Un protocollo di Rhizobox ottimizzato per visualizzare la crescita delle radici e tempi di risposta alle sostanze nutrienti localizzate
Summary
Visualizzazione e misurazione radice crescita in situ è estremamente impegnativo. Presentiamo un metodo rhizobox personalizzabile per tracciare lo sviluppo delle radici e la proliferazione nel tempo in risposta all’arricchimento in nutrienti. Questo metodo viene utilizzato per analizzare le differenze genotipiche mais nella plasticità di radice in risposta a una fonte di azoto organico.
Abstract
Le radici sono notoriamente difficili da studiare. Il suolo è sia una barriera meccanica e visiva, rendendo difficile per tenere traccia le sue radici in situ senza raccolto distruttivo o attrezzature costose. Presentiamo un metodo rhizobox personalizzabile e accessibile che permette la visualizzazione non distruttiva della crescita delle radici nel tempo ed è particolarmente adatto allo studio della plasticità di radice in risposta alle patch di risorsa localizzata. Il metodo è stato convalidato da valutare mais variazione genotipica nelle risposte di plasticità per patch contenente 15N-labeled legume residuo. Metodi sono descritti per ottenere misurazioni rappresentative dello sviluppo nel corso del tempo, misurare la densità di lunghezza di radice in cerotti contenenti risorse e controllo, calcolare i tassi di crescita di radice e determinare 15N recupero di radici e germogli. Vantaggi, avvertenze e le potenzialità future applicazioni del metodo inoltre sono discussi. Anche se deve prestare attenzione a garantire che le condizioni sperimentali non bias dati di crescita di radice, il protocollo di rhizobox presentato qui produce risultati affidabili se effettuati con sufficiente attenzione al dettaglio.
Introduction
Anche se spesso trascurato rispetto alle loro controparti aboveground, radici svolgono un ruolo critico nell’acquisizione dei nutrienti vegetali. Dato il costo di carbonio sostanziale della radice costruzione e manutenzione, le piante hanno sviluppato meccanismi per sviluppare radici solo dove foraggiamento vale l’investimento. Sistemi della radice può così efficientemente e in modo dinamico miniera patch risorsa di proliferare negli hotspot, upregulating tassi di assorbimento e di sostanze nutritive rapidamente dispostamento per il floema per ulteriore trasporto1. Le risposte di plasticità possono variare ampiamente tra pianta specie o genotipi2,3 e a seconda della forma chimica dei nutrienti coinvolti4,5. Variazione nella plasticità di radice dovrebbe essere esplorato ulteriormente, come comprensione risposte radice complessa a risorse eterogenee del suolo potrebbero informare allevamento e strategie di gestione per aumentare l’efficienza di uso dei nutrienti in agricoltura.
Nonostante la sua necessità e pertinenza per impianti di comprensione, visualizzare e quantificare la plasticità di radice a rilevanti scale pone sfide tecniche. Scavo la corona di radice dal terreno (“shovelomics”6) è un metodo comune, ma radici fini sfruttano piccoli pori tra aggregati del suolo, e scavo porta inevitabilmente ad un certo grado di perdita di queste radici fragili. Inoltre, raccolto distruttivo rende impossibile seguire le modifiche in un unico sistema di radice nel corso del tempo. In situ metodi di imaging come la tomografia a raggi x computato consentono la visualizzazione diretta delle radici e delle risorse del suolo a elevata risoluzione spaziale7, ma sono costosi e richiedono attrezzature specializzate. Idroponici esperimenti evitare vincoli connessi con l’estrazione di radici dal terreno, ma architettura e morfologia della radice differiscono in mezzi acquosi rispetto i vincoli meccanici e biofisiche complessità di suoli8,9. Infine, funzioni e processi di rizosfera non possono essere integrate con plasticità inerente allo sviluppo in questi mezzi artificiali.
Vi presentiamo un protocollo per la costruzione e l’uso di rizobox (contenitori rettangolari strette, clear-parteggiato) come un metodo a basso costo, personalizzabile per caratterizzare la crescita delle radici nel terreno nel tempo. Telai appositamente progettati incoraggiano radici di crescere preferenzialmente contro il pannello posteriore dovuto gravitropismo, aumentando la precisione delle misurazioni di lunghezza della radice. Rizobox sono comunemente usati per studiare la crescita delle radici e rizosfera interazioni10,11,12, ma il metodo qui presentato offre un vantaggio nella semplicità con il suo design unico-vano e poco costoso materiali ed è progettato per lo studio delle risposte di radice ai nutrienti localizzate. Tuttavia, il metodo potrebbe anche essere adattato per studiare una gamma di altri processi di radice e rizosfera come concorrenza intra/interspecie, distribuzione spaziale dei composti chimici, microbi o attività dell’enzima. Qui, studiamo le differenze genotipiche tra ibridi di mais in risposta alle patch di 15N-labeled legume residuo ed evidenziare risultati rappresentativi per convalidare il metodo di rhizobox.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il rizobox descritto in questo protocollo può essere utilizzato per rispondere alle varie domande in radice e rizosfera scienza e hanno trovato diversi usi altrove10,20,21,22,23 , 24 , 25. altri ricercatori hanno catturato immagini time-lapse del rizobox21,</sup…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori si desidera ringraziare anonimi utenti per loro feedback, così come J.C. Cahill e Tan Bao per primo orientamento sullo sviluppo del protocollo rhizobox. Finanziamento è stato fornito dalla Fondazione per l’alimentazione e l’agricoltura ricerca, l’Istituto nazionale di noi dipartimento dell’agricoltura (USDA) di alimentazione e l’agricoltura, Agricultural Experiment Station progetto CA-D-PLS-2332-H, a.g. e dall’UC Davis dipartimento di impianto Scienze attraverso una borsa di 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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