为抗种质繁殖Striga hermonthica表现出高的阻力水平Striga asiatica相对于商业检查

文摘

寄生杂草属于列当科家庭在撒哈拉以南的非洲(SSA)的威胁。具体地说,这两个属的独脚金斯特,美国hermonthica和美国asiatica,共同负责土地放弃SSA和谷物产量减少。阶乘实验涉及14个玉米基因型和两个级别的Striga asiatica侵扰(出没和noninfested)进行下壶和实验室实验工厂生产部门的科学和技术,在2014/2015赛季津巴布韦大学。14×2的阶乘盆栽试验安排在7×4α格子设计复制的四倍,而实验室琼脂凝胶是安排在一个完整的随机设计有四个复制。结果显示显著差异(< 0.05)美国asiatica和基因型主要影响记录特征。美国asiatica使用的基因型比noninfested的生物量中较低。然而,津巴布韦大学培育混合动力车,如Ax31 Ax28, Ax7,和Ax32有类似植物高度和茎,叶,并在两个玉米生物量斯特水平与当地检查,尤其是SC513 SC537 SC637,下斯特侵扰。此外,这些基因型也最少斯特发芽率和发芽最远的距离表明他们是耐药/宽容Striga asiatica。津巴布韦大学培育混合动力车,使用Striga hermonthica抵制国际热带农业研究所展出阻力/公差Striga asiatica而当地的检查。因此,这些品种可以提供一个更好的和可行的斯特农民在两种虫害控制选项美国hermonthica和美国asiatica流行地区。

1。介绍

在非洲,许多小农面临严重杂草问题在他们的玉米生产系统,特别是寄生杂草。最成问题的寄生杂草在撒哈拉以南的非洲(SSA)是两个斯特物种:Striga hermonthica(Del)。Benth。和Striga asiatical . Kuntze从列当科家庭(1- - - - - -3]。然而,Mabasa [4)报道Striga asiatica是最普遍的斯特物种在南部非洲津巴布韦而与特定参考美国hermonthica更为普遍的西部和东部非洲,造成严重破坏和作物产量减少5- - - - - -7]。这两个斯特物种影响玉米、高粱、大米等谷物通过根附件,因此分类为专性根寄生虫(8- - - - - -10]。

斯特种虫害只有柱头萌发刺激物的存在从主机作物(11,12]。萌发兴奋剂被称为strigolactones公布的作物如玉米负责斯特仕达屋优先计划。发芽,因此通过吸器形成寄生于植物(11,13,14]。斯特仕达屋优先计划。是生物因素限制玉米产量在非洲和亚洲的一些地方14,15]。研究表明,美国asiatica已经占领了超过5000万公顷的土地分配给谷物产量在非洲,因此导致食品不安全的问题对于小农来说(16,17]。

在南亚地区,斯特种虫害出没的超过5000万公顷的土地,包括40%的谷物产量地区(16,18]。在当地,字段上爬满了美国asiatica被确定在所有省份但最积极地Chiredzi等领域,Masvingo Gokwe, Matopos津巴布韦(19]。一些作者相关斯特与半干旱热带物种的优势类型的气候条件,包括不育沙土和无规律的降雨模式(20.- - - - - -22]。这种寄生杂草的高亲和力较低的土壤营养和贫穷降雨解释了为什么农民边际土壤是受影响最严重的23,24]。

产量损失的结果斯特种虫害影响作物品种、气候条件、和感染的严重程度25,26]。根据刺梧桐树et al。27)和Midega et al。28),玉米籽粒产量损失斯特种虫害侵扰的范围从20到80%,这些损失有时可以达到100%敏感玉米品种在严重的侵扰。产量损失转化为货币价值估计每年超过70亿美元(29日]。不同的斯特长期以来控制方法设计了但最有效的是相对昂贵的或不可行的SSA实现资源有限的小农。控制方法分为文化、生物和化学类型(30.,31日]。化学控制方法是最有效的涉及使用化学萌发strigol等兴奋剂,斯特类似物,乙烯气体自杀萌发与成功实现在美国(32]。Berner et al。33)和Kanampiu et al。34]表明acetolactate合酶(ALS)抗玉米穿着imazapyr除草剂是有效地控制Striga hermonthica。然而,其他控制方法(文化)存在包括间作、陷阱农作物,农作物,和手拉尽管他们不像前面描述的化学控制有效但如果集成在一起,形成一个更好的斯特管理项目(9,35- - - - - -37]。成功的斯特抑制绿肥作物肥田(GMCCs)等山蚂蝗属物种已经被几个作者报道包括(28]。这些GMCCs轮作计划或用作间作抑制的影响斯特种虫害从自然大气氮固定土壤,因此改善土壤肥力的利益寄主作物以及阻碍寄生虫的发展从而减少种子库密度(38,39]。

目前,它被强调,利用基因型的自然基因防御斯特种虫害的最好方法是资源贫乏的农民应对灾难(30.,40,41]。刺梧桐树et al。27)表示,最可行的和有效的控制策略是寄主植物抗性的发展和宽容。这被认为是最实用的选择减少造成的产量损失斯特种虫害的农民缺乏资本使用高管理实践。作为一个定义,抗玉米基因型允许低斯特高计数/植物,而宽容的支持斯特计数/工厂没有任何显著的产量损失。几个作者筛选不同的玉米、高粱、水稻基因型电阻或容忍美国asiatica和美国hermonthica(28,42- - - - - -45]。在水稻和高粱等作物,美国hermonthica耐药基因型都很确定(46,47]。参照格尼et al。48),玉米基因型完全抵抗Striga hermonthica尚未确定,但野生亲缘等墨西哥类蜀黍和Tripsacum已经被认为是一个有价值的遗传来源电阻(49]。有限制的发展玉米基因型耐药斯特仕达屋优先计划。其中,缺乏知识表达的机制宽容的作物。缺乏知识的来源阻力以及复杂的遗传学与weed-crop阻力。然而,成功已经立即斯特研究机构如国际热带农业研究所(IITA)和合作伙伴,包括国际玉米和小麦改良中心(CIMMYT) (50,51]。特别是,IITA已经开发了一些品种,抵抗美国hermonthica;其中包括玉蜀黍属diploperennis(ZD05)、国际妇女节STR和TZL池(40,50]。津巴布韦大学培育的种质从IITA用于Striga hermonthica培育新型玉米混合动力车与潜在的阻力Striga asiatica。国际玉米和小麦改良中心也一直在开发生物和非生物压力宽容的基因型,目前在严格筛选在该地区(52]。

大多数的当地种植的玉米基因型还容易美国asiatica侵扰虽然有些显示一些更好的公差水平,这已严重影响玉米产量,尤其是在小农农业部门斯特患病率Gokwe和Rushinga等领域。研究进行了评估的反应可用不同的玉米基因型美国asiatica侵扰的国家还小。新型玉米杂交种的性能由津巴布韦大学利用IITA种质培育的阻力来源Striga hermonthica阻力,培育的杂交检查本地基因型,国际玉米和小麦改良中心基因型电阻/不知道公差美国asiatica。因此,本研究进行了识别与高水平的玉米品种美国asiatica宽容/抗性筛选当地商业玉米杂交种,津巴布韦大学从IITA种质杂交玉米开发,国际玉米和小麦改良中心的基因型。下的筛选进行了人工感染用盆栽试验和实验室琼脂凝胶技术。

2。材料和方法

2.1。种质资源描述

十四玉米基因型用于本研究获得国际玉米和小麦改良中心,津巴布韦大学种子有限公司经纪,科学与工业研究发展机构(SIRDA)(表1)。

2.2。盆栽试验过程

美国asiatica本实验中使用的种子收集从农民Rushinga字段。盆栽试验被安排在14 7×4×2的阶乘的治疗α格子设计复制四次在2014/2015种植季节从2014年11月1日到2015年1月31日。与14水平因素一个是玉米品种,第二个因素美国asiatica侵扰和两个水平(美国asiatica感染和noninfested玉米)。112罐测量直径15厘米,20厘米高度充满了3000厘米³沙质土壤。建立这个实验前2014年11月,土壤沙质土壤样本用于这个实验被从一个字段0-20厘米深度和充分分析。以下参数特征:总氮(N)、磷(P),有机物质,使用micro-Kjeldahl和可交换的基地,奥尔森,Walkley-Black,分别和醋酸铵的方法53,54]。土壤的特点,提出了在桌子上S1。总共有8 g⁻¹复合D (14% 7% N: P₂O₅K: 7%₂O)被应用于所有的锅来实现应用程序的速度11.2公斤·N·哈⁻¹,9.8公斤·P·哈⁻¹,9.3公斤·K·哈⁻¹根早期发展(55,56]。在56个锅,顶部8厘米彻底混合0.05克美国asiatica种子(约12 580种子)。混合的年代。asiatica种子与土壤是由震动土壤种子聚乙烯袋。锅是浇水的应用后田间持水量斯特种子。浇水后做了四天之后,前两周的预处理段种植玉米基因型。三个玉米种子播种到每个最高3厘米深的玉米基因型在出没和noninfested锅。所有进程从罐灌装到播种发生从noninfested出没的锅,以避免污染。幼苗被减少到一个盆栽⁻¹两周后作物出现(WACE)。浇水是在必要时完成的。其他杂草从锅中取出用手拉,允许只有玉米和之间的交互美国asiatica。硝酸铵(34.5% N)应用一次,1 g⁻¹四WACE实现的速度小于30公斤·N·哈⁻¹;低氮水平被用来模拟典型的小农农民环境(50,57,58]。

2.3。数据收集

玉米株高测量每周从2^ndWACE直到9^thWACE。美国asiatica的数量和生物量出现植物都被记录下来。数据也收集根拍摄比,叶、茎、根,和总生物量的玉米棒子。

2.4。数据分析

方差分析(方差分析)进行了使用GenStat统计软件包版本14 (59]。重复测量方差分析进行每周植物高度和斯特计数。之间的显著差异意味着分离利用费歇尔至少显著差异在5%概率水平的保护。图是绘制使用R统计软件包版本1.0.136 [60]。

2.5。琼脂凝胶过程

14个玉米基因型用于盆栽试验(表1)也被检测兴奋剂生产和吸根开始的美国asiatica在杂草科学实验室,工厂生产部门科学和技术,津巴布韦大学使用琼脂凝胶技术如IITA所述55]。实验安排在一个完整的随机化设计和复制的四倍。灭菌的美国asiatica种子是通过浸泡在1%次氯酸钠溶液30分钟之前设置分析。0.2克斯特种子被安置在50毫升玻璃瓶,之后在10毫升的重蒸馏的水冲洗三次。种子被放置在培养皿直径9厘米,用封口膜密封,并放置在黑暗中在25°C 14天。玉米种子浸泡在1%次氯酸钠溶液30分钟,然后双蒸馏水冲洗三次。玉米种子被转移到9厘米直径在潮湿的培养皿中绘画纸2号过滤文件和孵化在黑暗中在28°C 48小时。只有健康发芽种子选择琼脂凝胶试验。条件美国asiatica种子(50μl)用移液器吸取到9厘米直径的培养皿。总共30毫升(1.05毫克的琼脂)热压处理过的水琼脂在150毫升的重蒸馏的水涌入美国asiatica种子在每个培养皿中凝固。发芽玉米种子被淹没在固化琼脂板的边缘附近的根尖指向整个盘子。72小时的培养皿随后被孵化之前第一个数据记录。

2.6。数据收集

数据收集美国asiatica种子的发芽率和发芽最远的距离美国asiatica玉米种子的胚根。

2.7。数据分析

方差分析是显著不同意味着分离使用费舍尔的保护至少显著差异达到5%显著水平使用GenStat软件,14^th版(59]。图形绘制使用R统计软件包版本1.0.136 [60]。

3所示。结果

显著差异(记录在< 0.05)美国asiatica在不同的特征(表和基因型的主要影响2)。基因型和美国asiatica交互只显著(< 0.05)对株高、茎生物量、根生物量和总生物量(表2)。此外,美国asiatica出没的植物株高和总生物量意味着记录低于noninfested品种(表3)。津巴布韦大学培育品种、Ax31 Ax28, Ax7,和一个当地的检查(SC357),记录最大的总生物量在125.4克,105.5克,119.7 g和112.7 g(表4)。

当地检查,SC635、SC513 SC537,显示显著差异(< 0.05)两个茎的生物量斯特水平(图1)。显著差异(< 0.05)在叶生物量也记录SC513等个体的基因型之间美国asiatica感染和noninfested水平(图2)。此外,基因型、SC513 SC535, SC637和TH14910明显不同(< 0.05)两个玉米生物量美国asiatica水平(图3)。

重复测量方差分析显示显著差异(基因型和< 0.05)斯特主要效果和时间××基因型之间的交互斯特(表5)。基因型,如Ax31 Ax28、Ax7 TH14949 Bx31, R201山庄,没有显著不同(在这两个> 0.05)斯特水平(图4)。其余的检查显示显著差异(< 0.05)之间斯特出没,noninfested基因型株高(图4)。斯特数量随着时间的推移也显示显著差异(< 14玉米基因型(表0.05)6)。

也有显著差异(< 0.05)的品种之一美国asiatica发芽率和发芽最远的距离(表7)。津巴布韦大学培育基因型,如Ax31 Ax28 Ax7, Bx31,以及TH14949(国际玉米和小麦改良中心),最低记录美国asiatica发芽率,明显不同(< 0.05)从检查R201(表的唯一的例外7和8)。此外,津巴布韦大学培育基因型包括Ax31和检查R201最少美国asiatica萌发距离相比其他地方检查(表7和8)。

4所示。讨论

一般来说,大学的津巴布韦IITA杂交繁育后代美国hermonthica抗病品种的耐药和宽容美国asiatica而当地的检查。这不足为奇,因为IITA和伙伴组织,如国际玉米和小麦改良中心一直在严格的育种工作斯特抗性品种来自野生玉米亲戚,自然抵抗美国hermonthica(49]。这样一个成功的例子美国hermonthica耐药基因型由IITA ZD05 [10,49]。根据巴克et al。61年),霜等。62年,格尼et al。63年),生物量积累和分配特别是茎生物量和株高作为指标来评估基因型的宽容美国asiatica。符合,津巴布韦大学培育基因型(图1)微不足道的敏感性美国asiatica生物量的积累和分配比检查R201(数据的唯一的例外1- - - - - -3)。这表明使用IITA津巴布韦大学培育基因型美国hermonthica耐药基因型可以容忍美国asiatica侵扰。这些研究结果与报道的金和协议Adetimirin [64年和Gethi和史密斯65年),美国hermonthica耐药基因型和宽容也表现出类似的阻力和宽容美国asiatica。津巴布韦大学培育基因型、Ax31 Ax28, Ax7(图4),没有任何明显差异的高度美国asiatica出没和noninfested水平,这表明他们能够容忍这种寄生虫的负面影响。一些研究人员包括新闻和斯图尔特(66年),泰勒et al。67年],Chitagu et al。68年)报道,在其他参数,株高是一个很好的衡量品种的宽容美国asiatica。这主要是因为独脚金有植物性毒素的影响也是一个强大的水槽为矿物养分和碳水化合物,在大多数情况下战胜宿主作物离开它阻碍63年,69年- - - - - -71年]。此外,从结果很明显,津巴布韦大学开发了基因型,没有遭受显著降低茎生物量Striga asiatica再次,对此的解释是,这些品种能够承受斯特效果。斯特众所周知,影响敏感植物生物量积累和分配;一个例子是减少生物量分配茎(72年,73年]。茎生物量被格尼解释等。74年)作为一个参数,表示公差水平美国asiatica在高粱品种。所以鉴于大多数津巴布韦大学的培育品种并不敏感美国asiatica株高和茎生物量而言,这些品种是非常宽容的寄生虫。

津巴布韦大学培育基因型、Ax31 Bx31, Ax27, Ax28,最远的美国asiatica发芽的距离,不到10毫米,赫斯描述的指数表示阻力et al。75年]。有趣的是,其中的一些基因型Ax31,最远的美国asiatica发芽的距离小于10 mm也相对较低斯特发芽种子发芽率,证实低兴奋剂生产,因此阻力美国asiatica。然而,这些发现耐药只展出preattachment抵抗机制基于低萌发兴奋剂生产;没有postattachment电阻表示因为所有基因型没有显著的不同美国asiatica数,这是高的盆栽试验。这些发现符合奥斯瓦尔德所做的研究和赎金76年),显示没有postattachment阻力美国hermonthica在玉米基因型。

尽管这些材料开发使用美国hermonthica电阻/宽容,他们也证明是能够承受的美国asiatica侵扰。这些发现符合Gethi和史密斯65年),他转达了TZL池的好来源美国asiatica电阻/公差。发现,尽管这两个概念斯特物种不同,他们回应的方式在许多方面有相似之处萌发刺激,他们如何吸器连接到主机作物和宿主防御机制表现出对这些寄生杂草[77年]。因此,这项研究提供了一个详细的了解这两个宿主抵抗的相似性斯特物种。这些信息相对相似的主机上阻力/公差美国asiatica和美国hermonthica育种家和农民来说是个好消息,因为这些基因型将一分之十二方法控制的两个斯特物种。津巴布韦大学,培育基因型将会是一个适合所有,因为他们可以在增长美国asiatica和美国hermonthica流行地区没有任何显著的产量损失。这些基因型是见证的工作量已由IITA和伙伴组织,如国际玉米和小麦改良中心。这是由于基因型,由CIMMYT培育还显示重要的阻力/公差美国asiatica尽管他们从父母为近亲繁殖美国hermonthica由IITA阻力。基本上,屈服于大多数检查斯特R201唯一的例外。R201这地方检查,显示的水平阻力/宽容,这是与大学的津巴布韦杂交繁育后代IITA阻力来源。先前的研究显示,这种基因型(R201)耐药/宽容美国asiatica(68年];然而,它的反应美国hermonthica仍有待确定。这是因为自然基因变异存在即使在这些地方检查。需要注意的是,国际玉米和小麦改良中心和IITA父母许多种子公司在其所使用的材料是育种程序,因此电阻/容忍这些基因型的展览斯特是一个受欢迎的发展在对抗斯特。这斯特发达的特征基因型耐药/宽容可以大大的推动了当地育种程序如果合并产生局部调整斯特耐药基因型。斯特基因型耐药/宽容将提供一个生命线在努力遏制资源有限的小农斯特祸害特有的可耕种的土地。耐药基因型/宽容和其他低成本的集成斯特控制方法、文化或机械方法将伟大的非洲农民农业的优势。

5。结论

津巴布韦大学的玉米用抗S IITA种质杂交繁育后代。hermonthica基因型耐药/宽容显示的阻力/公差美国asiatica相对于当地商业检查。这种基因型的例子是Ax31 Ax28, Ax7, Ax32。这显然强调了宿主遗传抗性/公差的相似性斯特物种。因此,这些基因型大学的津巴布韦的育种程序可用于种子繁殖斯特基因型耐药/宽容到一个更好的和可行的斯特与其他控制选项如果集成在一起斯特小农的控制策略斯特盛行的地区。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢IITA,国际玉米和小麦改良中心,种子公司提供种质用于这项研究。

补充材料

表S1显示了土壤的营养成分用于实验。肥料率应用于本研究中使用的所有锅来实现应用程序的速度11.2公斤·N·哈⁻¹,9.8公斤·P·哈⁻¹,9.3公斤·K·哈⁻¹。(补充材料)

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