طريقة موثوقة لتقييم انبات البذور، الخمول، والوفيات تحت الظروف الحقلية
Summary
هنا نقدم بروتوكول لتقييم البقاء على قيد الحياة البذور، والإنبات والسكون تحت الظروف الحقلية باستخدام دفن، وشرائط البذور وصفت ونتروبلو كلوريد (TZ) اختبار قدرتها على البقاء.
Abstract
We describe techniques for approximating seed bank dynamics over time using Helianthus annuus as an example study species. Strips of permeable polyester fabric and glue can be folded and glued to construct a strip of compartments that house seeds and identifying information, while allowing contact with soil leachate, water, microorganisms, and ambient temperature. Strips may be constructed with a wide range of compartment numbers and sizes and allow the researcher to house a variety of genotypes within a single species, different species, or seeds that have experienced different treatments. As opposed to individual seed packets, strips are more easily retrieved as a unit. While replicate packets can be included within a strip, different strips can act as blocks or can be retrieved at different times for observation of seed behavior over time. We used a high temperature glue gun to delineate compartments and sealed the strips once the seed and tags identifying block and removal times were inserted. The seed strips were then buried in the field at the desired depth, with the location marked for later removal. Burrowing animal predators were effectively excluded by use of a covering of metal mesh hardware cloth on the soil surface. After the selected time interval for burial, strips were dug up and seeds were assessed for germination, dormancy and mortality. While clearly dead seeds can often be distinguished from ungerminated living ones by eye, dormant seeds were conclusively identified using a standard Tetrazolium chloride colorimetric test for seed viability.
Introduction
ويتمثل الهدف العام من هذه الطريقة هو تقييم موثوق بقاء البذور مع مرور الوقت في ظل الظروف الميدانية.
بنوك البذور التربة هي محمية من تشتت والبذور بعد ungerminated قابلة للحياة توزيعها إما على سطح التربة، داخل القمامة السطح، أو داخل التربة، والتي قد تستمر عابر أو لسنوات عديدة 1،2. عندما تم تطبيق طرق دفن البذور مماثلة لتلك التي عرضت هنا لدراسة استمرت لمدة 17 باستخدام عدة أنواع اثني عشر، تم العثور على بذور قابلة للحياة في العديد من الأنواع التي تم اختبارها 3. بذور السكون هو كتلة لإنبات البذور حتى توليفة مناسبة من شروط الشتلات بقاء تنشأ 4. يمكن أن تبقى نائمة سماح بذور البقاء على قيد الحياة ظروف قاسية، مثل انخفاض درجات الحرارة في فصل الشتاء والحد من المغذيات، أو الجفاف الموسمي، حتى محفز خارجي لالسكون الإفراج يسمح للإنبات. يطلق على السكون الإفراج يمكن أن تختلف من التعرض لمدد الباردة، والمركبات التي كتبها f اليسارغضب، أو الاعتداء الجسدي على معطف البذور من خلال الاحتكاك أو الاتصال مع أحماض المعدة الحيوان 5. كما العظة إنبات يمكن أن يكون جنسا أو نوعا محددة، وغالبا ما تنجم عن الانتقاء الطبيعي الماضية، إنبات البذور غير القادرة على التأقلم هي تلك التي تحدث في وقت غير مناسب، ويمكن أن يؤدي في البذور أو الشتلات وفيات أو نمو البادرات الفقراء. في حين تم تصنيف السكون إلى عدد من أنواع على أساس آليات الإفراج السكون (على سبيل المثال، السكون الجسدي والسكون الفسيولوجي)، لا يزال 6 بذور الكمون واحدة من أقل يفهم المواضيع في بيولوجيا النبات. وهكذا، الدراسات الميدانية التي تسمح لتقييم وضع البذور أو مجموعات من البذور تحت الظروف البيئية ذات الصلة الفردية لها قوة تفسيرية أعلى من تلك التي تعتمد ببساطة على اختبارات الإنبات القياسية في المختبر.
استغلال خصائص البذور المعروفة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة على آليات السكون. السيطرة على سكون البذور ويشتركmplex، بما في ذلك السيطرة الوراثية من العوامل الفسيولوجية والمورفولوجية. في حين أن الفهم الكامل لاتساع آليات السكون لم يتم بعد توضيح، برز النموذج العام، التي تنطوي على علاقة ردود الفعل بين اثنين من الهرمونات النباتية حمض الجبريليك (GA) وحمض الأبسيسيك (ABA) 7. في هذا النموذج المعمم للبذور التي تحتوي على عنصر الفسيولوجية إلى السكون، وGA بمثابة إشارة لإطلاق السكون، في حين يخدم ABA للحفاظ على حالة سبات. التأثيرات الجينية الأمهات وكذلك بيئة النمو الأمهات يمكن أن تؤثر على السكون والصفات بذور أخرى، مثل الحجم، من خلال الأنسجة المولدة للأمهات وإشارات التنموية 8. ولدت أمهات الهياكل الخارجية (أو أغطية البذور) قد حفاظ على السكون، وأحيانا في تركيبة مع منبهات الفسيولوجية. منذ يتم التحكم أغطية البذور المستمدة أمهات جينات (مورثات) نبات الأم، فإنها قد لا تعكس هذه البذور الفعلي النووي الوراثي الماكياج. لدينا لناإد وachenes دوار الشمس من مجموعة من الهجين المحاصيل البرية يعبر من استبعاد هذه التأثيرات الجينية مقابل الجنين الأمهات على خصائص البذور 9،10. وهكذا، تصاميم الدراسة التي تشمل الأنواع المختلفة، وأنواع الصليب، أو المورثات يمكن استشفاف بعض المعلومات حول علم البيئة وعلم الوراثة من سكون البذور، الإنبات والبقاء على قيد الحياة.
مثالا هاما لكيفية إنبات البذور والبقاء على قيد الحياة الظواهر يمكن أن تؤثر على ديناميات السكان يمكن أن ينظر في المناطق المختلطة المحاصيل البرية. الاختيار خلال تدجين النباتات المزروعة يزيل معظم السكون، ويقلل من قدرة البذور على البقاء خارج موسم النمو. بعد تدفق الجينات، أو التهجين بين الأنواع المزروعة والبرية في المناطق المختلطة المحاصيل البرية يمكن إعادة العمل الأليلات المحاصيل (أو المتغيرات الجينية) إلى سكان البرية، مع الآثار المحتملة على ديناميات بنك البذور. الهجينة بين الأقارب المزروعة والبرية يحتمل أن تكون وجدت في المناطق المختلطة المحاصيل البرية قد تكون في حوزتهامجموعة متنوعة من الظواهر السكون المتوسطة، مع عدد قليل من الظواهر المتوقع أن البقاء في ظروف خارج القابلة للزراعة (على سبيل المثال، أشهر الشتاء) 11.
والهدف من هذا المخطوط هو إظهار كيف، وذلك باستخدام البذور طريقة الشريط الدفن، نستطيع أن نقيم الإنبات، والسكون، والبقاء على قيد الحياة من مجموعة واسعة من أنواع البذور على فترات زمنية مختلفة لتحقيق الاختلاف الطبيعي في ظل الظروف الميدانية. في هذا المثال، قمنا بتوظيف بذور عباد الشمس من 15 أنواع هجينة عبر المحاصيل البرية منذ نحن مهتمون في التأثيرات الجينية للأم والجنين على خصائص البذور.
Protocol
Representative Results
Discussion
نحن هنا نقدم طرق لاستخدام شرائط دفن البذور لمراقبة إنبات البذور، والسكون وفيات مخزون البذور المتنوعة في فترات زمنية المحددة مسبقا في هذا المجال. مزايا استخدام شرائط بدلا من الحزم الفردية تكمن في (1) سرعة قطاع البناء ومقصورة على الخلق من الحزم الفردية؛ و (2) سهولة وسرعة…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Biotech Risk Assessment Grant Program competitive grand no. 2006-39454-17438 to A. Snow, K. Mercer, and H. Alexander from the United States Department of Agriculture, National Institute of Food and Agriculture. Experiments using this method were conducted at and supported by the University of Kansas Field Station, a research unit of the Kansas Biological Survey and the University of Kansas. The authors would like to thank P. Jourdan and E. Regnier for helpful reviews on earlier versions of this manuscript. Additionally, this work was aided by the contributions of the staff at the University of Kansas Field Station, Waterman Farm at the Ohio State University (OSU), the USDA Ornamental Plant Germplasm Center at OSU, and the Seed Biology Lab in the Department of Horticulture and Crop Science at OSU, especially E. Renze, S. Stieve, A. Evans, and E. Grassbaugh, for technical support.
Materials
| Small coin envelopes | Any | ||
| Large coin envelopes | Any | ||
| fine meshed polyester mosquito netting | Any | ||
| high-temperature glue gun | Any | ||
| high-temperature glue stick refills | Any | ||
| Industrial permenant markers | Any | ||
| plastic garden labels | Any | ||
| scissors | Any | ||
| Shovel | Any | ||
| Metal mesh hardward cloth | Any | ||
| Surveyor's flags, multiple colors | Any | ||
| Wet newspaper | Any | ||
| cooler | Any | ||
| blotter paper | Any | ||
| petri dishes | Any | ||
| Temp. controlled growth chamber | Any | ||
| razor blades | Any | ||
| petri dishes | Any | ||
| Tetrazolium chloride | Any | ||
| water | Any | ||
| heat incubator | Any |
Riferimenti
- Walck, J. L., Baskin, J. M., Baskin, C. C., Hidayati, S. N. Defining transient and persistent seed banks in species with pronounced seasonal dormancy and germination patterns. Seed Sci Res. 15 (3), 189-196 (2005).
- Alexander, H. A., Schrag, A. M. Role of soil seed banks and newly dispersed seeds in population dynamics of the annual sunflower. Helianthus annuus. J Ecol. 91, 987-998 (2003).
- Burnside, O. C., Wilson, R. G., Weiseberg, S., Hubbard, K. Seed longevity of 41 weed species buried 17 years in eastern and western. Weed Sci. 44 (1), 74-86 (1996).
- Baskin, C. C., Baskin, J. M. . Seeds: Ecology, biogeography, and evolution of dormancy and Germination. , (2001).
- Finch-Savage, W. E., Leubner-Metzger, G. Seed dormancy and the control of germination. New Phytol. 171, 501-523 (2006).
- Baskin, J. M., Baskin, C. C. A classification system for seed dormancy. Seed Sci Res. 14 (1), 1-16 (2004).
- Donohue, K., et al. Environmental and genetic influences on the germination of Arabidopsis thaliana in the field. Evolution. 54 (4), 740-757 (2005).
- Roach, D. A., Wulff, R. D. Maternal effects in plants. Ann Rev Ecol Syst. 18, 209-235 (1987).
- Pace, B. A., Alexander, H. M., Emry, J. D., Mercer, K. L. Seed fates in crop-wild hybrid sunflower: crop allele and maternal effects. Evol Appl. 8 (2), 121-132 (2015).
- Alexander, H. M., Emry, D. J., Pace, B. A., Kost, M. A., Sparks, K. A., Mercer, K. L. Roles of maternal effects and nuclear genetic composition change across the life cycle of crop-wild hybrids. Am J Bot. 101 (7), 1176-1188 (2014).
- Stewart, N. C., Matthew, J., Halfhill, D., Warwick, S. I. Transgene introgression from genetically modified crops into their wild relatives. Genetica. 4, 806-817 (2003).
- Mercer, K. L., Shaw, R. G., Wyse, D. L. Increased germination of diverse crop-wild hybrid sunflower seeds. Ecol Appl. 16, 845-854 (2006).
- Delouche, J. C., Still, T. W., Rapset, M., Lienhard, M. The tetrazolium test for seed viability. Mississippi Sta Uni Ag Exp Sta Techn Bull. 51, 1-63 (1962).
- Association of Official Seed Analysts. . Tetrazolium Testing Handbook. , (2010).
- Alexander, H. M., Emry, D. J., Pace, B. A., Kost, M. A., Sparks, K. A., Mercer, K. L. Roles of maternal effects and nuclear genetic composition change across the life cycle of crop-wild hybrids. Am J Bot. 10 (7), 1176-1188 (2014).
- Weiss, A. N., Primer, S. B., Pace, B. A., Mercer, K. L. Maternal effects and embryo genetics: germination and dormancy of crop-wild sunflower hybrids. Seed Sci Res. 23, 241-255 (2013).
