החקירה של אינטראקציות צמח ברשתות Mycorrhizal נפוצות באמצעות ליבות מסובב

פטריות Arbuscular mycorrhizal (AM) סייע צמחים הקולוניזציה של קרקע 460 מיליון שנה¹ ועד היום, הם בכל מקום אנחנו חיים איתם בסמביוזה של רוב הצמחים², שסיפק להם חומרים מזינים מינרלים חיוניים לצמיחה. Hyphae דק, חוט כמו של פטריות AM לחפש חומרים מזינים מינרלים מעבר מאזורי המחסור התזונתי שורשים, לעתים קרובות נתקלים, להמדינות מערכות השורשים של השכנה צמחים “ברשת mycorrhizal משותף” (CMN). רשתות mycorrhizal נפוצים גם עלולה להיווצר כאשר הצירוף germlings פטרייתי הקים רשתות³, או כאשר אני hyphae נתיך (anastomose) עם conspecific hyphae^4,5,6,7. היקף אלה hyphae extraradical בקרקע הוא עצום, עם hyphae extraradical, המהווים 20% עד 30% של ביומסה מיקרוביאלית הכולל אדמה בערבה, מספוא קרקעות⁸ ואת המשתרעת על m·cm 111^-3 ב גראסלאנד ללא הפרעה⁹ .

רשתות mycorrhizal נפוצות למחיצות מזינים מינרלים בין מחוברים שכנות צמחים^10,11,12,13. צמחים עשוי לקבל עד 80% זרחן שלהם בשיעור של 25% מהדרישות שלהם חנקן מן ופטריות AM, תוך מתן עד 20% מכלל שלהם קבוע פחמן כדי הפטריות ב להחזיר¹⁴. שורש במבחנה איברים תרבות עבודה מצא כי CMNs מעדיפים להחליף חומרים מזינים מינרלי עם שורשים מארח המספקים פחמן רוב כדי פטריות^11,12. יתר על כן, מינים שונים של פטריות AM עשויים להיות שונים באיכות שלהם כשותפים סימביוטית, עם כמה פטריות החלפת יותר זרחן פחות פחמן יותר מאחרים¹⁵. למרות שורש איבר תרבויות מודלים מועיל לימוד סימביוזה AM מכיוון שהן מציגות בסביבות מבוקרות בקפידה ואת היכולת לצפות ישירות שהתחייב hyphal, הם אינם כוללים נצרי עובר פוטוסינטזה המשפיעים תהליכים פיזיולוגיים חשובים כגון פוטוסינתזה, דיות ושינויים תפקודים רבם נוספים, באותה מידה כמו קונסטיטוטיבי מזין פחמן ומינרל כיורים.

בטבע, שתילים סביר הקש לתוך CMNs כבר הוקמה. עד לאחרונה, עם זאת, מדענים רק בחנו את ההשפעה של פטריות AM על הזנת הצמח על ידי גידול צמחים עם או בלי פטריות AM, לעיתים קרובות עם זן אחד של פטריה AM. אמנם זה היה מאוד אינפורמטיבי להבנת arbuscular mycorrhizas, שיטה זו יש להתעלם את תפקיד שעשוי להיות קריטי CMNs שעשויה להיות באינטראקציה בין צמחים פונדקאים מחוברים. בפרט, צמחים הם תלויים במידה רבה AM פטריות לצמיחה אינטראקציה מינימלית ללא AM פטריות^16,17, אולי משתנה מתערב לפרשנות של AM פטריה בתיווך אינטראקציות כאשר הוא משמש “שולטת” על בסיס הפניה.

אנו מציעים גישה ליבות מסובב לחקירה התפקיד של CMNs בתוך אינטראקציות צמח ובהבנייתה האוכלוסייה. הגישה שלנו מחקה רכיבים של סימביוזה AM בטבע כי כל הצמחים הצירוף נוסדה ש-cmns, כל הצמחים גדלים עם פטריות AM. על-ידי הסרת הבסיס אינטראקציות, המתודולוגיה שלנו מתמקד במיוחד אינטראקציות מתווכת על ידי פטריות AM בזמן גם מעקב אחר תנועה מזין המינרלים בתוך CMNs. הגישה שלנו מתבסס על העבודות הקודמות ששימשה ליבות שסובבו הן בשדה והן בחממה להבין אני מתפקדת באופן מעשי.

שיטת הליבה שסובבו הוקם בספרות כשיטה לטיפול extraradical hyphae^18,19,20,21, עבר מספר גלגולים בהתאם למטרה. בעשרים השנים האחרונות. בתחילה, רשת שינוי שקיות או מחסומים ומאפשר בצמיחה של hyphae שימשו כדי לספק ללא שורש תאים כדי לכמת את כמות arbuscular hyphae mycorrhizal^22,אדמת²³. לאחר מכן, גלילי ליבות של אדמה בתוך צינורות מים נוקשה או פלסטיק צינורות עם חריצי מכוסה רשת ניילון נחדרת hyphae, אבל לא שורשים, פותחו. אלה יכול בקלות ניתן לסובב לשבש תפטיר extraradical^18,24,25. הליבות שסובבו הוצבו בין צמחים, אדמה אורכים hyphal לגרם של אדמת¹⁸, ¹³C פלקסים תפטיר extraradical²⁴, או ספיגת זרחן של ליבות ללא הצמח היו כימות¹⁸. שימוש אחר של ליבות כזה היה לגדל צמחים בתוך אותם בשדה כדי להפחית קולוניזציה של שורשים על ידי פטריות AM באמצעות שיבוש hyphal תכופים כחלופה עיקור או היישום של קוטלי פטריות, אשר שניהם יש השפעות עקיפות על קרקע אורגני עניין, חיידקים אחרים¹⁸.

הגישה מכשול רשת hyphal שימש לחקור למחיצות מזין ולשתול אינטראקציות על פני CMNs, אבל microcosms מלבני ולא עם ליבות מסובב. ולדר ואח²⁶ חקר אינטראקציות בין Linum usitatissimum (פלקס) bicolor דורה (סורגום) ע י איתור מזין מינרלים להחלפה פחמן באמצעות איזוטופים מעבר CMNs של כל אחד הפטריות AM Rhizophagus irregularis או Funneliformis mosseae²⁶. Microcosms בתאים צמחים שלהם המחקר כללה המופרדות על-ידי רשת מחסומים נגיש רק כדי mycorrhizal hyphae hyphal תאים, התאים hyphal שכותרתו שהכיל איזוטופים רדיואקטיביים ויציב. כפקדי, המחקר נעשה שימוש טיפולי ללא פטריות mycorrhizal. השיר et al.²⁷ להשתמש בגישה דומה כדי למצוא את הצמח הזה אותות יכולים להיות מועברים רק בין הוקמה CMNs של mosseae פ כאשר צמח אחד היה נגוע על ידי חיידקים ופטריות. בדומה לולדר ואח²⁶, Merrild et al.²⁸ גדל צמחים בתאים בודדים מופרדים באמצעות שיצבע לחקור צמח ביצועים של שתילים lycopersicum סולנום (עגבניות) מקושרת על-ידי CMNs גדול Cucumis sativus צמח (מלפפון) שייצג את מקור הפחמן בשפע. הם גם השתמשו טיפולים ללא פטריות mycorrhizal במקום ניתוק CMNs²⁸. בניסוי השני, קשורים, פחמן זרחן חילופי נבדקה באמצעות שקיות רשת המסומנת ³²עמ’ Microcosms רשת hyphal מחסומים ו CMN ניתוק כטיפול היו בשימוש על ידי יאנוש ואח²⁹, אשר חקר תחרותי אינטראקציות בין שתילים של עץ אקליפטוס tetrodonta הסוואנה השתלות של העץ יער הגשם, Litsea דביקה. באותו מחקר, יאנוש ואח²⁹ הרים תאים המכילים שתילים כמה סנטימטרים, הזזה שכבות של רשת אחד נגד השני לשבור שהתחייב hyphal²⁹.

השלב האחרון בהתפתחות השיטה הליבה שסובבו היה לגדל צמחים בתוך ליבות הנמצאים במרחק^20,של סירים או microcosms-³⁰. Wyss³⁰ פעם ליבות מסובבות כדי לברר אם תפטיר AM extraradical יכול ליישב שתילים אורן elliottii בזמן הפצת התורם או מצמח פונדקאי ‘אחות’ AM, Tamarindus indica, תפטיר איך extraradical של ectomycorrhizal פטריות השפעות שתיל ביצועים. גורמים מכילים שתיל צינורי מסחרי גדול (טבלה של חומרים) microcosms או פלסטיק מוצק (אין CMNs) או מחוררת, מכוסה קרום הידרופובי. שתיל המחורץ מכולות היו גם לא מסובב (CMNs תקין) או מסובב לנתק את ליבות CMNs. מסובב הוקמה עם מחסום רשת שונים הגדלים שימשו Babikova et al.²⁰ לחקור הוחזק איתות באמצעות CMNs בין בקיה faba צמחים (שעועית). במחקר שלהם, צמח התורם המרכזי ב- 30 ס מ קוטר mesocosms היה בינהם שורשים ו- hyphae (אין מכשול) או רק באמצעות CMNs הוקמה דרך רשת 40 μm. צמחים המרכזי היו ושראשיהם אינטראקציות עם צמחים שכנות באמצעות סיבוב של הליבות אידנו רשת, או CMNs היו למניעה על ידי רשת 0.5 μm קנס תוחמת את הליבה.

כאן, אנו מציגים שיטה המשלבת היבטים של גישות מוקדמת ליבות לסובב כדי לבחון את השפעת CMNs על אינטראקציות צמח ישירה בשילוב עם עקיבה איזוטופ יציב. השיטה שלנו משתמשת בגישה ‘היעד צמח’, שבו המפעל המרכזי של עניין מוקף צמחים שכנים. צמחים גדלים במכלים שתיל rotatable מחוררת, מכוסה רשת משי צילומיים ניילון, ממברנות הידרופוביות, או פלסטיק מוצקים הלא-השתנה. רשתות mycorrhizal נפוצים הם ניתקה פעם בשבוע או שמרה תמים, איזוטופים יציבים ¹⁵N לעקוב אחר התנועה של חנקן מן ליבות השכנים שסובבו למפעל כיעד מרכזי. על ידי השוואת גודל צמח עם ספיגת מינרלים איזוטופ מזין ויציב, אנחנו להעריך אילו צמחים עשוי להפיק תועלת או סובלים CMNs של אינטראקציות בין צמחים פונדקאים.