הערכת העדפה של צמח לבן גב הניזון מאורז

מחקר זה מציג שיטה פשוטה ומעשית להערכת עמידות אי-העדפה לצמחים בעלי גב לבן הניזונים מאורז בתנאי מעבדה. נדון שיפור האסטרטגיות וההרכב של השיטה הנוכחית לזיהוי העמידות בפני צמחים לבנים וחומים.

ניצול משאבי נבט אורז עמידים לחרקים וגנים קשורים הוא הצורך העיקרי בגידול זנים עמידים לחרקים, אך הדיוק בזיהוי פנוטיפים עמידים לחרקים של אורז הוא קושי גדול. דחוף לפתח שיטה חדשה או לשפר שיטות קיימות לסינון אורז לעמידות חרקים. מאמר זה מתאר שיטה פשוטה ומעשית להערכת עמידות ללא העדפה של אורז למטע בעל הגב הלבן (WBPH), Sogatella furcifera, במעבדה. ההעדפה של WBPHs בוגרים הניזונים או מאכלסים צמחי אורז מתבגרים מנותחת באופן רציף על ידי השוואה זוגית. השינויים הדינמיים של WBPHs בצמחי אורז נרשמים ומושווים כמדד לזיהוי עמידות. השיטה הנוכחית פשוט ניתנת להפעלה וניתנת לצפייה בקלות ויש לה מחזור קצר. ניתן להרחיב את השימוש בשיטה זו כדי לחקור את העדפת ההזנה והביוץ של המיפטרנים דומים, כגון העציץ החום (BPH), Nilaparvata lugens(Stål).

אורז הוא מזון עיקרי עבור יותר משליש מאוכלוסיית העולם, ויותר מ-90% מהאורז מיוצר ונצרך באסיה ^1,2. ה-WBPH וה-BPH הם המזיקים ההרסניים ביותר של האורז ומהווים איום משמעותי על ייצור האורז³. מנקודת מבט של עלות וסביבה, גידול ויישום של אורז עמיד לחרקים הוא הגישה היעילה ביותר לשליטה בנזק שנגרם על ידי צמחים ^4,5,6. בהתאם לכך, סינון משאבי נבט אורז עמיד הוא תנאי מוקדם מרכזי לגידול אורז עמיד לחרקים. הדיוק בזיהוי פנוטיפ עמיד לאורז מסייע למיפוי עדין ולמחקר פונקציונלי נוסף של גני מטרה. עם זאת, זיהוי פנוטיפי הפך לקושי גדול בשל מורכבות מנגנון ההתנגדות. ניתן לחלק את עמידותו של האורז בפני מזיקים לשלושה סוגים, כלומר אנטיביוזה, סובלנות ואי העדפה⁷. כל סוג משקף היבט אחר של מנגנון העמידות של האורז בפני מזיקים. נכון לעכשיו, השיטה הנפוצה ביותר לסינון עמידות בפני צמחים היא טכניקת סינון ארגז הזרעים הסטנדרטית (SSST) שניתן להשתמש בה כדי לזהות במהירות את העמידות הפנוטיפית של מספר רב של צמחי אורז ולהשיג קווי ג'רמפלזמה עמידים מועמדים תוך זמן קצר⁸.

עם זאת, שיטת SSST משקפת רק את עמידות האורז בשלב השתיל ויעילה יותר בהערכת מנגנוני עמידות מסוג סובלנות. עמידותו של האורז לחרקים באה לידי ביטוי גם באנטיביוזה, כגון שיעור הישרדות הנימפות, משך הנימפה וקצב בקיעת הביצים, ובאי-העדפה, כגון בית גידול, האכלה והעדפת ביוץ⁹. בנוסף, הביצועים של שתילי אורז להתנגדות לרוב אינם יציבים במיוחד. עם גידול הצמחים, ההתנגדות נוטה להיות יציבה יותר. לכן, שיטת SSST אינה יכולה לשקף לחלוטין את רמת ההתנגדות של האורז. יתרה מכך, עמידות האורז למזיקים משתנה בשלבי גידול שונים, וישנם הבדלים ברורים במנגנוני העמידות בין שתילים לצמחים מתבגרים. מחקרים הראו שצמחי אורז מתבגרים יכולים לשחרר מטבוליטים משניים נדיפים כדי למנוע התפשטות על ידי מזיקי חרקים, המתבטאים בחוסר סלקטיביות של החרק בהאכלה או בהטלה על צמח האורז^10,11. זהו גם סוג קריטי מאוד של מנגנון עמידות, הממלא תפקיד חשוב במניעת מזיקי חרקים ובהבטחת יבול האורז בבגרותו.

נכון לעכשיו, זיהוי עמידות האורז על ידי אי העדפה הוא עדיין אתגר. במקרה זה, נעשה שימוש כיום בשתי גישות עיקריות. מצד אחד, צמחים וצמחי אורז מוכנסים לכלוב רשת ניילון מרובע¹². למרות שגישה זו נחשבת ליעילה יחסית לביצוע ניסויים במספר קווי אורז בו זמנית, היא דורשת שטח ניסוי גדול יותר ובכך גורמת לקשיים מסוימים בתצפית ובספירה עקב חומרי רשת ניילון לא שקופים. מצד שני, שיטת הריח של צינור Y משמשת בניסויי בחירת חרקים על פי ההבדל בחומרים נדיפים המשתחררים מאורז. שיטה זו מאפשרת התבוננות קלה בגלל מיכל הזכוכית שלה¹⁴. אחד הגורמים המגבילים העיקריים של שיטה זו הוא שהיא יכולה לשפוט רק ריח נדיף, ויש לה גם דרישה קפדנית על אטימות מכשירי הניסוי ולוקחת זמן רב.

כאן, אנו מתארים שיטה משופרת להערכת העמידות של צמח האורז ללא העדפה ל-WBPHs, שהיא פשוטה לתפעול וקלה לתצפית. ניתן להשתמש בשיטה זו גם כדי לחקור את התנהגות בית הגידול, ההזנה והעדפת הביוץ של BPHs ומזיקים המיפטריים אחרים.

1. הכנת צמחים, צמחי אורז וכלוב הפוליוויניל כלוריד

1. צמחים
   1. החזירו WBPHs על אדמות של זן אורז רגיש הנקרא Taichung Native 1 (TN1) בכלובים חסיני חרקים ותנו להם להתרבות באופן טבעי במשך דורות. בחר נקבות בוגרות ארוכות כנפיים שזה עתה הופיעו לניסויים נוספים.
      הערה: WBPHs סופקו על ידי המכון לגנומיקה חקלאית בשנג'ן, האקדמיה הסינית למדעי החקלאות.
2. צמחי אורז
   1. השרו זרעים מכל קו אורז במים והכניסו אותם לחדר מבוקר אקלים עם פרמטרים המוגדרים ל-28 מעלות צלזיוס, 75%-80% לחות יחסית (RH), ומחזורים של 14 שעות אור/10 שעות חושך למשך יומיים עד לנביטה.
   2. זורעים 30 זרעים מונבטים מכל קו אורז שנבדק באופן שווה בקופסת זרעים מפלסטיק (20 ס"מ [אורך] x 15 ס"מ [רוחב] x 10 ס"מ [גובה]) הממולאת באדמת אורז לעומק של 3-4 ס"מ.
   3. מכסים את הזרעים בשכבה דקה של אדמה יבשה דקה; לאחר מכן, הרטיבו את האדמה היבשה במים.
   4. הכניסו את ארגז הזרעים לכלוב חסין חרקים של 200 רשת (75 ס"מ [אורך] x 75 ס"מ [רוחב] x 75 ס"מ [גובה]) בטמפרטורה של 28 מעלות צלזיוס, עם 75%-80% לחות יחסית וטיפול במחזור אור של 14 שעות / 10 שעות חושך בחדר מבוקר אקלים. השקה כל יום כדי לשמור על לחות האדמה. ממשיכים לגדל את הצמחים במשך 7 ימים, עד שהם מגיעים לשלב של שניים עד שלושה עלים.
   5. בחרו 20 שתילים בעלי פוטנציאל גידול דומה, השתלו את השתילים לעציצי זרעי פלסטיק בקוטר 10 ס"מ (שתיל אחד לסיר) עם חור בתחתית.
   6. מניחים את העציצים בכלוב חסין חרקים של 200 רשת (75 ס"מ [אורך] x 75 ס"מ [רוחב] x 75 ס"מ [גובה]) בטמפרטורה של 28 מעלות צלזיוס, עם 75%-80% לחות יחסית וטיפול במחזור אור של 14 שעות / 10 שעות חושך בחדר מבוקר אקלים, עם מים בתחתית המגש, למשך כ-30 יום של גידול עד שהם מגיעים לשלב העיבוד עם טילר אחד או שניים.
   7. חתוך את צמחי האורז לאדמה אחת 48 שעות לפני תחילת הניסוי.
3. כלוב פוליוויניל כלוריד גלילי
   1. השג פוליוויניל כלוריד שקוף (PVC) במידות של 120 ס"מ על 90 ס"מ ועובי של 0.5 מ"מ.
   2. הפוך אותו למבנה גלילי בגובה 90 ס"מ וקוטר 35 ס"מ.
   3. השתמש במהדק כדי לתקן את אזור החפיפה בשני קצוות הגליל. ודא ששטח החפיפה הוא באורך של כ-90 ס"מ ורוחב של 10 ס"מ.
   4. אטום את כל אזור החפיפה מהיקף הגליל בעזרת סרט רגיש ללחץ.
      הערה: ודא שניתן למקם את הכלוב הגלילי אנכית לקרקע ואין פער ברור בין הכלוב לקרקע.
   5. חותכים 200 רשתות ניילון רשת, כל אחת במידות 50 ס"מ על 50 ס"מ; התכוננו מספיק לשלבים הבאים.
   6. קבל גומיות מתאימות; וודאו שהקוטר הוא כ-1.5 מ"מ וההיקף הוא לפחות 32 ס"מ כאשר הרצועה מכווצת.

2. טיפול בחרקים ואורז

1. הניחו מגש פלסטיק עגול בקוטר 28 ס"מ וגובה 10 ס"מ על קרקע בטון שטוחה בחדר מבוקר אקלים עם הגדרות פרמטרים כמתואר בשלב 1.2.6.
   הערה: אם רצפת החממה היא אדמה, מצא משטח שטוח ככל האפשר כדי להבטיח שהמגש מונח שטוח.
2. בחרו שני סירים של קווי אורז שונים (משלב 1.2.7) והכניסו אותם למגש, זה לצד זה, ומלאו את מגש הפלסטיק במספיק מים.
3. מכסים את שני סירי האורז לבדיקה בכלוב הגלילי המיוצר בשלב 1.3.4.
4. הניחו חתיכה אחת של רשת ניילון (משלב 1.3.5) על גבי הכלוב.
   הערה: שני סירי האורז בכלוב יכולים לשמש כקבוצה; חזור על 15 סטים מכל קבוצה. הניחו את עציצי האורז באופן אקראי במיקום ובכיוון, אך נסו לוודא שהעלים של שני צמחי האורז לא ייגעו.
5. השתמש במלכודת יניקה בעבודת יד כדי לאסוף 40 נקבות בוגרות WBPH שזה עתה הופיעו (עיין בסעיף 1.1).
6. הכניסו את מבוגרים WBPH לצינור זכוכית (בקוטר 2 ס"מ וגובה 15 ס"מ) וכסו אותו בפקק ספוג.
7. הרם פינה של רשת הניילון (ראה שלב 2.4).
8. הסר את פקק הספוג מצינור הזכוכית והנח את הצינור בחלק האמצעי של הכלוב כדי לשחרר את כל ה-WBPHs.
9. כסו את רשת הניילון במהירות והשתמשו בגומייה כדי לאטום אותה כדי למנוע מה-WBPHs לברוח (איור 1).

3. הקלטה ותצפית

1. שימו לב להתפלגות WBPHs על כל צמח אורז ב-3, 6, 24, 48, 72, 96 ו-120 שעות לאחר ההתפשטות.
2. רשום את מספר WBPHs על צמחי אורז שונים כולל נדן עלים ועלים מכל הכיוונים דרך הכלוב השקוף.
   הערה: היו עדינים במהלך תהליך התצפית כדי לא להפריע ל-WBPHs.

היו שלושה קווי אורז מבחן ששימשו במחקר זה. קו אורז FY01 רגיש ל-WBPH ומשמש כקבוצת ביקורת. קו האורז HZ08 ו-HZ06 היו קווים טרנסגניים שבהם הוצגו הגן X1 הפוטנציאלי העמיד ל-WBPH והגן X5, בהתאמה, על סמך הרקע של FY01. לכן, השוואת עמידות לאורז בין HZ08/HZ06 ל-FY01 יכולה לחשוף אם לגן המתאי?...

צמחי אורז מתבגרים משחררים מטבוליטים משניים נדיפים כדי לשלוט במזיקי חרקים או להפחית את יכולת ההזדווגות של מזיקים אלה (כגון ב-WBPHs) באמצעות מבנה פיזי מיוחד על פני מעטפת העלים, שהוא מנגנון התנגדות מרכזי¹³. בצמחי אורז, אי ההעדפה קשורה לא רק להאכלה אלא גם קשורה לבית ...

למחברים אין מה לחשוף.

המחברים אסירי תודה לד"ר לאנג יאנג על האכלת הצמחים בעלי הגב הלבן וגידול אורז. עבודה זו נתמכה על ידי קרנות מיוחדות לפיתוח תעשייתי של המחוז החדש דאפנג, העיר שנזן (מענק מס. KY20180216 ו-KY20180115).