Un protocole de Rhizobox optimisé pour visualiser la croissance racinaire et la réceptivité aux nutriments localisées
Summary
Visualisation et en mesurant la croissance racinaire in situ sont extrêmement difficile. Nous présentons une méthode de rhizobox personnalisable pour suivre le développement racinaire et prolifération au fil du temps en réponse à l’enrichissement en éléments nutritifs. Cette méthode est utilisée pour analyser les différences génotypiques maïs dans la plasticité de la racine en réponse à une source d’azote organique.
Abstract
Racines sont notoirement difficiles à étudier. Le sol est une barrière à la fois visuelle et mécanique, rend difficile de suivre les racines in situ sans récolte destructrice ou des équipements coûteux. Nous présentons une méthode de rhizobox personnalisable et abordable qui permet la visualisation non destructive de la croissance des racines au fil du temps et est particulièrement bien adapté à l’étude de plasticité de la racine en réponse à des plaques de ressources localisé. La méthode a été validée par l’évaluation de la variation génotypique maïs dans les réponses de la plasticité aux patches contenant des résidus de légumineuses marqué N 15. Méthodes sont décrites pour obtenir des mesures de développement représentant au fil du temps, mesurer la densité de longueur des racines dans des parcelles contenant des ressources et de contrôle, calculer le taux de croissance des racines et déterminer 15N récupération par les racines et les pousses. Avantages, mises en garde et le potentiel de futures applications de la méthode sont également discutées. Bien qu’il faut pour s’assurer que des conditions expérimentales ne pas biaiser les données sur la croissance racinaire, le protocole de rhizobox présenté ici donne des résultats fiables si réalisée avec suffisamment d’attention aux détails.
Introduction
Bien que souvent négligée par rapport à leurs homologues hors sol, les racines jouent un rôle essentiel dans l’acquisition de nutriments végétaux. Étant donné le coût de carbone importante de racine construction et d’entretien, les plantes ont évolué des mécanismes pour développer des racines seulement où se nourrir vaut l’investissement. Système racinaire peut ainsi efficacement et de manière dynamique mine patches de ressource de proliférer dans les hotspots, cytoprotectrices taux de captation et de nutriments rapidement translocation vers le phloème pour autre transport1. Les réponses de plasticité peuvent varier considérablement entre les plantes espèces ou génotypes2,3 et selon la forme chimique des nutriments impliqués4,5. Variation de la plasticité de la racine devrait être explorée davantage, comme compréhension réponses des racines complexes de ressources en sols hétérogènes pourraient informer reproducteurs et des stratégies de gestion pour accroître l’efficacité de l’utilisation des éléments nutritifs dans l’agriculture.
Malgré sa nécessité et sa pertinence pour les systèmes d’usine de compréhension, visualiser et quantifier la plasticité de la racine à des échelles pertinentes posent des défis techniques. Excavation de la Couronne de la racine dans le sol (« shovelomics »6) est une méthode commune, mais les racines fines exploitent petits pores entre les agrégats du sol, et excavation conduit inévitablement à un certain degré de perte de ces racines fragiles. En outre, récolte destructive rend impossible de suivre les changements dans un système racinaire au fil du temps. In situ des méthodes d’imagerie telles que la tomographie aux rayons x calculée permettent une visualisation directe des racines et des ressources en sols à haute résolution spatiale7, mais sont coûteux et nécessitent des équipements spécialisés. Hydroponiques expériences éviter les contraintes liées à l’extraction des racines dans le sol, mais architecture et la morphologie racinaire diffèrent en milieu aqueux par rapport aux contraintes mécaniques et de la complexité biophysique des sols8,9. Enfin, les fonctions et les processus de la rhizosphère ne peuvent être intégrées avec la plasticité développementale dans ces milieux artificiels.
Nous présentons un protocole pour la construction et l’utilisation de rhizoboxes (récipients rectangulaires étroits, clear-face) comme une méthode économique et personnalisable pour caractériser la croissance des racines dans le sol au fil du temps. Châssis spécialement conçu pour encouragent les racines à se développer préférentiellement contre le panneau arrière en raison de gravitropisme, augmentant la précision des mesures de longueur de racine. Rhizoboxes sont couramment utilisés pour étudier la croissance des racines et la rhizosphère des interactions10,11,12, mais la méthode présentée ici vous offre un avantage dans la simplicité grâce à sa conception du seul compartiment et peu coûteux matériaux et vise à étudier les réponses des racines aux nutriments localisées. Toutefois, la méthode pourrait être également adaptée pour étudier une gamme d’autres processus racine et rhizosphère tels que la concurrence intra/interspecies, distribution spatiale des composés chimiques, microbes ou de l’activité enzymatique. Ici, nous étudions les différences génotypiques parmi les hybrides de maïs en réponse à des plaques de 15N-étiqueté légumineuse résidus et point culminant résultats représentatifs pour valider la méthode de rhizobox.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les rhizoboxes décrits dans le présent protocole peut être utilisé pour répondre à des questions variées en science de racine et de la rhizosphère et ont trouvé divers utilise ailleurs10,20,21,22,23 , 24 , 25. d’autres chercheurs ont capté des images Time-lapse de rhizoboxes<sup …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs aimerait remercier des évaluateurs anonymes pour leurs commentaires, ainsi que J.C. Cahill et Tan Bao d’orientation initiale sur l’élaboration du protocole de rhizobox. A été financé par la Fondation pour l’alimentation et l’Agriculture Research, le US Department of Agriculture (USDA) National Institute of Food and Agriculture, Agricultural Experiment Station projet CA-D-PLS-2332-H, à A.G. et par le Department of Plant de UC Davis Sciences grâce à une bourse de 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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