Herhaalbare Trap-stap Assay toegang tot de Allelopathische potentieel van weedy rice(Oryza sativa ssp.)

Summary

Allelopathie heeft aangetoond belofte als een nuttige aanvullende onkruidbestrijding strategie in bijsnijden systemen. Om het allelopathische potentieel van een gewenst plantmonster te bepalen, wordt een trapstapscreeningsmethode geboden.

Abstract

Wietconcurrentie draagt wereldwijd aanzienlijk bij aan het verlies van teeltsystemen. De evolutie van resistentie bij veel onkruidsoorten tegen continu toegepaste herbiciden heeft de noodzaak van extra beheersmethoden gepresenteerd. Allelopathie is een fysiologisch proces dat sommige plantensoorten bezitten die de plant een voordeel bieden ten opzichte van zijn buren. Allelopathische gewasrassen zouden worden uitgerust met de mogelijkheid om de groei van omliggende concurrenten te onderdrukken, waardoor het potentiële opbrengstverlies als gevolg van onkruidinterferentie wordt verminderd. Dit document richt zich op de bouw en werking van een trap-stap test gebruikt voor de screening van de allelopathische potentieel van een donorsoort (Oryza sativa) tegen een ontvanger onkruidsoort (Echinochloa crus-galli) in een kas omgeving. De in dit document beschreven structuur dient als een standaard voor de plantenmonsters en bevat een getimed watersysteem voor de accumulatie en distributie van allelochemicaliën. Allelochemicaliën die door de wortels van de plant worden geproduceerd, mogen door een reeks van vier potten afzonderlijk naar beneden stromen in een inzameltank en via elektrische pompen terugvloeien naar de topfabriek. Deze screeningsmethode biedt een weg voor allelochemicaliën van de donorinstallatie om ontvangerfabrieken te bereiken zonder enige concurrentie van de visbestanden, waardoor kwantitatieve meting van het allelopathische potentieel van de geselecteerde donorinstallatie mogelijk is. Het allelopathische potentieel is meetbaar door de hoogtereductie van de ontvangerplanten. Voorlopige screeninggegevens voor de effectiviteit van deze methode toonden hoogtevermindering aan bij de ontvangersoorten, barnyardgrass (E. crus-galli), en dus de aanwezigheid van allelopathische residuen van de donorplant, onkruidrijst (Oryza sativa).

Introduction

Allelopathie is een natuurlijk en complex fenomeen dat de afgelopen decennia de focus van veel plantenwetenschappers is geweest. De mechanismen met betrekking tot allelopathie voor gebruik in gewassen zijn het onderwerp van veel onderzoek sinds de jaren 1930, toen Molisch constateerde dat een plant een direct of indirect effect heeft op een naburige plant door de productie en afscheiding van chemische verbindingen in het milieu¹. Allelopathie is de productie van secundaire metabolieten die remmende effecten hebben op de groei en kieming van sommige plantensoorten. Vrijgekomen allopathische chemische verbindingen helpen de donorplanten een concurrentievoordeel te bieden door fytotoxinen toe te voegen aan het milieu om hen heen². Veel factoren dragen bij aan de allelopathische activiteit. Het is selectief in zijn doeltreffendheid en varieert tussen variëteiten, milieuomstandigheden, groeifase, stress, milieu en beschikbaarheid van voedingsstoffen³.

In de afgelopen jaren is allelopathie in het onderzoek benadrukt als een mogelijke aanvulling op de constante en groeiende onkruidbestrijdingscrisis. Met de groeiende wereldbevolking is de vraag naar duurzame voedsel- en vezelproductie met⁴toegenomen. Onkruidbestrijding is een van de grootste bedreigingen voor de productie waarmee agronomen worden geconfronteerd^5,6. Traditionele onkruidbestrijdingsmethoden richten zich op mechanische, chemische en culturele praktijken. Het continue gebruik van herbiciden, hoewel effectief, nuttig en efficiënt, heeft de evolutie van resistente onkruidpopulaties in een alarmerend snel tempo bevorderd⁷. Genetische manipulatie en fokpraktijken zijn effectief gebruikt om gewassen concurrentievoordelen te geven ten opzichte van onkruid door ze te ontwerpen om chemische toepassingen te weerstaan die hun buren niet kunnen overleven^7,8. Hoewel effectief, deze technologieën zijn niet altijd duurzaam en soms vormen outcrossing zorgen⁹. Aanvullende onkruidbestrijdingspraktijken moeten worden ingevoerd om het doel van het verhogen van de voedselproductie te bereiken¹⁰. Allelopathie toont uitstekende belofte als een nieuwe verdediging instrument voor gewassen om hun kwaliteit te verbeteren en overleven hun concurrenten^1,7.

Allelochemicaliën zijn vaak secundaire producten, en omdat hun productie sterk wordt beïnvloed door omgevingsfactoren, kunnen de specifieke verbindingen in verband met de onderdrukking van planten moeilijk te identificeren³zijn. Productiefactoren zijn onder meer genetica en het gemeenschappelijk optreden van secundaire metabolieten die synergetisch kunnen handelen^11,12. Het is een uitdaging om allelopathische activiteit te scheiden van de concurrentie die van nature bestaat binnen gewas-onkruid interacties, en als gevolg van deze, bij screening op allelopathie moet er een standaard set van resultaten die de test in aanmerking komen als geldig en herhaalbaar. Hieronder vindt u een reeks criteria die de bevindingen van allelopathie, zoals beschreven door Olofsdotter et al.¹² 1) Kwalificeert een plant moet aantonen onderdrukking van een andere plant in een patroon; 2) De chemische stoffen die in bioactieve hoeveelheden in het milieu vrijkomen, moeten door de donorinstallatie worden geproduceerd; 3) De geproduceerde chemische stoffen moeten naar de ontvangerinstallatie kunnen worden vervoerd; 4) In de verzamelinstallatie moet een ander gebruiksmechanisme aanwezig zijn; 6) Het waargenomen remmingspatroon mag geen andere exclusieve verklaring hebben (bv. concurrentie om middelen)¹².

In een poging om de barrière tussen het gebrek aan kennis van de mechanismen ter ondersteuning van allelopathie en rasontwikkeling te overwinnen, kunnen fenotypische eigenschappen in verband met allelopathische variëteiten worden geïdentificeerd en geselecteerd voor verder onderzoek en gebruik. Sommige planten waarvan bekend is dat allelopathische kwaliteiten zijn rogge, sorghum, rijst, zonnebloem, koolzaad, en tarwe¹³. Tijdens de eerste waarnemingen van allelopathie in gewassen, als gevolg van de onderscheiden grenzen van de groei van onkruid in veldexperimenten , werd voorgesteld om chemische stoffen te betrekken in plaats van concurrentie om hulpbronnen¹⁴. De meeste studies waren echter veldexperimenten die het onmogelijk maakten om de concurrentie als factor¹⁴uit te schakelen . De inspanningen van de concurrentieverwijdering maakten plaats voor laboratorium- en kasexperimenten in pogingen om allelopathische activiteit in rijst en andere gewassen te bewijzen en te kwantificeren. Veld- en kasmethoden om planten op allelopathie te screenen, tonen aan dat allelopathische tendensen aanwezig zijn in beide groeiomstandigheden^11,15. Sommige critici zijn van mening dat laboratoriumscreenings slechts beperkte waarde kunnen hebben vanwege het gebrek aan natuurlijke omstandigheden, wat de resultaten kan beïnvloeden¹⁵.

De voorgestelde methode voor de screening van allelopathisch potentieel in planten biedt voldoende middelen en ruimte en elimineert de concurrentie van hulpbronnen met het gebruik van een traptrapstructuur^11,17. De methode werd aangepast en aangepast van eerdere experimenten met het verkennen van allelopathie in gras gras en gerst^17,18. Uit deze studies bleek dat een soortgelijk systeem nauwkeurige resultaten kon opleveren over het allelopathische potentieel van een doelinstallatie, waarbij alle twijfels werden weggenomen dat de waarnemingen aan de natuurlijke concurrentie konden worden toegeschreven. De trap-stap methode creëert een bloedsomloop waar een voedingsoplossing van een reservoir kan cyclus door elke plant naar een incubatielade door middel van een paar stappen. Een elektrische pomp recyclet vervolgens de oplossing samen met allelochemicals geproduceerd¹⁸. Een methode als deze is efficiënt in zowel tijd, ruimte en resources. Het biedt ook vergelijkbare veldomstandigheden voor de planten en elimineert elke concurrentie van hulpbronnen. De methoden en tools die worden gebruikt voor screening zijn gemakkelijk te manipuleren om de gewenste studiedoelen, voorwaarden en specifieke soorten te passen. Het doel van deze studie is om onkruidrijst allelopathie te bevestigen door middel van hoogteonderdrukking metingen op barnyardgrass met het gebruik van de trap-stap methode.

Protocol

1. Stand Construction OPMERKING: Metingen voor het hout worden vermeld als dikte (cm) x breedte (cm) x lengte (m). Snijd hout in de juiste maten en bedragen als volgt: vijf 10,16 cm x 5,08 cm x 0,91 m houten stukken, drie 10,16 cm x 5,08 cm x 0,76 m houten stukken, drie 10,16 cm x 5,08 cm x 0,61 m houten stukken, vijf 10,16 cm x 5,08 cm x 0,46 m houten stukken , drie 10,16 cm x 5,08 cm x 0,3 m houten stukken, en drie 10,16 cm x 5,08 cm x 0,15 m houten stukken. Voor het hoog…

Representative Results

Twee voorbereidende screenings met behulp van deze methode werden uitgevoerd op negen onkruidrijst toetredingen (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) en vijf gecultiveerde rijstlijnen (PI338046, Rex, Rondo, PI312777, CL163). Op basis van hun prestaties in eerdere allelopathische screenings uitgevoerd door Shrestha (2018)18werden de toetredingen van wijnrijst en rijstlijnen geselecteerd. De onkruidrijstzaden werden verzameld van over de staat Arkansas. De geselecteerde rijstlijnen zijn vaak g…

Discussion

Het exploiteren van allelopathie kan mogelijk dienen als een biologische bestrijding van onkruid dat moeilijk te beheren is^1,7,13. Allelopathie heeft een groot potentieel als mogelijke oplossing voor de onkruidcrisis in rijst en dient als een alternatief of aanvulling op chemische stoffen en handmatige onkruidbestrijding praktijken^{5,13,19</su…}

Materials

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, .125 in id by .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 1.37qt 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 1000 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 Liter Soda Bottles – 6 Pack – For Science Experiment Use	Amazon, Seattle WA	UPC 192407667341	Top step tank discard lid