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Method Article
이 프로토콜은 침입 식물의 뿌리에서 Arbuscular mycorrhizal fungi(AMF)의 집락화 속도를 결정하기 위한 간단하고 사용하기 쉬운 접근 방식을 제공합니다.
수목 균근 균류(AMF)는 생태계에 널리 분포된 토양 균류이며 대부분의 육상 식물의 뿌리와 공생 결합(균근)을 형성할 수 있습니다. 식물은 균근 결합을 통해 AMF에 탄소원을 제공하는 반면, AMF 균사는 뿌리에 의한 영양 흡수 범위를 확장하고 식물의 영양 흡수를 촉진할 수 있습니다. AMF에는 다양한 종이 있으며 서로 다른 AMF 종과 다른 식물 간의 공생 관계는 다양합니다. 침입 식물은 뿌리 삼출물을 통해 더 나은 공생 능력으로 AMF 종을 풍부하게 하여 성장을 촉진하여 침입 식물 뿌리에서 군체화를 증가시킬 수 있습니다. 동시에 침입 식물은 AMF와 토착 식물 사이의 공생 관계를 방해하여 성공적인 식물 침입을 위한 메커니즘 중 하나인 지역 식물 군집에 영향을 미칠 수 있습니다. 침입성 식물과 토착 식물의 뿌리에서 AMF의 군집화율은 침입성 식물 침입 과정에서 AMF의 역할을 간접적으로 반영합니다. 이 방법에서는 수집된 식물 뿌리를 직접 처리하거나 나중에 일괄 처리하기 위해 정착액에 저장할 수 있습니다. 뿌리의 탈색, 산성화, 염색 및 염색 처리를 통해 뿌리 시스템에서 AMF의 균사, 포자 및 수목 구조를 명확하게 관찰할 수 있습니다. 이 방법은 침입 식물의 뿌리 시스템에서 AMF의 집락화 속도를 관찰하고 계산하기 위해 기본 실험실에서 완료 할 수 있습니다.
균근균은 자연 생태계에 널리 퍼져 있으며 대부분의 식물의 뿌리와 공생 관계를 형성하여 균근1을 형성합니다. 식물은 균근균의 성장을 지원하기 위해 지방산 및 당과 같은 광합성으로 고정된 탄소 화합물을 제공하는 반면, 곰팡이는 숙주 식물에 인 및 질소와 같은 미네랄 영양소를 공급하여 식물 성장을 촉진하기 때문에 이러한 연관성은 상호 이익이 됩니다2. 식물 뿌리로 형성된 균근 유형에 따라 균근 균류는 외부 균근(ECM) 균류, 에리코이드 균근(ERM) 균류, 난초 균근(ORM) 균류 및 수목 균근(AM) 균의 네 가지 주요 유형으로 나눌 수 있습니다1. 그 중 수목 균근 균류(AMF)는 가장 넓은 분포를 가지며 식물 종의 80% 이상과 균근 연관성을 형성할 수 있습니다 3,4.
AMF는 토양 영양 순환을 강화하고5, 식물 영양 흡수를 개선6하며, 식물 경쟁 및 천이를 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 그들은 침입 식물 종의 침입 과정에서 중요한 역할을합니다 7,8. AMF는 Mucoromycota9 문으로 분류되며 250 종 이상을 포함합니다10. 서로 다른 종의 AMF와 다른 식물 사이의 특정 공생 관계는 다를 수 있습니다. 침입 식물 종은 AMF 다양성을 변화시키고 성장과 군집화 과정에서 경쟁 우위에 기여하는 더 나은 공생 능력으로 AMF 종의 풍부화를 촉진할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다 8,11,12,13. AMF의 역학 및 침입 식물 종과의 상호 작용을 이해하는 것은 식물 침입의 기저에 있는 메커니즘과 생태학적 영향을 이해하는 데 필수적입니다.
AMF 종에 대한 질적 연구에는 일반적으로 두 가지 주요 방법이 포함됩니다. 그 중 하나는 습식 체질-자당 원심분리(wet sieving-sucrose centrifugation)와 같은 방법을 사용하여 토양에서 AMF 포자를 채취한 다음, 포자의 형태에 따라 포자를 분류하고 정량화하는 것과 같은 형태학적 식별이다14. 다른 방법은 AMF 유전자의 보존 영역을 증폭하고 동정을 위해 염기서열분석을 하는 분자 기술을 포함한다15. 그러나 이러한 방법은 종종 광범위한 형태학적 식별 경험이나 더 높은 재정적 자원을 필요로 합니다. 다른 한편으로, AMF 집락화 속도에 대한 정량적 연구는 AMF 종 및 구성의 변화를 결정할 수 없지만 여전히 AMF와 식물 간의 공생 관계에 대한 포괄적인 평가를 제공합니다. 이러한 연구는 접종 실험을 위한 기초 연구와 후속 검증 작업 모두에 필수적입니다.
AMF의 군집화는 공존하는 식물 종7 간의 자원 분포를 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 이는 AMF와 숙주 식물 뿌리 사이의 공생 관계의 확립과 강도를 반영합니다. 같은 서식지에서 침입 식물 종은 종종 토착 식물에 비해 더 높은 군집화 속도를 나타냅니다16, 17. 이러한 AMF의 향상된 군집화는 Ambrosia artemisiifolia18, Solidago canadensis19, Sapium sebiferum20, Ageratina adenophora21, Sphagneticola trilobata22, Flaveria bidentis7과 같은 침입종의 성공적인 침입에 기여합니다. 침입 식물의 뿌리에서 AMF의 군집화 속도를 이해하는 것은 이러한 종의 성공적인 침입의 기저에 있는 토양 미생물 메커니즘을 밝히기 위한 토대를 제공합니다. 침입성 식물 뿌리에서 AMF의 집락화 속도를 조사하는 것은 식물과 미생물 간의 상호 작용이 생태학적으로 미치는 영향을 밝히고 식물 침입을 유발하는 메커니즘에 대한 이해에 기여합니다.
AMF 집락화 속도 측정에는 치근 보존, 정화, 산성화, 염색, 염색 및 현미경 검사와 같은 여러 단계를 포함하는 염색 현미경 기술이 포함됩니다(보충 그림 1). 지난 수십 년 동안 연구자들은 AMF에 대한 다양한 관찰 방법을 탐구하고 다양한 염색 기술을 개발했습니다. 초기 단계에서는 트리판 블루 염색이 널리 사용되었다23,24. 그러나 이 방법은 트리판 블루의 독성으로 인해 한계가 있습니다. 반면, 산성 푹신 염색은 밝은 색상을 제공하고 신뢰할 수 있고 안정적인 염색 결과를 보여주는 일반적으로 사용되는 방법입니다25. 또한 염색 용액을 재사용할 수 있어 비용 효율성이 높아집니다. 군집화율은 격자선 교차법(gridline intersect method)을 사용하여 결정되며, 이는 다른 접근법에 비해 더 객관적인 통계적 결과를 제공한다26. 이 방법은 단순성, 저렴한 비용 및 최소한의 장비 요구 사항이 특징이므로 기본 실험실 환경에서 수행할 수 있습니다. AMF의 집락화 속도를 평가하기 위한 실용적이고 접근 가능한 접근 방식을 제공하고 AMF와 식물 뿌리 사이의 공생 관계에 대한 이해에 기여합니다.
우리는 침입 식물 F. bidentis 1 개와 토착 식물 Setaria viridis 1 개를 사용하여 실험을 수행했습니다. 두 식물 모두 중국 허베이성에 있는 중국농업과학원(CAAS)의 랑팡 과학 연구 파일럿 베이스(Langfang Scientific Research Pilot Base)의 실험 구획에서 재배되었습니다. 각 식물 종은 별도의 구획에 개별적으로 심었으며 각 구획은 2m x 3m이고 구획 사이에는 1m 간격이 있습니다. 식물은 자연적으로 자라도록 남겨두고 약 2개월 후에 뿌리 샘플을 수집했습니다.
1. 뿌리 준비 및 보존
2. 뿌리의 염색
3. 탈색 및 현미경 검사
4. 식민지 형성 비율 계산
치료 | 슬라이드 | 교차로의 수 | ||||
마이너스 | 균사 | 수목질 | 소포 | 합계 | ||
샘플 1 | 슬라이드 1 | A, N, 1 | 에이H1 | ᅡ1 | 에이V1 | ᅡT1 |
슬라이드 2 | 에이앤2 | 아 H2 | ᅡ2 | 에이V2 | AT2 | |
슬라이드 3 | A/N3 | 아H3 | ᅡᅡ3 | 에이V3 | 에이T3 | |
합계 | 아엔 | 에이 H | 아 | 에이브이 | 에이티 |
표 1: 수목 균근 균류의 집락화 속도에 대한 통계적 표. 약어:AH = 균사와의 교차 수; A A = arbuscules와의 교차점 수; A V = 소포와의 교차점 수; AT = 총 교차로 수; AN = 비균근근과의 교차점 수.
이 방법을 사용한 침입성 식물 뿌리의 염색 결과는 그림 1에 나와 있습니다. AMF의 구조(균사, 수목, 포자 및 소포)는 빨간색으로 염색되고, 뿌리 피질 세포는 염색 후 연한 빨간색으로 염색되며, 중앙 실린더는 빨간색으로 염색됩니다. 이 염색 결과는 AMF가 주로 식물의 피질에 존재하기 때문에 곰팡이 구조를 구별하기에 충분합니다. 염색 결과에서 수...
침입 식물과 AMF 간의 상호 작용은 복잡하고 다양합니다. 이러한 상호 작용을 연구하는 것은 침입 식물의 성공과 생태학적 영향을 이해하는 데 중요합니다. 그들은 식물의 침입 능력, 토양 생태계의 구조와 기능, 토착 식물의 경쟁력에 영향을 미칠 수 있습니다. 군집화 비율은 침입 식물과 AMF 간의 관계를 연구하는 데 중요한 지표 역할을 합니다. 공생 관계를 수립하고, 침?...
저자는 공개할 것이 없습니다.
이 연구는 중국 국가 핵심 R&D 프로그램(2021YFD1400100, 2021YFC2600400 및 2022YFC2601100)과 중국 국가과학재단(42207162)의 지원을 받았습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
70% Alcohol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | R433197 | |
Acetic acid solution | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | A116166 | |
Acid fuchsin | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | A104917 | |
Formaldehyde solution, Formalin | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | F111941 | |
Glycerol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | G116203 | |
Hydrochloric acid, HCl | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | H399657 | |
Lactic acid | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | L432769 | |
Manual System Microscope BX43 | Olympus (China) co., Ltd | ||
Potassium hydroxide, KOH | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd | P112284 |
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