Summary

Studio delle interazioni pianta tutte le comuni reti Mycorrhizal utilizzando core ruotati

Published: March 26, 2019
doi:

Summary

Maggior parte delle piante all’interno delle comunità probabilmente sono collegati tra loro da funghi (AM) micorrizici arbuscolari, ma mediazione delle interazioni pianta da loro è stato studiato principalmente da coltivazione di piante con rispetto senza micorrize. Presentiamo un metodo per modificare reti mycorrhizal comuni tra piante micorrizate per indagare le conseguenze per le interazioni pianta.

Abstract

(AM) micorrizici arbuscolari influenzano la crescita e l’assorbimento dei nutrienti minerali della pianta, quindi, hanno il potenziale per influenzare le interazioni pianta. Il potere della loro influenza è in extraradical Miceli che si diffondono di là di zone di svuotamento nutriente nei pressi di radici di interconnettere, in definitiva, gli individui all’interno di una rete comune micorrizici (CMN). Maggior parte degli esperimenti, tuttavia, hanno studiato il ruolo dei funghi AM nelle interazioni pianta da coltivazione di piante con rispetto senza funghi micorrizici, un metodo che non riesce ad affrontare in modo esplicito il ruolo di CMNs. Qui, vi proponiamo un metodo che manipola CMNs per studiare il loro ruolo nelle interazioni pianta. Il nostro metodo utilizza modificate contenitori con fondo conico con una maglia di nylon e/o materiale idrofobico che coprono con intaglio aperture, il fertilizzante 15N e una sabbia interstiziale dei sostanza-poveri. CMNs sono lasciato sia intatto tra individui interagenti, interrotta mediante rotazione dei contenitori, o impedito formando una barriera solida. I nostri risultati suggeriscono che contenitori di rotazione è sufficiente per interrompere CMNs e impedire che i loro effetti sulle interazioni pianta su CMNs. Il nostro approccio è vantaggioso perché imita gli aspetti della natura, come piantine toccando in CMNs già stabilita e l’uso di una suite di funghi AM che può fornire diversi benefici. Anche se il nostro esperimento è limitato a indagare le piante nella fase del semenzale, interazioni pianta attraverso CMNs possono essere rilevati tramite il nostro approccio che quindi può essere applicato su questioni biologiche sul funzionamento di CMNs negli ecosistemi.

Introduction

(AM) micorrizici arbuscolari assistita piante nella colonizzazione della terra 460 milioni anni fa1 e oggi, sono simbionti onnipresente della maggior parte delle piante2, fornendo loro le sostanze nutrienti minerali vitali per la crescita. Le ife sottili, filiformi di funghi AM foraggio per nutrienti minerali di là di zone di svuotamento nutriente vicino radici, spesso incontrando e colonizzando i sistemi della radice delle vicine piante in una “rete micorrizici comune” (CMN). Reti mycorrhizal comuni possono formare anche quando germlings fungine join stabilito reti3, o quando sto IFE fusibile (anastomotizzare) con ife conspecifici4,5,6,7. La portata di queste ife extraradical nel terreno è enorme, con extraradical IFE che costituiscono il 20% al 30% della biomassa microbica del suolo totale nella prateria e terreni di pascolo8 e si estende per m·cm 111-3 in pascolo indisturbato9 .

Reti mycorrhizal comuni partizione nutrienti minerali tra interconnessi vicine piante10,11,12,13. Piante possono ricevere fino a 80% di loro fosforo e 25% del loro fabbisogno di azoto da funghi AM, fornendo al contempo fino al 20% del loro totale carbonio ai funghi in fisso ritorno14. Recente lavoro di cultura in vitro radice dell’organo ha trovato che CMNs preferenzialmente scambio di nutrienti minerali con radici di host che forniscono la maggior parte del carbonio ai funghi11,12. Inoltre, diverse specie di funghi AM possono differire nella loro qualità come partner simbiotico, con alcuni funghi lo scambio più fosforo per meno carbonio rispetto ad altri15. Anche se colture d’organo radice sono utili modelli per lo studio la simbiosi AM perché presentano ambienti accuratamente controllati e la possibilità di osservare direttamente le interconnessioni ifale, essi non includono fotosintesi germogli che interessano importanti processi fisiologici come la fotosintesi, traspirazione e variazioni diurne, anche come costituenti carbonio e minerali nutrienti affonda.

In natura, piantine più probabile attingere CMNs già stabilita. Fino a poco tempo, tuttavia, gli scienziati hanno solo esaminato l’impatto dei funghi AM sulla nutrizione delle piante da coltivazione di piante con e senza funghi AM, spesso con una singola specie di fungo AM. Anche se questo lavoro è stato tremendamente informativo alla nostra comprensione di micorrize arbuscolari, questo metodo ha trascurato il ruolo potenzialmente cruciale che CMNs possono avere nelle interazioni tra piante ospiti interconnessi. In particolare, piante che dipendono fortemente dai funghi AM per crescita interagiscono minimamente senza AM funghi16,17, possibilmente confondendo la nostra interpretazione delle interazioni di fungo-mediata AM quando utilizzato come ‘controlli’ per baseline riferimento.

Noi proponiamo un approccio ruotato-core per indagine sul ruolo di CMNs nelle interazioni pianta e strutturazione della popolazione. Il nostro approccio imita componenti della simbiosi AM in natura perché intere piante join stabilita che CMNs e tutte le piante sono coltivate con funghi AM. Rimuovendo le interazioni di radice, la nostra metodologia si concentra in particolare sulle interazioni mediate da funghi AM mentre si tracciano anche nutriente minerale movimento all’interno di CMNs. Il nostro approccio si basa sul precedente lavoro che ha utilizzato Core ruotati sia nel campo e in serra per capire AM funzionamento realisticamente.

Il metodo di base ruotato è stato stabilito nella letteratura come un metodo per manipolare le ife extraradical18,19,20,21, e ha avuto diverse reincarnazioni a seconda del suo scopo sopra negli ultimi due decenni. Inizialmente, i sacchetti della maglia o barriere permettendo in crescita di ife sono state utilizzate per fornire privo di radice scomparti per quantificare l’importo di ife micorrizici arbuscolari nel suolo22,23. Quindi, nuclei cilindrici di terreno racchiuso in tubi rigidi di acqua o di plastica della tubazione con slot coperto in una rete di nylon penetrabile da ife, ma non le radici, sono stati sviluppati. Questi potrebbe facilmente essere ruotati per interrompere Miceli extraradical18,24,25. I nuclei ruotati sono stati collocati tra piante e suolo ifale lunghezze per grammo di terreno18, 13C flussi di Miceli extraradical24, o l’assorbimento di fosforo dai nuclei di stabilimento-libera sono stati quantificati18. Un altro uso di tali nuclei era far crescere le piante all’interno di essi nel campo per ridurre la colonizzazione delle radici dai funghi AM attraverso frequenti interruzioni ifale come alternativa alla sterilizzazione o l’applicazione dei fungicidi, entrambi i quali hanno effetti indiretti sul suolo organico questione e altri microbi18.

L’approccio di barriera ifale maglia è stato utilizzato per indagare il partizionamento dei nutrienti e interazioni della pianta attraverso CMNs, ma in microcosmi rettangolari anziché con core ruotati. Walder et al.26 studiato le interazioni tra usitatissimum di Linum (lino) e sorgo bicolore (sorgo) tracciando nutrienti minerali per lo scambio di carbonio utilizzando isotopi attraverso CMNs di uno dei funghi AM Rhizophagus irregularis o Funneliformis mosseae26. I microcosmi nei propri scomparti di pianta studio comprendeva separati da mesh barriere, ifale scomparti accessibili solo ai hyphae micorrizici e con etichettate scompartimenti hyphal che conteneva gli isotopi radioattivi e stabili. Come controlli, lo studio utilizzato trattamenti senza funghi micorrizici. Canzone et al.27 usato un approccio simile per trovare quella pianta segnali potrebbero essere trasportati solo tra CMNs stabilito di F. mosseae quando una pianta è stata infettata da un agente patogeno fungoso. Inoltre, analogamente a Walder et al.26, Merrild et al.28 è cresciuto piante in singoli compartimenti separati da maglia per indagare le prestazioni dell’impianto delle piantine di Solanum lycopersicum (pomodoro) collegati da CMNs a un grande Cucumis sativus pianta (cetriolo) che hanno rappresentato una fonte di carbonio abbondante. Utilizzavano anche trattamenti senza funghi micorrizici invece di troncare CMNs28. In un esperimento in secondo luogo, correlato, carbonio per lo scambio di fosforo è stato esaminato usando sacchetti della maglia etichettati con 32P. microcosmi con maglia ifale barriere e CMN severing come trattamento sono state usate da Janos et al29, che ha studiato competitivo interazioni tra piantine delle specie arboree savana Eucalyptus tetrodonta e trapianti dell’albero della foresta pluviale, Litsea glutinosa. In quanto Studio, Janos et al.29 sollevato scomparti contenenti piantine di pochi centimetri, scorrevole strati di maglia uno contro l’altro per rompere le interconnessioni ifale29.

Il passaggio finale nell’evoluzione del metodo ruotato core è stato far crescere le piante all’interno di nuclei che sono all’interno di vasi o microcosmi20,30. Wyss30 utilizzato Core ruotati per accertare se il micelio AM extraradical potrebbe colonizzare semenzali di Pinus elliottii quando si diffondono da un donatore o pianta ospite ‘infermiere’ AM, Tamarindus indicae come extraradical micelio di ectomicorrizici funghi influenza le prestazioni del semenzale. Contenitori di grande commerciale semenzale tubolare (Tabella materiali) all’interno di microcosmi erano entrambi plastica solida (nessun CMNs) o fessurati e coperti con una membrana idrofobica. Con intaglio semenzale contenitori erano entrambi non ruotato (CMNs intatto) o ruotato per sever stabilito CMNs. ruotata nuclei con barriera di maglie di diverse dimensioni sono stati utilizzati da barretta et al.20 per indagare necromassa segnalazione attraverso CMNs tra Vicia FABA piante (fagiolo). Nel loro studio, una pianta centrale donatore in 30 cm diametro mesocosmi fu collegata da radici e IFE (nessuna barriera) o solo da CMNs stabilito attraverso una maglia di 40 μm. Impianti centrali furono recisi da interazioni con le piante vicine attraverso la rotazione dei nuclei racchiuso in maglia o CMNs sono stati impediti da una maglia fine 0,5 μm che racchiude il nucleo.

Qui, presentiamo un metodo che combina aspetti dei precedenti approcci ruotato-core per esaminare l’influenza di CMNs sulle interazioni pianta diretto combinato con l’analisi degli isotopi stabili. Il nostro metodo utilizza un approccio «impianto di destinazione», in cui la pianta centrale di interesse è circondata da piante vicine. Le piante sono coltivate all’interno di contenitori di semenzale ruotabile che sono fessurati e coperti con maglia di nylon del silk-screen, membrana idrofobica, o sono di plastica solida non modificato. Reti mycorrhizal comuni sono reciso una volta a settimana o mantenute intatte, e isotopi stabili 15N traccia il movimento di azoto da nuclei ruotato dei vicini all’impianto di destinazione centrale. Confrontando le dimensioni dell’impianto con assorbimento dell’isotopo stabile e nutrienti minerali, valutiamo quali piante possono beneficiare o soffrono di CMNs nelle interazioni tra piante ospiti.

Protocol

1. costruzione e montaggio di nuclei ruotabile Modificare contenitori commerciali semenzale tubolare (successivamente chiamato ‘contenitori’; Tabella materiali) per avere 19 mm di larghezza x aperture lunghezza 48cm. Utilizzando un trapano con un foro di 19 mm visto senza una punta centrale, pilota, taglia due fori, uno sopra l’altro, ai lati di un contenitore (diametro 2,5 cm x 12,1 cm di lunghezza) in modo che i fori sono circa 1 cm di distanza. Tenere il contenitore contro una recinz…

Representative Results

Per determinare come CMNs possono influenzare le prestazioni dell’impianto tramite il partizionamento dei nutrienti, siamo cresciuti Andropogon gerardii Vitman, un’erba di prateria dominante, in un esperimento di pianta di destinazione con 6 vicini equidistanti e intatto, mozzata o nessun CMNs. Abbiamo trovato che severing o prevenire CMNs diminuita pesi a secco fuori terra di obiettivi (Figura 2), suggerendo che intatto CMNs promosso la crescita del…

Discussion

I nostri risultati confermano che il nostro metodo di nucleo ruotato acutamente può concentrarsi sul ruolo di CMNs nelle interazioni pianta necromassa. Ci sono diversi passaggi critici nel protocollo, tuttavia, che se alterati, hanno il potenziale di influenzare la capacità di rilevare gli effetti CMN. È fondamentale per riempire i contenitori circostante zona interstiziale con un mezzo di sostanza-poveri. Nel nostro esperimento infruttuoso, ruotato-core target di pianta con piantine di albero di guaiava, anche se c’e…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vorremmo ringraziare i due revisori anonimi per i loro suggerimenti. Ringraziamo anche i numerosi laureandi che hanno contribuito con la costruzione di vasi, microcosmi e fessurati contenitori e che hanno assistito con il mantenimento e la raccolta di esperimenti. Ringraziamo anche North Central College per avvio fondi (JW) e strutture attuali, come pure Ashley Wojciechowski per l’ottenimento di un esperimento utilizzando questi metodi di supporto una sovvenzione North Central College Richter. Parte di questo lavoro è stato finanziato da un National Science Foundation tesi miglioramento borsa di dottorato (DEB-1401677).

Materials

Commercial tubular seedlings container (called 'containers' in the manuscript) Stuewe and Sons, Inc Ray Leach Cone-tainer ™ RLC3U
Course glass beads Industrial Supply, Inc. 12/20 sieve Size #1
Course silica sand Florida Silica Sand 6/20 50lb bags None
Fine glass beads Black Beauty Black Beauty FINE Crushed Glass Abrasive (50 lbs) BB-Glass-Fine
Hydrophobic membrane Gore-tex None None
Large commercial tubular seedling containers Stuewe and Sons, Inc. Deepot ™ D16L
Medium silica sand Florida Silica Sand 30/65 50 lb bags None
Nylon mesh Tube Lite Company, Inc. Silk screen LE7-380-34d PW YEL 60/62 SEFAR LE PECAP POLYESTER
Soil and foliar nutrient analysis facility Kansas State University Soil Testing Lab None None
Stable isotope core facility University of Miami None None

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Cite This Article
Weremijewicz, J., Janos, D. P. Investigation of Plant Interactions Across Common Mycorrhizal Networks Using Rotated Cores. J. Vis. Exp. (145), e59338, doi:10.3791/59338 (2019).

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