可重复的阶梯步骤测定，以访问杂草水稻的过敏性潜力（Oryza sativa ssp.）

Summary

在种植系统中，过敏病已显示出作为一种有用的补充杂草控制策略的希望。为了确定所需植物标本的均感电位，提供了阶梯式筛选方法。

Abstract

杂草竞争大大加剧了全球种植系统的产量损失。许多杂草物种对持续施用除草剂的抗药性演变，对额外的管理方法提出了需求。过敏病是一些植物物种拥有的生理过程，它使植物比其邻居具有优势。过敏性作物品种将具备抑制周围竞争对手生长的能力，从而减少杂草干扰的潜在产量损失。本文重点研究在温室环境中对接收杂草物种（Echinochloa crus-galli）进行阶梯式测定的构建和操作，用于筛选供体物种（Oryza sativa）的均感电位。本文描述的结构是植物样品的支架，并纳入了用于积累和分配过敏性化学物质的时分浇水系统。植物根部生产的过敏液可以分别流经四个罐子，然后通过电动泵回收回顶部植物。这种筛选方法为供体工厂的过敏性化学品在没有任何资源竞争的情况下到达接收厂提供了一条途径，从而允许定量测量所选供体植物的过敏性电位。通过接收装置的高度降低，可以测量同源电位。该方法有效性的初步筛选数据表明，接收物种，谷仓草（E.crus-galli）的高度降低，因此，来自供体植物，杂草米（Oryza sativa）的过敏性残留物的存在。

Introduction

在过去的几十年里，过敏病是一种自然而复杂的现象，是许多植物科学家关注的焦点。自20世纪30年代以来，与作物的过敏机制有关的机制一直是许多研究的主题，当时莫利施观察到，植物通过生产和将化合物分泌到环境中对邻近植物有直接或间接的影响^1。过敏病是生产二次代谢物，对一些植物物种的生长和发芽有抑制作用。释放的同理性化合物有助于向供体植物提供竞争优势，向周围的环境添加植物毒素^2。许多因素导致同源性活动。它在有效性上是有选择性的，并且因品种、环境条件、生长阶段、压力、环境和营养供应而不同^3。

近年来，过敏病在研究中被强调为对持续和不断增长的杂草控制危机的可能补充。随着全球人口的增长，对可持续食品和纤维生产的需求增加了^4.杂草控制是农学家^5，6面临的生产面临的最大威胁之一。传统的杂草控制方法侧重于机械、化学和文化实践。除草剂的连续使用虽然有效、有用和高效，但以惊人的速度促进了抗杂草种群的进化^。基因工程和育种实践已被有效地利用，使作物比杂草具有竞争优势，通过设计它们能够承受其邻居无法生存的化学应用^。虽然有效，这些技术并不总是可持续的，有时造成交叉的关注^9。如果要^达到增加粮食产量的目标，就必须引入补充杂草管理做法。阿洛帕西表现出极好的前景，作为一个新的防御工具作物，以提高其质量，并超过他们的竞争对手^1，7。

过敏化学通常是次要产品，由于其生产受到环境因素的很大影响，与植物抑制相关的特定化合物可能难以识别^3。生产要素包括遗传学和二次代谢物的联合行动，可以协同作用^11，12。将过敏性活动与自然存在于作物-杂草相互作用中的竞争区分开来是具有挑战性的，因此，当对过敏症进行筛查时，必须有一套标准的结果，使检测符合有效和可重复性。下面是一套标准，根据 Olofsdter 等人概述的一组结论，说明过敏性结果，一种植物必须证明以一种模式抑制另一种植物;2） 以生物活性量释放到环境中的化学品必须由捐赠植物生产;3） 所生产的化学品必须运输到接收装置;4） 接收装置中必须存在一定的接收机制;6） 观察到的抑制模式不得有其他排他性解释（例如，资源竞争）¹²。

为了克服对支持过敏症和品种发育的机制缺乏了解之间的障碍，可以确定和选择与全病性品种相关的型型特征，供进一步研究和使用。一些已知具有过敏症品质的植物有黑麦、高梁、大米、向日葵、油菜籽和小麦^13。在早期观察作物的过敏病时，由于田间实验中杂草生长的显著边界，有人提出化学品是参与的，而不是对资源的竞争^。然而，大多数研究都是实地实验，使得不可能消除竞争作为一个因素^14。在实验室和温室实验中，消除竞争的努力让位于实验室和温室实验，以证明和量化水稻和其他作物的过敏性活动。田间和温室方法筛选植物的过敏症表明，在两种生长条件^11，15中都存在所有前型倾向。一些批评家认为，实验室筛查可能只具有有限的价值，由于缺乏自然条件，这可能会影响结果^15。

建议的筛选植物内过敏潜力的方法，提供了足够的资源和空间，并消除了资源竞争与使用楼梯级结构^11，17。该方法是从以前的实验中修改和修改的，这些实验探索了草草和大麦^17、18的过敏病。这些研究发现，类似的系统能够产生准确的结果，对目标植物的过敏潜力，同时消除任何怀疑，认为观测可以归因于自然竞争。阶梯式方法可创建循环系统，其中来自储液罐的营养液可以通过几个步骤循环到孵化盘。然后，电动泵将溶液与生产^的任何过敏性化学品一起回收。这样的方法在时间、空间和资源上都是有效的。它还为工厂提供了类似的现场条件，并消除了任何资源竞争。用于筛选的方法和工具很容易操作，以适应所需的研究目标、条件和特定物种。本研究的目的是通过使用楼梯步法对谷仓草进行高度抑制测量，确认杂草水稻的过敏性。

Protocol

1. 支架施工 注： 木材的测量值列为厚度 （cm） x 宽度 （cm） x 长度 （m）。 将木材切成适当的尺寸和数量如下：5个10.16厘米 x 5.08厘米 x 0.91米木件，3个10.16厘米x5.08厘米x0.76米木片，三个10.16厘米x5.08厘米x0.61米木片，5件10.16厘米x5.08厘米x0.46米木制品，三件 10.16 厘米 x 5.08 厘米 x 0.3 米木件，三件 10.16 厘米 x 5.08 厘米 x 0.15 米木制品。 对于最高等级，在边缘两端的…

Representative Results

使用这种方法对9种杂草水稻加入（B2、S33、B83、S97、S94、B81、B88、B84、B14）和5个栽培水稻系（PI338046、雷克斯、朗多、PI312777、CL163）进行了两次初步筛选。杂草水稻加入和水稻系是根据他们在Shrestha（2018）18进行的先前过敏性筛查中的表现而选择的。杂草的水稻种子是从阿肯色州各地收集的。选择的水稻系是在美国常见的种植线，一些已知表示过敏活动（例如，Rondo PI312777），?…

Discussion

利用过敏病可能作为一种生物控制杂草，很难管理^{1，7，13。}过敏病已显示出巨大的潜力，作为一个可能的解决方案，在水稻的杂草危机，并作为替代或补充化学品和人工杂草控制做法^{5，13，19。}确定所有病种或作物品种的加入是将这一技术纳入杂草管理战?…

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