Name: reliable method for assessing seed germination, dormancy, and mortality under field conditions
Uploaded: 2016-11-06T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Reliable Method for Assessing Seed Germination, Dormancy, and Mortality under Field Conditions at JoVE.com

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.

1. Samla Seed från flera arter eller kontrollerade korsningar av en enda art Obs: Det här exemplet används utsäde från 15 tvärtyper inom arten Helianthus annuus (solros) med hjälp av vild, hybrid, och slagen av gröda som moderns (utsädes) förälder. <ol><li> Vid slutet av växtsäsongen, samla mogna fröställningar i märkta påsar. Ren säd från agnar och plats utsäde i kuvert märkta med föräldra korstyp i standardformat (dvs moderns x fader). </li><li> Bulk frö tillsammans ...

<ol>
	<li>Walck, J. L., Baskin, J. M., Baskin, C. C., Hidayati, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defining+transient+and+persistent+seed+banks+in+species+with+pronounced+seasonal+dormancy+and+germination+patterns.">Defining transient and persistent seed banks in species with pronounced seasonal dormancy and germination patterns.</a> Seed Sci Res. 15 (3), 189-196 (2005).</li><li>Alexander, H. A., Schrag, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+soil+seed+banks+and+newly+dispersed+seeds+in+population+dynamics+of+the+annual+sunflower.+Helianthus+annuus.">Role of soil seed banks and newly dispersed seeds in population dynamics of the annual sunflower. Helianthus annuus.</a> J Ecol. 91, 987-998 (2003).</li><li>Burnside, O. C., Wilson, R. G., Weiseberg, S., Hubbard, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seed+longevity+of+41+weed+species+buried+17+years+in+eastern+and+western.">Seed longevity of 41 weed species buried 17 years in eastern and western.</a> Weed Sci. 44 (1), 74-86 (1996).</li><li>Baskin, C. C., Baskin, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Seeds: Ecology, biogeography, and evolution of dormancy and Germination. , (2001).</li><li>Finch-Savage, W. E., Leubner-Metzger, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seed+dormancy+and+the+control+of+germination.">Seed dormancy and the control of germination.</a> New Phytol. 171, 501-523 (2006).</li><li>Baskin, J. M., Baskin, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+classification+system+for+seed+dormancy.">A classification system for seed dormancy.</a> Seed Sci Res. 14 (1), 1-16 (2004).</li><li>Donohue, K., 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=Environmental+and+genetic+influences+on+the+germination+of+Arabidopsis+thaliana+in+the+field.">Environmental and genetic influences on the germination of Arabidopsis thaliana in the field.</a> Evolution. 54 (4), 740-757 (2005).</li><li>Roach, D. A., Wulff, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maternal+effects+in+plants.">Maternal effects in plants.</a> Ann Rev Ecol Syst. 18, 209-235 (1987).</li><li>Pace, B. A., Alexander, H. M., Emry, J. D., Mercer, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seed+fates+in+crop-wild+hybrid+sunflower:+crop+allele+and+maternal+effects.">Seed fates in crop-wild hybrid sunflower: crop allele and maternal effects.</a> Evol Appl. 8 (2), 121-132 (2015).</li><li>Alexander, H. M., Emry, D. J., Pace, B. A., Kost, M. A., Sparks, K. A., Mercer, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roles+of+maternal+effects+and+nuclear+genetic+composition+change+across+the+life+cycle+of+crop-wild+hybrids.">Roles of maternal effects and nuclear genetic composition change across the life cycle of crop-wild hybrids.</a> Am J Bot. 101 (7), 1176-1188 (2014).</li><li>Stewart, N. C., Matthew, J., Halfhill, D., Warwick, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transgene+introgression+from+genetically+modified+crops+into+their+wild+relatives.">Transgene introgression from genetically modified crops into their wild relatives.</a> Genetics. 4, 806-817 (2003).</li><li>Mercer, K. L., Shaw, R. G., Wyse, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+germination+of+diverse+crop-wild+hybrid+sunflower+seeds.">Increased germination of diverse crop-wild hybrid sunflower seeds.</a> Ecol Appl. 16, 845-854 (2006).</li><li>Delouche, J. C., Still, T. W., Rapset, M., Lienhard, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+tetrazolium+test+for+seed+viability.">The tetrazolium test for seed viability.</a> Mississippi Sta Uni Ag Exp Sta Techn Bull. 51, 1-63 (1962).</li><li>Association of Official Seed Analysts. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Tetrazolium Testing Handbook. , (2010).</li><li>Alexander, H. M., Emry, D. J., Pace, B. A., Kost, M. A., Sparks, K. A., Mercer, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roles+of+maternal+effects+and+nuclear+genetic+composition+change+across+the+life+cycle+of+crop-wild+hybrids.">Roles of maternal effects and nuclear genetic composition change across the life cycle of crop-wild hybrids.</a> Am J Bot. 10 (7), 1176-1188 (2014).</li><li>Weiss, A. N., Primer, S. B., Pace, B. A., Mercer, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maternal+effects+and+embryo+genetics:+germination+and+dormancy+of+crop-wild+sunflower+hybrids.">Maternal effects and embryo genetics: germination and dormancy of crop-wild sunflower hybrids.</a> Seed Sci Res. 23, 241-255 (2013).</li></ol>

Här presenterar vi metoder för att använda utsäde nedgrävning remsor för att observera frögroning, dvala och dödlighet av olika frökapslar vid förvalda tidsperioder inom området. Fördelarna med att använda remsor snarare än enskilda paket ligger i (1) hastigheten av band och fack konstruktion över skapandet av individuella paket; och (2) den lätthet och hastighet för att ta bort flera fack i en rörelse utan risk för att utelämna ett paket eller ta bort ett oavsiktligt. Som två av flyttdatum i exempl...

Det övergripande målet med denna metod är att på ett tillförlitligt sätt bedöma frö överlevnad över tiden under fältmässiga förhållanden. Fröbank är en reserv av spridda, livskraftiga ännu ungerminated frön fördelade antingen på markytan, inom ytan strö, eller i markprofilen, som kan kvarstå gående eller under många år 1,2. När utsädes nedgrävning metoder som liknar dem som presenteras här applicerades på en 17-årig studie med flera dussin arter, var livsdugliga frön som finns i många av de arter som testades tre. Seed dvala är ett block till frögroning tills en lämplig kombination av villkor för plantor överlevnad uppstår fyra. Återstående vilande kan tillåta frön att överleva svåra förhållanden, såsom låga vintertemperaturer, näringsbegränsning eller säsongs torka tills en extern trigger för dvala frisättning möjliggör groning. Utlösare för dvala frisättning kan variera från exponering för utökade kyla, föreningar kvar av fire, eller fysiska angrepp på fröskalet genom nötning eller kontakt med djur magsyra 5. Som groning ledtrådar kan vara släkten eller arter specifika och ofta resulterar från tidigare naturligt urval, är maladaptiv frögroning det som inträffar vid en olämplig tidpunkt, och kan leda till utsäde eller plantor dödlighet eller dålig planttillväxt. Även dvala har klassificerats i ett antal olika typer baserade på mekanismerna för dvala frisättning (t.ex. fysisk dvala, fysiologisk dvala), förblir 6 frö dvala en av de minst förstådda ämnen i växtbiologi. Således, fältstudier som möjliggör bedömning av status för enskilda frön eller grupper av frön enligt relevanta ekologiska förhållanden har högre förklaringsvärde än de som helt enkelt förlita sig på standard grobarhetsprov i laboratoriet. Utnyttjande av kända egenskaper utsäde kan ge insikt i de mekanismer av dvala. Kontroll av utsäde dvala är complex, inklusive genetisk kontroll av fysiologiska och morfologiska faktorer. Medan en full förståelse för bredden av dvala mekanismer har ännu inte klarlagd, har en generell modell dykt upp, som omfattar en återkopplingsförhållande mellan de två växthormoner gibberellsyra (GA) och abskisinsyra (ABA) 7. I denna generaliserade modell för utsäde med en fysiologisk komponent till sin dvala, fungerar GA som signal för dvala release, medan ABA tjänar till att bibehålla den vilande tillstånd. Moderns genetiska effekter samt moderns uppväxtmiljö kan påverka dvala och andra utsädes egenskaper, såsom storlek, genom matern genererade vävnader och utvecklingssignaler 8. Matern genererade externa strukturer (eller utsäde beläggningar) får behålla dvala, ibland i kombination med fysiologiska signaler. Eftersom maternella utsäde beläggningar styrs av moderplantan gener, kan de inte speglar fröet faktiska kärn genuppsättning. Vi har ossEd Helianthus annuus slutna frukter från en rad grödor vilda hybrid korsar utröna dessa moderns vs. embryo genetiska effekter på utsädes egenskaper 9,10. Således kan studiedesign som inkluderar olika arter, korstyper eller genotyper fram information om ekologi och genetik av utsäde dvala, groning och överlevnad. Ett viktigt exempel på hur frögroning och överlevnad fenotyper kan påverka populationsdynamik kan ses i grödor vilda hybridzoner. Val under domesticering av odlade växter eliminerar de flesta dvala och minskar ett frö förmåga att överleva utanför växtsäsongen. Ändå genflöde, eller hybridisering mellan odlade och vilda typer i grödor vilda hybridzoner kan återinföra grödor alleler (eller genetiska varianter) i en vild population, som kan påverka fröbanken dynamik. Hybrider mellan odlade och vilda släktingar funnit potentiellt grödor vilda hybridzoner kan haen mängd mellanliggande dvala fenotyper, med endast ett fåtal fenotyper som förväntas att överleva förhållanden utanför odling (t.ex. vintermånaderna) 11. Syftet med detta manuskript är att visa hur man med fröet begravning remsmetoden kan vi utvärdera groning, dvala, och överlevnaden av en rad typer utsäde vid olika tidsperioder för att undersöka deras naturliga variation under fältmässiga förhållanden. I vårt exempel använde vi solrosfrön från 15 grödor vild hybrid korstyper eftersom vi är intresserade av moderns och embryo genetiska effekter på utsädes egenskaper.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="440">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col span="2" />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:240px;">Small coin envelopes</td>
			<td style="width:72px;">Any</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:64px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Large coin envelopes</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">fine meshed polyester mosquito netting</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">high-temperature glue gun</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">high-temperature glue stick refills</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Industrial permenant markers</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">plastic garden labels</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">scissors</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Shovel</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Metal mesh hardward cloth</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Surveyor&#39;s flags, multiple colors</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Wet newspaper</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">cooler</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">blotter paper</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">petri dishes</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Temp. controlled growth chamber</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">razor blades</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">petri dishes</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tetrazolium chloride</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">water</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">heat incubator</td>
			<td>Any</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

reliable method for assessing seed germination, dormancy, and mortality under field conditions

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.

Tvär typer med varierande maternal härstamning och gröda allel i procent (Tabell 1) skilde över flyttdatum i procent grodde, ungerminated, och döda utsäde (Fig. 2 och 3). Använda TZ testning av ungerminated frön, vi hittade några riktigt vilande frön i andra borttagning (vårvintern) (tabell 2), medan alla frön ungerminated av tredje borttagning (våren) befanns vara verkligt vilande. <p class="jove_conten...

Watch this Scientific Journal Video about Reliable Method for Assessing Seed Germination, Dormancy, and Mortality under Field Conditions at JoVE.com

Reliable Method for Assessing Seed Germination, Dormancy, and Mortality under Field Conditions

Här presenterar vi ett protokoll för att bedöma frö survivor, groning och dvala under fältförhållanden med hjälp av begravda, märkta utsädesremsor och tetrazoliumklorid (TZ) lönsamhet testning.

Tillförlitlig metod för att bedöma frögroning, Vilande och Mortalitet under fältbetingelser

We describe techniques for approximating seed bank dynamics over time using Helianthus annuus as an example study species. Strips of permeable polyester ...

Research

JoVE Journal

Environment

Surface Renewal: An Advanced Micrometeorological Method for Measuring and Processing Field-Scale Energy Flux Density Data

Advanced micrometeorological methods have become  increasingly important in soil, crop, and environmental sciences.  For many scientists without formal ...

A Rapid and Efficient Method for Assessing Pathogenicity of Ustilago maydis on Maize and Teosinte Lines

A Rapid and Efficient Method for Assessing Pathogenicity of Ustilago maydis on Maize and Teosinte Lines

En snabb och effektiv metod för att bedöma patogenicitet hos Ustilago maydis på majs- och teosintelinjer

Maize is a major cereal crop worldwide. However, susceptibility to biotrophic pathogens is the primary constraint to increasing productivity. U. maydis is ...

Preparation and Testing of Plant Seed Meal-based Wood Adhesives

Upprättande och test av utsäde Meal-baserade Wood Lim

Recently, the interest in plant seed meal-based products as wood adhesives has steadily increased, as these plant raw materials are considered renewable ...

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Kalibrerad Passiv provtagning - Multi-tomt fältmätningar av NH<sub&gt; 3</sub&gt; Utsläpp med en kombination av dynamisk rörmetoden och passiva provtagare

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% ...

Sediment Core Sectioning and Extraction of Pore Waters under Anoxic Conditions

Sedimentpropp Sektione och Utvinning av Pore Waters under anoxiska förhållanden

We demonstrate a method for sectioning sediment cores and extracting pore waters while maintaining oxygen-free conditions. A simple, inexpensive system is ...

Modification and Application of a Leaf Blower-vac for Field Sampling of Arthropods

Modifiering och tillämpning av en lövblåsare-vac för fältprovtagning av leddjur

Rice fields host a large diversity of arthropods, but investigating their population dynamics and interactions is challenging. Here we describe the ...

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Mätning och kartläggning mönster jorderosion och nedfall kopplad till jord karbonat koncentrationer Under jordbrukets förvaltning

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

A Flexible Low Cost Hydroponic System for Assessing Plant Responses to Small Molecules in Sterile Conditions

En flexibel lågpris hydroponiska System för bedömning av anläggningen Svaren till små molekyler i sterila förhållanden

A wide range of studies in plant biology are performed using hydroponic cultures. In this work, an in vitro hydroponic growth system designed for ...

Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology

Laboratorium och fält-protokollet för att uppskatta ark Erosion priser från Dendrogeomorphology

Sheet erosion is among the crucial drivers of soil degradation. Erosion is controlled by environmental factors and human activities, which often lead to ...

Assessing the Particulate Matter Removal Abilities of Tree Leaves

Bedömning av partiklar borttagning kapaciteterna av träd lämnar

Based on the conventional cleaning methods (water cleaning (WC) + brush cleaning (BC)), this study evaluated the influence of ultrasonic cleaning (UC) on ...