قابلة للتكرار درج خطوة اسياك للوصول إلى الإمكانات الأليباثية من الأرز Weedy(أوريزا sativa ssp.)
Summary
وقد أظهرت اللاولاباثي الوعد كاستراتيجية مفيدة تكميلية للسيطرة على النهازة في أنظمة المحاصيل. لتحديد الإمكانات الأليلوباثية لعينة النبات المطلوبة ، يتم توفير طريقة فحص درج الخطوة.
Abstract
وتساهم المنافسة في النُهُل إلى حد كبير في الخسائر في نظم زراعة المحاصيل في جميع أنحاء العالم. وقد أدى تطور المقاومة في العديد من أنواع الأعشاب الاعشانه إلى مبيدات الأعشاب التي يتم تطبيقها باستمرار إلى الحاجة إلى أساليب إدارة إضافية. اعتلال الليولاك هو عملية فسيولوجية تمتلكها بعض أنواع النباتات التي توفر للنبات ميزة على جيرانها. وسيتم تجهيز أصناف المحاصيل الأليلوباثية مع القدرة على قمع نمو المنافسين المحيطة بها، وبالتالي الحد من فقدان العائد المحتمل بسبب تدخل الضارة. تركز هذه الورقة على بناء وتشغيل فحص درج خطوة المستخدمة لفحص إمكانات أليلوباتيك من الأنواع المانحة(أوريزا ساتيفا)ضد الأنواع الضارة المتلقي(Echinochloa crus-galli)في بيئة الدفيئة. الهيكل الموصوف في هذه الورقة بمثابة موقف لعينات النبات ويتضمن نظام سقي في الوقت المناسب لتراكم وتوزيع المواد الكيميائية الليلو. يسمح للمواد الكيميائية التي تنتجها الليلو كيميائية التي تنتجها جذور النبات بالتدفق إلى الأسفل من خلال سلسلة من أربعة أواني منفصلة إلى خزان تجميع وإعادة تدويرها مرة أخرى إلى المصنع العلوي من خلال مضخات كهربائية. وتوفر طريقة الفرز هذه سبيلاً للمواد الكيميائية الليلوية من المصنع المانح للوصول إلى مصانع الاستقبال دون أي منافسة في الموارد، مما يسمح بالقياس الكمي للإمكانات الأليلوباثية للمصنع المانح المختار. إمكانية الأليلوباثي قابلة للقياس من خلال الحد من ارتفاع محطات الاستقبال. أظهرت بيانات الفحص الأولي لفعالية هذه الطريقة انخفاض الارتفاع في الأنواع المتلقية ، barnyardgrass(E. crus-galli)، وبالتالي وجود بقايا أليولاباثيك من النبات المانح ، الأرز الأعشاب الأعشاب(Oryza sativa).
Introduction
اعتلال الليولات هو ظاهرة طبيعية ومعقدة التي كانت محور اهتمام العديد من علماء النبات في العقود القليلة الماضية. كانت الآليات المتعلقة باعتلال الليولاب للاستخدام في المحاصيل موضوع الكثير من الأبحاث منذ ثلاثينيات القرن العشرين ، عندما لاحظ موليش أن النبات له تأثير مباشر أو غير مباشر على مصنع مجاور من خلال إنتاج وإفراز المركبات الكيميائية في البيئة1. اعتلال الليولاب هو إنتاج الأيض الثانوي الذي له آثار مثبطة على نمو وإنبات بعض الأنواع النباتية. المركبات الكيميائية allopathic الإفراج تساعد على تزويد النباتات المانحة مع ميزة تنافسية عن طريق إضافة السموم النباتية إلى البيئة من حولهم2. العديد من العوامل تساهم في نشاط الليولاباثيك. وهو انتقائي في فعاليته ويختلف بين الأصناف والظروف البيئية ومرحلة النمو والإجهاد والبيئة وتوافر المغذيات3.
في السنوات الأخيرة، تم تسليط الضوء على اعتلال الليولاب في البحوث كمكمل محتمل لأزمة السيطرة على القاضة المستمرة والمتنامية. مع تزايد عدد سكان العالم، زاد الطلب على الأغذية المستدامة وإنتاج الألياف4. مكافحة النمكافحة المنضدية هي واحدة من أكبر التهديدات للإنتاج التي يواجهها المهندسين الزراعيين5،6. تركز أساليب التحكم التقليدية في النُهُول على الممارسات الميكانيكية والكيميائية والثقافية. الاستخدام المستمر لمبيدات الأعشاب ، على الرغم من فعاليتها وفائدتها وكفاءتها ، عزز تطور مجموعات الأعشاب المقاومة بوتيرة سريعة بشكل مثير للقلق7. وقد استخدمت الهندسة الوراثية وممارسات التربية على نحو فعال لإعطاء المحاصيل مزايا تنافسية على الخضروات من خلال تصميمها لتحمل التطبيقات الكيميائية التي لا يمكن لجيرانهم البقاء على قيد الحياة7،8. وعلى الرغم من فعالية هذه التكنولوجيات، فهي ليست دائما ً مستدامة وتثير أحياناً شواغل تتجاوزالحدود 9. وينبغي الأخذ بممارسات تكميلية لإدارة النُهز إذا أريد تحقيق هدف زيادة إنتاج الأغذية10. Allelopathy يظهر وعدا ممتازا كأداة دفاعية جديدة للمحاصيل لتحسين جودتها ويعيشون أكثر من منافسيها1،7.
غالبًا ما تكون المواد الكيميائية الليلوكيميائية منتجات ثانوية ، ولأن إنتاجها يتأثر بشدة بالعوامل البيئية ، فإن المركبات المحددة المرتبطة بقمع النباتات يمكن أن يكون من الصعب تحديد3. وتشمل عوامل الإنتاج علم الوراثة والعمل المشترك للمستقلبات الثانوية التي قد تعمل بشكل تآزري11،12. من الصعب فصل نشاط الليولاباثيك عن المنافسة الموجودة بشكل طبيعي داخل تفاعلات الهيئة المتعددة المزارعين ، ونتيجة لذلك ، عند فحص اعتلال الليولاك يجب أن تكون هناك مجموعة قياسية من النتائج التي تؤهل الفحص على أنه صالح وقابل للتكرار. وفيما يلي مجموعة من المعايير التي تؤهل نتائج اعتلال الليولاك كما أوجزها أولوفسدوتر وآخرون12 1) يجب أن يثبت مصنع واحد قمع نبات آخر في نمط؛ 2) المواد الكيميائية التي يتم إطلاقها في البيئة بكميات نشطة بيولوجيا يجب أن تنتج من قبل مصنع المانحة؛ 3) يجب أن تكون المواد الكيميائية المنتجة قابلة للنقل إلى مصنع الاستقبال؛ 4) يجب أن تكون هناك آلية ما من الاستفادة في مصنع المتلقي؛ 6) يجب أن يكون لنمط تثبيط لوحظ أي تفسير حصري آخر (على سبيل المثال، التنافس على الموارد)12.
في محاولة للتغلب على الحاجز بين عدم معرفة الآليات الداعمة للاعتلال الليولابي وتنمية التنوع ، يمكن تحديد الصفات الفينوتيبيك المرتبطة بأصناف الأليولاباثي واختيارها لمزيد من البحث والاستخدام. بعض النباتات المعروفة لديها الصفات الليولاباثية هي الجاودار والذرة الرفيعة والأرز وعباد الشمس وبذور اللفت والقمح13. خلال الملاحظات المبكرة لاعتلال الليولاب في المحاصيل ، بسبب الحدود المتميزة لنمو الخضروات في التجارب الميدانية ، اقترح أن تشارك المواد الكيميائية بدلاً من التنافس على الموارد14. ومع ذلك ، كانت معظم الدراسات التجارب الميدانية التي جعلت من المستحيل القضاء على المنافسة كعامل14. وأفسحت جهود القضاء على المنافسة المجال أمام تجارب المختبرات والدفيئة في محاولات لإثبات النشاط الأليلوباثي في الأرز وغيره من المحاصيل وقياسه كمياً. ميداني ة وطرق الدفيئة لفحص النباتات لاعتلال الليولاك اتّسِب أنّ الميول الأليلوباثيّة موجودة في كلمن الظروف المتنامية11،15. يعتقد بعض النقاد أن الفحوصات المخبرية قد لا تحمل سوى قيمة محدودة بسبب عدم وجود ظروف طبيعية، مما قد يؤثر على النتائج15.
الطريقة المقترحة لفحص إمكانات الأليلوباثيك في النباتات يوفر الموارد الكافية والفضاء ويزيل المنافسة على الموارد مع استخدام هيكل درج الخطوة11،17. تم تكييف هذه الطريقة وتعديلها من التجارب السابقة استكشاف اعتلال الليولاب في turfgrass والشعير17،18. ووجدت هذه الدراسات أن نظاما مماثلا كان قادرا على تحقيق نتائج دقيقة بشأن الإمكانات الأليلوباثية للنبات المستهدف مع إزالة أي شكوك في أن الملاحظات يمكن أن تعزى إلى المنافسة الطبيعية. تخلق طريقة خطوة الدرج نظام الدورة الدموية حيث يمكن للمحلول الغذائي من الخزان أن يتنقل عبر كل مصنع إلى صينية حضانة من خلال بضع خطوات. مضخة كهربائية ثم يعيد تدوير الحل جنبا إلى جنب مع أي allelochemicals المنتجة18. طريقة مثل هذه فعالة في كل من الزمان والمكان والموارد. كما يوفر ظروف حقل مماثلة للمصانع ويلغي أي منافسة على الموارد. من السهل التلاعب بالأساليب والأدوات المستخدمة في الفحص لتناسب أهداف الدراسة والظروف والأنواع المحددة. الهدف من هذه الدراسة هو تأكيد اعتلال أليلوباثي الأرز الأعشاب من خلال قياسات قمع الارتفاع على حظيرة مع استخدام طريقة خطوة الدرج.
Protocol
Representative Results
Discussion
استغلال اعتلال الليولاب قد تكون بمثابة عنصر مراقبة بيولوجية للالضارة التي يصعب إدارتها1،7،13. وقد أظهرت الايلوباثي إمكانات كبيرة كحل ممكن لأزمة الضارة في الأرز وبمثابة بديل أو تكملة للمواد الكيميائية واليدوي ممارسات مكافحة الضارة<sup class="…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم توفير التمويل لهذا المشروع من قبل منحة مبادرة البحوث الخاصة التي ترعاها محطة التجارب الزراعية والحرجية في ولاية ميسيسيبي، وهي تستند إلى العمل الذي يدعمه المعهد الوطني للأغذية والزراعة، وزارة الولايات المتحدة الأمريكية الزراعة، مشروع هاتش تحت رقم الانضمام 230060.
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 |
References
- Weston, L. A. History and Current Trends in the Use of Allelopathy for Weed Management. HortTechnology. 15 (3), 529-534 (2005).
- Pratley, J. E. Allelopathy in annual grasses. Plant Protection Quarterly. 11, 213-214 (1996).
- 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).
- Stevenson, G. R. Pesticide Use and World Food Production: Risks and Benefits. Environmental Fate and Effects of Pesticides. American Chemical Society. , 261-270 (2003).
- 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).
- Jabran, K., Mahajan, G., Sardana, V., Chauhan, B. S. Allelopathy for weed control in agricultural systems. Crop Protection. 72, 57-65 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Jensen, L. B., et al. Locating Genes Controlling Allelopathic Effects against Barnyardgrass in Upland Rice. Agronomy Journal. 93 (1), 21-26 (2001).
- 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).
- 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).
- 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).
- Shrestha, S. . Evaluation of Herbicide Tolerance and Interference Potential among Weedy rice germplasm. , (2018).
- Kim, K. U., Shin, D. H., Olofsdotter, Rice allelopathy research in Korea. Allelopathy in Rice. IRRI. , (1998).
- Quasem, J. R., Hill, T. A. On difficulties with allelopathy. Weed Research. 29, 345-347 (1989).
- 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).
- 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).
- 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).
