מדרגות לשחזור-שיטת הצעד כדי לגשת לפוטנציאל אללופתיה של אורז Weedy (Oryza sativa ssp.)

Summary

Allelopathy הראו הבטחה כאסטרטגיה משלימה שליטה בקרת עשבים במערכות חיתוך. כדי לקבוע את הפוטנציאל האללופתיה של הדגימה הרצויה של הצמח, שיטת ההקרנה בשלב המדרגה מסופקת.

Abstract

תחרות העשב תורמת באופן משמעותי להניב הפסדים במערכות חיתוך ברחבי העולם. האבולוציה של ההתנגדות במינים רבים עשב ליישם ברציפות קוטלי עשבים הציג את הצורך בשיטות ניהול נוספות. אלנופתיה היא תהליך פיזיולוגי שחלק ממינים הצמחיים מחזיקים בצמח המספק יתרון על פני שכנותיה. זנים אללופתיה היבול יהיה מצויד ביכולת לדכא את הצמיחה של המתחרים שמסביב, ובכך להפחית את אובדן התשואה פוטנציאלי עקב הפרעות עשב. מאמר זה מתמקד בבנייה ובתפעול של שיטת שלב המדרגה המשמשת להקרנת הפוטנציאל האללופתיה של מינים של תורמים (Oryza סאטיבה) נגד מינים של עשב (קוקפואולוקוא-גאלי) בסביבה של חממה. המבנה המתואר במאמר זה משמש כעמדה של דגימות הצמח ומשלבת מערכת השקיה מתוזמן להצטברות והפצה של allelochemicals. Allelochemicals המיוצרים על ידי שורשי הצמח מותר לזרום כלפי מטה דרך סדרה של ארבעה סירים בנפרד לתוך מיכל אוסף ממוחזר חזרה למפעל העליון באמצעות משאבות חשמל. שיטה זו של ההקרנה מספק שדרה עבור allelochemicals ממפעל התורמים להגיע צמחים מקלט ללא תחרות משאבים כלשהי, ובכך לאפשר מדידה כמותית של הפוטנציאל האללופתיה של המפעל הנבחר התורם. הפוטנציאל האללופתיה הוא מדיד באמצעות הפחתת גובה של צמחי המקלט. נתוני הסינון הראשוניים לאפקטיביות של שיטה זו הפגינו צמצום גובה במיני מקלט, בארמיטרים (E. crus-גאלי), ולכן הנוכחות של שאריות אללופתיה ממפעל התורמים, אורז חשישי (oryza סאטיבה).

Introduction

אללופתיה היא תופעה טבעית ומורכבת, שהייתה מוקד מדעני צמחים רבים בעשורים האחרונים. המנגנונים הנוגעים לאלופתיה לשימוש ביבולים הינם נושא של מחקר רב מאז שנות השלושים, כאשר מוליש הבחין כי לצמח יש השפעה ישירה או עקיפה על מפעל שכן באמצעות ייצור והפרשת תרכובות כימיות לסביבה¹. Allelopathy היא הייצור של מטבוליטים משני כי יש השפעות מעכבות על הצמיחה והנביטה של כמה מינים צמח. תרכובות כימיות שפורסמו לעזור לספק את צמחי התורם עם יתרון תחרותי על ידי הוספת פיטורעלים לסביבה סביבם². גורמים רבים תורמים לפעילות האללופתיה. זה סלקטיבי ביעילותו ומשתנה בין זנים, תנאים סביבתיים, שלב צמיחה, מתח, סביבה, זמינות מזינים³.

בשנים האחרונות הודגש אלנופתיה במחקר כתוסף אפשרי למשבר בקרת העשב המתמיד והצומח. עם האוכלוסייה הגלובלית הגוברת, הביקוש למזון בר קיימא וייצור סיבים גדל⁴. בקרת גראס הוא אחד האיומים הגדולים ביותר לייצור בפני אגרונומים^5,6. שיטות מסורתיות לבקרת עשבים מתמקדות בשיטות מכניות, כימיות ותרבותיות. השימוש המתמשך של קוטלי עשבים, בעוד יעיל, שימושי, ויעיל, קידם את האבולוציה של אוכלוסיות העשב עמידים בקצב מהר מדאיג⁷. הנדסה גנטית ושיטות רבייה שימשו ביעילות כדי להעניק יבולים היתרונות תחרותי מעל עשבים שוטים על ידי עיצוב אותם כדי לעמוד בפני יישומים כימיים כי השכנים שלהם לא יכול לשרוד^7,8. למרות יעיל, טכנולוגיות אלה אינן תמיד קיימא ולפעמים להציב חששות החוצה⁹. בשיטות ניהול חשיש משלימה צריך להיות הציג אם המטרה של ייצור מזון הגדלת היא להיות נפגשו¹⁰. Allelopathy מראה הבטחה מצוינת ככלי הגנה חדשה עבור יבולים כדי לשפר את איכותם ולהאריך את המתחרים שלהם^1,7.

Allelochemicals הם לעתים קרובות מוצרים משניים, ובגלל הייצור שלהם הוא מושפע מאוד על ידי גורמים סביבתיים, תרכובות ספציפיות הקשורות לדיכוי הצמח יכול להיות קשה לזהות³. גורמי ייצור כוללים גנטיקה ופעולה משותפת של מטבוליטים משניים שעשויים לפעול בסינגיסטי^11,12. היא מאתגרת להפריד בין פעילות אללופתיה מהתחרות שקיימת באופן טבעי בתחום האינטראקציות של העשבים, ובגלל זה, כאשר ההקרנה עבור אלנופתיה חייבת להיות קבוצה סטנדרטית של תוצאות המצריכות את האפשרות לתקן את הקיום כחוקי וניתן לשחזור. להלן מערכת קריטריונים המצריכה ממצאים של אלנופתיה כפי שמתואר על ידי הלוופדוטר ואח ‘.¹² 1) מפעל אחד חייב להפגין דיכוי של צמח אחר בתבנית; 2) הכימיקלים המשוחררים לסביבה בסכומים ביו-אקטיביים חייבים להיות מיוצרים על ידי מפעל התורמים; 3) הכימיקלים המיוצרים חייבים להיות הניתנים להעברה למפעל המקלט; 4) מנגנון ספיגה כלשהו חייב להיות נוכח במפעל המקלט; 6) התבנית של העיכוב שנצפתה אינה חייבת להיות הסבר בלעדי אחר (למשל, תחרות על משאבים)¹².

במאמץ להתגבר על המכשול בין חוסר הידע של המנגנונים התומכים באללופתיה ופיתוח מגוון, מאפיינים פנוטיתיים הקשורים לזנים אללופתיה יכולים להיות מזוהים ונבחרים לצורך מחקר ושימוש נוסף. צמחים מסוימים הידועים שיש להם איכויות אללופתיה הם שיפון, דורה, אורז, חמנית, לפתית, ו חיטה¹³. במהלך תצפיות מוקדמות של אלנופתיה בגידולים, בשל גבולות מכובדים של צמיחת עשב בניסויים בשטח, הוצע כי כימיקלים היו מעורבים ולא תחרות עבור משאבים¹⁴. עם זאת, רוב המחקרים היו ניסויים בשטח שגרמו לכך שאי אפשר היה לחסל את התחרות כגורם¹⁴. מאמצי חיסול התחרות העניקו דרך לניסויים במעבדה ובחממה בניסיונות להוכיח ולכמת פעילות אללופתיה באורז וביבולים אחרים. שדה ושיטות החממה כדי להקרין צמחים עבור אלנופתיה להפגין כי נטיות אללופתיה קיימים בשני התנאים גדל^11,15. חלק מהמבקרים מאמינים כי הקרנות מעבדה יכולות להחזיק רק ערך מוגבל עקב חוסר תנאים טבעיים, אשר עשויים להשפיע על התוצאות¹⁵.

השיטה המוצעת להקרנה אללופתיה הפוטנציאל בצמחים מספק משאבים ומרחב נאותה ומבטלת את תחרות המשאבים עם השימוש במבנה צעד מדרגות^11,17. השיטה הותאמה והשתנתה מניסויים קודמים בחקר אלפתיה בטורפגראס ושעורה^17,18. מחקרים אלה מצאו כי מערכת דומה היתה מסוגלת לייצר תוצאות מדויקות על הפוטנציאל האללופתיה של מפעל היעד תוך הסרת כל הספקות כי התצפיות ניתן לייחס תחרות טבעית. השיטה שלב המדרגה יוצר מערכת הדם שבה פתרון תזונתי ממאגר יכול לעבור דרך כל צמח למגש דגירה דרך כמה צעדים. משאבה חשמלית מכן ממחזר את הפתרון יחד עם כל allelochemicals המיוצרים¹⁸. שיטה כגון זו יעילה בזמן, ברווח ובמשאבים. כמו כן, הוא מספק תנאי שדה דומים לצמחים ומבטל כל תחרות משאבים. השיטות והכלים המשמשים להקרנה מניפולציות בקלות כדי להתאים למטרות המחקר הרצויות, התנאים והמינים הספציפיים. מטרת מחקר זה היא לאשר את האלופתיה אורז הדגנים באמצעות מדידות לדיכוי גובה על בארמיטר עם שימוש בשיטת המדרגה.

Protocol

1. עמידה בבנייה הערה: מדידות העץ מפורטות בעובי x (m) רוחב x אינץ ‘ (ז). גזור עץ לתוך גדלים מתאימים וכמויות כדלקמן: חמישה 10.16 ס”מ x 5.08 ס”מ x 0.91 m חתיכות עץ, שלושה 10.16 ס מ x 5.08 ס”מ x 0.76 m חתיכות עץ, שלושה 10.16 ס”מ x 5.08 ס”מ x 0.61 m חתיכות עץ, 5 10.16 ס”מ x 5.08 ס”מ x 0.46 m חתיכות עץ , שלושה 10.16 ס”מ x 5.08 ס”מ x 0.3 m ?…

Representative Results

שתי הקרנות ראשוניות המשתמשות בשיטה זו נערכו על תשע התסדרות אורז (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) וחמישה קווי אורז מעובדים (PI338046, רקס, רונדו, PI312777, CL163). שורות אורז וקווי אורז נבחרו על בסיס הביצועים שלהם בהקרנות אללופתיה קודמות שנערכו על ידי Shrestha (2018)18. זרעי האורז והעשב נאספו. מרחבי המדינה…

Discussion

ניצול אלנופתיה עשוי לשמש כשליטה ביולוגית לעשבים שקשה לנהל באופן מסוכן^1,7,13. אללופתיה הראתה פוטנציאל גדול כפתרון אפשרי למשבר העשב באורז ומשמשת כחלופה או תוספת לכימיקלים ולנוהלי בקרת גראס^5,13,1…

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