Summary

Un protocolo de Rhizobox optimizada para visualizar el crecimiento de las raíces y la capacidad de respuesta a nutrientes localizadas

Published: October 22, 2018
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Summary

Visualización y medición del crecimiento de raíz en situ es extremadamente difícil. Se presenta un método rhizobox personalizable para seguir el desarrollo de la raíz y proliferación en el tiempo en respuesta al enriquecimiento de nutrientes. Este método se utiliza para analizar maíz diferencias genotípicas en la plasticidad de la raíz en respuesta a una fuente de nitrógeno orgánico.

Abstract

Las raíces son notoriamente difíciles de estudiar. El suelo es una barrera visual y mecánica, lo que hace difícil rastrear raíces en situ sin cosecha destructiva o equipo costoso. Presentamos un método rhizobox personalizable y asequible que permite la visualización no destructiva de crecimiento de las raíces en el tiempo y está particularmente bien adaptado al estudio de la plasticidad de la raíz en respuesta a parches de recursos. El método se validó mediante la evaluación de maíz variación genotípica en las respuestas de plasticidad a parches que contienen residuos de leguminosa marcado con N 15. Métodos se describen para obtener mediciones representativas de desarrollo en el tiempo, medir la densidad de longitud de raíz en parches que contienen el recurso y el control, calcular las tasas de crecimiento de la raíz y determinar recuperación de 15N por la planta raíces y brotes. También se discuten las posibles aplicaciones futuras del método, ventajas y advertencias. Aunque debe tenerse cuidado para asegurar que las condiciones experimentales no sesgar los datos de crecimiento de raíz, el protocolo de rhizobox presentado produce resultados confiables si lleva a cabo con suficiente atención al detalle.

Introduction

Aunque a menudo pasado por alto en comparación con sus contrapartes sobre tierra, las raíces juegan un papel crítico en la adquisición de nutrientes de plantas. Dado el coste de carbono substancial de raíz construcción y mantenimiento, las plantas han desarrollado mecanismos para desarrollar raíces sólo forraje es donde vale la pena la inversión. Sistemas de la raíz puede así eficiente y dinámica de la mina parches de recursos por proliferación de hotspots, regular las tasas de absorción y nutrientes rápidamente translocan al floema para más transporte1. Respuestas de plasticidad pueden variar ampliamente entre planta especies o genotipos2,3 y dependiendo de la forma química de los nutrientes implicados4,5. Variación en la plasticidad de la raíz se debe explorar más lejos, como entender las respuestas de la raíz compleja para recursos de suelos heterogéneos podrían informar a reproducción y estrategias de gestión para aumentar la eficiencia de uso de nutrientes en la agricultura.

A pesar de su necesidad y relevancia para los sistemas de la planta de comprensión, visualización y cuantificación de la plasticidad de la raíz a escalas relevantes plantea desafíos técnicos. Excavación de la corona de la raíz de la tierra (“shovelomics”6) es un método común, pero raíces finas explotan pequeños poros entre agregados de suelo y excavación conduce inevitablemente a un cierto grado de pérdida de estas raíces frágiles. Además, cosecha destructiva hace imposible seguir los cambios en un sistema de raíz en el tiempo. In situ métodos imagenológicos como la tomografía computarizada de rayos x permiten la visualización directa de los recursos de suelo y raíces en la alta resolución espacial7, pero son costosos y requieren de equipo especializado. Experimentos de cultivo hidropónicos evitar limitaciones relacionadas con la extracción de raíces del suelo, pero arquitectura y morfología de la raíz se diferencian en medios acuosos con respecto a las limitaciones mecánicas y Biofísica complejidad de suelos8,9. Finalmente, funciones y procesos de la rizosfera pueden integrarse con plasticidad del desarrollo en estos medios artificiales.

Presentamos un protocolo para la construcción y uso de rhizoboxes (contenedores rectangulares estrechas, cara claro) como un método de bajo costo, adaptable para caracterizar el crecimiento de la raíz en el suelo con el tiempo. Marcos diseñados especialmente fomentan raíces crecer preferentemente contra la parte trasera debido al Gravitropismo, aumentar la precisión de las mediciones de longitud de raíz. Rhizoboxes se utilizan para estudiar el crecimiento de las raíces y rizosfera interacciones10,11,12, pero el método presentado aquí ofrece una ventaja en la simplicidad con su diseño del solo-compartimiento y barato materiales y está diseñado para estudiar las respuestas de la raíz a los nutrientes localizadas. Sin embargo, el método también podría ser adaptado para el estudio de una variedad de otros procesos como la competencia intra/intraespecífica raíces y rizosfera, distribución espacial de la actividad enzimática, compuestos químicos y microbios. Aquí, se investigan las diferencias genotípicas entre híbridos de maíz en respuesta a parches de 15leguminosas marcados con N residuos y resaltar resultados representativos para validar el método de rhizobox.

Protocol

1. elaboración de los separadores, frontal y traseras Preparar los paneles delanteros y traseros. Corte dos pedazos de acrílico grueso claro 0,635 cm a 40,5 cm de ancho por 61 cm de largo por caja o comprar piezas pre-cortadas (véase Tabla de materiales). Usando una broca de taladro diseñada para acrílico, perforaciones de 0,635 cm de diámetro de 1,3 cm de los bordes laterales en 2.5, 19, 38 y 53,3 cm desde la parte superior. Perfore agujeros de 1,3 cm desde el borde in…

Representative Results

Las raíces crecieron preferentemente contra la parte trasera de la caja, según lo previsto. Longitud de la raíz trazado total en la parte posterior de la caja varió de 400 a 1.956 cm, en comparación con 93 758 cm en la parte frontal de la caja. Se calcularon los coeficientes de correlación de Pearson pares entre la longitud de la raíz explorada y longitud de la raíz trazado en la parte frontal de la caja, la parte posterior de la caja, y la suma de la parte delantera y trasera se …

Discussion

El rhizoboxes que se describe en este protocolo se puede utilizar para responder preguntas variadas en raíces y rizosfera y han encontrado diversas aplicaciones en otros lugares10,20,21,22,23 , 24 , 25. otros investigadores han captado imágenes de Time-lapse de rhizoboxes

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Los autores desean reconocer los revisores anónimos por sus comentarios, como J.C. Cahill y Tan Bao de orientación inicial en el desarrollo del Protocolo de rhizobox. La financiación fue proporcionada por la Fundación para la alimentación y la agricultura investigación, nosotros Departamento de Agricultura (USDA) Instituto Nacional de alimentación y la agricultura, agrícola estación experimental proyecto CA-D-PLS-2332-H, a A.G. y por la UC Davis Departamento de la planta Ciencias a través de una beca para J.S.

Materials

1.27 cm diameter PVC pipe JM Eagle 530048 305 cm per box, cut into lengths as specified in the protocol
PVC side elbows Lasco 315498 2 per box
PVC 90-degree elbows Charlotte PVC 02300 0600 4 per box
PVC T joints Charlotte PVC 02402 0600 4 per box
Extruded acrylic panes TAP Plastics N/A 2 per box, 0.64 cm thick x 40.5 cm wide x 61 cm long
HDPE spacers (sides) TAP Plastics N/A 2 per box, 0.64 cm thick x 2.5 cm wide x 57 cm long
HDPE spacers (bottom) TAP Plastics N/A 1 per box, 0.64 cm thick x 2.5 cm wide x 40.5 cm long
HDPE spacers (patch) TAP Plastics N/A 2 per box, 0.64 cm thick x 3.8 cm wide x 28 cm long
Polyester batting Fairfield #A-X90 2.5 cm x 40.5 cm strip per box
20-thread screws N/A N/A 3.2 cm long, 0.64 cm diameter
Washers N/A N/A 0.64 cm internal diameter
Hex nuts N/A N/A sized to fit the screws
Light deprivation fabric Americover, Inc. Bold 8WB26.5 1 piece 95 cm wide and 69 cm long per box
Sand Quikrete No. 1113
Field soil N/A N/A
Transparencies for tracing FXN FXNT1319100S One per side of the box to be traced

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Cite This Article
Schmidt, J. E., Lowry, C., Gaudin, A. C. An Optimized Rhizobox Protocol to Visualize Root Growth and Responsiveness to Localized Nutrients. J. Vis. Exp. (140), e58674, doi:10.3791/58674 (2018).

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