바닥 나일론 메쉬 또는 소수 성 소재 슬롯된 구멍, ¹⁵N 비료 및 양분 가난한 중간 모래와 수정 된 컨테이너를 사용 합니다. CMNs 하나 남아 그대로 개인 사이 상호 작용, 컨테이너의 회전에 의해 절단 또는 단단한 방 벽에 의해 형성에서 방지. 우리의 연구 결과 컨테이너 회전 CMNs 고 CMNs 걸쳐 식물 상호 작용에 미치는 영향을 방지 하기에 충분 한는 것이 좋습니다. 우리의 접근 방식은 이미 설립된 CMNs 및 다양 한 혜택을 제공할 수 있습니다 오전 버섯 제품군의 사용에 묘 등 자연의 측면을 모방 하기 때문에 유리 하다. 우리의 실험은 식물 모 종 단계에서 조사 하 고, 비록 CMNs 걸쳐 식물 상호 작용 생태계에서 CMNs의 기능에 대 한 생물 학적 질문 조사에 적용 될 수 있는 우리의 접근을 사용 하 여 검색할 수 있습니다.

Introduction

Mycorrhizal (오전) Arbuscular 균 460 백만 년 전 땅의 식민에 식물 도움¹ 오늘, 그들은 대부분 식물², 성장을 위한 중요 한 미네랄 영양소 들을 제공 유비 쿼터 스 symbionts. 오전 버섯의 얇은, 실 같은 균 뿌리, 자주 발생 하 고 이웃 “일반적인 mycorrhizal 네트워크”에서 식물의 루트 시스템을 정착 근처 영양소 고갈 영역 넘어 미네랄 영양소에 대 한 마 초 (CMN). 곰 팡이 germlings 조인 설립 네트워크³또는 융합 때 균 오전 때 일반적인 mycorrhizal 네트워크도 형성할 수 있습니다 (anastomose) conspecific 균^4,5,,67. 토양에 이러한 extraradical 균의 범위는 거 대 한, 대초원 그리고 목초지 토양⁸ 평온한 초원^{9에서에서 111 m·cm-3 에 대 한 스트레칭에서 총 토양 미생물 바이오 매스의 20% ~ 30%를 구성 하는 extraradical 균} .

일반적인 mycorrhizal 네트워크 상호 인접 식물^10,11,,1213중 미네랄 영양소 파티션. 식물을 받을 수 있습니다 그들의 인의 80% 및 25%의 탄소에 곰 팡이를 고정 하는 그들의 합계의 20%까지 제공 하면서 오전 버섯에서 질소 요구 사항 그들의¹⁴를 반환. 최근 생체 외에서 루트 기관 문화 일 CMNs 우선적으로 대부분 탄소¹²의 버섯^11,제공 하는 호스트 뿌리와 미네랄 영양소를 교환 하는 발견 했다. 또한, 오전 버섯의 종이 다 수 있습니다 그들의 품질에 교환 하는 다른 사람 보다 더 적은 탄소에 대 한 더 많은 인 일부 균 류와 공생 파트너로¹⁵. 루트 기관 문화는 그들은 신중 하 게 통제 환경 및 hyphal 상호를 직접 관찰 하는 능력을 제시 하기 때문에 오전 공생을 공부에 대 한 유익한 모델, photosynthesizing 촬영에 영향을 미치는 포함 되지 않습니다. 광합성, 증발, 일주 변경 등 중요 한 생리 적 프로세스, 뿐만 아니라 창설 탄소와 미네랄 영양소 싱크.

실제로, 묘 가장 가능성이 이미 설립된 CMNs 활용할 것입니다. 그러나 최근까지,, 과학자는만 조사 식물 영양에 오전 버섯의 영향 오전 곰 팡이의 단일 종으로 종종 오전 버섯 없이 식물을 성장 하 여. 이 작업 arbuscular mycorrhizas의 우리의 이해에 대단히 유익 하고있다, 비록이 방법은 CMNs 상호 호스트 식물 사이 상호 작용에 있을 수 있습니다 잠재적으로 중요 한 역할을 간과. 특히, 식물 성장 위한 오전 곰 팡이에 매우 의존 하 작용 최소한 오전 버섯^16,17, 오전 균 중재 상호 작용 기준선에 대 한 ‘컨트롤’로 사용 될 때의 우리의 해석 가능 하 게 혼동 없이 참조입니다.

우리는 공장 상호 작용 및 인구 구조 CMNs의 역할의 조사에 대 한 회전 코어 접근을 제안합니다. 우리의 접근 방식은 전체 식물 조인 설정 CMNs 및 모든 식물 오전 버섯을 재배 하기 때문에 오전 공생 자연에서의 구성 요소를 모방 합니다. 루트 상호 작용을 제거 하 여 우리의 방법론은 특별히 CMNs 내의 미네랄 영양소 운동을 추적 하는 동안 오전 곰 팡이 의해 중재 상호 작용에 집중 한다. 사용 회전된 코어 필드와 온실에서 오전 현실적으로 기능을 이해 하는 이전 작업을 바탕으로 우리의 접근 합니다.

회전된 코어 메서드는 extraradical 균^18,,1920,21, 조작 하는 방법으로 문학에 설립 되었습니다 그리고 그것에 그것의 목적에 따라 여러 reincarnations 했다 지난 2 년간. 처음에, 메쉬 가방 또는 균의 성장을 허용 하는 장벽을 루트 무료 구획 토양^22,23arbuscular mycorrhizal 균의 양을 계량을 제공 하는 데 사용 했다. 다음, 경직 된 수도 관 또는 플라스틱 튜브 균만 하지 뿌리, 나일론 메쉬 꿰 뚫을 수에 적용 하는 슬롯에 토양의 원통형 코어 개발 되었다. 이들은 쉽게 extraradical 사체^18,,2425방해 회전할 수 있습니다. 회전된 코어 식물, 사이 배치 했다 그리고 토양¹⁸, ¹³C 용 extraradical 사체²⁴, 또는 인 통풍 관 식물 무료 코어에서의 그램 당 토양 hyphal 길이 정량된¹⁸를 했다. 이러한 코어의 또 다른 사용 오전 곰 팡이 살 균 또는 살 균 제, 둘 다 유기 토양에 간접 영향을 미칠의 응용 프로그램을 자주 hyphal 중단을 통해 뿌리의 식민지를 필드에 그 안에 식물을 성장 하는 물질과 다른 미생물¹⁸

Hyphal 메쉬 방 벽 접근 영양소 분할 조사 CMNs, 걸쳐 하지만 직사각형 microcosms 보다 회전된 코어와 상호 작용을 식물에 사용 되었습니다. Walder 외.²⁶ 탄소 교환 CMNs 오전 버섯 Rhizophagus의의 동위 원소를 사용 하 여 미네랄 영양소를 추적 하 여 눔 usitatissimum (아마)와 당 밀 색 (사탕수수) 간의 상호 작용을 조사 irregularis 또는 Funneliformis mosseae²⁶. 구분 하 여 그들의 연구 구성 식물 구획에 microcosms 메쉬 hyphal 격실 mycorrhizal 균에만 액세스할 수 장벽과 방사성 및 안정 동위 원소를 포함 레이블이 hyphal 격실. 컨트롤 연구는 mycorrhizal 균 류 없이 치료를 사용합니다. 노래 외.²⁷ 그 식물 신호 때 한 식물 곰 팡이 병원 균에 의해 감염 되었다 F. mosseae 의 설립된 CMNs 가운데만 실시 될 수를 찾으려고 비슷한 접근 방식을 사용. 또한, 마찬가지로 Walder 외.²⁶,²⁸ 구분 하 여 개별 구획에 식물을 성장 하는 Merrild 외. 메시를 큰 쿠쿠미스 CMNs 여 연결할 지속의 총칭 lycopersicum (토마토) 묘의 플랜트 성능 조사 sativus (오이) 식물 풍부한 탄소 소스를 나타내는. 그들은 또한 CMNs²⁸severing 대신 mycorrhizal 균 류 없이 치료에 사용. 두 번째, 관련 실험에서 탄소 인 exchange에 대 한 메쉬 가방 ³²P. Microcosms hyphal 메쉬 장벽으로 표시를 사용 하 여 시험 되었다 및 치료로 severing CMN Janos 외.²⁹, 경쟁력 조사에 의해 사용 되었다 사바나 나무 종 유 칼 리 나무 tetrodonta 의 묘와 비 숲 나무, Litsea glutinosa의 이식 간의 상호작용 그 연구, Janos 외.²⁹ 해제 묘 몇 센티미터, 슬라이딩 hyphal 상호²⁹를 서로 대 한 메시의 레이어를 포함 하는 구획.

회전 된 핵심 방법의 진화의 마지막 단계 냄비 또는 microcosms^20,30는 코어 안에 식물을 성장 하고있다. Wyss³⁰ 기증자 또는 ‘간호사’ 오전 주 식물, Tamarindus indica, ectomycorrhizal의 방법 extraradical 균 사체에서 퍼지면서 extraradical 오전 사체가 Pinus elliottii 묘를 식민지 수 경우 확인 하려면 회전된 코어 사용 버섯 모 종 성능 영향. 대형 상업 관 경종 컨테이너 (자료 테이블) microcosms 어느 단단한 플라스틱 (CMNs) 또는 이룰 되었고 소수 성 막으로 덮여. 관통형된 경종 컨테이너 중 하지 회전된 (그대로 CMNs) 또는 설립된 CMNs 회전 코어 크기 Babikova 외²⁰ belowground 얼 중 CMNs 통해 신호 조사에 사용한 다른 메쉬 배리어를 끊을 수 회전 faba (콩) 식물. 그들의 연구에서 30 cm 직경 mesocosms에서 중앙 기증자 식물 뿌리와 균 (방 벽) 또는 CMNs 40 μ m 메쉬를 통해 상호 했다. 메쉬 동봉 하는 코어의 회전을 통해 이웃 식물 상호 작용에서 중앙 식물 절단 했다 또는 CMNs 핵심을 둘러싸고 좋은 0.5 μ m 메쉬에 의해 방해 했다.

여기, 우리는 이전 회전 코어 접근 CMNs 안정 동위 원소 추적 함께 직접 식물 상호 작용에 영향을 검사의 측면을 결합 하는 방법 제시. 우리의 방법은 있는 관심의 중앙 식물 이웃 식물에 둘러싸여 ‘대상 공장’ 접근 방식을 사용 합니다. 식물을 이룰 나일론 실크 스크린 메쉬, 소수 성 막으로 덮여 회전 경종 컨테이너 안쪽에 성장 또는 단단한 플라스틱 비 수정. 일반적인 mycorrhizal 네트워크는 일주일에 한 번 절단 또는 그대로 유지 하 고 ¹⁵N 안정 동위 원소 추적 중앙 대상 공장 이웃 회전된 코어에서 질소의 움직임. 미네랄 영양소 및 안정 동위 원소 흡수와 식물 크기를 비교 하 여 우리는 식물 혜택 또는 호스트 식물 사이 상호 작용에서 CMNs에서 고통 받는 평가 합니다.

Protocol

1. 건설 및 회전 코어 (이후 라는 ‘컨테이너’; 상업 관 경종 컨테이너를 수정 자료의 테이블) 있기 위하여 48 cm 길이 구멍 x 폭 19 m m. 사용 하 여 구멍은 약 1 ㎝ 떨어져 다른 컨테이너 (12.1 c m 길이 x 2.5 cm 직경)의 측면에서 위의 두 구멍 잘라 19 m m 구멍 드릴 프레스 중앙, 파일럿의 트위스트 드릴 없이 보았다. 드릴 프레스에 울타리에 대 한 컨테이너를 누른 시추 하는 동안 장?…

Representative Results

CMNs 영양소 분할을 통해 플랜트 성능 영향을 미칠 수 어떻게 결정, 우리는 Andropogon gerardii Vitman, 6 동등 하 게 간격 둔된 이웃 및 손상, 절단, 대상 식물 실험에서 지배적인 대초원 잔디, 또는 아무 CMNs 성장 했다. 우리는 발견 severing CMNs 방지 또는 감소 목표의 지상 건조 무게 (그림 2), 그대로 CMNs 식물 성장을 승진 제안. 잘린된 CMNs와 방해 CMNs 식물…

Discussion

우리의 결과 우리의 회전된 핵심 방법은 크게 belowground 식물 상호 작용에서 CMNs의 역할에 집중할 수 있습니다 단언. 그러나 변경 하는 경우는 CMN 효과 감지 하는 능력에 영향을 미칠 가능성이 프로토콜,, 몇 가지 중요 한 단계가 있습니다. 양분 가난한 매체와 중간 지역 주변 컨테이너를 채우기 위해 중요 하다. 구아바 나무 묘 목과 우리의 실패, 회전 코어 대상 식물 실험에서 대상 성장, 이웃의 여?…

Materials

Commercial tubular seedlings container (called 'containers' in the manuscript)	Stuewe and Sons, Inc	Ray Leach Cone-tainer ™	RLC3U
Course glass beads	Industrial Supply, Inc.	12/20 sieve	Size #1
Course silica sand	Florida Silica Sand	6/20 50lb bags	None
Fine glass beads	Black Beauty	Black Beauty FINE Crushed Glass Abrasive (50 lbs)	BB-Glass-Fine
Hydrophobic membrane	Gore-tex	None	None
Large commercial tubular seedling containers	Stuewe and Sons, Inc.	Deepot ™	D16L
Medium silica sand	Florida Silica Sand	30/65 50 lb bags	None
Nylon mesh	Tube Lite Company, Inc.	Silk screen	LE7-380-34d PW YEL 60/62 SEFAR LE PECAP POLYESTER
Soil and foliar nutrient analysis facility	Kansas State University Soil Testing Lab	None	None
Stable isotope core facility	University of Miami	None	None