Untersuchung der Pflanze Interaktionen netzübergreifend gemeinsame Mykorrhiza mit gedrehten Kerne

Arbuskulären Mykorrhiza (AM) Pilze Pflanzen in der Besiedlung des Landes 460 Millionen Jahren unterstützt¹ und heute sind sie allgegenwärtig Symbionten von den meisten Pflanzen², Wachstum mit lebenswichtigen Mineralstoffen vorsieht. Die dünnen, fadenförmigen Hyphen von Pilzen AM Futter für mineralische Nährstoffe über Nährstoffverarmung Zonen in der Nähe von Wurzeln, oft zu begegnen und besiedeln die Wurzelsysteme der Pflanzen in einem “gemeinsamen Mykorrhiza Netzwerk” benachbarten (CMN). Gemeinsamen Mykorrhiza Netze können auch bilden, wenn Pilz Germlings Join Netzwerke^{3 etablierte}, oder wenn Hyphen bin verschmelzen (anastomosieren) mit Sicht Hyphen^4,5,6,7. Das Ausmaß dieser extraradical Hyphen im Boden ist enorm, mit extraradical Hyphen bilden 20 % bis 30 % der gesamten Boden mikrobielle Biomasse in Prärie und Weide Böden⁸ und stretching für 111 M·cm^-3 in ungestörten Grünland⁹ .

Gemeinsamen Mykorrhiza Netze partitionieren mineralische Nährstoffen zwischen miteinander verbundenen benachbarten Pflanzen^10,11,12,13. Pflanzen erhalten bis zu 80 % ihrer Phosphor und 25 % von ihren Stickstoffbedarf von AM-Pilze, gleichzeitig bis zu 20 % ihrer gesamten festen Kohlenstoff zu den Pilzen in¹⁴zurück. Aktuelle in-vitro-Wurzel Orgel Kultur arbeiten hat festgestellt, dass CMNs bevorzugt mineralische Nährstoffe mit Host Wurzeln auszutauschen, die die meisten Carbon zu den Pilzen^11,12bieten. Darüber hinaus können verschiedene Arten von AM-Pilze in ihrer Qualität als Symbiosepartner, mit einigen Pilzen den Austausch mehr Phosphor für weniger Kohlenstoff als andere¹⁵abweichen. Zwar Wurzel Orgel Kulturen vorteilhaft Modelle für die Uhr Symbiose zu studieren, weil sie sorgfältig kontrollierten Umgebungen und die Fähigkeit, direkt beobachten Bodenaggregaten Zusammenhänge darstellen, enthalten sie photosynthetischen Triebe nicht die Auswirkungen auf wichtige physiologische Prozesse wie Photosynthese, Transpiration und tagaktiv Änderungen, Waschbecken sowie konstituierenden Kohlenstoff und Mineral-Nährstoff.

In der Natur erschließen Sämlinge höchstwahrscheinlich bereits etablierten CMNs. Bis vor kurzem, haben jedoch Wissenschaftler nur die Auswirkungen von AM-Pilze auf Pflanzenernährung untersucht durch den Anbau von Pflanzen mit und ohne AM-Pilze, oft mit einer einzigen Art von AM Pilz. Obwohl diese Arbeit enorm informativ zu unserem Verständnis der arbuskulären Mykorrhiza wurde, hat diese Methode die möglicherweise entscheidende Rolle übersehen, die CMNs in Interaktionen zwischen miteinander verbundenen Wirtspflanzen haben können. Vor allem interagieren Pflanzen, die stark abhängig von AM-Pilze für Wachstum sind minimal, ohne AM Pilze^16,17, möglicherweise verwirrende unsere Interpretation AM Pilz-vermittelten Wechselwirkungen bei als “Bedienelemente” baseline Referenz.

Wir schlagen einen gedreht-Core-Ansatz zur Untersuchung der Rolle der CMNs in Pflanze-Interaktionen und Strukturierung der Bevölkerung. Unser Ansatz ahmt Komponenten AM Symbiose in der Natur, weil ganze Pflanzen Join etablierte CMNs und alle Pflanzen mit AM-Pilze angebaut werden. Durch das Entfernen der Wurzel Interaktionen, konzentriert sich unsere Methodik speziell auf Interaktionen von AM-Pilze gleichzeitig auch mineralische Nährstoffe Bewegung innerhalb CMNs vermittelt. Unser Ansatz baut auf früheren Arbeiten, die gedrehte Adern sowohl im Gewächshaus als auch im Bereich verwendet hat, um AM realistisch Funktionsweise zu verstehen.

Die gedrehte Kern-Methode wurde in der Literatur als eine Methode zu manipulieren, extraradical Hyphen^18,19,20,21, und es hatte mehrere Reinkarnationen je nach Zielsetzung über den letzten zwei Jahrzehnten. Zunächst Netzbeutel oder Barrieren, so dass im Wachstum der Hyphen wurden zur Bereitstellung von Wurzel-freie Fächer um die Höhe der arbuskulären Mykorrhiza Hyphen in den Boden^22,23zu quantifizieren. Dann entwickelten sich zylindrische Kerne des Bodens eingeschlossen in starre Wasserleitungen oder Kunststoff-Schläuche mit Schlitzen von Hyphen, aber keine Wurzeln in einem Nylon-Mesh durchlässig abgedeckt. Diese könnte leicht gedreht werden, um extraradical Myzelien^18,24,25stören. Die gedrehten Adern wurden zwischen Pflanzen und Boden Bodenaggregaten Längen pro Gramm Boden¹⁸, ¹³C Fluten extraradical Myzelien²⁴oder Phosphoraufnahme von Pflanze-freie Kerne waren quantifizierte¹⁸. Eine andere Verwendung von solcher Kerne wollte wachsen Pflanzen in ihnen im Feld zur Besiedlung der Wurzeln zu reduzieren, indem Sie AM-Pilze durch häufige Bodenaggregaten Unterbrechung als Alternative zur Sterilisation oder die Anwendung von Fungiziden, die indirekte Auswirkungen auf die organischen Böden haben Materie und andere Mikroben-¹⁸.

Bodenaggregaten Netz Barriere Ansatz wurde zur Untersuchung Nährstoff Partitionierung und Pflanzen Interaktionen über CMNs, aber in rechteckigen Mikrokosmen statt mit gedrehten Kerne. Walder Et Al.²⁶ untersucht Wechselwirkungen zwischen Linum Usitatissimum (Lein) und Sorghum bicolor (Hirse) durch Verfolgung der mineralischen Nährstoff für Austausch von Kohlenstoff über CMNs entweder AM-Pilze Rhizophagus Isotope Irregularis oder Funneliformis Mosseae²⁶. Die Mikrokosmen in ihrer Studie umfasste Pflanze Fächer getrennt durch mesh Barrieren, Bodenaggregaten Fächer nur zugänglich für Mykorrhiza Hyphen und beschrifteten Bodenaggregaten Fächer, die stabile und radioaktive Isotope enthalten. Als Steuerelemente die Studie Behandlungen ohne Mykorrhiza-Pilzen eingesetzt. Song Et Al.²⁷ verwendet einen ähnlichen Ansatz, um die Pflanze zu finden, die Signale nur bei etablierten CMNs F. Mosseae durchgeführt werden können, wenn eine Pflanze durch pilzliche Erreger infiziert war. Auch Netz ähnlich Walder Et Al.²⁶, Merrild Et Al.²⁸ Pflanzen in einzelnen Fächern getrennt durch wuchs, Anlagenleistung von Solanum Lycopersicum (Tomate) Sämlinge durch CMNs verbunden, um eine große Cucumis zu untersuchen Sativus (Gurke) Pflanze, die eine reiche Kohlenstoffquelle vertreten. Sie benutzten auch Behandlungen ohne Mykorrhiza-Pilze statt Abbruch CMNs²⁸. In einem zweiten, Verwandte Experiment wurden Carbon für Phosphor Austausch wurde geprüft mit Mesh-Taschen mit ³²s. Mikrokosmen mit Bodenaggregaten Netz Barrieren beschriftet und CMN severing als Behandlung von Janos Et Al.²⁹, der wettbewerbsfähig untersucht Wechselwirkungen zwischen Sämlinge der Savanne Baumarten Eucalyptus Tetrodonta und Transplantationen von Regenwald Baum, Litsea Glutinosa. In diesem Studie, Janos Et Al.²⁹ Fächer mit Sämlinge wenige Zentimeter, Schiebe-Schichten von Masche Bodenaggregaten Verbindungen²⁹brechen gegeneinander aufgehoben.

Der letzte Schritt in der Evolution der gedrehten Kern Methode bestand darin, wachsen Pflanzen im Inneren Kerne, die in Töpfen oder Mikrokosmen^20,30. Wyss³⁰ verwendet gedrehte Kerne, um festzustellen, ob extraradical AM Myzel Pinus Elliottii Sämlinge besiedeln könnte bei der Verbreitung von einem Spender oder “Krankenschwester” AM Wirtspflanze, Tamarindus Indicaund wie extraradical Myzel von Ektomykorrhiza Pilze Einflüsse Sämling Leistung. Große kommerzielle röhrenförmigen Sämling-Container (Table of Materials) in Mikrokosmen waren entweder Vollkunststoff (keine CMNs) oder geschlitzt und mit einer hydrophoben Membran abgedeckt. Geschlitzte Sämling-Container wurden entweder nicht gedreht (intakt CMNs) oder so gedreht, dass um etablierte CMNs. gedreht Kerne mit verschiedenen Netz-Barriere zu trennen, die Größen von Babikova Et Al.²⁰ verwendet wurden, um zu untersuchen, unterirdischer Signalisierung durch CMNs unter Vicia Faba (Bohne) Pflanzen. In ihrer Studie wurde eine zentrale Spender-Werk in 30 cm Durchmesser Mesokosmen Wurzeln und Hyphen (kein Hindernis) oder nur durch CMNs gegründet durch ein 40 μm-Netz miteinander verbunden. Zentralanlagen wurden getrennt von Interaktionen mit benachbarten Pflanzen durch Rotation der Netz-geschlossenen Kerne oder CMNs von einem feinmaschigen 0,5 μm umschließt den Kern gehindert wurden.

Hier präsentieren wir Ihnen eine Methode, die vorherige gedreht-Core Ansätze zu prüfen, den Einfluss der CMNs auf direkte Pflanze Interaktionen kombiniert mit stabilen Isotopen Tracing miteinander verbindet. Unsere Methode verwendet einen “Ziel-Anlage”-Ansatz, in dem das zentrale Werk des Interesses von benachbarten Pflanzen umgeben ist. Pflanzen sind nicht veränderten Vollkunststoff oder innen drehbaren Sämling-Container, die sind geschlitzt und mit Nylon-Siebdruck-Mesh, hydrophoben Membran bedeckt gewachsen sind. Gemeinsamen Mykorrhiza Netze sind einmal in der Woche getrennt intakt gehalten oder stabile Isotope ¹⁵N Spur der Bewegung von Stickstoff von Nachbarn gedrehte Adern zum Leitziel Werk. Vergleicht man die Größe des Werks mit mineralischen Nährstoffen und stabilen Isotop Aufnahme, bewerten wir welche Pflanzen können profitieren oder leiden an CMNs in Interaktionen zwischen Wirtspflanzen.