Ensaio repetível de escadaria para acessar o potencial allelopático de Arroz Weedy (Oryza sativa ssp.)

Summary

A allelopathy mostrou-se promissora como uma estratégia útil de controle de ervas suplementais em sistemas de cultivo. Para determinar o potencial aelopático de um espécime de planta desejado, um método de triagem de escadas é fornecido.

Abstract

A concorrência de maconha contribui significativamente para gerar perdas nos sistemas de cultivo em todo o mundo. A evolução da resistência em muitas espécies de ervas daninhas a herbicidas continuamente aplicadas tem apresentado a necessidade de métodos adicionais de manejo. A alopatia é um processo fisiológico que algumas espécies de plantas possuem que proporcionam à planta uma vantagem sobre seus vizinhos. As variedades de culturas allelopáticas seriam equipadas com a capacidade de suprimir o crescimento dos concorrentes circundantes, reduzindo assim a perda potencial de rendimento devido à interferência de maconha. Este artigo foca na construção e operação de um ensaio de escada usado para a triagem do potencial aelopático de uma espécie doadora(Oryza sativa) contra uma espécie de semente receptora(Echinochloa crus-galli) em um ambiente de estufa. A estrutura descrita neste artigo serve como suporte para as amostras da planta e incorpora um sistema de rega cronometrado para o acúmulo e distribuição de aeloquímicos. Os allelochemicals produzidos pelas raízes da planta podem fluir para baixo através de uma série de quatro potes separadamente em um tanque de coleta e reciclados de volta para a planta superior através de bombas elétricas. Este método de triagem fornece uma avenida para os aeloquímicos da planta doador atingirem plantas receptoras sem qualquer concorrência de recursos, permitindo assim a medição quantitativa do potencial alopático da planta de doadores selecionada. O potencial alopático é mensurável através da redução de altura das plantas receptoras. Dados preliminares de triagem para a eficácia desse método demonstraram redução de altura nas espécies receptoras, barnyardgrass(E. crus-galli),e assim a presença de resíduos alopatopáticos da planta doadora, arroz de capina(Oryza sativa).

Introduction

A alopatia é um fenômeno natural e complexo que tem sido o foco de muitos cientistas vegetais nas últimas décadas. Os mecanismos relativos à alopatia para uso em culturas têm sido objeto de muita pesquisa desde a década de 1930, quando Molisch observou que uma planta tem um efeito direto ou indireto em uma planta vizinha através da produção e secreção de compostos químicos no ambiente¹. A alopatia é a produção de metabólitos secundários que têm efeitos inibitórios sobre o crescimento e germinação de algumas espécies vegetais. Compostos químicos aopáticos liberados ajudam a fornecer às plantas doadoras uma vantagem competitiva adicionando fitotoxinas ao ambiente ao seu redor². Muitos fatores contribuem para a atividade allelopática. É seletivo em sua eficácia e varia entre variedades, condições ambientais, estágio de crescimento, estresse, ambiente e disponibilidade de nutrientes³.

Nos últimos anos, a aelopatia tem sido destacada na pesquisa como um possível complemento à constante e crescente crise de controle de ervas ervas. Com a crescente população global, a demanda por alimentos e produção sustentável de alimentos e fibras aumentou⁴. O controle de weed é uma das maiores ameaças à produção enfrentada pelos agrônomos^5,6. Os métodos tradicionais de controle de sementes de sementes se concentram em práticas mecânicas, químicas e culturais. O uso contínuo de herbicidas, embora eficaz, útil e eficiente, promoveu a evolução de populações resistentes de ervas daninhas a um ritmo alarmantemente rápido⁷. As práticas de engenharia genética e reprodução têm sido usadas efetivamente para dar às culturas vantagens competitivas sobre as maconhas, projetando-as para resistir a aplicações químicas que seus vizinhos não podem sobreviver^{a 7,8}. Embora eficazes, essas tecnologias nem sempre são sustentáveis e às vezes representam preocupações de ultrapassação⁹. Práticas de gestão suplementar de ervas ervas devem ser introduzidas se o objetivo de aumentar a produção de alimentos for cumprido^{em 10}. A alopatia mostra excelente promessa como uma nova ferramenta de defesa para as culturas melhorarem sua qualidade e sobreviverem aos seus concorrentes^1,7.

Os allelochemicals são frequentemente produtos secundários, e como sua produção é altamente influenciada por fatores ambientais, os compostos específicos associados à supressão vegetal podem ser difíceis de identificar³. Os fatores de produção incluem genética e a ação conjunta de metabólitos secundários que podem agir sinergicamente^11,12. É desafiador separar a atividade aloopática da competição que naturalmente existe dentro das interações de colheita- weed, e devido a isso, quando a triagem para a alopatia deve haver um conjunto padrão de resultados que qualificam o ensaio como válido e repetitivo. Abaixo está um conjunto de critérios que qualifica os achados da alopatia, conforme descrito pelo Olofsdotter et al.¹² 1) Uma planta deve demonstrar supressão de outra planta em um padrão; 2) Os produtos químicos liberados no ambiente em quantidades bioativas devem ser produzidos pela planta doadora; 3) Os produtos químicos produzidos devem ser transportados para a planta receptora; 4) Algum mecanismo de captação deve estar presente na planta receptora; 6) O padrão de inibição observado não deve ter outra explicação exclusiva (por exemplo, concorrência por recursos)¹².

Em um esforço para superar a barreira entre o desconhecimento dos mecanismos que apoiam a alopatia e o desenvolvimento de variedades, traços fenotipicos associados a variedades allelopáticas podem ser identificados e selecionados para mais pesquisas e usos. Algumas plantas conhecidas por terem qualidades allelopáticas são centeio, sorgo, arroz, girassol, colza e trigo¹³. Durante as primeiras observações da alopatia nas culturas, devido às distintas fronteiras do crescimento de maconha em experimentos de campo, foi proposto que os produtos químicos estavam envolvidos em vez de a concorrência por recursos¹⁴. No entanto, a maioria dos estudos foram experimentos de campo que impossibilitaram a eliminação da concorrência como fator¹⁴. Os esforços de eliminação da concorrência deram lugar a experimentos de laboratório e estufa em tentativas de provar e quantificar a atividade aloopática no arroz e em outras culturas. Métodos de campo e estufa para triagem de plantas para alopatia demonstram que tendências allelopáticas estão presentes em ambas as condições de crescimento^11,15. Alguns críticos acreditam que as triagens laboratoriais só podem ter valor limitado devido à falta de condições naturais, o que pode afetar os resultados¹⁵.

O método proposto para triagem do potencial alopático nas plantas fornece recursos e espaço adequados e elimina a concorrência de recursos com o uso de uma estrutura de escada^11,17. O método foi adaptado e modificado a partir de experimentos anteriores explorando aalopatia em grama e cevada^17,18. Esses estudos descobriram que um sistema semelhante foi capaz de produzir resultados precisos sobre o potencial alopático de uma planta-alvo, removendo quaisquer dúvidas de que as observações poderiam ser atribuídas à concorrência natural. O método escada-passo cria um sistema circulatório onde uma solução de nutrientes de um reservatório pode pedalar através de cada planta até uma bandeja de incubação através de alguns passos. Uma bomba elétrica então recicla a solução junto com qualquer allelochemicals produzido¹⁸. Um método como este é eficiente tanto no tempo, no espaço quanto nos recursos. Também fornece condições de campo semelhantes para as plantas e elimina qualquer concorrência de recursos. Os métodos e ferramentas utilizados para a triagem são facilmente manipulados para se adequar às metas de estudo desejadas, condições e espécies específicas. O objetivo deste estudo é confirmar a aelopatia do arroz de erva-de-erva através de medidas de supressão de altura na grama do celeiro com o uso do método escada-passo.

Protocol

1. Stand Construction NOTA: As medidas para a madeira são listadas como espessura (cm) x largura (cm) x comprimento (m). Corte a madeira em tamanhos e quantidades apropriados da seguinte forma: cinco 10,16 cm x 5,08 cm x 0,91 m peças de madeira, três 10,16 cm x 5,08 cm x 0,76 m peças de madeira, três peças de madeira de 10,16 cm x 5,08 cm x 0,61 m, cinco 10,16 cm x 5,08 cm x 0,46 m peças de madeira , três peças de madeira de 10,16 cm x 5,08 cm x 0,3 m, e três peças de made…

Representative Results

Duas triagens preliminares utilizando este método foram realizadas em nove adesões de arroz de ervas (B2, S33, B83, S97, S94, B81, B8, B34, B14) e cinco linhas de arroz cultivadas (PI338046, Rex, Rondo, PI3127777, CL163). As adesões de arroz de weedy e as linhas de arroz foram selecionadas com base em seu desempenho em exibições aelopáticas anteriores conduzidas por Shrestha (2018)18. As sementes de arroz de maconha foram coletadas de todo o estado do Arkansas. As linhas de arroz selecionada…

Discussion

Explorar a alopatia pode potencialmente servir como um controle biológico para as massas que são difíceis de gerenciar^1,7,13. A alelopatia tem mostrado grande potencial como possível solução para a crise da ervas no arroz e serve como alternativa ou suplemento a produtos químicos e práticas manuais de controle de ervas ervas amítadas^5,13,<sup class="x…

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