A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
* These authors contributed equally
توضح هذه المقالة بروتوكولا لتوليد لقاح الفطريات الفطرية الشجرية (AM) للتحقيق في تحمل إجهاد الملح المعزز ب AM في الأرز.
الأرز (Oryza sativa L.) هو محصول غذائي حيوي لأكثر من نصف سكان العالم. ومع ذلك ، فإن نموها يتأثر بشدة بالتربة المالحة ، والتي تمثل تحديا كبيرا لإنتاج المحاصيل في جميع أنحاء العالم. ثبت أن الفطريات الفطرية الشكية (AM) ، التي تشكل علاقات تكافلية متبادلة مع أكثر من 90٪ من النباتات الزراعية و 80٪ من أنواع النباتات الأرضية ، تعزز تحمل نباتات الأرز للملوحة فطريات AM هي متعايشات ملزمة لا يمكنها إكمال دورة حياتها بدون جذر مضيف. لذلك ، فإن الاستخدام الفعال للنباتات لإنتاج لقاح فطري AM أمر بالغ الأهمية لدفع البحث في هذا المجال. في هذه الدراسة ، نقدم سلسلة من الطرق القوية التي تبدأ بتوليد لقاح الرمل الذي يحتوي على جراثيم Rhizophagus irregularis باستخدام Allium tuberosum L. تشمل هذه الطرق تلقيح شتلات الأرز باللقاح الرملي ، وتحليل النمط الظاهري لنمو الأرز الفطري ، وتحديد مستويات الاستعمار الفطري باستخدام تلطيخ التريبان الأزرق تحت إجهاد الملح. يمكن لهذه الأساليب أن تولد بكفاءة لقاح فطري AM لمزيد من التحقيق في كيفية تعزيز تعايش AM لتحمل الملوحة للأرز.
تعتبر التربة المالحة عقبة كبيرة أمام إنتاج المحاصيل في جميع أنحاء العالم1،2،3. تشير الدراسات الحديثة إلى أن ما يصل إلى 50٪ من الأراضي المزروعة ستتدهور بحلول عام 2050 بسبب التملح4. تسبب التربة المتأثرة بالملح في المقام الأول سمية في النباتات بسبب تراكم أيونات الصوديوم (Na +) والكلوريد (Cl-) في الأنسجة النباتية. هذه الأيونات ، التي تهيمن على التربة المالحة ، هي أيضا الأكثر ضررا للنباتات5،6،7. على سبيل المثال ، يثبط الصوديوم العديد من أنشطة إنزيم العصارة الخلوية8. يؤثر إجهاد الملح أيضا على كفاءة التمثيل الضوئي ويؤدي إلى تغييرات في السمية الأيونية والضغط الاسموزي وبنية جدار الخلية ، مما يؤدي مجتمعة إلى تراكم أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) 9،10،11،12،13.
التعايش الفطري الشجري (AM) هو ارتباط تعايشي داخلي بين فطريات شعبة Glomeromycota وجذور النباتات ، والتي تطورت منذ ما يقرب من 400-450 مليون سنة مع ظهور النباتات البرية المبكرة14،15. يمكن استعمار أكثر من 80٪ من النباتات الوعائية بواسطة فطريات AM16. تعزز هذه العلاقة المتبادلة امتصاص المغذيات النباتية من التربة ، وبالتالي تحسين النمو وتحمل الإجهاد17،18،19،20. على سبيل المثال ، أثناء الإجهاد الملحي ، يمكن لفطريات AM الحفاظ على توازن الأيونات والمساعدة في تعزيز توافر المياه والمغذيات ، والنشاط المضاد للأكسدة ، وكفاءة التمثيل الضوئي ، وإنتاج المستقلب الثانوي للنباتات2،21،22،23. بالإضافة إلى ذلك ، يمنع تعايش AM الامتصاص المفرط ل Na + ونقله من الجذور إلى البراعم ، مما يعزز امتصاص الكاتيونات الأساسية مثل K + و Mg2+ و Ca2+. تزيد هذه العملية من نسبة Mg2 + / Na + أو K + / Na + في النباتات في ظل الظروف المالحة23،24،25،26،27،28،29.
الأرز (Oryza sativa L.) ، وهو محصول غذائي مهم لأكثر من نصف سكان العالم ، ينتمي إلى عائلة Gramineae (Poaceae) وهو شديد التأثر بالإجهاد الملحي30. كما سلطت الدراسات الضوء على دور فطريات AM في تعزيز تحمل إجهاد الملح في الأرز31،32،33. على سبيل المثال ، يعمل فطر AM Claroideoglomus etunicatum على تحسين كفاءة تثبيت ثاني أكسيد الكربونللأرز (Oryza sativa L. cv. Puntal) تحت إجهاد الملح31. علاوة على ذلك ، يتم تعزيز التعبير عن جينات ناقل الأرز الرئيسية المرتبطة بعزل الصوديوم الفراغي وإعادة تدوير Na + من البراعم إلى الجذور في النباتات المستعمرة AM تحت إجهاد الملح32. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر نباتات الأرز في المرتفعات الملقحة ب Glomus etunicatum قدرة محسنة على التمثيل الضوئي ، وإنتاج الأسموليت المرتفع ، وتحسين الإمكانات التناضحية ، وزيادة إنتاجية الحبوب في ظل الظروف المالحة33. أظهر بحثنا السابق أيضا أن الأرز الفطري (Oryza sativaL. cv. Nipponbare) أظهر نموا أفضل للبراعم والإنجاب، ونسبة K +/Na + أعلى بشكل ملحوظ في اللقطة، وتحسين قدرة الكسح على أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) بسبب تعايشAM 34. توضح جميع هذه النتائج التأثير الإيجابي للتكافل الإيجابي AM على تحمل الإجهاد الملحي في الأرز من خلال الأساليب الظاهرية. ومع ذلك ، لم يتم نشر الطرق التجريبية في شكل فيديو.
فطريات AM هي متعايشات ملزمة تتطلب جذرا مضيفا لإكمال دورة حياتها ، مما يجعل استخدام النباتات لإنتاج لقاح فطري AM أمرا بالغ الأهمية لتقدم البحث35. يوفر نظام الإنتاج القائم على الركيزة ، حيث تزرع فطريات AM في ركائز مثل الفيرميكوليت أو الرمل ويتم جمع الجراثيم للقاح36 ، حلا فعالا من حيث التكلفة لإنتاج لقاح فطري AM على نطاق واسع. تعتمد كفاءة إنتاج الأبواغ على توافق النبات ونموه ، مما يؤثر على استعمار الفطريات وتكاثرها37،38. ومع ذلك ، غالبا ما تستغرق هذه الطريقة وقتا طويلا ، حيث تستغرق الأساليب التقليدية ما يصل إلى 120 يوما وتنتج إنتاجا منخفضا من الجراثيم. أدت التحسينات الأخيرة إلى تقليل فترة الإنتاج إلى 90 يوما باستخدام الذرة كمصنع مضيف في ظل ظروف إضاءة LED39. ومع ذلك ، يتم تقديم طريقة قوية لتوليد لقاح الرمل الذي يحتوي على جراثيم Rhizophagus irregularis باستخدام Allium tuberosum L. في غضون 10 أسابيع. يمكن استخدام لقاح الرمل هذا لتحليل النمط الظاهري لنمو الأرز الفطري وتحديد مستويات الاستعمار الفطري باستخدام تلطيخ التريبان الأزرق تحت إجهاد الملح. تولد هذه الأساليب بكفاءة لقاح فطري AM لمزيد من التحقيق في كيفية تعزيز تعايش AM لتحمل الملوحة للأرز.
تفاصيل الكواشف والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة مدرجة في جدول المواد.
1. توليد لقاح الرمل الذي يحتوي على جراثيم Rhizophagus irregularis باستخدام Allium tuberosum L.
2. تلطيخ Trypan Blue للتحقق من مستوى الاستعمار الفطري
3. تلقيح شتلات الأرز بلقاح الرمل وعلاج إجهاد الملح
يظهر سير العمل خطوة بخطوة في الشكل 1. في 10 أسابيع بعد التلقيح (wpi) ، لوحظت بوضوح الهياكل الفطرية مثل الحويصلات والجراثيم ، والتي تتميز بالمرحلة المتأخرة والتعايش الAM ، داخل جذور الثوم المعمر (الشكل 2 أ). كانت مستويات الخيوط ...
هناك بعض النصائح بخصوص تحضير واستخدام لقاح الرمل. أولا ، من تجربتنا ، يجب أن يكون مستوى استعمار الثوم المعمر أعلى من 70٪ (الشكل 2 ج). خلاف ذلك ، فإن التلقيح التالي على النباتات الأخرى ، مثل الطماطم والأرز ، لن يصل بنجاح إلى أكثر من 50٪ بعد 7 أسابيع من التلقيح (wpi...
ويعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم تضارب في المصالح.
نحن نقدر أن Yun-Hsin Chen أنشأ نظاما للتحقيق في تحمل إجهاد الملح المعزز ب AM في الأرز ، وأنشأ Kai-Chieh Chang النظام لتوليد لقاح الرمل. تم دعم هذا العمل بمنح من المجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا ، تايوان (NSTC 113-2326-B-002 -008 -MY3).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
(NH4)6Mo7O24.4H2O | FERAK | 12054-85-2 | half-strength Hoagland solution |
Bleach | Gaulix | Gaulix-2108 | rice sterilization |
Ca(NO3)2.4H2O | Sigma | 13477-34-4 | half-strength Hoagland solution |
CuSO4.5H2O | Sigma | 7758-99-8 | half-strength Hoagland solution |
EtOH | Honeywell | 67-63-0 | rice sterilization |
Fe-citrate | Sigma | 3522-50-7 | half-strength Hoagland solution |
Garlic chives seeds | KNOWN-YOU SEED Co., LTD. | V-015 | Allium tuberosum L. seeds |
Glycerol | J.T.Baker | 56-81-5 | Trypan blue staining |
HCl | Sigma | 7647-01-0 | Trypan blue staining |
KCl | Merck | 7447-40-7 | half-strength Hoagland solution |
KH2PO4 | Merck | 7646-93-7 | half-strength Hoagland solution |
KNO3 | Avantor | 7757-79-1 | half-strength Hoagland solution |
KOH | Honeywell | 1310-58-3 | Trypan blue staining |
Lactic acid | Sigma | 50-81-7 | Trypan blue staining |
MgSO4.7H2O | Sigma | 10034-99-8 | half-strength Hoagland solution |
MnSO4.H2O | Honeywell | 10034-96-5 | half-strength Hoagland solution |
MS salts | PhytoTech | M404 | half-strength Murashige–Skoog (1/2 MS) medium |
Na2B4O7.10H2O | Sigma | 1330-43-4 | half-strength Hoagland solution |
NaCl | Bioshop | 7647-14-5 | salt stress treatment |
NaOH | J.T.Baker | 1310-73-2 | half-strength Murashige–Skoog (1/2 MS) medium |
Rhizophagus irregularis spore | Premier Tech | L-ASP-A | AM fungal spore (MycoriseASP, Premier Tech, Rivière-du-Loup, Québec, Canada ) |
Sucrose | Bioshop | 57-50-1 | half-strength Murashige–Skoog (1/2 MS) medium |
Trypan blue | Sigma | 72-57-1 | Trypan blue staining |
ZnSO4.7H2O | Avantor | 7446-20-0 | half-strength Hoagland solution |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved