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Method Article
Aquí se presenta un protocolo para evaluar la supervivencia de semillas, germinación y la latencia en condiciones de campo utilizando enterrados, tiras de semillas etiquetadas y pruebas de viabilidad cloruro de tetrazolio (TZ).
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.
El objetivo general de este método es evaluar de forma fiable la supervivencia de semillas con el tiempo en condiciones de campo.
Bancos de semillas son una reserva de semillas dispersadas, viables aún no germinadas distribuidos ya sea en la superficie del suelo, dentro de hojarasca superficial, o dentro del perfil del suelo, que pueden persistir de forma transitoria o durante muchos años 1,2. Cuando los métodos de enterramiento de semillas similares a los aquí presentados se aplicaron a un estudio de 17 años el uso de varias docenas de especies, se encontraron semillas viables en muchas de las especies ensayadas 3. Latencia de las semillas es un bloque de germinación de la semilla hasta que la combinación apropiada de las condiciones para la supervivencia de las plántulas surgen 4. Restante en estado latente puede permitir que las semillas para sobrevivir las duras condiciones, tales como las bajas temperaturas invernales, limitación de nutrientes, o la sequía estacional, hasta que un disparador externo para la latencia de liberación permite la germinación. Los disparadores para la latencia de liberación puede variar de la exposición al frío, compuestos izquierdo extendido por fira, o ataque físico en la cubierta de la semilla debido a la abrasión o el contacto con los ácidos del estómago de los animales 5. Como señales de germinación pueden ser géneros o especies específicas y, a menudo el resultado de la selección natural pasado, la germinación de semillas de mala adaptación es la que se produce en un momento inadecuado, y puede resultar en semillas o plántulas de mortalidad o pobre crecimiento de las plántulas. Mientras que la inactividad se ha clasificado en una serie de tipos basados en los mecanismos de liberación de la latencia (por ejemplo, la inactividad física, la latencia fisiológica), 6 latencia de las semillas sigue siendo uno de los menos entendidos en temas de biología vegetal. Por lo tanto, los estudios de campo que permiten la evaluación de la situación de las semillas o grupos de semillas en condiciones ecológicas pertinentes individuales tienen mayor poder explicativo que aquellos que simplemente se basan en las pruebas de germinación estándar en el laboratorio.
La explotación de las características conocidas de semillas puede proporcionar información sobre los mecanismos de latencia. Control de la latencia de las semillas es complex, incluyendo el control genético de los factores fisiológicos y morfológicos. Mientras que una comprensión completa de la amplitud de mecanismos de latencia aún no se ha dilucidado, un modelo general ha surgido, que implica una relación de retroalimentación entre las dos hormonas de la planta de ácido giberélico (GA) y ácido abscísico (ABA) 7. En este modelo generalizado para semillas con un componente fisiológico a su inactividad, GA sirve como señal para la liberación de la latencia, mientras que ABA sirve para mantener el estado latente. Efectos genéticos maternos, así como el entorno de crecimiento materna puede influir en la latencia y otros rasgos de las semillas, como el tamaño, a través de los tejidos generados por vía materna y señales de desarrollo 8. Maternalmente generada estructuras externas (o cubiertas de semillas), podrá conservar la latencia, a veces en combinación con las señales fisiológicas. Desde revestimientos de semillas de origen materno son controlados por genes de la planta madre, que no siempre son representativas real nuclear genética de la semilla. Nosotros nos tenemosed los aquenios Helianthus annuus de una serie de híbridos de cultivos silvestres cruza para desentrañar estos efectos genéticos de embriones vs. materna sobre características de las semillas 9,10. Por lo tanto, los diseños de estudio que incluyen diversas especies, tipos de cruz, o genotipos pueden recoger información sobre el ecología y genética de latencia de las semillas, germinación y supervivencia.
Un ejemplo importante de cómo la germinación de semillas y supervivencia fenotipos pueden afectar la dinámica de población se puede ver en zonas híbridas de cultivos silvestres. Selección durante la domesticación de plantas cultivadas elimina la mayor latencia y reduce la capacidad de una semilla para sobrevivir fuera de la temporada de crecimiento. Sin embargo, el flujo de genes, o hibridación, entre los tipos cultivadas y silvestres en zonas híbridas de cultivos silvestres pueden reintroducir alelos de los cultivos (o variantes genéticas) en una población silvestre, con posibles efectos sobre la dinámica del banco de semillas. Los híbridos entre parientes silvestres y cultivadas potencialmente encuentran en zonas híbridas de cultivos silvestres pueden poseeruna variedad de fenotipos intermedios de latencia, con sólo unos pocos fenotipos esperados para sobrevivir a condiciones fuera del cultivo (por ejemplo, los meses de invierno) 11.
El objetivo de este manuscrito es mostrar cómo, utilizando el método de la tira de enterramiento de semillas, podemos evaluar la germinación, latencia, y la supervivencia de una amplia gama de tipos de semillas en diferentes periodos de tiempo para investigar su variación natural en condiciones de campo. En nuestro ejemplo, se emplearon semillas de girasol de 15 tipos cruce híbrido de cultivos silvestres, ya que estamos interesados en los efectos genéticos maternos y de los embriones sobre características de las semillas.
1. Reunir Semillas de Especies Múltiples o cruces controlados de una sola especie
Nota: En este ejemplo se utiliza la semilla de 15 tipos cruzado dentro de la especie Helianthus annuus (girasol) usando salvaje, híbrido, y los tipos de cultivos como el (productores de semillas) matriz materna.
Padres materna | |||
Padres paterna | Salvaje: WXW | F 1: WxC | Cultivo: CxC |
Salvaje: WXW | 0% WXW | 25% F 1 xW † | 50% cxw † |
BC: WxF1 o F1xW | 12,5% WxBC | 37,5% de F 1 XBC | 62,5% CxBC |
F 1: WxC | 25% wxf 1 † | 50% F 1 1 xF | 75% CxF 1 † |
F 2: F 1 1 xF | 25% wxf 2 | 50% F 1 2 xF | 75% CxF 2 |
Cultivo: CxC | 50% WxC † | 75% F 1 xC † | 100% CxC |
Tabla 1. parental cruz tipos producidos a partir de polinización manual. Girasol tipos cruce híbrido de cultivos silvestres fueron producidos con la polinización manual para su uso en el experimento de enterramiento de semillas. Para todos los tipos cruzados, el padre de la madre aparece en primer lugar y el padre paterno aparece en segundo lugar. tipos cruzados marcados con † son parte de pares de tipo cruz de reciprocidad con los mismos alelos% de los cultivos, pero diferentes padres maternos. Tabla ha sido publicado previamente en: Pace, BA et al. (2015) 15.
2. Crear las tiras de entierro de semillas personalizados
NOTA: Para este ejemplo, hemos tenido tres tratamientos fecha de remoción y 15 repeticiones, así que requerimos 45 tiras total. Este ejemplo utiliza 15 compartimentos por tira así, que requiere bastante tela de poliéster de malla fina o un mosquitero para albergar a 15, 7 x 10 cm compartimentos. Ver Figura 1.
Figura 1. El entierro tira de semillas esquemática. Ejemplo de la tira que muestra el entierro de identificación de tipo cruz por compartimentos individuales. progenitor materno aparece en primer lugar con el progenitor paterno aparece segundo. Los colores indican diferentes filiación materna,con el amarillo de salvaje, azul para F 1 híbrido, y el rojo para los cultivos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. Bury tiras semilla en el campo
4. Excavar tiras y Evaluar Semilla
Tipos cruzadas con variadas porcentaje de filiación y de los cultivos alelo materno (Tabla 1) diferían través de las fechas de eliminación en porcentaje germinó, sin germinar, y semillas muertas (Fig. 2 y 3). El uso de pruebas de semillas germinadas de TZ, hemos encontrado algunas semillas de verdad latentes en la segunda extracción (primavera) (Tabla 2), mientras que todas las semillas germinadas en la tercera ext...
Aquí presentamos métodos para el uso de tiras de enterramiento de semillas para observar la germinación de semillas, la latencia y la mortalidad de las semillas diversas en períodos de tiempo preseleccionados en el campo. Las ventajas de usar las tiras en lugar de los paquetes individuales se encuentran en (1) la velocidad de la tira y la construcción compartimento sobre la creación de paquetes individuales; y (2) la facilidad y la velocidad de eliminación de múltiples compartimentos en un movimiento sin el peli...
The authors have nothing to disclose.
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.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
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