Repeterbar Trappe-trin Assay at få adgang til allelopathic potentiale Weedy Rice(Oryza sativa ssp.)

Summary

Allelopathy har vist lovende som en nyttig supplerende ukrudtsbekæmpelse strategi i beskæring systemer. For at bestemme det allelopatiske potentiale i en ønsket planteprøve er der en trappetrinsscreeningsmetode.

Abstract

Ukrudtskonkurrence bidrager væsentligt til at give tab i dyrkningssystemer på verdensplan. Udviklingen af resistens hos mange ukrudtsarter til kontinuerligt anvendte herbicider har vist behovet for yderligere forvaltningsmetoder. Allelopathy er en fysiologisk proces, at nogle plantearter besidder, der giver planten med en fordel i forhold til sine naboer. Allelopatiske afgrødesorter ville være udstyret med evnen til at undertrykke væksten i de omkringliggende konkurrenter, hvilket reducerer potentielle udbyttetab på grund af ukrudtsinterferens. Dette papir fokuserer på opførelse og drift af en trappe-trin assay, der anvendes til screening af det alleopatiske potentiale af en donor art(Oryza sativa) mod en modtager ukrudtarter(Echinochloa crus-galli)i et drivhus indstilling. Den struktur, der er beskrevet i dette papir, fungerer som en stand for planteprøverne og indeholder et tidssvarende vandingssystem til akkumulering og distribution af allelochemicals. Allelochemicals produceret af planten rødder får lov til at flyde nedad gennem en serie på fire potter separat i en opsamlingstank og genbruges tilbage til toppen anlægget gennem elektriske pumper. Denne screeningsmetode giver allelochemicals fra donoranlægget mulighed for at nå modtageranlæg uden nogen ressourcekonkurrence, hvilket muliggør kvantitativ måling af det udvalgte donoranlægs eneopatiske potentiale. Det allelopatiske potentiale kan måles gennem højdereduktionen af modtagerplanterne. Foreløbige screeningsdata for effektiviteten af denne metode viste højdereduktion i modtagerarterne, barnyardgrass (E. crus-galli),og dermed tilstedeværelsen af allelopatiske restkoncentrationer fra donorplanten, ukrudtsris (Oryza sativa).

Introduction

Allelopathy er et naturligt og komplekst fænomen, der har været i fokus for mange planteforskere i de seneste årtier. Mekanismerne vedrørende allelopathy til brug i afgrøder har været genstand for megen forskning siden 1930’erne, da Molisch bemærkede, at en plante har en direkte eller indirekte virkning på en nabofabrik gennem produktion og udskiller af kemiske forbindelser i miljøet¹. Allelopathy er produktionen af sekundære metabolitter, der har hæmmende virkninger på væksten og spiringen af visse plantearter. Frigivet allopatiske kemiske forbindelser bidrage til at give donorplanterne en konkurrencemæssig fordel ved at tilføje fytotoksiner til miljøet omkring dem². Mange faktorer bidrager til den allelopatiske aktivitet. Det er selektiv i sin effektivitet og varierer mellem sorter, miljøforhold, vækstfase, stress, miljø og næringsstof tilgængelighed³.

I de senere år er allelopathi blevet fremhævet i forskning som et muligt supplement til den konstante og voksende ukrudtsbekæmpelsekrise. Med den voksende globale befolkning, er efterspørgslen efter bæredygtig fødevare-og fiberproduktion steget⁴. Ukrudtsbekæmpelse er en af de største trusler mod produktionen , som agronomer^5,6, står over for . Traditionelle ukrudtsbekæmpelsesmetoder fokuserer på mekaniske, kemiske og kulturelle praksisser. Den fortsatte brug af herbicider, mens effektiv, nyttig og effektiv, har fremmet udviklingen af resistente ukrudtspopulationer i et alarmerende hurtigt tempo⁷. Genteknologi og avlsmetoder er blevet anvendt effektivt til at give afgrøder konkurrencefordele i forhold til ukrudt ved at designe dem til at modstå kemiske anvendelser, at deres naboer ikke kan overleve^7,8. Selv om disse teknologier er effektive, er de ikke altid bæredygtige og giver undertiden overgår bekymringer⁹. Der skal indføres supplerende formerforatiel ukrudtsforvaltningspraksis , hvis målet om at øge fødevareproduktionen skal nås¹⁰. Allelopathy viser fremragende løfte som et nyt forsvarsværktøj for afgrøder til at forbedre deres kvalitet og overleve deres konkurrenter^1,7.

Allelochemicals er ofte sekundære produkter, og fordi deres produktion er stærkt påvirket af miljømæssige faktorer, kan de specifikke forbindelser forbundet med planteundertrykkelse være vanskelige at identificere³. Produktionsfaktorerne omfatter genetik og den fælles indsats fra sekundære metabolitter , der kan handle synergistisk^11,12. Det er en udfordring at adskille allelopathic aktivitet fra konkurrencen, der naturligt eksisterer inden for afgrøde-ukrudt interaktioner, og på grund af dette, når screening for allelopathy skal der være et standard sæt af resultater, der kvalificerer analysen som gyldig og repeterbar. Nedenfor er et sæt kriterier, der kvalificerer resultaterne af allelopathy som skitseret af Olofsdotter et al.¹² 1) En plante skal påvise undertrykkelse af en anden plante i et mønster; 2) De kemikalier, der udledes i miljøet i bioaktive mængder, skal produceres af donoranlægget. 3) De fremstillede kemikalier skal kunne transporteres til modtageranlægget. 4) En eller anden mekanisme af optagelse skal være til stede i modtageren anlægget; 6) Det observerede hæmningsmønster må ikke have nogen anden eksklusiv forklaring (f.eks. konkurrence om ressourcer)¹².

I et forsøg på at overvinde barrieren mellem den manglende viden om de mekanismer, der understøtter allelopathy og sort udvikling, fænotypiske træk forbundet med allelopatiske sorter kan identificeres og udvælges til yderligere forskning og brug. Nogle planter kendt for at have allelopathic kvaliteter er rug, sorghum, ris, solsikke, rapsfrø, og hvede¹³. Under de tidlige observationer af allelopati i afgrøder på grund af fornemme grænser for ukrudtsvækst i feltforsøg blev det foreslået, at kemikalier var involveret snarere end konkurrence om ressourcer¹⁴. De fleste undersøgelser var imidlertid feltforsøg, der gjorde det umuligt at eliminere konkurrencen som faktor¹⁴. Konkurrence afskaffelse indsats gav plads til lab og drivhus eksperimenter i forsøg på at bevise og kvantificere allelopatiske aktivitet i ris og andre afgrøder. Mark – og drivhusmetoder til at screene planter for allelopathi viser , at der er allelopatiske tendenser i begge vækstbetingelser^11,15. Nogle kritikere mener, at laboratoriescreeninger kun kan have begrænset værdi på grund af manglen på naturlige forhold, som kan påvirke resultaterne¹⁵.

Den foreslåede metode til screening af allelopathic potentiale i planter giver tilstrækkelige ressourcer og plads og eliminerer ressourcekonkurrence med brug af en trappe-trin struktur^11,17. Metoden blev tilpasset og ændret fra tidligere eksperimenter udforske allelopathy i græsgræs og byg^17,18. Disse undersøgelser viste, at et lignende system var i stand til at give nøjagtige resultater på et målanlægs alleopatiske potentiale, samtidig med at enhver tvivl om, hvorvidt observationerne kunne tilskrives naturlig konkurrence, fjernes. Trappetrinsmetoden skaber et kredsløbssystem, hvor en næringsstofopløsning fra et reservoir kan cykle gennem hver plante til en inkubationsbakke gennem et par trin. En elektrisk pumpe genbruger derefter opløsningen sammen med alle allekemikalier produceret¹⁸. En metode som denne er effektiv i både tid, rum og ressourcer. Det giver også lignende felt betingelser for planterne og eliminerer enhver ressource konkurrence. De metoder og værktøjer, der anvendes til screening er let manipuleres til at passe de ønskede undersøgelse mål, betingelser, og specifikke arter. Formålet med denne undersøgelse er at bekræfte weedy ris allelopathy gennem højde undertrykkelse målinger på barnyardgrass med brug af trappe-trin metode.

Protocol

1. Stand Konstruktion BEMÆRK: Målinger for træet er opført som tykkelse (cm) x bredde (cm) x længde (m). Skær træ i passende størrelser og mængder som følger: fem 10,16 cm x 5,08 cm x 0,91 m træstykker, tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,76 m træstykker, tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,61 m træstykker, fem 10,16 cm x 5,08 cm x 0,46 m træstykker , tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,3 m træstykker og tre 10,16 cm x 5,08 cm x 0,15 m træstykker. For det højeste niveau, stå en 2,44…

Representative Results

To indledende screeninger ved hjælp af denne metode blev udført på ni weedy ris tiltrædelser (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) og fem dyrkede ris linjer (PI338046, Rex, Rondo, PI312777, CL163). Weedy ris tiltrædelser og ris linjer blev udvalgt på grundlag af deres resultater i tidligere allelopatiske screeninger foretaget af Shrestha (2018)18. De weedy risfrø blev indsamlet fra hele staten Arkansas. De valgte rislinjer er almindeligt dyrkede linjer i USA, nogle kendt for at udtryk…

Discussion

Udnyttelse af allelopathi kan potentielt tjene som en biologisk kontrol for ukrudt , der er vanskelige at forvalte^1,7,13. Allelopathy har vist et stort potentiale som en mulig løsning på ukrudtskrisen i ris og fungerer som et alternativ eller supplement til kemikalier og manuel ukrudtsbekæmpelsespraksis^5,13,19. Identifikation af alle…

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