Eine optimierte Rhizobox-Protokoll zum Wurzelwachstum und Reaktionsfähigkeit auf lokalisierte Nährstoffe zu visualisieren
Summary
Visualisieren und Wurzel Wachstum in Situ Messung ist extrem schwierig. Wir präsentieren Ihnen eine anpassbare Rhizobox Methode um WURZELENTWICKLUNG und Verbreitung im Laufe der Zeit als Reaktion auf Nährstoffanreicherung zu verfolgen. Diese Methode wird verwendet, um Mais genotypischen Unterschiede in der Wurzel Plastizität als Reaktion auf eine organische Stickstoff-Quelle zu analysieren.
Abstract
Wurzeln sind notorisch schwierig zu studieren. Boden ist eine visuelle und mechanische Barriere, so dass es schwierig zu verfolgen Wurzeln in Situ ohne zerstörerische Ernte oder teure Ausrüstung. Wir präsentieren Ihnen eine anpassbare und erschwingliche Rhizobox Methode, die ermöglicht die zerstörungsfreie Visualisierung des Wurzelwachstums im Laufe der Zeit und ist besonders gut geeignet zum Studium Wurzel Plastizität als Reaktion auf lokalisierte Ressource Patches. Die Methode wurde durch die Bewertung Mais genotypischen Variation in Plastizität Antworten zu Patches, enthält 15N beschriftet Hülsenfrucht Rückstände überprüft. Methoden werden beschrieben erhalten repräsentative Entwicklungsstörungen Messungen im Laufe der Zeit, Wurzel Länge Dichte in Ressource-haltigen und Kontrolle-Patches zu messen, berechnen Wurzel Wachstumsraten und 15N Einziehung durch Pflanzenwurzeln und Triebe zu bestimmen. Vorteile, Einschränkungen und mögliche zukünftige Anwendungen der Methode werden ebenfalls behandelt. Obwohl darauf geachtet werden muss, um sicherzustellen, dass die Versuchsbedingungen Stamm Wachstum Daten nicht beeinflussen, ergibt das Rhizobox Protokoll hier vorgestellten zuverlässige Ergebnisse wenn genügend Aufmerksamkeit zum Detail durchgeführt.
Introduction
Obwohl oft übersehen im Vergleich zu ihren oberirdischen Pendants, Wurzeln spielen eine wichtige Rolle im Werk Nährstoff Erwerb. Angesichts der erheblichen CO2-Kosten von Wurzel-Bau und Unterhalt, haben Pflanzen Mechanismen entwickelt, um die Wurzeln nur wo Nahrungssuche die Investition Wert ist. Wurzel-Systeme können so effizient und dynamisch Ressource Patches abbauen von proliferierenden in Hotspots, heraufregulierende Raten von Aufnahme und schnell translocating Nährstoffe, das Phloem für weiteren Transport1. Plastizität Antworten können variieren zwischen Werk Arten oder Genotypen2,3 und abhängig von der chemischen Form der Nährstoff mit4,5. Variation in Wurzel Plastizität sollte darüber hinaus als Verständnis für komplexe Wurzel Antworten auf heterogenen Bodenressourcen Zucht und Managementstrategien zur Effizienzsteigerung der Nährstoff Verwendung in der Landwirtschaft informieren könnte untersucht werden.
Trotz seiner Notwendigkeit und Relevanz für Verständnis Anlagensysteme bietet Visualisierung und Quantifizierung von Wurzel Plastizität bei relevanten Skalen technische Herausforderungen. Ausgraben der Wurzel-Krone aus dem Boden (“Shovelomics”6) ist eine gängige Methode, aber feine Wurzeln nutzen kleine Poren zwischen Bodenaggregate und Ausgrabung führt unweigerlich zu einem gewissen Grad der Verlust dieser fragilen Wurzeln. Des weiteren macht zerstörerischen Ernte es unmöglich, Veränderungen in einem Root-System im Laufe der Zeit zu folgen. In Situ bildgebende Verfahren wie berechnet Röntgentomographie ermöglichen direkten Visualisierung der Wurzeln und Bodenressourcen bei hoher räumlicher Auflösung7, aber sind teuer und erfordern speziellen Ausrüstung. Hydroponische Experimente vermeiden Sie Abhängigkeiten verbunden mit Wurzeln aus dem Boden zu extrahieren, aber Wurzel Morphologie und Architektur unterscheiden sich in wässrigen Medien im Vergleich zu mechanischen Einschränkungen und biophysikalischen Komplexität der Böden8,9. Schließlich können nicht mit Entwicklungsstörungen Plastizität in diesen künstlichen Medien Rhizosphäre Prozesse und Funktionen integriert werden.
Wir präsentieren Ihnen ein Protokoll für den Bau und die Verwendung von Rhizoboxes (schmal, Clear-seitig rechteckigen Behälter) als eine kostengünstige, anpassbare Methode Wurzelwachstum im Boden im Laufe der Zeit zu charakterisieren. Speziell gestaltete Rahmen fördern Wurzeln wachsen bevorzugt gegen die Rückwand durch Gravitropismus, Steigerung der Genauigkeit der Wurzel Längenmessungen. Rhizoboxes sind häufig verwendet, um das Wurzelwachstum und Rhizosphäre Interaktionen10,11,12zu studieren, aber die hier vorgestellte Methode bietet einen Vorteil in der Einfachheit mit seinem Einkammer-Design und preiswerte Materialien, und dient zur Wurzel Antworten auf lokalisierte Nährstoffe zu studieren. Die Methode könnte jedoch auch an eine Reihe von anderen Wurzel und Rhizosphäre Prozesse wie Intra/speziesübergreifenden Wettbewerb, räumliche Verteilung von chemischen Verbindungen, Mikroben oder Enzym-Aktivität zu studieren. Hier untersuchen wir genotypischen Unterschiede zwischen Maishybride als Reaktion auf Flecken von 15N beschriftet Hülsenfrucht Rückstände und Highlight repräsentative Ergebnisse, die Rhizobox-Methode zu validieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die in diesem Protokoll beschriebenen Rhizoboxes kann verwendet werden, für vielfältige Fragen in der Wurzel und Rhizosphäre Wissenschaft, und haben festgestellt, dass diverse anderswo verwendet10,20,21,22,23 , 24 , 25. andere Forscher haben erfasst Zeitraffer Bilder von Rhizoboxes<sup cl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren möchten anonyme Gutachter für ihr Feedback, sowie j.c. Cahill und Tan Bao für erste Orientierung auf die Entwicklung des Rhizobox-Protokolls zu bestätigen. Finanzierung wurde von der Stiftung für Nahrung und Landwirtschaft Forschung, das US Department of Agriculture (USDA) National Institute of Food and Agriculture, landwirtschaftliche Experiment-Station Projekt CA-D-PLS-2332-H, um A.G. und von der UC Davis Abteilung der Pflanze zur Verfügung gestellt Wissenschaften durch ein Stipendium um j.s.
Materials
| 1.27 cm diameter PVC pipe | JM Eagle | 530048 | 305 cm per box, cut into lengths as specified in the protocol |
| PVC side elbows | Lasco | 315498 | 2 per box |
| PVC 90-degree elbows | Charlotte | PVC 02300 0600 | 4 per box |
| PVC T joints | Charlotte | PVC 02402 0600 | 4 per box |
| Extruded acrylic panes | TAP Plastics | N/A | 2 per box, 0.64 cm thick x 40.5 cm wide x 61 cm long |
| HDPE spacers (sides) | TAP Plastics | N/A | 2 per box, 0.64 cm thick x 2.5 cm wide x 57 cm long |
| HDPE spacers (bottom) | TAP Plastics | N/A | 1 per box, 0.64 cm thick x 2.5 cm wide x 40.5 cm long |
| HDPE spacers (patch) | TAP Plastics | N/A | 2 per box, 0.64 cm thick x 3.8 cm wide x 28 cm long |
| Polyester batting | Fairfield | #A-X90 | 2.5 cm x 40.5 cm strip per box |
| 20-thread screws | N/A | N/A | 3.2 cm long, 0.64 cm diameter |
| Washers | N/A | N/A | 0.64 cm internal diameter |
| Hex nuts | N/A | N/A | sized to fit the screws |
| Light deprivation fabric | Americover, Inc. | Bold 8WB26.5 | 1 piece 95 cm wide and 69 cm long per box |
| Sand | Quikrete | No. 1113 | |
| Field soil | N/A | N/A | |
| Transparencies for tracing | FXN | FXNT1319100S | One per side of the box to be traced |
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