استخدام التغيرات في انتقال الأوراق للتحقيق في حركة البلاستيدات الخضراء في أرابيدوبسيس ثاليانا

Martina Königer; Anna Knapp; Lauren Futami; Susan Kohler

doi:10.3791/62881

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

Summary

تقوم العديد من الأنواع النباتية بتغيير موضع البلاستيدات الخضراء لتحسين امتصاص الضوء. يصف هذا البروتوكول كيفية استخدام أداة مباشرة مبنية في المنزل للتحقيق في حركة البلاستيدات الخضراء في أوراق أرابيدوبسيس ثاليانا باستخدام التغيرات في انتقال الضوء عبر ورقة كوكيل.

Abstract

وقد ثبت أن حركة البلاستيدات الخضراء في الأوراق تساعد على تقليل تثبيط الضوء وزيادة النمو في ظل ظروف معينة. يمكن تعلم الكثير عن حركة البلاستيدات الخضراء من خلال دراسة وضع البلاستيدات الخضراء في الأوراق باستخدام المجهر الفلوري البؤري على سبيل المثال ، ولكن الوصول إلى هذا النوع من الفحص المجهري محدود. يصف هذا البروتوكول طريقة تستخدم التغيرات في انتقال الأوراق كبديل لحركة البلاستيدات الخضراء. إذا تم نشر البلاستيدات الخضراء من أجل تحقيق أقصى قدر من اعتراض الضوء ، فسيكون الإرسال منخفضا. إذا تحركت البلاستيدات الخضراء نحو جدران الخلايا المضادة للكلينا لتجنب الضوء ، فسيكون الانتقال أعلى. يصف هذا البروتوكول كيفية استخدام أداة مباشرة مبنية في المنزل لتعريض الأوراق لكثافة الضوء الأزرق المختلفة وتحديد التغيرات الديناميكية في انتقال الأوراق. يسمح هذا النهج للباحثين بوصف حركة البلاستيدات الخضراء كميا في الأنواع والطفرات المختلفة ، ودراسة آثار المواد الكيميائية والعوامل البيئية عليها ، أو فحص الطفرات الجديدة ، على سبيل المثال ، لتحديد المكونات المفقودة في العملية التي تؤدي من إدراك الضوء إلى حركة البلاستيدات الخضراء.

Introduction

الضوء ضروري لعملية التمثيل الضوئي ونمو النبات وتطوره. إنه أحد أكثر العوامل اللاأحيائية ديناميكية حيث لا تتغير شدة الضوء على مدار الموسم أو اليوم فحسب ، بل تتغير أيضا بسرعة وبطرق لا يمكن التنبؤ بها اعتمادا على الغطاء السحابي. على مستوى الأوراق ، تتأثر شدة الضوء أيضا بكثافة وطبيعة النباتات المحيطة ومظلة النبات الخاصة. إحدى الآليات المهمة التي تسمح للنباتات بتحسين اعتراض الضوء في ظل ظروف الإضاءة المتغيرة هي قدرة البلاستيدات الخضراء على التحرك استجابة لمحفزات الضوء ^{الأزرق1,2}. في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة ، تنتشر البلاستيدات الخضراء عموديا على الضوء (على طول جدران الخلايا حول الخيطية) في ما يسمى باستجابة التراكم ، مما يزيد من اعتراض الضوء وبالتالي التمثيل الضوئي. في ظل ظروف الإضاءة العالية ، تتحرك البلاستيدات الخضراء نحو جدار الخلية المضاد للخلين في ما يسمى استجابة التجنب ، مما يقلل من اعتراض الضوء وخطر التثبيط الضوئي. في العديد من الأنواع ، تفترض البلاستيدات الخضراء أيضا وضعا مظلما محددا ، والذي يختلف عن مواقع التراكم والتجنب وغالبا ما يكون وسيطا بين هذين ^{الاثنين3,4}. أظهرت دراسات مختلفة أن حركة البلاستيدات الخضراء ليست مهمة فقط لتحمل الإجهاد على المدى القصير ^{للأوراق5}^،⁶^،⁷ ، ولكن أيضا لنمو النباتات ونجاحها التناسلي ، خاصة في ظل ظروف الإضاءة ^{المتغيرة8}^،⁹.

يتم ملاحظة حركة البلاستيدات الخضراء بسهولة في الوقت الفعلي في بعض العينات الحية (على سبيل المثال ، الطحالب أو النباتات ذات الأوراق الرقيقة مثل Elodea) باستخدام المجهر ^{الضوئي1}. ومع ذلك، تتطلب دراسة حركة البلاستيدات الخضراء في معظم الأوراق معالجة مسبقة للحث على حركة البلاستيدات الخضراء، والتثبيت الكيميائي، وإعداد المقاطع العرضية قبل عرض العينات تحت المجهر ^{الضوئي10}. مع إدخال المجهر الليزري البؤري ، أصبح من الممكن أيضا تصوير الترتيب ثلاثي الأبعاد للبلاستيدات الخضراء في أوراق سليمة أو ^ثابتة4^،¹¹^،¹². تساعد تقنيات التصوير هذه بشكل كبير على فهم حركة البلاستيدات الخضراء من خلال توفير معلومات نوعية مهمة. ومن الممكن أيضا تحديد موضع البلاستيدات الخضراء كميا (كنسبة مئوية من البلاستيدات الخضراء في المواضع حول اللينة أو المضادة للكلينا في هذه الصور أو النسبة المئوية للمساحة التي تغطيها البلاستيدات الخضراء لكل سطح خلية كلية) ولكنه يستغرق وقتا طويلا، خاصة إذا تم إجراؤه على الفترات الزمنية اللازمة لالتقاط التغيرات السريعة في تحديد ^{المواقع10,8} . إن أبسط طريقة لإظهار ما إذا كانت الأوراق المتكيفة مع الظلام من نوع معين أو الطفرات قادرة على حركة البلاستيدات الخضراء في استجابة التجنب هي تغطية معظم مساحة الورقة للحفاظ على البلاستيدات الخضراء في الظلام مع تعريض شريط من الورقة للضوء العالي. بعد ما لا يقل عن 20 دقيقة من التعرض العالي للضوء ، ستكون البلاستيدات الخضراء في المنطقة المكشوفة قد انتقلت إلى وضع التجنب ، وسيكون الشريط المكشوف أخف لونا بشكل واضح من بقية الورقة. وينطبق هذا على النوع البري A. thaliana ولكن ليس على بعض طفرات حركة البلاستيدات الخضراء الموصوفة بمزيد من التفصيل ^لاحقا13. هذه الطريقة والتعديلات عليها (على سبيل المثال ، عكس أجزاء الورقة المكشوفة ، وتغيير شدة الضوء) مفيدة لفحص أعداد كبيرة من المتحورات وتحديد الطفرات الخالية التي تفتقر إما إلى القدرة على إظهار استجابة تجنب أو تراكم أو كليهما. ومع ذلك ، فإنه لا يوفر معلومات حول التغيرات الديناميكية في حركة البلاستيدات الخضراء.

وعلى النقيض من ذلك، تسمح الطريقة الموصوفة هنا بتحديد كمية حركة البلاستيدات الخضراء في الأوراق السليمة باستخدام التغيرات في انتقال الضوء عبر الورقة كبديل لحركة البلاستيدات الخضراء الشاملة: في ظل الظروف التي تنتشر فيها البلاستيدات الخضراء في خلايا الميزوفيل في استجابة التراكم، ينتقل ضوء أقل عبر الورقة مما هو عليه عندما تكون العديد من البلاستيدات الخضراء في استجابة تجنبية، وضع أنفسهم على طول جدران الخلايا المضادة للكلينا. وبالتالي، يمكن استخدام التغيرات في الإرسال كبديل لحركة البلاستيدات الخضراء الشاملة في ^{الأوراق14}. ويرد وصف لتفاصيل الصك في مكان آخر (انظر الملف التكميلي)، ولكن في الأساس، يستخدم الصك الضوء الأزرق لتحريك البلاستيدات الخضراء ويقيس مقدار الضوء الأحمر الذي ينتقل عبر تلك الورقة على فترات زمنية محددة. في الآونة الأخيرة ، تم وصف تعديل لهذا النظام ، والذي يستخدم قارئا صغيرا معدلا بسعة 96 بئرا ، ومصباح LED أزرق ، وجهاز كمبيوتر ، وحاضنة يتم التحكم في درجة ^{حرارتها15}.

وقد ساعد خيار استخدام مجموعة من الأساليب، بما في ذلك التقييم البصري للأوراق للفحص، يليه قياس التغيرات الديناميكية في انتقال العدوى واستخدام الفحص المجهري، إلى حد كبير على فهمنا لكل من الآليات الأساسية والأهمية الفسيولوجية/الإيكولوجية لحركة البلاستيدات الخضراء. على سبيل المثال ، أدى ذلك إلى اكتشاف وتوصيف مختلف المتحورات ، والتي تضعف في جوانب محددة من تحركاتها. على سبيل المثال ، تفتقر طفرات A. thaliana phot 1 إلى القدرة على تراكم البلاستيدات الخضراء في الإضاءة المنخفضة ، في حين تفتقر طفرات phot 2 إلى القدرة على إجراء تفاعل تجنب. ترجع هذه الأنماط الظاهرية إلى ضعف في مستقبلين للضوء الأزرق لكل ^منهما16^،¹⁷^،¹⁸. وعلى النقيض من ذلك، تفتقر طفرات chup1 إلى القدرة على تكوين خيوط الأكتين المناسبة حول البلاستيدات الخضراء الضرورية لنقل البلاستيدات الخضراء إلى الموضع المطلوب داخل ^{الخلية11,19}. بالإضافة إلى الدراسات المتحورة ، قام الباحثون بتقييم آثار المثبطات المختلفة على حركة البلاستيدات الخضراء لتوضيح الجوانب الميكانيكية للعملية. على سبيل المثال ، تم استخدام مواد كيميائية مثل _H2O2 ومضادات الأكسدة المختلفة للتحقيق في آثار جزيء الإشارة هذا على حركة البلاستيدات ^{الخضراء20}. تم استخدام مثبطات مختلفة لتوضيح دور الكالسيوم في حركة البلاستيدات ^{الخضراء21}. بالإضافة إلى المساعدة في الكشف عن آليات حركة البلاستيدات الخضراء ، يمكن استخدام هذه الطرق لمقارنة حركة البلاستيدات الخضراء في مختلف الأنواع أو الطفرات المزروعة في ظروف مختلفة في محاولة لفهم السياق البيئي والتطوري لهذا السلوك. على سبيل المثال ، فقد تبين أن مدى تأثيرات الطفرات المختلفة في مسار حركة البلاستيدات الخضراء يعتمد على ظروف ^{النمو7,9} ، وأن النباتات المتكيفة مع الشمس لا يبدو أنها تحرك البلاستيدات الخضراء الخاصة بها كثيرا. في المقابل ، الحركة مهمة جدا لنباتات ^الظل10^،²²^،²³.

تصف ورقة الأساليب هذه، التي تركز على المصنع النموذجي A. thaliana، كيفية استخدام جهاز إرسال وهو نسخة محدثة من أداة تم تطويرها ^مسبقا9. على الرغم من أن هذه الأداة غير متوفرة تجاريا ، إلا أن الأشخاص الذين لديهم فهم أساسي للإلكترونيات أو مساعدة من زملاء وطلاب الهندسة أو الفيزياء سيكونون قادرين على بناء الأداة باستخدام أجزاء بأسعار معقولة واتباع التعليمات التفصيلية (انظر الملف التكميلي). وتتمتع المنصة مفتوحة المصدر المستخدمة لبناء الأداة بدعم واسع النطاق على شبكة الإنترنت ومنتدى مجتمعي يقدم المساعدة في حالة ظهور ^مشاكل24.

يركز البروتوكول على كيفية استخدام الأداة لتحديد التغيرات في انتقال الأوراق في تشغيل استكشافي قياسي يعرض الورقة لمجموعة واسعة من ظروف الإضاءة ويلتقط تفاعلات الظلام والتراكم والتجنب ل A. thaliana. يمكن تعديل هذه الأشواط اعتمادا على الهدف من التجربة ويمكن استخدامها مع معظم الأنواع النباتية. تقدم الورقة أمثلة على بيانات انتقال النمط البري A. thaliana والعديد من الطفرات وتوضح كيفية إجراء مزيد من التحليل للبيانات.

Protocol

1. إعداد الأوراق للركض

ضع 8 نباتات A. thaliana في الظلام بين عشية وضحاها (> 6 ساعات يعمل لمعظم الأنواع) لضمان انتقال البلاستيدات الخضراء إلى وضعها المظلم. تبدأ جميع النسخ المتماثلة بقيم إرسال قابلة للمقارنة.
بدلا من ذلك ، ضع 8 أوراق كاملة في طبق بتري مع ورقة ترشيح رطبة في الأسفل ، وأغلق طبق بتري ، ولفه بورق الألومنيوم.

2. اختبار ما إذا كان جهاز الإرسال يعمل

قم بتوصيل جهاز الإرسال بمصدر طاقة مستقر واضغط على مفتاح الطاقة (زر تشغيل/إيقاف) الخاص بالجهاز لإعادة ضبط الجهاز (الشكل 1A، B).
قم بتوصيل ال iPad بمصدر طاقة مستقر، واضغط على زر الشاشة الرئيسية لتنشيط الشاشة، وأدخل رمز المرور لتسجيل الدخول.
اضغط على أيقونة الإعدادات ، واضغط على أيقونة العرض والسطوع ، واضغط على القفل التلقائي، وحدد أبدا بالضغط على هذا الخيار لضمان بقاء الشاشة قيد التشغيل بشكل دائم. وإلا سيتوقف البرنامج عن العمل عندما تذهب الشاشة إلى وضع السكون. اضغط على زر الشاشة الرئيسية للعودة إلى الشاشة الرئيسية.
اضغط مرتين على زر الشاشة الرئيسية لمعرفة التطبيقات المفتوحة، وأغلقها جميعا عن طريق تمريرها نحو الجزء العلوي من الشاشة. اضغط على زر الشاشة الرئيسية للعودة إلى الشاشة الرئيسية.
1. ابحث عن تطبيق LeafSensor على الشاشة الرئيسية أو عن طريق السحب إلى اليسار أو اليمين. اضغط على أيقونة التطبيق لفتحه (انظر الملف التكميلي). ستظهر شاشة خضراء تحتوي على حقول نصية وبيضاء لإدخال المعلومات.
2. تأكد من ظهور كلمة Connected في الجزء السفلي من الشاشة لأنها تشير إلى أن التطبيق يتصل بجهاز الإرسال. إذا ظهرت الرسالة "لم يتم العثور على Adafruit" ، فتحقق من توصيل الجهاز واضغط على زر البدء على الجهاز مرة أخرى.
املأ أول 4 حقول في صفحة التطبيق لتسمية التجربة وإعداد شروط تشغيل اختبار قصير بدون أوراق ومع فتح مقاطع الأوراق:
1. قم بتسمية التجربة (استخدم 8 أحرف أو أرقام كبيرة أو أقل) على سبيل المثال، عن طريق كتابة TEST في الحقل المسمى Expt Name.
2. اختر عدد شدة الضوء الأزرق المختلفة التي سيتم استخدامها في التجربة، على سبيل المثال، عن طريق كتابة 3 في الحقل المسمى # شدة الضوء.
3. اختر شدة الضوء الأزرق لهذا التشغيل (اختر عددا صحيحا بين 0 و 3000 وافصل كل رقم عن الرقم التالي بفاصلة ؛ راجع الملف التكميلي حول كيفية تحويل هذه الأرقام إلى كثافات الضوء الأزرق الفعلية لمصابيح LED) على سبيل المثال ، عن طريق كتابة 0,100,1000 في الحقل المسمى Blue Intensities.
4. اختر طول الوقت الذي ستلمع فيه كل شدة ضوء أزرق على الورقة (افصل كل رقم عن الرقم التالي بفاصلة) على سبيل المثال ، عن طريق كتابة 2,2,2 في الحقل المسمى Blue Duration (minutes).
اضغط على بدء التجربة في القسم الأوسط من الشاشة. في الجزء السفلي من الشاشة ، ستظهر 8 واصلات ورسالة بدء التجربة .
1. تأكد من عدم انبعاث أي ضوء من مصابيح LED خلال الدقيقتين الأوليين ، ثم يتم انبعاث ضوء أزرق ضعيف ، وبعد 2 دقيقة تزداد كثافة الضوء الأزرق.
2. تأكد من انبعاث ضوء أحمر مكثف من مصابيح LED مرة واحدة في الدقيقة لإجراء القياسات.
  ملاحظة: أثناء تشغيل التجربة، ستظهر الأرقام على صفحة التطبيق لكل من المستشعرات الثمانية، وسيتم تحديث البيانات مرة واحدة في الدقيقة. تأكد من أن أرقام الإخراج من الثنائيات الضوئية حوالي 1000-1023 (إذا كانت الغرفة مظلمة). يوضح تحديث في أسفل اليسار عدد القياسات التي تم إجراؤها حتى الآن ، على سبيل المثال ، تم إجراء 1 من 6 قياسات (قياس واحد كل دقيقة).
3. عند الانتهاء من التجربة، تحقق من مظهر التجربة التي انتهت في أسفل يمين صفحة التطبيق. الآن الأداة جاهزة للتشغيل بالأوراق.
اضغط مرتين على زر الشاشة الرئيسية، واسحب للخارج من التطبيق وافتحه مرة أخرى. اضغط على زر ON/OFF الموجود على الجهاز لإعادة ضبطه.

3. إعداد الأوراق في مقاطع الأوراق

ملاحظة: يجب القيام بهذه الخطوة في الظلام باستخدام مصدر ضوء أخضر (على سبيل المثال ، ضع مرشحا أخضر أمام مصباح كهربائي) لتجنب تحفيز حركة البلاستيدات الخضراء. بدلا من ذلك ، استخدم ضوءا أبيض منخفضا جدا وفترة مظلمة ممتدة في مقاطع الأوراق. تذكر أن جزءا واحدا من مشبك الورقة يحمل LED (فتحة أكبر) ، بينما يحمل الآخر الترانزستور الضوئي (الشكل 1C).

إذا كانت النباتات تتكيف مع الظلام بالكامل ، فاختر 8 أوراق واسعة بما يكفي لتغطية مصابيح LED. خلاف ذلك ، قم بإزالة الأوراق من طبق بتري. قم بإعداد 8 شرائح من ورق الترشيح حول طول مشبك الأوراق ومع ثقب مثقوب في الأعلى لعدم تغطية LED.
1. بلل ورقة الترشيح وضعها على جزء مشبك الأوراق الذي يحمل مؤشر LED. كرر ذلك لكل مقطع من مقاطع الأوراق الثمانية.
ضع كل ورقة في الجزء العلوي من ورقة الترشيح الرطبة لمشبك الورقة الخاص بها. تأكد من أن جانب الورقة الصحيح متجه نحو LED (عادة ما يتم إجراء التجارب على سطح الورقة المحوري المواجه ل LED).
1. تجنب وضع الأضلاع الوسطى للورقة فوق مصابيح LED ، وللحصول على نتائج أكثر اتساقا ، ضع أجزاء مماثلة من كل ورقة (على سبيل المثال ، أوسع قسم من الورقة) فوق LED.
2. ضع جزء مشبك الورقة الآخر مع الترانزستور الضوئي في الأعلى. استخدم شريطا مطاطيا لتثبيت جزأي مشبك الأوراق معا إذا لزم الأمر (الشكل 1C، D).
ضع كل مشبك ورقة في "قاربه" واملأ الخزانات بالماء باستخدام ماصة. تأكد من أن الورقة أو على الأقل ورقة الترشيح تلمس الماء لتجنب جفاف الأوراق أثناء الجري (الشكل 1D).

4. إجراء الجري

ملاحظة: بالنسبة للتشغيل الاستكشافي القياسي، ابدأ ب 4 ساعات من الظلام (0 ميكرومول فوتون ^m-2 ^s-1)، متبوعا ب 7 ساعات من الضوء الأزرق المنخفض (2 ميكرومول فوتون ^m-2 ^s-1)، متبوعا ب 60 دقيقة لكل من 5 و 10 و 30 و 40 و 50 و 60 و 90 و 100 ميكرومول فوتون ^m-2 ^s-1 من الضوء الأزرق. سيؤدي ذلك إلى حث الأوراق على إظهار انتقالها المظلم ، وحث حركة البلاستيدات الخضراء إلى أقصى تراكم ، وإظهار درجات مختلفة من استجابة التجنب.

قم بإعداد تطبيق LeafSensor على ال iPad باستخدام الخطوات الموضحة أدناه.
1. اكتب EXPLORA1 في الحقل المسمى اسم Expt.
2. اكتب 10 في الحقل المسمى # شدة الضوء.
3. اكتب 0,1,60,160,550,750,950,1150,1350,1950 في الحقل المسمى الكثافات الزرقاء.
4. اكتب 240,420,60,60,60,60,60,60,60,60,60 في الحقل المسمى Blue Duration.
اضغط على بدء التجربة. بعد الدقيقة الأولى ، ستظهر قيم الإخراج (عادة بين 990 و 820) على الشاشة. إذا كانت القيم بعيدة ، فتحقق مما إذا كانت الأوراق قد وضعت بشكل صحيح في مقاطع الأوراق.
عند الانتهاء من التشغيل، تأكد من ظهور الرسالة "انتهت التجربة" في أسفل يسار الشاشة. سيتم حفظ البيانات تلقائيا.
1. ضع الشاشة في وضع مستقيم (وليس أفقيا). سيظهر خياران جديدان على الشاشة ، وهما Save و Utilities.
2. اضغط على الأدوات المساعدة وستظهر قائمة بالملفات المحفوظة. حدد ملف الاهتمام، في هذه الحالة، EXPLORA1.
3. أسفل قائمة الملفات ، ابحث عن Expt المحدد: EXPLORA1. اضغط على البريد الإلكتروني، وأدخل عنوان بريد إلكتروني، وسيتم إرفاق ملف البيانات تلقائيا بالرسالة. اضغط على إرسال.
  ملاحظة: إذا كان هناك تأخير طويل حتى وصول الملفات، فأعد تشغيل التطبيق وأرسل الملف مرة أخرى.
إذا تم إحباط تشغيل، ولكن البيانات حتى هذه النقطة ذات أهمية، فاضغط على حفظ قبل تحديد الأدوات المساعدة. بعد عدة عمليات تشغيل، قم بتنظيف مساحة الذاكرة: اضغط على الأدوات المساعدة، وحدد ملفا واحدا في كل مرة، واسحب لليسار بجوار الملف، ثم اضغط على Delete لإزالة الملف.
اضغط على Back (رجوع ) لتشغيل تجربة أخرى أو في حالة الانتهاء، اضغط على زر الشاشة الرئيسية، واسحب إلى الشاشة الرئيسية، واضغط على الإعدادات، واضغط على Display & Brightness، واضغط على القفل التلقائي، ثم اضغط على 2 دقيقة.

5. تحليل البيانات

قم بتنزيل الملف EXPLORA1 من البريد الإلكتروني ، وأضف امتدادا .csv إلى الملف ، وانقر نقرا مزدوجا فوق الملف. سيتم فرز البيانات في جدول بيانات مع فرز بيانات المستشعرات الثمانية المختلفة في أعمدة منفصلة. يعرض العمود الأخير الوقت (بالثواني) الذي تم فيه جمع البيانات. احذف الصف الأول أسفل العناوين (Sensor1-8) إذا كان يحتوي على بيانات لا معنى لها.
قم بإعداد ورقة بيانات رئيسية تحتوي على نتائج كل مستشعر في ورقة منفصلة وتقوم بتحويل قيم الإخراج إلى قيم إرسال ٪ باستخدام المعادلات التي تم الحصول عليها من معايرة كل مقطع ورقة ومستشعر (انظر الملف التكميلي).
1. انسخ كل مجموعة بيانات إلى ورقة بيانات منفصلة (على سبيل المثال، العمود A يحتوي على الوقت؛ العمود C يحتوي على بيانات Sensor1).
2. قم بإعداد العمود B بحيث يحول الوقت من ثوان إلى دقائق. قم بإعداد العمود D بحيث يحتوي على الصيغة لتحويل الجهد إلى نقل ٪ باستخدام المعادلة من المعايرة.
3. قم بإعداد ورقة بيانات مماثلة لكل مستشعر وتذكر أن الصيغة المستخدمة لتحويل خرج الجهد إلى قيم نقل ٪ قد تكون مختلفة لكل مستشعر.
انتقال النسبة المئوية للقطعة (T) مع مرور الوقت، الحد الأدنى (الشكل 2).
احفظ ورقة البيانات تحت اسم جديد بحيث يمكن إعادة استخدام ورقة البيانات الرئيسية.
لمزيد من التحليل للبيانات (الشكل 2)، احسب تراكم ΔT (٪) (على سبيل المثال، تغير T عند التراكم الأقصى مقارنة ب T في الظلام)، أو تجنب ΔT (٪) (على سبيل المثال، تغير T عند أقصى تجنب مقارنة ب T في الظلام)، أو dT/dt (٪/h) (على سبيل المثال، التغير في T خلال أسرع جزء من تفاعل التراكم أو التجنب). لمزيد من التفاصيل انظر ⁸.

النتائج

تظهر الأجزاء المختلفة من جهاز الإرسال في الشكل 1. المتحكم الدقيق هو وحدة التحكم في الجهاز ويتحكم في ظروف الإضاءة التي تمر بها الأوراق ، المؤمنة في مقاطع الأوراق السوداء ، ويخزن بيانات نقل الضوء التي تتلقاها (الشكل 1A ، B). تظهر صورة مقربة لوحدة التحكم...

Discussion

الجهاز سهل الاستخدام للغاية ولكن من الأهمية بمكان معايرة كل إعداد مشبك ورقة لجهاز الإرسال بشكل مستقل لأن تحديد موضع مصابيح LED والترانزستورات الضوئية قد يختلف قليلا من مشبك ورقة إلى آخر. تأكد من إدخال مصابيح LED والترانزستورات الضوئية بثبات وأعد التحقق من المعايرة إذا بدت البيانات متوقفة. ت...

Disclosures

وليس لدى صاحبي البلاغ أي تضارب في المصالح.

Acknowledgements

تم توفير التمويل من خلال جائزة Fiske وجائزة Wellesley College College College.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Aluminum foil
Dark adapted leaves
Filter paper
iPad with LeafSensor app installed (see Supplemental Info)
Pipette	Any
Petri dish	Any
Transmission device (see Supplemental info)
Water

References

Senn, G. . Die Gestalts- und Lageveränderung der Pflanzenchromatophoren. , (1908).
Zurzycki, J. The influence of chloroplast displacements on the optical properties of leaves. Acta Societatis Botanicorum Poloniae. 30, 503-527 (1961).
Wada, M., Kagawa, T., Sato, Y. Chloroplast movement. Annual Review of Plant Biology. 54, 455-468 (2003).
Wada, M. Chloroplast movement. Plant Science. 210, 177-182 (2013).
Kasahara, M., Kagawa, T., Oikawa, K., Suetsugu, N., Miyao, M., Wada, M. Chloroplast avoidance movement reduces photodamage in plants. Nature. 420, 829-832 (2002).
Davis, P. A., Hangarter, R. P. Chloroplast movement provides photoprotection to plants by redistributing PSII damage within leaves. Photosynthesis Research. 112, 153-161 (2012).
Howard, M. M., Bae, A., Königer, M. The importance of chloroplast movement, nonphotochemical quenching, and electron transport rates in light acclimation and tolerance to high light in Arabidopsis thaliana. American Journal of Botany. 106 (11), 1-10 (2019).
Gotoh, E., et al. Chloroplast accumulation response enhances leaf photosynthesis and plant biomass production. Plant Physiology. 178, 1358-1369 (2018).
Howard, M. M., Bae, A., Pirani, Z., Van, N., Königer, M. Impairment of chloroplast movement reduces growth and delays reproduction of Arabidopsis thaliana in natural and controlled conditions. American Journal of Botany. 107 (9), 1309-1318 (2020).
Trojan, A., Gabryś, H. Chloroplast distribution in Arabidopsis thaliana (L.) depends on light conditions during growth. Plant Physiology. 111, 419-425 (1996).
Oikawa, K., et al. Chloroplast unusual positioning is essential for proper chloroplast positioning. The Plant Cell. 15, 2805-2815 (2003).
Königer, M., Bollinger, N. Chloroplast movement behavior varies widely among species and does not correlate with high light stress tolerance. Planta. 236, 411-426 (2012).
Kagawa, T., et al. Arabidopsis NPL1: a phototropin homolog controlling the chloroplast high-light avoidance response. Science. 291, 2138-2141 (2001).
Berg, R., et al. A simple low-cost microcontroller-based photometric instrument for monitoring chloroplast movement. Photosynthesis Research. 87, 303-311 (2006).
Johansson, H., Zeidler, M. Automatic chloroplast movement analysis. Molecular Biology. 1398, 29-35 (2016).
Briggs, W. R., et al. The phototropin family of photoreceptors. Plant Cell. 13, 993-997 (2001).
Jarillo, J. A., et al. Phototropin-related NPL1 controls chloroplast relocation induced by blue light. Nature. 410, 952-954 (2001).
Sakai, T. Arabidopsis nph1 and npl1: blue light receptors that mediate both phototropism and chloroplast relocation. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA. 98 (12), 6969-6974 (2001).
Wada, M., Kong, S. -. G. Actin-mediated movement of chloroplasts. Journal of Cell Science. 131, 1-8 (2018).
Wen, F., Xing, D., Zhang, L. Hydrogen peroxide is involved in high blue light-induced chloroplast avoidance movements in Arabidopsis. Journal of Experimental Botany. 59 (10), 2891-2901 (2008).
Tlalka, M., Fricker, M. The role of calcium in blue-light dependent chloroplast movement in Lemna trisulca L. The Plant Journal. 20, 461-473 (1999).
Königer, M., Bollinger, N. Chloroplast movement behavior varies widely among species and does not correlate with high light stress tolerance. Planta. 236, 411-426 (2012).
Higa, T., Wada, M. Chloroplast avoidance movement is not functional in plants grown under strong sunlight. Plant, Cell and Environment. 39, 871-882 (2016).
. Arduino.cc Available from: https://www.arduino.cc (2021)
Königer, M., Delamaide, J. A., Marlow, E. D., Harris, G. C. thaliana leaves with altered chloroplast numbers and chloroplast movement exhibit impaired adjustments to both low and high light. Journal of Experimental Botany. 59, 2285-2297 (2008).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

173

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: