Agradecemos Squire Valleevue e Vale cume Fazendas de Case Western Reserve University, incluindo A. Locci, C. Bond, e A. Alldridge, ajuda, que estabelece o jardim comum. J. Hooks, L. Huffman, L. Gonzales, SC Leahy, B. Ochocki, A. Ubiles, C. Yu, X. Zhao, e NM Zimmerman prestou assistência campo. AJB e JHB foram financiados por fundos de inicialização a partir de CWRU para JHBGAD foi apoiado por um Programas de Verão em bolsa de Iniciação Científica CWRU financiados pelo Instituto Médico Howard Hughes. Este trabalho também foi apoiado pelo financiamento da National Science Foundation para JHB (DEB 1250170).

1. Colete Solos de Campo Produzir tratamentos solo heterogéneo e Homogêneos <ol><li> Identificar duas espécies de plantas cooccurring em habitats semelhantes e tipos de solo para estudo (por exemplo, Figura 1A). Determinar a quantidade de solo necessária com base na dimensão do adesivo de solo para uso na experiência (por exemplo, um terço a metade da zona da raiz principal das espécies focais, ou volume englobado pela raiz) e o número de entalhes necessários para o experimento (ver Protocolo 2 e 3, a seguir). <ol><li> Para Rumex spp. (Figura 1a), use manchas de solo de 10 cm x 10 cm x 18 cm (comprimento x largura x profundidade) para a zona raiz aproximada de 10 cm de raio a partir da base de planta a 18 cm de profundidade (5655 centímetros 3 de solo a partir desta zona definida de influência de raiz para uma planta individual produz três manchas de solo de 1800 centímetros 3). </li></ol></li><li> Site de pesquisa de campo para localizar indivíduos adultos das duas espécies focais. Evite indivíduos cujo roozona t provavelmente se sobrepõe com os de outras espécies focais (por exemplo, indivíduos Rumex localizado dentro de 0,25 m de outras espécies). Marcar o número de pessoas necessário para se obter a quantidade necessária de solo com bandeiras de pino. <ol><li> Mark 20 indivíduos escolhidos aleatoriamente de cada Rumex spp. por 20 unidades experimentais (2 espécies x 2 tratamentos de solo x 5 repetições) que requerem cada três manchas de solo de cada espécie focal (como no Protocolo 2, abaixo). </li></ol></li><li> Esterilizar solo recolhendo equipamentos (pás, luvas, transportando contentores), com uma mistura de cerca de 1:10 de lixívia (5-10% NaClO) e água para remover todas as partículas do solo. Equipamento seco antes do uso para evitar os efeitos de lixívia na biota do solo. Rotular cada equipamento com fita laboratório para indicar a espécie focal cujo solo será coletar ou transporte para evitar a contaminação cruzada (por exemplo, um rótulo pá para as espécies A e uma segunda pá de espécies B). </li><li> Verifique tempo e condições do soloções antes de iniciar a coleta de solo para eventos de precipitação recentes. Evite coletar solos que são muito molhado (barrenta ou totalmente saturada) ou coleta de solo durante um evento de precipitação para minimizar a compactação do solo. Evite coletar solos que são demasiado seco (muito duro e difícil de inserir em uma pá) para ajudar na separação do solo a partir de raízes. </li><li> Coletar solo de um campo de indivíduos marcados das duas espécies focais em lotes replicadas para evitar pseudoreplicação (por exemplo, uma única amostra de solo contendo um patógeno raro sendo posteriormente misturadas através repetições experimentais). <ol><li> Dig-se na zona da raiz completa de um indivíduo de uma espécie (tal como definido no passo 1.1), com a pá estéril apropriadamente marcada, remover raízes grossas visíveis a partir do solo, com as luvas estéreis adequadamente marcadas, e colocar no solo apropriadamente marcado contentor de transporte estéril (por exemplo balde). Para um experimento com 4 unidades experimentais em cada bloco e uma planta individual&#39;S zona de raiz fornecendo solo o suficiente para uma unidade experimental (como na Seção 1.2.1), repita este procedimento por 3 indivíduos adicionais de espécies A. </li><li> Repita Seção 1.5.1 para as espécies B. </li><li> Transporte a coleção solo réplica de ambas as espécies para o site experimental. Coloque solo em unidades experimentais para um bloco da experiência (como no protocolo de 2 ou 3, a seguir), em que um bloco contenha uma unidade experimental de cada combinação de tratamento (ou seja, cada uma das espécies x cada tratamento no solo). </li><li> Repita a Seção 1.5.3. </li><li> Repetir Secções 1.5.1-1.5.4 para os restantes blocos no experimento. Coletar solo de grupos de indivíduos, pelo menos, 1 m de distância a partir de locais de coleta anteriores para cada replicar coleção para minimizar pseudoreplicação. </li></ol></li></ol><img alt="Figura 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51580/51580fig1highres.jpg" width="500" /> Figure 1. Campo Exemplo delineamento experimental manipulação induzida solo-planta heterogeneidade. (A) Os solos são recolhidos a partir da zona de influência de membros da mesma espécie raiz (α) e (β heterospecifics) no campo, seguindo os protocolos padrão para estudar os efeitos da planta-solo feedbacks 9 . (B) Os tratamentos experimentais com solos heterogêneos compostos por solos de planta A (α solos) e solos de planta B (solos &#39;β&#39;) estão dispostas em uma grade, e tratamentos de solo homogeneizadas criado com uma mistura igual de solos destas duas origens . Neste exemplo, as redes de solos de campo são inseridos em vasos de grande diâmetro afundados no solo e na área ao redor de cada grade é preenchida com grossa, areia esterilizada. Este valor foi modificado a partir Brandt et al. 10 2. Uma experiência Exemplo Field, Criando Grids de Heterogêneos e Homogêneos solo para medir as respostas de plantas População <ol><li> Utilize solos de uma coleção solo de campo replicado (Protocolo 1) para produzir um tratamento heterogêneo (ou seja, células da grade alternada conter solo coletadas de espécies A espécie ou B) e um tratamento homogêneo (ou seja, cada célula da grade contém uma mistura 1:1 de solo de espécies A e B) (Figura 1-B) para o bloco 1 da experiência nas seguintes etapas. <ol><li> Esterilizar o material do solo manuseamento (espátulas, luvas, grade de plástico) com uma mistura de aproximadamente 01:10 de água sanitária (5-10% de hipoclorito de sódio) e água, para remover todas as partículas do solo. Equipamento seco antes do uso para evitar os efeitos de lixívia na biota do solo. Rotular cada equipamento com fita laboratório para indicar a espécie focal cujo solo ele vai lidar para evitar a contaminação cruzada (por exemplo, um rótulo espátula para espécies A e um segundo espátula para espécies B) ea grade de plástico para indicar se ele será usado para o tratamento do solo heterogéneo ou homogéneo. </li><li> Coloque grade plástica removível emum pote afundado na terra [ou outro enredo ou recipiente grande o suficiente para acomodar a grade] para ser preenchido com o campo coletadas do solo (por exemplo, 1.800 centímetros célula 3 / grade como no passo 1.1.1). Use uma grade construído por encomenda com as dimensões desejadas, por exemplo, uma grelha de 2 x 3, com 6 células do tamanho determinado no passo 1.1 (Figura 1b). <ol><li> Para o tratamento heterogêneo de alternar os tipos de correção de solo, lugar spadefuls de solo da espécie A em células de grade para α solo e solos da espécie B em células de solo β (Figura 1b). </li><li> Para o tratamento homogéneo, colocar alternadas spadefuls de solos A e B em cada célula da grelha, tendo o cuidado de distribuir uniformemente os dois tipos de solo e evitar a formação de camadas de cada tipo de solo (Figura 1b). Para o patch exemplo solo de 1.800 cm 3 (Seção 1.1.1), coloque 900 centímetros 3 de cada tipo de solo em cada célula da grade. </li><li> Seja sure para produzir a mesma quantidade de perturbação (ou seja, quebrar torrões com a mesma intensidade) ao criar tratamentos heterogêneas e homogêneas de solo, para evitar confundir revolvimento do solo com a heterogeneidade do solo. </li></ol></li><li> Se qualquer área vazia permanece do lado de fora da grade dentro da panela grande utilizado (como na Figura 1b), preencher esta área com areia estéril. Esterilizar areia usando qualquer método padrão (por exemplo, autoclavagem, a radiação gama). </li><li> Levante a grade de plástico na vertical para fora da panela, deixando as manchas de solo intacta. Isso permite que as raízes de diferentes indivíduos para interagir no solo e cada planta para experimentar vários patches, o que é essencial para permitir que as raízes das plantas a crescer em várias manchas de solo (por exemplo, células de grade). </li><li> Repetir Secções 2.1.2-2.1.4 por um segundo par de unidades experimentais para produzir um bloco experimental completo (ou seja, uma grelha de solo heterogéneo em que para plantar cada focaespécies l e uma grade de solo homogéneo em que cada espécie de planta focal, para um total de quatro unidades experimentais). </li></ol></li><li> Repita o passo 2.1 para blocos restantes no experimento com o solo restante replicar coleções (Protocolo 1). Aleatorizar blocos, e tramas dentro de blocos, em toda a área experimental, usando tecido de paisagem em torno dos lotes se desejado, para manter o sombreamento de vegetação fora no mínimo (não mostrado). </li><li> Plante sementes de espécies focais em cada célula da grade de cada pote experimental (2 espécies focais x 2 tratamentos de solo). Use semente pool para evitar genótipos de confusão ou comunidades microbianas semente de superfície com os tratamentos de solo. Por exemplo, as sementes da planta de cada Rumex spp. na panela para que as espécies (Figura 1-A) colado individualmente para palitos de plástico com cola solúvel em água em 12 posições de plantio (2 posições por célula de grade) para identificar claramente os indivíduos plantados. </li><li> Meça res da populaçãoponses das unidades experimentais, como a germinação e sobrevivência, através de um censo regular do indivíduo marcado locais de plantio de sementes (por exemplo, usando palitos de dente como no passo 2.3). Minimizar a perturbação do solo para qualquer resposta medida para evitar a mistura de solo entre os patches. <ol><li> Determine os intervalos do censo apropriadas com base na taxa esperada de respostas populacionais das espécies focais. Por exemplo, realizar censos semanais para Rumex spp. que podem germinar rapidamente. </li><li> Continue o experimento por um período adequado baseado na história de vida das espécies focais. Por exemplo, continuar a experiência de pelo menos 2 anos para curta duração perene Rumex spp. para obter dados sobre todas as fases da vida. </li></ol></li></ol> 3. Uma Experiência de efeito estufa exemplo, com solo heterogéneo e homogeneizado em vasos para medir as respostas de plantas individuais <ol><li> Utilize solos de um campo de coleta de solo replicar (Protocolo 1)para produzir um tratamento heterogénea (ou seja, cada metade de um recipiente plástico com solo recolhida a partir de espécies de A ou espécies B) e um tratamento homogéneo (ou seja, pote contém uma mistura 1:1 de solo de espécies A e B) (Figura 2a) para o bloco 1 da experiência nas seguintes etapas. <ol><li> No recipiente de transporte (por exemplo, balde) e antes de envasamento, misture o campo de solo coletadas de cada espécie com areia estéril para produzir uma mistura de 1:1. Faça isso para mitigar a compactação do solo e melhorar a drenagem nos vasos, o que é especialmente útil para as raízes de lavagem, facilitando a separação das raízes do solo. Esterilizar areia usando qualquer método padrão (por exemplo, autoclavagem, a radiação gama). </li><li> Certifique-se para produzir a mesma quantidade de perturbação (ou seja, quebrar torrões com a mesma intensidade) quando a mistura de cada lote de solo de um campo de areia. </li></ol></li><li> Esterilizar equipamentos de movimentação de solo (espátulas, luvas, folha de plástico) com um apmadamente 01:10 mistura de água sanitária (5-10% de hipoclorito de sódio) e água, para remover todas as partículas do solo. Equipamento seco antes do uso para evitar os efeitos de lixívia na biota do solo. Rotular cada equipamento com fita laboratório para indicar a espécie focal cujo solo ele vai lidar para evitar a contaminação cruzada (por exemplo, um rótulo espátula para espécies A e um segundo espátula para espécies B) e cada lado de uma folha de plástico duro para indicar qual Tipo de solo irá ser encapsuladas em cada lado do mesmo para o tratamento de solo heterogéneo. </li><li> Crie um tratamento do solo heterogêneo utilizando o campo de misturas de solo-areia das duas espécies focais (a partir da Secção 3.1.1). <ol><li> Colocar uma folha de plástico duro, no centro de uma panela para dividir ao meio (Figura 2a). Use uma panela de tamanho tal que metade do que é equivalente em volume para o tamanho da mancha de solo adequado (passo 1.1). Por exemplo, use uma panela com um diâmetro 15 centímetros e 18 cm de profundidade para o Rumex spp. na figura 1a (volume total de3,181 centímetros 3). </li><li> Ter dois pesquisadores acrescentam simultaneamente o campo de solo coletadas de cada espécie para o lado apropriado do pote (eg α solo de espécies A) com espátulas devidamente rotulados, para manter os lados, mesmo que o vaso está cheio. </li><li> Retire o divisor de plástico, levantando-o verticalmente do solo, deixando as manchas de solo intacta. Isso permite que as plantas a experimentar os dois pedaços de solo dentro de um pote, essenciais para as plantas para experimentar a heterogeneidade. </li><li> Repita Seções 3.3.1-3.3.3 por 3 unidades experimentais adicionais para produzir um bloqueio completo do tratamento do solo heterogêneo (2 espécies x 2 tipos de patch de solo no tratamento heterogêneo; Figura 2). </li></ol></li><li> Crie um tratamento do solo homogênea, utilizando o campo de misturas solo-areia das duas espécies focais (a partir da Secção 3.1.1). <ol><li> Repita Seção 3.3.1. Ter dois pesquisadores adicionar simultaneamente α e β solos para amboslados da panela com espátulas adequadamente rotulados, distribuindo uniformemente os dois tipos de solo dentro de cada patch e evitando a criação de camadas. Repita Seção 3.3.3. </li><li> Repita a Seção 3.4.1 para uma segunda unidade experimental para produzir um bloqueio completo do tratamento do solo homogêneo (um pote para cada uma das espécies focal 2). </li></ol></li><li> Repita os passos de 3,2-3,4 para blocos restantes no experimento com o solo restante replicar coleções (Protocolo 1). Randomize blocos e parcelas dentro de blocos, através do banco de efeito estufa. </li></ol><img alt="Figura 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51580/51580fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Exemplo de efeito estufa experimental induzida manipulação projeto solo-planta heterogeneidade. (A) Os solos coletados na zona de influência da raiz de espécies A (α solos) e as espécies B (β solos) no campo são lugard em cada metade de um pote (tratamento heterogêneo) ou misturado em todo o pote (tratamento homogêneo). (B) As plantas de espécies A são então plantadas no experimento de cada tipo de adesivo no tratamento do solo heterogéneo e em um dos lados do tratamento homogéneo. Aqui, apenas uma espécie (a) é mostrado plantada em seu design. Uma concepção totalmente recíproco incluiria plantas da segunda espécie de contacto (B) plantadas em cada tratamento do solo e tipo de adesivo no tratamento heterogénea. <ol start="6"><li> Mudas de plantas de espécies focal A e B em cada tipo de correção do solo em um esquema fatorial (2 x 3 tipos de espécies de correção do solo [α solo, β solo, e uma mistura homogênea de α e β solo]; Figura 2b). </li><li> Meça todas as respostas de plantas individuais que indicam o desempenho da planta, tais como tamanho da planta, produção de biomassa, ou atributos funcionais. Características adequadas para medir dependerá das espécies focais e as questões científicas deinteresse. <ol><li> Continue o experimento até que as plantas aparecem grande em relação a patches de solo (por exemplo, cerca de 1,5 x a largura da mancha de solo para forbs formação de roseta) para garantir que as raízes das plantas estão crescendo em ambas as manchas de solo. Duração Experimental dependerá, portanto, da taxa de crescimento de espécies focais. </li><li> Plantas de colheita e / ou respostas de medida antes que as plantas se tornam vinculados a panela (ou seja, o crescimento das raízes é limitado pelos limites da panela e raízes círculo do fundo da panela) se as respostas realistas para o ambiente do solo são desejados. Por exemplo, as raízes das plantas ligado a panela é improvável a forragem ao longo da coluna de solo de uma maneira semelhante à das plantas no campo. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Agrawal, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Filling+key+gaps+in+population+and+community+ecology.">Filling key gaps in population and community ecology.</a> Front. Ecol. Environ. 5, 145-152 (2007).</li><li>Suding, K. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+an+era+of+restoration+in+ecology:+successes,+failures,+and+opportunities+ahead.">Toward an era of restoration in ecology: successes, failures, and opportunities ahead.</a> Ann. Rev. Ecol. Evol. System. 42, 465-487 (2011).</li><li>Melbourne, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invasion+in+a+heterogeneous+world:+resistance,+coexistence+or+hostile+takeover.">Invasion in a heterogeneous world: resistance, coexistence or hostile takeover.</a> Ecol. Lett. 10, 77-94 (2007).</li><li>Lundholm, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+species+diversity+and+environmental+heterogeneity:+spatial+scale+and+competing+hypotheses.">Plant species diversity and environmental heterogeneity: spatial scale and competing hypotheses.</a> J. Veg. Sci. 20, 377-391 (2009).</li><li>Pacala, S. W., Tilman, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limiting+similarity+in+mechanistic+and+spatial+models+of+plant+competition+in+heterogeneous+environments.">Limiting similarity in mechanistic and spatial models of plant competition in heterogeneous environments.</a> Am. Natural. 143, 222-257 (1994).</li><li>Chesson, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=General+theory+of+competitive+coexistence+in+spatially-varying+environments.">General theory of competitive coexistence in spatially-varying environments.</a> Theor. Pop. Biol. 58, 211-237 (2000).</li><li>Bever, J. D., Westover, K. M., Antonovics, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Incorporating+the+soil+community+into+plant+population+dynamics:+the+utility+of+the+feedback+approach.">Incorporating the soil community into plant population dynamics: the utility of the feedback approach.</a> J. Ecol. 85, 561-573 (1997).</li><li>Kulmatiski, A., Beard, K. H., Stevens, J. R., Cobbold, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant-soil+feedbacks:+a+meta-analytical+review.">Plant-soil feedbacks: a meta-analytical review.</a> Ecol. Lett. 11, 980-992 (2008).</li><li>Bever, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rooting+theories+of+plant+community+ecology+in+microbial+interactions.">Rooting theories of plant community ecology in microbial interactions.</a> Trends. Ecol. Evol. 25, 468-478 (2010).</li><li>Brandt, A. J., de Kroon, H., Reynolds, H. L., Burns, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+heterogeneity+generated+by+plant-soil+feedbacks+has+implications+for+species+recruitment+and+coexistence.">Soil heterogeneity generated by plant-soil feedbacks has implications for species recruitment and coexistence.</a> J. Ecol. 101, 277-286 (2013).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> R: A language and environment for statistical computing. , (2012).</li><li>Crawley, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The R Book. , (2007).</li><li>Petermann, J. S., Fergus, A. J. F., Turnbull, L. A., Schmid, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Janzen-Connell+effects+are+widespread+and+strong+enough+to+maintain+diversity+in+grasslands.">Janzen-Connell effects are widespread and strong enough to maintain diversity in grasslands.</a> Ecology. 89, 2399-2406 (2008).</li><li>Reynolds, H. L., Haubensak, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+fertility,+heterogeneity,+and+microbes:+towards+an+integrated+understanding+of+grassland+structure+and+dynamics.">Soil fertility, heterogeneity, and microbes: towards an integrated understanding of grassland structure and dynamics.</a> Appl. Veg. Sci. 12, 33-44 (2009).</li><li>Sokal, R. R., Rohlf, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biometry, 3rd edn. , (1995).</li><li>Klironomos, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feedback+with+soil+biota+contributes+to+plant+rarity+and+invasiveness+in+communities.">Feedback with soil biota contributes to plant rarity and invasiveness in communities.</a> Nature. 417, 67-70 (2002).</li><li>Mommer, L., van Ruijven, J., Jansen, C., van de Steeg, H. M., de Kroon, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interactive+effects+of+nutrient+heterogeneity+and+competition:+implications+for+root+foraging+theory?.">Interactive effects of nutrient heterogeneity and competition: implications for root foraging theory?.</a> Funct. Ecol. 26, 66-73 (2012).</li><li>Felsenstein, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phylogenies+and+the+comparative+method.">Phylogenies and the comparative method.</a> Am. Natural. 125, 1-15 (1985).</li><li>Burns, J. H., Strauss, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=More+closely+related+species+are+more+ecologically+similar+in+an+experimental+test.">More closely related species are more ecologically similar in an experimental test.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 5302-5307 (2011).</li><li>Fukami, T., Nakajima, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Community+assembly:+alternative+stable+states+or+alternative+transient+states.">Community assembly: alternative stable states or alternative transient states.</a> Ecol. Lett. 14, 973-984 (2011).</li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Induzida solo-planta heterogeneidade é altamente provável em comunidades naturais, porque as plantas têm grandes efeitos e muitas vezes espécie-específicos em seu ambiente do solo e as plantas subsequentes que experimentam que o solo (por exemplo, Petermann et al. 13). No entanto, nossa compreensão do papel deste tipo de heterogeneidade em comunidades de plantas é mínima 10,14. Aqui, apresentamos um método para manipular induzida solo-planta heterogeneidade, o uso do solo...

Um dos principais objetivos da ecologia de comunidades é explicar e prever os processos que regem a assembléia da comunidade. No entanto, as comunidades de plantas são freqüentemente mais diversificado do que o previsto pela teoria da coexistência 1, e ecólogos da restauração precisa entender os mecanismos de coexistência para restaurar com êxito diversas comunidades nativas 2. Heterogeneidade ambiental é um mecanismo importante que, teoricamente, pode ajudar a explicar altos níveis de diversidade da comunidade, mas manipulações experimentais de heterogeneidade são freqüentes 3 ​​e focar heterogeneidade abióticos (ex. revistas em Lundholm 4). Teoria que incorpora heterogeneidade geralmente assume que a heterogeneidade é extrínseco à comunidade de montagem. Heterogeneidade extrínseca é governada por fatores como tipologia paisagem, que são independentes da composição da comunidade. Heterogeneidade extrínseca pode resultar em coexistência através de partição de nicho (reviecasaram em Melbourne et al. 3, por exemplo, Pacala e Tilman 5 e Chesson 6). No entanto, grande parte da heterogeneidade ambiental relevante para as comunidades de plantas pode ser intrínseca à comunidade, desenvolvendo como a comunidade monta e, dependendo da identidade das espécies na comunidade. Heterogeneidade intrínseca pode resultar de reacções bióticos, as quais podem levar a coexistência através frequência dependência negativa (por exemplo, Bever et al. 7). Aqui, descrevemos um método inovador para manipular induzida pela planta de heterogeneidade do solo, um tipo de heterogeneidade do solo, que é intrínseca à comunidade e surge de feedbacks planta-solo. Feedbacks Plant-solo (PSF) ocorrem quando as plantas influenciam a estrutura do solo, química, ou biota de uma maneira que afeta subseqüente desempenho da planta em que o solo, e PSF têm grandes efeitos médios em desempenho da planta em comunidades nativas de plantas 8. Estudos do PSF têm tipicamente quer coletados solos de campo ou solos condicionado experimentalmente, em seguida, perguntou como as plantas executar em conspecific solo em relação ao heteroespecíficos ou esterilizado solo 9. Se as plantas melhor desempenho em conspecific solo, relativamente à referência solos, então PSF são positivos, enquanto que, se as plantas melhor desempenho em solos de referência, PSF são negativos. PSF negativo recíproco pode levar a coexistência dependente da freqüência entre as espécies 7. Enquanto os efeitos médios de PSF são bem caracterizada 8, os efeitos da heterogeneidade espacial no PSF são mal compreendidos 10. Porque PSF ocorrem na escala de plantas individuais 7 e porque as plantas são frequentemente nonrandomly distribuídas no espaço e no tempo, PSF são susceptíveis de levar a heterogeneidade do solo, que chamamos induzida solo-planta heterogeneidade. Ao contrário de muitas outras formas de heterogeneidade (por exemplo, topologia paisagem), este heterogeneity é intrínseco à comunidade montagem e pode, assim, influenciar a assembléia da comunidade de forma diferente do que as formas mais extrínsecos de heterogeneidade. A fim de compreender a influência dessa forma de heterogeneidade no desempenho da planta e de convivência, precisamos de métodos experimentais que manipulam induzida solo-planta heterogeneidade. Aqui, demonstramos uma tal método, o qual utiliza os solos condicionados por duas espécies para criar um tratamento heterogénea com manchas separadas de duas origens de solo e um tratamento homogéneo, o qual é uma mistura dos dois origens solo. Esta mistura de solo pode representar pelo menos dois cenários plausíveis no campo: (1) perturbação (por exemplo, roedores, agricultura) que mistura solos de diferentes origens ou (2) plantas de duas espécies de crescimento muito próximo, de modo que suas zonas de influência raiz misturam e homogeneizar. Apresentamos dois experimentos exemplo que usam induzida solo-planta heterogeneidade de responder a perguntas-chave em leve diferentesl de organização ecológica: (1) Não populações de plantas respondem a plantar induzida heterogeneidade do solo? e (2) Não plantas individuais responder a induzida solo-planta heterogeneidade? Descreve-se um experimento de campo com seis manchas de solo para abordar a primeira questão e uma casa de vegetação com 2 manchas de solo para abordar a segunda questão. Quantificar população e respostas das plantas individuais a heterogeneidade do solo é essencial para a compreensão de como a montagem influências heterogeneidade comunidade.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1119">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Shovel(s)</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">It is helpful to have at least two shovels, one for each species of soil origin.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Trowel(s)</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">It is necessary to have at least two trowels of identical size, one for each species of soil origin.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gloves</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Gardening gloves can be used.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Diluted bleach</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">We use an ~1:10 concentration of household bleach (containing 5-10% NaClO) to water to sterilize all equipment between soil collections.</td>
		</tr>
		<tr height="50">
			<td height="50" style="height:50px;width:216px;">Plastic grid(s)</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">CUSTOM. We used plastic sheeting from the construction of greenhouse walls to create the grid used in the field experiment. However any stiff plastic that can be manipulated can be used. It is helpful to have three grids to produce reciprocal heterogeneous treatments and a homogeneous treatment without needing to sterilize between each experimental unit.</td>
		</tr>
		<tr height="47">
			<td height="47" style="height:47px;width:216px;">Plastic dividers</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">CUSTOM. We used stiff sheets of plastic, cut to fit the pot minimum width, such that they can slide down to the bottom of the pot for the greenhouse experiment. It is helpful to have at least two dividers, one for heterogeneous and one for homogeneous treatments, if investigators want to randomize the order in which experimental units within a block are filled without needing to sterilize the divider in between each experimental unit.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Buckets or wheelbarrows</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Any container for transporting soils.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Seeds</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">We collect seeds in the field by hand. Seeds can also be ordered from horticultural suppliers, if appropriate.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Plastic toothpicks</td>
			<td style="width:136px;">Soodhalter Plastics, Inc.</td>
			<td>805KP</td>
			<td style="width:696px;">We plant individual seeds glued on toothpick in the field experiment, to facilitate monitoring germination and survival of individuals.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Water soluble glue</td>
			<td style="width:136px;">Elmer&#39;s</td>
			<td style="width:71px;">Elmer&#39;s Glue-all</td>
			<td style="width:696px;">Any water soluble glue can be used to adhere seeds to plastic toothpicks.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pots</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Pot size will depend on experimental plants used and number of soil patches desired (e.g. 2 or 6).</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sand</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Coarse sand may be mixed with field soils to improve drainage in pots.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lab tape&#160;</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Tape may be used to label equipment used in handling soils with the species of origin.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pin flags</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Flags can be used to identify individuals in the field, prior to soil collection.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Landscape fabric</td>
			<td style="width:136px;">Any</td>
			<td style="width:71px;">NA</td>
			<td style="width:696px;">Landscape fabric can be used in the field to minimize the growth of plants outside experimental plots.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental protocol for manipulating plant-induced soil heterogeneity

Teoria Coexistência tem tratado muitas vezes heterogeneidade ambiental como sendo independente da composição da comunidade, no entanto feedbacks bióticos, como feedbacks planta-solo (PSF) têm grandes efeitos sobre o desempenho da planta, e criar heterogeneidade ambiental que depende da composição da comunidade. Compreender a importância da PSF para o conjunto da comunidade vegetal exige a compreensão do papel da heterogeneidade no PSF, além de significar efeitos do PSF. Aqui, nós descrevemos um protocolo para manipular induzida solo-planta heterogeneidade. Dois experimentos exemplo são apresentados: (1) um experimento de campo com uma grade de 6-patch de solos para medir as respostas da população de plantas e (2) uma casa de vegetação com solos de 2 de patches para medir as respostas de plantas individuais. Os solos podem ser coletadas a partir da zona de influência da raiz (solos da rizosfera e diretamente adjacente ao rizosfera) de plantas no campo de espécies de plantas e conspecíficas heteroespecíficos. Replicar recolheriões são utilizados para evitar pseudoreplicating amostras de solo. Estes solos são depois colocadas em manchas separadas para tratamentos heterogéneos ou misturado para um tratamento de homogeneização. Cuidados devem ser tomados para garantir que os tratamentos heterogêneos e homogeneizadas experimentar o mesmo grau de revolvimento do solo. As plantas podem então ser colocadas nestes tratamentos de solo para determinar o efeito da indução da planta solo heterogeneidade no desempenho da planta. Demonstramos que induzida por plantas resultados heterogeneidade em termos de resultados diferentes do que o previsto pelos modelos tradicionais de convivência, talvez por causa da natureza dinâmica destes feedbacks. Teoria que incorpora heterogeneidade ambiental influenciada pela comunidade montagem e trabalho empírico adicional é necessária para determinar quando a heterogeneidade intrínseca à comunidade montagem irá resultar em diferentes resultados de montagem em comparação com a heterogeneidade extrínseco para a composição da comunidade.

Espécies respondeu induzida por plantar a heterogeneidade do solo de diversas maneiras, tanto a população eo nível individual (Figuras 3 e 4), com implicações para o conjunto da comunidade. Para determinar se as populações de plantas respondem a induzida solo-planta heterogeneidade, um experimento de campo foi estabelecido como no Protocolo 2 usando três pares de espécies congêneres. Populações de plantas foram contadas semanalmente durante três meses ea proporção total ...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity at JoVE.com

Protocolo Experimental para Manipulação da Heterogeneidade do Solo Induzida por Plantas | Meio Ambiente | Vídeo

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Compreender o papel da heterogeneidade ambiental em coexistência espécie tem geralmente focada em tipos de heterogeneidade que são extrínsecos à composição de espécies da comunidade. Nós fornecemos novos métodos detalhados para a criação de tratamentos de heterogeneidade do solo utilizando solos sujeitos ao feedback condicionado planta-solo, ou heterogeneidade intrínseca à composição da comunidade.

Protocolo experimental para indução-Plant Manipulando heterogeneidade do solo

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

experimental-protocol-for-manipulating-plant-induced-soil

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Environment

Ecology

Population and Community Ecology

SCIENTISTS IN ACTION

18.6K visualizações.  Case Western Reserve University.  Compreender o papel da heterogeneidade ambiental em coexistência espécie tem geralmente focada em tipos de heterogeneidade que são extrínsecos à composição de espécies da comunidade. Nós fornecemos novos métodos detalhados para a criação de tratamentos de heterogeneidade do solo utilizando solos sujeitos ao feedback condicionado planta-solo, ou heterogeneidade intrínseca à composição da comunidade. 

Vídeo: Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes and soil organic matter formation to small-scale stable-isotope biomarker probing. Coupling multiple stable isotopes such as 13C with 15N, 18O or&#160;2H has the potential to reveal even more information about complex stoichiometric relationships during biogeochemical transformations. Isotope labeled plant material has been used in various studies of litter decomposition and soil organic matter formation1-4. From these and other studies, however, it has become apparent that structural components of plant material behave differently than metabolic components (i.e. leachable low molecular weight compounds) in terms of microbial utilization and long-term carbon storage5-7. The ability to study structural and metabolic components separately provides a powerful new tool for advancing the forefront of ecosystem biogeochemical studies. Here we describe a method for producing 13C and 15N labeled plant material that is either uniformly labeled throughout the plant or differentially labeled in structural and metabolic plant components.
Here, we present the construction and operation of a continuous 13C and 15N labeling chamber that can be modified to meet various research needs. Uniformly labeled plant material is produced by continuous labeling from seedling to harvest, while differential labeling is achieved by removing the growing plants from the chamber weeks prior to harvest. Representative results from growing Andropogon gerardii Kaw demonstrate the system&#39;s ability to efficiently label plant material at the targeted levels. Through this method we have produced plant material with a 4.4 atom%13C and 6.7 atom%15N uniform plant label, or material that is differentially labeled by up to 1.29 atom%13C and 0.56 atom%15N in its metabolic and structural components (hot water extractable and hot water residual components, respectively). Challenges lie in maintaining proper temperature, humidity, CO2 concentration,&#160;and light levels in an airtight 13C-CO2 atmosphere for successful plant production. This chamber description represents a useful research tool to effectively produce uniformly or differentially multi-isotope labeled plant material for use in experiments on ecosystem biogeochemical cycling.

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

This method explains how to build and operate a continuous 13C and 15N isotope labeling chamber for uniform or differential plant tissue labeling. Representative results from metabolic and structural labeling of Andropogon gerardii are discussed.

Projeto e operação de uma contínua<sup&gt; 13</sup&gt; C e<sup&gt; 15</sup&gt; N Labeling Câmara de uniforme ou Diferencial, metabólica e estrutural, Fábrica de Marcação por Isótopo

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

Ambiente

A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The objective of this study was to characterize the effects of antecedent soil moisture content on the fate and transport of surface applied commercial urea, a common form of nitrogen (N) fertilizer, following a rainfall event that occurs within 24&#160;hr&#160;after fertilizer application. Although urea is assumed to be readily hydrolyzed to ammonium and therefore not often available for transport, recent studies suggest that urea can be transported from agricultural soils to coastal waters where it is implicated in harmful algal blooms. A rainfall simulator was used to apply a consistent rate of uniform rainfall across packed soil boxes that had been prewetted to different soil moisture contents. By controlling rainfall and soil physical characteristics, the effects of antecedent soil moisture on urea loss were isolated. Wetter soils exhibited shorter time from rainfall initiation to runoff initiation, greater total volume of runoff, higher urea concentrations in runoff, and greater mass loadings of urea in runoff. These results also demonstrate the importance of controlling for antecedent soil moisture content in studies designed to isolate other variables, such as soil physical or chemical characteristics, slope, soil cover, management, or rainfall characteristics. Because rainfall simulators are designed to deliver raindrops of similar size and velocity as natural rainfall, studies conducted under a standardized protocol can yield valuable data that, in turn, can be used to develop models for predicting the fate and transport of pollutants in runoff.

A rainfall simulator was used to apply a consistent rate of uniform rainfall to packed soil boxes in a study of the fate and transport of urea, a nonpoint source environmental contaminant. Under uniform soil and rainfall conditions, antecedent soil moisture content exerted strong control over urea loss in surface runoff.

Um protocolo para Realização Chuvas Simulação para o Estudo de Escoamento do Solo

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The ...

A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the landscape has complex and varied soil morphology, an accompanying disparity in flow paths for leachate through the soil macropore and matrix structure is present. The rate of flow through these paths is further affected by antecedent soil moisture. Lysimeters are used to quantify flow rate, volume of water and concentration of nutrients leaching downward through soils. While many lysimeter designs exist, accurately determining the volume of water and mass balance of nutrients is best accomplished with bounded lysimeters that leave the natural soil structure intact. 
Here we present a detailed method for the extraction and construction of soil core lysimeters equipped with soil moisture sensors at 5 cm and 25 cm depths. Lysimeters from four different Coastal Plain soils (Bojac, Evesboro, Quindocqua and Sassafras) were collected on the Delmarva Peninsula and moved to an indoor climate controlled facility. Soils were irrigated once weekly with the equivalent of 2 cm of rainfall to draw down soil nitrate-N concentrations. At the end of the draw down period, poultry litter was applied (162 kg TN ha-1) and leaching was resumed for an additional five weeks. Total recovery of applied irrigation water varied from 71% to 85%. Nitrate-N concentration varied over the course of the study from an average of 27.1 mg L-1 before litter application to 40.3 mg L-1 following litter application. While greatest flux of nutrients was measured in soils dominated by coarse sand (Sassafras) the greatest immediate flux occurred from the finest textured soil with pronounced macropore development (Quindocqua).

A detailed method for extraction and assembly of intact soil core lysimeters and their use for study of leachate and associated loss of nutrients from surface applied poultry litter is demonstrated.

Um Protocolo de Coleta e Construindo lisímetros amostra de solo

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the ...

Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass

The need to replace petroleum fuels with alternatives from renewable and more environmentally sustainable sources is of growing importance. Biomass-derived biofuels have gained considerable attention in this regard, however first generation biofuels from edible crops like corn ethanol or soybean biodiesel have generally fallen out of favor. There is thus great interest in the development of methods for the production of liquid fuels from domestic and superior non-edible sources. Here we describe a detailed procedure for the production of a purified biodiesel from the marine microalgae Isochrysis. Additionally, a unique suite of lipids known as polyunsaturated long-chain alkenones are isolated in parallel as potentially valuable coproducts to offset the cost of biodiesel production. Multi-kilogram quantities of Isochrysis are purchased from two commercial sources, one as a wet paste (80% water) that is first dried prior to processing, and the other a dry milled powder (95% dry). Lipids are extracted with hexanes in a Soxhlet apparatus to produce an algal oil (&#34;hexane algal oil&#34;) containing both traditional fats (i.e., triglycerides, 46-60% w/w) and alkenones (16-25% w/w). Saponification of the triglycerides in the algal oil allows for separation of the resulting free fatty acids (FFAs) from alkenone-containing neutral lipids. FFAs are then converted to biodiesel (i.e., fatty acid methyl esters, FAMEs) by acid-catalyzed esterification while alkenones are isolated and purified from the neutral lipids by crystallization. We demonstrate that biodiesel from both commercial Isochrysis biomasses have similar but not identical FAME profiles, characterized by elevated polyunsaturated fatty acid contents (approximately 40% w/w). Yields of biodiesel were consistently higher when starting from the Isochrysis wet paste (12% w/w vs. 7% w/w), which can be traced to lower amounts of hexane algal oil obtained from the powdered Isochrysis product.

Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass

Detailed methods are presented for the production of biodiesel along with the co-isolation of alkenones as valuable coproducts from commercial Isochrysis microalgae.

Protocolo experimental para Produção de Biodiesel com Isolamento de Alkenones como subprodutos da Commercial<em&gt; Isochrysis</em&gt; Algas Biomassa

The need to replace petroleum fuels with alternatives from renewable and more environmentally sustainable sources is of growing importance. ...

A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a series of incubators. A temperature gradient is passively established across the surface of the table between the heated and cooled ends and is lost quickly at distances above the surface. Since temperature is only controlled on the table surface, experiments are restricted to shallow containers, such as Petri dishes, placed on the table. Welding continuous aluminum vertical strips or gussets perpendicular to the surface of a table enables temperature control in depth via convective heat flow. Soil in the channels between gussets was maintained across a gradient of temperatures allowing a greater diversity of experimentation. The gusseted design was evaluated by germinating oat, lettuce, tomato, and melon seeds. Soil temperatures were monitored using individual, battery-powered dataloggers positioned across the table. LED lights installed in the lids or along the sides of the gradient table create a controlled temperature chamber where seedlings can be grown over a range of temperatures. The gusseted design enabled accurate determination of optimum temperatures for fastest germination rate and the highest percentage germination for each species. Germination information from gradient table experiments can help predict seed germination and seedling growth under the adverse soil conditions often encountered during field crop production. Temperature effects on seed germination, seedling growth, and soil ecology can be tested under controlled conditions in a laboratory using a gusseted thermogradient table.

Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications.

A Tabela Gusseted Thermogradient para controlar a temperatura do solo para avaliar o crescimento da planta e monitoramento de processos do solo

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

Experimental Protocol for Detecting Cyanobacteria in Liquid and Solid Samples with an Antibody Microarray Chip

Global warming and eutrophication make some aquatic ecosystems behave as true bioreactors that trigger rapid and massive cyanobacterial growth; this has relevant health and economic consequences. Many cyanobacterial strains are toxin producers, and only a few cells are necessary to induce irreparable damage to the environment. Therefore, water-body authorities and administrations require rapid and efficient early-warning systems providing reliable data to support their preventive or curative decisions. This manuscript reports an experimental protocol for the in-field detection of toxin-producing cyanobacterial strains by using an antibody microarray chip with 17 antibodies (Abs) with taxonomic resolution (CYANOCHIP). Here, a multiplex fluorescent sandwich microarray immunoassay (FSMI) for the simultaneous monitoring of 17 cyanobacterial strains frequently found blooming in freshwater ecosystems, some of them toxin producers, is described. A microarray with multiple identical replicates (up to 24) of the CYANOCHIP was printed onto a single microscope slide to simultaneously test a similar number of samples. Liquid samples can be tested either by direct incubation with the antibodies (Abs) or after cell concentration by filtration through a 1- to 3-&#956;m filter. Solid samples, such as sediments and ground rocks, are first homogenized and dispersed by a hand-held ultrasonicator in an incubation buffer. They are then filtered (5 - 20 &#956;m) to remove the coarse material, and the filtrate is incubated with Abs. Immunoreactions are revealed by a final incubation with a mixture of the 17 fluorescence-labeled Abs and are read by a portable fluorescence detector. The whole process takes around 3 h, most of it corresponding to two 1-h periods of incubation. The output is an image, where bright spots correspond to the positive detection of cyanobacterial markers.

Experimental Protocol for Detecting Cyanobacteria in Liquid and Solid Samples with an Antibody Microarray Chip

The presence of cyanobacterial toxins in fresh water reservoirs for human consumption is a major concern for water management authorities. To evaluate the risk of water contamination, this article describes an protocol for the in-field detection of cyanobacterial strains in liquid and solid samples by using an antibody microarray chip.

Protocolo experimental para Detectar<em&gt; Cianobactérias</em&gt; Em amostras líquidas e sólidas com um Microarray Chip Antibody

Global warming and eutrophication make some aquatic ecosystems behave as true bioreactors that trigger rapid and massive cyanobacterial growth; this has ...

Protocols for Quantifying Transferable Pesticide Residues in Turfgrass Systems

Plant canopies in established turfgrass systems can intercept an appreciable amount of sprayed pesticides, which can be transferred through various routes onto humans. For this reason, transferable pesticide residue experiments are required for registration and re-registration by the United States Environmental Protection Agency (USEPA). Although such experiments are required, limited specificity is required pertaining to experimental approach. Experimental approaches used to assess pesticide transfer to humans including hand wiping with cotton gloves, modified California roller (moving a roller of known mass over cotton cloth) and soccer ball roll (ball wrapped with sorbent strip) over three treated turfgrass species (creeping bentgrass, hybrid bermudagrass and tall fescue maintained at 0.4, 5 and 9 cm, respectively) are presented. The modified California roller is the most extensively utilized approach to date, and is best suited for use at low mowing heights due to its reproducibility and large sampling area. The soccer ball roll is a less aggressive transfer approach; however, it mimics a very common occurrence in the most popular international sport, and has many implications for nondietary pesticide exposure from hand-to-mouth contact. Additionally, this approach may be adjusted for other athletic activities with limited modification. Hand wiping is the best approach to transfer pesticides at higher mowing heights, as roller-based approaches can lay blades over; however, it is more subjective due to more variable sampling pressure. Utility of these methods across turfgrass species is presented, and additional considerations to conduct transferable pesticide residue research in turfgrass systems are discussed.

Transferable pesticide residue experiments in turfgrass systems are integral components of human risk exposure assessments. Experimental approaches to measure transferable residues should be adjusted to the human interaction of interest and turfgrass system dynamics. Three transferable pesticide residue protocols are presented and the suitability across three turfgrass systems is discussed.

Protocolos para quantificar os resíduos de pesticidas transferíveis em Sistemas de relva

Plant canopies in established turfgrass systems can intercept an appreciable amount of sprayed pesticides, which can be transferred through various routes ...

Nanopore DNA Sequencing for Metagenomic Soil Analysis

This article describes the steps for construction of a DNA library from soil, preparation and use of the nanopore flow cell, and analysis of the DNA sequences identified using computer software. Nanopore DNA sequencing is a flexible technique that allows for rapid microbial genome sequencing to identify bacterial and viral species, to characterize bacterial strains, and to detect genetic mutations that confer resistance to antibiotics. The advantages of nanopore sequencing (NS) for life sciences include its low complexity, reduced cost, and rapid real-time sequencing of purified genomic DNA, PCR amplicons, cDNA samples, or RNA. NS is an example of "strand sequencing" which involves sequencing DNA by guiding a single stranded DNA molecule through a nanopore that is inserted into a synthetic polymer membrane. The membrane has an electrical current applied across it, so as the individual bases pass through the nanopore the electrical current is disrupted to varying degrees by the four nucleotide bases. The identification of each nucleotide occurs by detecting the characteristic modulation of the electrical current by the different bases as they pass through the nanopore. The NS system consists of a handheld, USB powered portable device and a disposable flow cell that contains a nanopore array. The portable device plugs into a standard laptop computer that reads and records the DNA sequence using computer software.

Nanopore technology for sequencing biomolecules has wide applications in the life sciences, including identification of pathogens, food safety monitoring, genomic analysis, metagenomic environmental monitoring, and characterization of bacterial antibiotic resistance. In this article, the procedure for metagenomic soil DNA sequencing for species identification using the nanopore sequencing technology is demonstrated.

Sequenciamento de DNA Nanopore para análise de solo Metagenomic

This article describes the steps for construction of a DNA library from soil, preparation and use of the nanopore flow cell, and analysis of the DNA ...

Experimental Protocol for Detecting Mitochondrial Function in Hepatocytes Exposed to Organochlorine Pesticides

This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function for a better understanding the cause of metabolic disorders caused by environmental organochlorine pesticides (OCPs) in hepatocytes. HepG2 cells were exposed to &#946;-hexachlorocyclohexane (&#946;-HCH) for 24 h at an equivalent dose of internal exposure in general population. Ultrastructure in hepatocytes was examined by transmission electron microscopy (TEM) to show the damage of mitochondria. Mitochondrial function was further evaluated by mitochondrial fluorescence intensity, adenosine 5'-triphosphate (ATP) levels, oxygen consumption rate (OCR) and mitochondrial membrane potential (MMP) in HepG2 cells incubated with &#946;-HCH. The mitochondria fluorescence intensity after stained by mitochondrial green fluorescent probe was observed with a fluorescence microscopy. The luciferin-luciferase reaction was used to determine ATP levels. The MMP was detected by the cationic dye JC-1 and analyzed under flow cytometry. OCR was measured with an extracellular flux analyzer. In summary, these protocols were used in detecting mitochondrial function in hepatocytes with to investigate mitochondria damages.

Understanding the influence of environmental organochlorine pesticides (OCPs) on mitochondrial function in hepatocytes is important in exploring the mechanism of OCPs causing metabolic disorders. This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function.

Protocolo Experimental para Detecção de Função Mitocondrial em Hepatócitos Expostos a Pesticidas Organoclorine

This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function for a better understanding the cause of metabolic disorders caused by ...

Experimental Protocol for Examining Behavioral Response Profiles in Larval Fish: Application to the Neuro-stimulant Caffeine

Fish models and behaviors are increasingly used in the biomedical sciences; however, fish have long been the subject of ecological, physiological and toxicological studies. Using automated digital tracking platforms, recent efforts in neuropharmacology are leveraging larval fish locomotor behaviors to identify potential therapeutic targets for novel small molecules. Similar to these efforts, research in the environmental sciences and comparative pharmacology and toxicology is examining various behaviors of fish models as diagnostic tools in tiered evaluation of contaminants and real-time monitoring of surface waters for contaminant threats. Whereas the zebrafish is a popular larval fish model in the biomedical sciences, the fathead minnow is a common larval fish model in ecotoxicology. Unfortunately, fathead minnow larvae have received considerably less attention in behavioral studies. Here, we develop and demonstrate a behavioral profile protocol using caffeine as a model neurostimulant. Though photomotor responses of fathead minnows were occasionally affected by caffeine, zebrafish&#160;were markedly more sensitive for photomotor and locomotor endpoints, which responded at environmentally relevant levels. Future studies are needed to understand comparative behavioral sensitivity differences among fish with age and time of day, and to determine whether similar behavioral effects would occur in nature and be indicative of adverse outcomes at the individual or population levels of biological organization.

Here, we present a protocol to examine larval zebrafish and fathead minnow locomotor activities and photomotor responses (PMR) using an automated tracking software. When incorporated in common toxicology bioassays, analyses of these behaviors provide a diagnostic tool to examine chemical bioactivity. This protocol is described using caffeine, a model neurostimulant.

Protocolo experimental pela análise de perfis de resposta comportamental em peixes Larval: aplicação para a Neuro-estimulantes cafeína

Fish models and behaviors are increasingly used in the biomedical sciences; however, fish have long been the subject of ecological, physiological and ...

Protocolo experimental para indução-Plant Manipulando heterogeneidade do solo

Resumo

Explore mais vídeos

Capítulos neste vídeo

Projeto e operação de uma contínua