This study received supported from the National Research Foundation of Korea (NRF) (2011-0012728). A poster presenting this study was awarded the Best Poster Award by the Korean Society of Applied Biological Sciences (KSABC).

1. الإعدادات الأولية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أنواع النباتات الزراعية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام حديقة بلسم (بلظامينا)، Mizuna (الكرنب رابا فار. تفرضه اليابان)، Komatsuna (الكرنب رابا فار. perviridis)، وMescluns (رشاد بيسوم) البذور. ملاحظة: بلظامينا (حديقة او بلسم روز بلسم) هو الأنواع المحلية إلى الهند؛ وتقع بعض أعضاء أيضا في ميانمار. Komatsuna (الكرنب رابا فار. perviridis أو komatsuna) هو البديل من نفس النوع مثل اللفت المشترك. رشاد مزروع (رشاد بيسوم) هو نوع من عشب الذي يرتبط تصنيفيا إلى الجرجير والخردل. لديهم النكهات ورائحة مماثلة لتلك التي تستخدم عادة هم تجاريا 5،7. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الثقافات مصنع <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ثقافة حديقة بلسم (بلظامينا)، Mizuna (الكرنب رابا فار. تفرضه اليابان)، Komatsuna (الكرنب رابا فار. perviridis)، وميسلونالصورة (رشاد بيسوم) البذور في قطر 100 ملم (100 بي) طبق بيتري. تأكد من أن لوحة واحدة تحتوي على نوع واحد فقط من الأنواع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لظروف التربية، ووضع البذور على منشفة والسليلوز. تزج منشفة والبذور في الماء المقطر الثلاثي. قياس وتأكيد أن داخلي مختبر RT هي 18-25 درجة مئوية مع رطوبة تتراوح 65-75٪ (يرجى مراجعة القسم 3.1.2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لعدد من البذور، والثقافة 10 ± 1 بذور حديقة بلسم، 50 ± 10 بذور Mizuna، 330 ± 20 بذور Komatsuna، و 380 ± 20 بذور Mescluns. استخدام ظروف مماثلة يقاس 18-25 درجة مئوية مع رطوبة تتراوح 65-75٪ (يرجى مراجعة القسم 2.1.1). ملاحظة: تم إجراء جميع التجارب على الأوضاع الداخلية مع الرطوبة المنظمة ودرجة الحرارة تتراوح في المختبر. وكانت نسبة الرطوبة ودرجة الحرارة يست ثابتة، ولكن وفرت ظروف مماثلة لمجموعة والسيطرة المغناطيس العلاج. </li></ol></li></ol> 2. الثقافة من أربعة النباتات الزراعية<ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> طريقة تجريبية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اتبع القسم 1.2.3) لأنواع النبات والظروف والثقافة في السيطرة ومجموعة تطبيقها المغناطيس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق ثلاثة المغناطيس من 1750 ± 350 غاوس (10000 غاوس = 1 تسلا) في الجزء السفلي من الأطباق بي 100 للحديقة بلسم. أثناء التطبيق، تأكد من أن المغناطيس الثلاثة ليست على اتصال مباشر مع البذور، ويتم فصل من البلاستيك أسفل من طبق بتري. يجب أن تكون المسافة المباشرة بين البذور والمغناطيس 2-4 ملم. تطبيق مغناطيس ل168 ساعة (7 أيام) لمدة أربعة النباتات الزراعية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وبعد كل الخطوات مماثل في 2.1.2)، وتطبيق اثنين من المغناطيس، واحد (التي تواجه N الجانب الصاعد) على الجانب S العلوي وغيرهم من المغناطيس (التي تواجه أعلى) على الجزء السفلي من لوحة الثقافة حديقة بلسم. ملاحظة: يتم تطبيق القطبين بشكل مختلف في حديقة بلسم. ومع ذلك، لا يعتبر التوجه القطب كعامل حاسم في هذه الدراسة للتعديلات النمو، حيث أن جميع البيئات متطابقة باستثناء الاتجاهمن الفيض المغناطيسي. وكان الغرض من N و S تطبيق القطب لحديقة بلسم لمعرفة القدرة العملية في استخدامه في المجالات، حيث توجه القطب يمكن أن يكون من الصعب السيطرة عليها. </li></ol></li></ol> 3. تويولين تلطيخ من حديقة بلسم <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيقات المغناطيس مع الخاضعة للرقابة حالة الضوء <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع اثنين من المغناطيس (N القطب مواجهة) الجزء السفلي من لوحة 100 ملم لمدة 48 ساعة، وذلك باستخدام الشروط في الخطوة 1.2.2. ملاحظة: للتعديل على ضوء ذلك، وضعت الأطباق الثقافة على رف من البلاستيك في الحاضنة. تم استخدام حاضنة للاعتراض الضوء والحفاظ على درجة حرارة عند 25 درجة مئوية لمدة 48 ساعة في البيئات المظلمة. في نهاية المطاف، لم يستخدم هذا الشرط في هذه التجربة بسبب الاختلافات عالية في طول النمو. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تلطيخ مصنع <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إصلاح بلسم كامل SPP نبات زهرة مزدوجة، (بما في ذلك الجذع والجذور) التي تزرع في ظروف مماثلة مع خطوة 3.1.2) في 4٪ امتصاص العرق و 0.1 Mالعازلة الفوسفات (7.4 درجة الحموضة) لمدة 15 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة عينة بلسم وتزج لمدة 2 ساعة في عرقلة العازلة (2٪ مصل الحصان / 1٪ زلال المصل البقري / 0.1٪ تريتون X-100 في برنامج تلفزيوني، ودرجة الحموضة 7.5). غسل العينة بلسم عن طريق غمر مع برنامج تلفزيوني لمدة 15 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لالمناعية مزدوج، واحتضان العينة مع الأجسام المضادة الأولية، ومكافحة ألفا تويولين (1: 1000)، O / N عند 4 درجات مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة عينة وتزج العينات مرة واحدة مع برنامج تلفزيوني لمدة 10 دقيقة لغسل. استخدام FITC، مترافق المضادة للماوس مفتش (1: 400)، والأجسام المضادة الثانوية واحتضان لمدة 2 ساعة على 25 درجة مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزج العينة في برنامج تلفزيوني وتغطية زلة عينة كاملة في الجزء السفلي من 24 لوحة جيدا. الحصول على الصور باستخدام المجهر مضان التقليدية لمراقبة التوجه تويولين (λ = 550 نانومتر، وتضخيم إلى 100X، 200X و 400X). ملاحظة: في هذه الحالة، وأكد مجموعة المغناطيس المعالجة (ن = 10) والضوابط (ن = 11) لحديقة بلسم (بلظامينا) فقط، ونمت في ظروف غير المظلمة. </لى&gt; </ol></li></ol> طرق 4. جمع البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء الوقت الفاصل بين نمو النباتات الزراعية أربعة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصوير المصنع في 10 دقيقة فترات، من خلال وضع مصراع لصناعة السيارات (يمكن القيام بذلك في أي كاميرا رقمية). تعيين الفتحة لF 3.2 وقيمة ISO 400. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جمع 700-900 الصور لمدة 7-10 أيام. توصيل الكاميرا مع الأسلاك الكهربائية منذ بطارية يمكن أن تنفد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> سحب الصور من خلال النقر واسقاط كل صورة زمنيا تحت خط يتدفقون مع برنامج صناعة السينما (انظر المواد والجدول المعدات). وضعه على خط التدفق في فترات متساوية من 0،045-0،05 ثانية لكل إلى ما مجموعه فيلم من 30-40 ثانية. تحقق ذلك أنه لا توجد الفجوات المظلمة مع اختيار كل صورة في الترتيب الزمني. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد الخطوة 4.1.3، انقر فوق زر التشغيل في البرنامج لضمان فيلم تجميعها في 30-40 ثانية الوقت الفاصل بين الشرائح الفيديو وانقر على تقديم وحفظ لMPEG. أو شكل افي. للحصول على حجم أماهrkers، استخدم ربع الكندي، وبيني والأمريكي، وحاكم سنتيمتر على الجانب من الصورة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء ر -test ومؤامرة مربع للتحليل الإحصائي 11،12. ملاحظة: استخدمت المجموعات ملخصات خمسة رقم لحساب الحد الأدنى (L) قيمة كما Q1 - [1.5 × (Q3 - Q1)] وأعلى حد (H) قيمة كما Q3 + [1.5 × (Q3 - Q1) ]. وقد أدرج هذا النهج في خطوة 1.2.2 لجمع البيانات طول 11. تظهر القيم L و H المنطقة 99٪ من المؤامرات T-التوزيع، وهو ما يعني أن نقاط البيانات احظ خارج هذا النطاق يمكن اعتبار القيم المتطرفة. قطع مربع ور الطالب -test استخدمت لتحليل الاختلافات في مرتفعات الشتلات 12. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Martin, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+measurement+of+pollen+tube+growth+inhibition.">In vitro measurement of pollen tube growth inhibition.</a> Plant Physiol. 49, 924-925 (1972).</li><li>Pfahler, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+germination+characteristics+of+maize+pollen+to+detect+biological+activity+of+environmental+pollutants.">In vitro germination characteristics of maize pollen to detect biological activity of environmental pollutants.</a> Environ Health Perspect. 37, 125-132 (1981).</li><li>Yao, Z., Tan, X., Du, H., Luo, B., Liu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-current+microwave+ion+source+with+permanent+magnet+and+its+beam+emittance+measurement.">A high-current microwave ion source with permanent magnet and its beam emittance measurement.</a> Rev Sci Instrum. 79, 073304 (2008).</li><li>Hendrickson, C. L., Drader, J. J., Laude, D. A., Guan, S., Marshall, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fourier+transform+ion+cyclotron+resonance+mass+spectrometry+in+a+20+T+resistive+magnet.">Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry in a 20 T resistive magnet.</a> Rapid Commun Mass Spectrom. 10, 1829-1832 (1996).</li><li>Namba, K., Sasao, A., Shibusawa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EFFECT+OF+MAGNETIC+FIELD+ON+GERMINATION+AND+PLANT+GROWTH.">EFFECT OF MAGNETIC FIELD ON GERMINATION AND PLANT GROWTH.</a> Acta Hort. 399, 143-148 (1995).</li><li>Hirota, N., Nakagawa, J., Kitazawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+a+magnetic+field+on+the+germination+of+plants.">Effects of a magnetic field on the germination of plants.</a> Journals of Applied Physics. 85, 5717-5719 (1999).</li><li>Penuelas, J., Llusia, J., Martinez, B., Fontcuberta, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diamagnetic+Susceptibility+and+Root+Growth+Responses+to+Magnetic+Fields+in+Lens+culinaris,+Glycine+soja,+and+Triticum+aestivum.">Diamagnetic Susceptibility and Root Growth Responses to Magnetic Fields in Lens culinaris, Glycine soja, and Triticum aestivum.</a> Electromagnetic Biology and Medicine. 23, 97-112 (2004).</li><li>Carbonell, M. V., Martinez, E., Amaya, 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=Stimulation+of+germination+in+rice+(Oryza+Sativa+L.)+by+a+static+magnetic+field.">Stimulation of germination in rice (Oryza Sativa L.) by a static magnetic field.</a> Electro- and Magnetobiology. 19, 121-128 (2000).</li><li>Oakley, R. V., Wang, Y. S., Ramakrishna, W., Harding, S. A., Tsai, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+expansion+and+expression+of+alpha-+and+beta-tubulin+gene+families+in+Populus.">Differential expansion and expression of alpha- and beta-tubulin gene families in Populus.</a> Plant Physiol. 145, 961-973 (2007).</li><li>Hoson, T., Matsumoto, S., Soga, K., Wakabayashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+microtubules+are+responsible+for+gravity+resistance+in+plants.">Cortical microtubules are responsible for gravity resistance in plants.</a> Plant Signal Behav. 5, 752-754 (2010).</li><li>Kim, S., Im, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Static+magnetic+fields+inhibit+proliferation+and+disperse+subcellular+localization+of+gamma+complex+protein3+in+cultured+C2C12+myoblast+cells.">Static magnetic fields inhibit proliferation and disperse subcellular localization of gamma complex protein3 in cultured C2C12 myoblast cells.</a> Cell Biochem Biophys. 57, 1-8 (2010).</li><li>Benjamini, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opening+the+Box+of+a+Boxplot.">Opening the Box of a Boxplot.</a> The American Statistician. 42, 257-262 (1988).</li></ol>

The Authors have nothing to disclose.

في جميع الأحوال، ينبغي تطبيق المغناطيس تحت طبق بتري. بحثت هذه الدراسة تأثير المجالات المغناطيسية على معدل نمو بذور العديد من الأنواع الزراعية، مع التركيز على حديقة بلسم كممثل للنباتات الزراعية. على سبيل المثال، تم تنفيذ تلطيخ تويولين على حديقة بلسم لتقييم التغيرات ...

الإنبات هو نمو النبات الذي يؤدي إلى تشكيل الشتلات 1. في ظل ظروف معينة، يبدأ إنبات البذور والأنسجة الجنينية استئناف النمو. ويبدأ الماء إلى البذور من أجل تنشيط الانزيمات للإنبات. يمكن أن يتسبب البذور لتنبت في المختبر (في طبق بيتري أو أنبوب اختبار) 1،2. الحقول المغناطيسية الساكنة هي القوات الخاصة التي تسبب حركات الجزيئات مع الشحنات الأيونية عن طريق قوة لورنتز 3،4. يتم تشكيل قوة لورنتز عندما المؤينة أو اتهم ينتقل الكائن تحت حقل مغناطيسي. ويتكون كل المواد مع الذرات التي تتكون من الإلكترونات والبروتونات. عندما تصبح الحقول المغناطيسية الحالية، سواء كانت ثابتة أو بالتناوب، فإنه يؤثر على حركة المواد المشحونة. وهذا ينطبق أيضا على النباتات وجزيئات الماء، مما يؤثر على حالة جزيء داخل الخلايا. في دراسة سابقة، واستخدمت لفائف الكهرومغناطيسيةلتوليد المجالات المغناطيسية نابض، وتم اختيار النباتات Komatsuna &quot;كصاحب 5. في هذه الدراسة، ولدت المغناطيس استخدمت المجالات المغناطيسية الساكنة لإعطاء آثار مماثلة ولكنها مختلفة باعتبارها دراسة التوسع في قوة لورنتز. تردد المجال المغناطيسي، بدلا من الاستقطاب لها، هو عامل حاسم للإنبات النبات. وقد أشارت دراسات سابقة إلى أن أقصى معدلات الإنبات كانت أعلى بنسبة 20٪ من السيطرة عندما كان تردد المجال المغناطيسي ما يقرب من 10 هرتز. عندما تم إزالة الميدان بطريقة رجعية، وكان معدل النمو انخفضت قيمته 5. الحقول المغناطيسية الساكنة يكون لها تأثير كبير على نمو 6-8 الأولي، في المقام الأول على إنبات 6 و الجذر نمو 7. في هذه الدراسة، كنا مغناطيس ثابت إلى دراسة إمكانية تنظيم نمو النباتات الزراعية باستخدام المجالات المغناطيسية. على وجه الخصوص، ونحن تهدف إلى دetermine ما إذا كانت الظروف معينة من تطبيق المجال المغناطيسي يمكن أن يزيد من معدلات النمو إلى مستويات أعلى من تلك المذكورة في الأدب. وعلاوة على ذلك، إذا كان الإنبات الأولى من النباتات ويمكن زيادة بنجاح باستخدام مجال مغناطيسي، واستخدام الأسمدة الكيماوية يمكن تجنبها.

<table><tbody><tr><td>Static magnets</td><td>JIM</td><td></td><td>2000Gauss</td></tr><tr><td>2% horse serum/1% bovine serum albumin/0.1% Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Merged with 55514</td><td>Blocking buffer</td></tr><tr><td>Primary antibody</td><td>Santa Cruz Biotechnology</td><td>sc-8035</td><td>a-Tubulin</td></tr><tr><td>Secondary antibody</td><td>Santa Cruz Biotechnology</td><td>sc-2010</td><td>FITC-conjugated anti-mouse IgG</td></tr><tr><td>time lapse photographic techniques</td><td>Manually controlled</td><td></td><td>ISO value 400 &amp;amp; aperture F 3.2</td></tr><tr><td>Sony Vegas Pro 13.0</td><td>Sony</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

enhancement of the initial growth rate of agricultural plants by using static magnetic fields

الأجهزة الإلكترونية وأسلاك الضغط العالي تحفز المجالات المغناطيسية. تم تطبيق المجال المغناطيسي لل1،300-2،500 غاوس (0.2 تسلا) إلى أطباق بتري تحتوي على بذور حديقة بلسم (بلظامينا)، Mizuna (الكرنب رابا فار. تفرضه اليابان)، Komatsuna (الكرنب رابا فار. perviridis)، وMescluns (رشاد بيسوم ). طبقنا المغناطيس تحت الطبق الثقافة. خلال 4 أيام من التطبيق، لاحظنا أن الجذع والجذر طول زاد. أظهرت مجموعة تعرضوا لمعاملة الحقل المغناطيسي (ن = 10) 1.4 مرات أسرع معدل للنمو مقارنة مع مجموعة التحكم (ن = 11) في ما مجموعه 8 أيام (ع &lt;0.0005). هذا المعدل أعلى 20٪ من تلك التي ذكرت في الدراسات السابقة. لم خطوط معقدة تويولين ليس لديها ربط النقاط، ولكن تحدث نقاط ربط بناء على طلب من المغناطيس. وهذا يدل على الفرق الكامل من السيطرة، مما يعني ترتيبات غير طبيعية. ومع ذلك، لا يزال السبب الدقيق غير واضح. هذه الدقةتشير ults من تعزيز النمو تطبيق المغناطيس أنه من الممكن لتعزيز معدل النمو، وزيادة الإنتاجية، أو التحكم في سرعة إنبات النباتات عن طريق تطبيق المجالات المغناطيسية الساكنة. أيضا، يمكن أن المجالات المغناطيسية تسبب تغيرات فسيولوجية في الخلايا النباتية ويمكن أن تحفز النمو. لذلك، التحفيز مع المجال المغناطيسي يمكن أن يكون لها آثار التي يمكن أن تكون مماثلة لتلك التي من الأسمدة الكيميائية، مما يعني أن استخدام الأسمدة يمكن تجنبها.

تويولين تلطيخ أظهرت فرقت أو ضعفت الهياكل في النباتات التي تزرع في وجود المغناطيس مقارنة بالمجموعة الضابطة (الشكل 2). وعلاوة على ذلك، أشارت 7 أيام دراسات مرور الزمن مع النباتات الزراعية بما في ذلك Komatsuna (الكرنب رابا فار. perviridis) وMescluns (رش...

Watch this Scientific Journal Video about Enhancement of the Initial Growth Rate of Agricultural Plants by Using Static Magnetic Fields at JoVE.com

Enhancement of the Initial Growth Rate of Agricultural Plants by Using Static Magnetic Fields

The goal of this protocol is to demonstrate the acceleration of the initial growth rate of plants by applying static magnetic fields with no external energy.

تعزيز معدل النمو الأولي من النباتات الزراعية باستخدام حقول مغناطيسية ساكنة

Electronic devices and high-voltage wires induce magnetic fields. A magnetic field of 1,300-2,500 Gauss (0.2 Tesla) was applied to Petri dishes containing ...

enhancement-initial-growth-rate-agricultural-plants-using-static

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Environment

Unit 1

Magnetic Forces and Fields

SCIENTISTS IN ACTION

13.1K Views.  Yonsei University. The goal of this protocol is to demonstrate the acceleration of the initial growth rate of plants by applying static magnetic fields with no external energy.

Video: Enhancement of the Initial Growth Rate of Agricultural Plants by Using Static Magnetic Fields

Geomagnetic Field (Gmf) and Plant Evolution: Investigating the Effects of Gmf Reversal on Arabidopsis thaliana Development and Gene Expression

One of the most stimulating observations in plant evolution is a correlation between the occurrence of geomagnetic field (GMF) reversals (or excursions) and the moment of the radiation of Angiosperms. This led to the hypothesis that alterations in GMF polarity may play a role in plant evolution. Here, we describe a method to test this hypothesis by exposing Arabidopsis thaliana to artificially reversed GMF conditions. We used a three-axis magnetometer and the collected data were used to calculate the magnitude of the GMF. Three DC power supplies were connected to three Helmholtz coil pairs and were controlled by a computer to alter the GMF conditions. Plants grown in Petri plates were exposed to both normal and reversed GMF conditions. Sham exposure experiments were also performed. Exposed plants were photographed during the experiment and images were analyzed to calculate root length and leaf areas. Arabidopsis total RNA was extracted and Quantitative Real Time-PCR (qPCR) analyses were performed on gene expression of CRUCIFERIN 3 (CRU3), copper transport protein1 (COTP1), Redox Responsive Transcription Factor1 (RRTF1), Fe Superoxide Dismutase 1, (FSD1), Catalase3 (CAT3), Thylakoidal Ascorbate Peroxidase (TAPX), a cytosolic Ascorbate Peroxidase1 (APX1), and NADPH/respiratory burst oxidase protein D (RbohD). Four different reference genes were analysed to normalize the results of the qPCR. The best of the four genes was selected and the most stable gene for normalization was used. Our data show for the first time that reversing the GMF polarity using triaxial coils has significant effects on plant growth and gene expression. This supports the hypothesis that GMF reversal contributes to inducing changes in plant development that might justify a higher selective pressure, eventually leading to plant evolution.

Geomagnetic Field Gmf and Plant Evolution: Investigating the Effects of Gmf Reversal on Arabidopsis thaliana Development and Gene Expression

This protocol describes a method to test the hypothesis that the reversal of the effective geomagnetic field (GMF) induces differential gene expression and alters the morphology of Arabidopsis thaliana. A triaxial octagonal system of Helmholtz coil-pairs was used to artificially generate reversed GMF conditions in the plant growth chamber.

المغناطيسية الأرضية الميدانية (GMF) وتطور النبات: التحقيق في آثار عكسية على GMF<em&gt; نبات الأرابيدوبسيس thaliana</em&gt; التنمية والتعبير الجيني

One of the most stimulating observations in plant evolution is a correlation between the occurrence of geomagnetic field (GMF) reversals (or excursions) ...

Developmental Biology

Robotic Sensing and Stimuli Provision for Guided Plant Growth

Robot systems are actively researched for manipulation of natural plants, typically restricted to agricultural automation activities such as harvest, irrigation, and mechanical weed control. Extending this research, we introduce here a novel methodology to manipulate the directional growth of plants via their natural mechanisms for signaling and hormone distribution. An effective methodology of robotic stimuli provision can open up possibilities for new experimentation with later developmental phases in plants, or for new biotechnology applications such as shaping plants for green walls. Interaction with plants presents several robotic challenges, including short-range sensing of small and variable plant organs, and the controlled actuation of plant responses that are impacted by the environment in addition to the provided stimuli. In order to steer plant growth, we develop a group of immobile robots with sensors to detect the proximity of growing tips, and with diodes to provide light stimuli that actuate phototropism. The robots are tested with the climbing common bean, Phaseolus vulgaris, in experiments having durations up to five weeks in a controlled environment. With robots sequentially emitting blue light-peak emission at wavelength 465 nm-plant growth is successfully steered through successive binary decisions along mechanical supports to reach target positions. Growth patterns are tested in a setup up to 180 cm in height, with plant stems grown up to roughly 250 cm in cumulative length over a period of approximately seven weeks. The robots coordinate themselves and operate fully autonomously. They detect approaching plant tips by infrared proximity sensors and communicate via radio to switch between blue light stimuli and dormant status, as required. Overall, the obtained results support the effectiveness of combining robot and plant experiment methodologies, for the study of potentially complex interactions between natural and engineered autonomous systems.

Distributed robot nodes provide sequences of blue light stimuli to steer the growth trajectories of climbing plants. By activating natural phototropism, the robots guide the plants through binary left-right decisions, growing them into predefined patterns that by contrast are not possible when the robots are dormant.

توفير الاستشعار الآلي والمحفزات لنمو النباتات الموجهة

Robot systems are actively researched for manipulation of natural plants, typically restricted to agricultural automation activities such as harvest, ...

Engineering

Control and Disposal of Invasive Japanese Knotweed Reynoutria japonica Houtt. Using Microwave Treatment

The study aims to assess the effectiveness of microwave treatment (MWT) at a frequency of 2.45 GHz and a power of 800 W to control Japanese knotweed (Reynoutria japonica Houtt.) using a self-propelled device that was built in the in-house facility. The MWT was applied in the field population of knotweed in July 2022. First, plants were mechanically moved from the area of 1 m2, and next, the cut shoots around 4 cm high were microwave-treated for 25 min, 20 min, and 15 min. The control treatments were: 1) only cut plants and 2) rhizomes dug out to 30 cm deep. The effectiveness of the microwave treatments was observed for the next 11 months by counting the number of newly grown shoots. The results showed that a 25 min MWT was 100% effective in Japanese knotweed loss of vitality, while a 15 min MWT microwave treatment stimulated plant growth by around 50%, compared to controls. Rhizomes were dug out in a separate in vitro experiment for laboratory testing. The rhizomes were categorized by thickness and subjected to a 60 s MWT using a commercial microwave, after which their temperature and vitality were assessed. The temperature of rhizomes following MWT depended on their thickness. Those rhizomes that warmed to temperatures above 42 &#176;C were effectively destroyed. Summing up, the time plants are exposed to microwaves plays a major role in the effectiveness of this method. The longer the exposure to MWT, the better control. The thinner the rhizomes, the more effective the in vitro MWT rhizomes disposal.

This protocol provides a method for microwave control of Japanese knotweed in the field and disposal of dug-up rhizomes in laboratory conditions. The advantages and disadvantages of both methods are discussed. Future research directions are also suggested to optimize the use of microwaves for controlling Japanese knotweed.

The study aims to assess the effectiveness of microwave treatment (MWT) at a frequency of 2.45 GHz and a power of 800 W to control Japanese knotweed ...

3D Magnetic Stem Cell Aggregation and Bioreactor Maturation for Cartilage Regeneration

Cartilage engineering remains a challenge due to the difficulties in creating an in vitro functional implant similar to the native tissue. An approach recently explored for the development of autologous replacements involves the differentiation of stem cells into chondrocytes. To initiate this chondrogenesis, a degree of compaction of the stem cells is required; hence, we demonstrated the feasibility of magnetically condensing cells, both within thick scaffolds and scaffold-free, using miniaturized magnetic field sources as cell attractors. This magnetic approach was also used to guide aggregate fusion and to build scaffold-free, organized, three-dimensional (3D) tissues several millimeters in size. In addition to having an enhanced size, the tissue formed by magnetic-driven fusion presented a significant increase in the expression of collagen II, and a similar trend was observed for aggrecan expression. As the native cartilage was subjected to forces that influenced its 3D structure, dynamic maturation was also performed. A bioreactor that provides mechanical stimuli was used to culture the magnetically seeded scaffolds over a 21-day period. Bioreactor maturation largely improved chondrogenesis into the cellularized scaffolds; the extracellular matrix obtained under these conditions was rich in collagen II and aggrecan. This work outlines the innovative potential of magnetic condensation of labeled stem cells and dynamic maturation in a bioreactor for improved chondrogenic differentiation, both scaffold-free and within polysaccharide scaffolds.

Chondrogenesis from stem cells requires fine tuning the culture conditions. Here, we present a magnetic approach for condensing cells, an essential step to initiate chondrogenesis. In addition, we show that dynamic maturation in a bioreactor applies mechanical stimulation to the cellular constructs and enhances cartilaginous extracellular matrix production.

3D تجميع المغناطيسي الخلايا الجذعية ومفاعل حيوي النضج لتجديد الغضروف

Cartilage engineering remains a challenge due to the difficulties in creating an in vitro functional implant similar to the native tissue. An approach ...

Bioengineering

External Excitation of Neurons Using Electric and Magnetic Fields in One- and Two-dimensional Cultures

A neuron will fire an action potential when its membrane potential exceeds a certain threshold. In typical activity of the brain, this occurs as a result of chemical inputs to its synapses. However, neurons can also be excited by an imposed electric field. In particular, recent clinical applications activate neurons by creating an electric field externally. It is therefore of interest to investigate how the neuron responds to the external field and what causes the action potential. Fortunately, precise and controlled application of an external electric field is possible for embryonic neuronal cells that are excised, dissociated and grown in cultures. This allows the investigation of these questions in a highly reproducible system.
In this paper some of the techniques used for controlled application of external electric field on neuronal cultures are reviewed. The networks can be either one dimensional, i.e. patterned in linear forms or allowed to grow on the whole plane of the substrate, and thus two dimensional. Furthermore, the excitation can be created by the direct application of electric field via electrodes immersed in the fluid (bath electrodes) or by inducing the electric field using the remote creation of magnetic pulses.

Neuronal cultures are a good model for studying emerging brain stimulation techniques via their effect on single neurons or a population of neurons. Presented here are different methods for stimulation of patterned neuronal cultures by an electric field produced directly by bath electrodes or induced by a time-varying magnetic field.

الإثارة الخارجية من الخلايا العصبية باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية في واحدة والثقافات ثنائي الأبعاد

A neuron will fire an action potential when its membrane potential exceeds a certain threshold. In typical activity of the brain, this occurs as a result ...

Neuroscience

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, differentiation, morphology, and molecular synthesis. However, variables such stimuli strength and stimulation times need to be considered when stimulating either cells, tissues or scaffolds. Given that EFs and MFs vary according to cellular response, it remains unclear how to build devices that generate adequate biophysical stimuli to stimulate biological samples. In fact, there is a lack of evidence regarding the calculation and distribution when biophysical stimuli are applied. This protocol is focused on the design and manufacture of devices to generate EFs and MFs and implementation of a computational methodology to predict biophysical stimuli distribution inside and outside of biological samples. The EF device was composed of two parallel stainless-steel electrodes located at the top and bottom of biological cultures. Electrodes were connected to an oscillator to generate voltages (50, 100, 150 and 200 Vp-p) at 60 kHz. The MF device was composed of a coil, which was energized with a transformer to generate a current (1 A) and voltage (6 V) at 60 Hz. A polymethyl methacrylate support was built to locate the biological cultures in the middle of the coil. The computational simulation elucidated the homogeneous distribution of EFs and MFs inside and outside of biological tissues. This computational model is a promising tool that can modify parameters such as voltages, frequencies, tissue morphologies, well plate types, electrodes and coil size to estimate the EFs and MFs to achieve a cellular response.

This protocol describes the step-by-step process to build both electrical and magnetic stimulators used to stimulate biological tissues. The protocol includes a guideline to simulate computationally electric and magnetic fields and manufacture of stimulator devices.

أجهزة المجال الكهربائي والمغناطيسي لتحفيز الأنسجة البيولوجية

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, ...

Optimization and Utilization of Agrobacterium-mediated Transient Protein Production in Nicotiana

Agrobacterium-mediated transient protein production in plants is a promising approach to produce vaccine antigens and therapeutic proteins within a short period of time. However, this technology is only just beginning to be applied to large-scale production as many technological obstacles to scale up are now being overcome. Here, we demonstrate a simple and reproducible method for industrial-scale transient protein production based on vacuum infiltration of Nicotiana plants with Agrobacteria carrying launch vectors. Optimization of Agrobacterium cultivation in AB medium allows direct dilution of the bacterial culture in Milli-Q water, simplifying the infiltration process. Among three tested species of Nicotiana, N. excelsiana (N. benthamiana &#215; N. excelsior) was selected as the most promising host due to the ease of infiltration, high level of reporter protein production, and about two-fold higher biomass production under controlled environmental conditions. Induction of Agrobacterium harboring pBID4-GFP (Tobacco mosaic virus-based) using chemicals such as acetosyringone and monosaccharide had no effect on the protein production level. Infiltrating plant under 50 to 100 mbar for 30 or 60 sec resulted in about 95% infiltration of plant leaf tissues. Infiltration with Agrobacterium laboratory strain GV3101 showed the highest protein production compared to Agrobacteria laboratory strains LBA4404 and C58C1 and wild-type Agrobacteria strains at6, at10, at77 and A4. Co-expression of a viral RNA silencing suppressor, p23 or p19, in N. benthamiana resulted in earlier accumulation and increased production (15-25%) of target protein (influenza virus hemagglutinin).

Optimization and Utilization of Agrobacterium-mediated Transient Protein Production in Nicotiana

Transient protein production in Nicotiana plants based on vacuum infiltration with Agrobacteria carrying launch vectors (Tobacco mosaic virus-based) is a rapid and economic approach to produce vaccine antigens and therapeutic proteins. We simplified the procedure and improved target accumulation by optimizing conditions of bacteria cultivation, selecting host species, and co-introducing RNA silencing suppressors.

الأمثل والاستفادة من<em&gt; الأجرعية</em&gt; بوساطة إنتاج بروتين عابر في<em&gt; نيكوتيانا</em

Agrobacterium-mediated transient protein production in plants is a promising approach to produce vaccine antigens and therapeutic proteins within a short ...

Biology

Growing Magnetotactic Bacteria of the Genus Magnetospirillum: Strains MSR-1, AMB-1 and MS-1

Magnetotactic bacteria are Gram-negative, motile, mainly aquatic prokaryotes ubiquitous in freshwater and marine habitats. They are characterized by their ability to biomineralize magnetosomes, which are magnetic nanometer-sized crystals of magnetite (Fe3O4) or greigite (Fe3S4) surrounded by a lipid bilayer membrane, within their cytoplasm. For most known magnetotactic bacteria, magnetosomes are assembled in chains inside the cytoplasm, thereby conferring a permanent magnetic dipole moment to the cells and causing them to align passively with external magnetic fields. Because of these specific features, magnetotactic bacteria have a great potential for commercial and medical applications. However, most species are microaerophilic and have specific O2 concentration requirements, making them more difficult to grow routinely than many other bacteria such as Escherichia coli. Here we present detailed protocols for growing three of the most widely studied strains of magnetotactic bacteria, all belonging to the genus Magnetospirillum. These methods allow for precise control of the O2 concentration made available to the bacteria, in order to ensure that they grow normally and synthesize magnetosomes. Growing magnetotactic bacteria for further studies using these procedures does not require the experimentalist to be an expert in microbiology. The general methods presented in this article may also be used to isolate and culture other magnetotactic bacteria, although it is likely that growth media chemical composition will need to be modified.

Growing Magnetotactic Bacteria of the Genus Magnetospirillum: Strains MSR-1, AMB-1 and MS-1

We present a procedure for growing several strains of Magnetospirillum in two different types of growth media. Magnetospirillum gryphiswaldense strain MSR-1 is grown in both liquid and O2 concentration gradient semi-solid media while M. magneticum strain AMB-1 and M. magnetotacticum strain MS-1 are grown in liquid medium.

زراعة البكتيريا ماجنيتوتاكتيك من جنس ماجنيتوسبيريلوم: سلالات MSR-1، السفير-1 ومرض التصلب العصبي المتعدد-1

Magnetotactic bacteria are Gram-negative, motile, mainly aquatic prokaryotes ubiquitous in freshwater and marine habitats. They are characterized by their ...

MRM Microcoil Performance Calibration and Usage Demonstrated on Medicago truncatula Roots at 22 T

This protocol describes a signal-to-noise ratio (SNR) calibration and sample preparation method for solenoidal microcoils combined with biological samples, designed for high-resolution magnetic resonance imaging (MRI), also referred to as MR microscopy (MRM). It may be used at pre-clinical MRI spectrometers, demonstrated on Medicago truncatula root samples. Microcoils increase sensitivity by matching the size of the RF resonator to the size of the sample of interest, thereby enabling higher image resolutions in a given data acquisition time. Due to the relatively simple design, solenoidal microcoils are straightforward and cheap to construct and can be easily adapted to the sample requirements. Systematically, we explain how to calibrate new or home-built microcoils, using a reference solution. The calibration steps include: pulse power determination using a nutation curve; estimation of RF-field homogeneity; and calculating a volume-normalized signal-to-noise ratio (SNR) using standard pulse sequences. Important steps in sample preparation for small biological samples are discussed, as well as possible mitigating factors such as magnetic susceptibility differences. The applications of an optimized solenoid coil are demonstrated by high-resolution (13 x 13 x 13 &#956;m3, 2.2 pL) 3D imaging of a root sample.

MRM Microcoil Performance Calibration and Usage Demonstrated on Medicago truncatula Roots at 22 T

A protocol to study biological tissue at high spatial resolution using ultra-high field magnetic resonance microscopy (MRM) using microcoils is presented. Step-by-step instructions are provided for characterizing the microcoils. Finally, optimization of imaging is demonstrated on plant roots.

MRM Microcoil معايرة الأداء والاستخدام أظهرت على جذور طاعون Medicago في 22 T

This protocol describes a signal-to-noise ratio (SNR) calibration and sample preparation method for solenoidal microcoils combined with biological ...

Stimulation of Patterned Neuronal Cultures by a Magnetic Field

Source: Stern, S., et al., <a href="https://app.jove.com/v/54357">External Excitation of Neurons Using Electric and Magnetic Fields in One- and Two-dimensional Cultures.</a> J. Vis. Exp. (2017)
This video demonstrates a method for stimulating neuronal cultures grown in a patterned circular ring on a coverslip, using a time-varying magnetic field.

تحفيز الثقافات العصبية المنقوشة بواسطة مجال مغناطيسي

1. Preparation of coverslips for 1D cultures.

	Clean glass coverslips by immersion in a base piranha solution consisting of 75 mL DDW, 25 mL 25% ammonia ...

تعزيز معدل النمو الأولي من النباتات الزراعية باستخدام حقول مغناطيسية ساكنة

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

المغناطيسية الأرضية الميدانية (GMF) وتطور النبات: التحقيق في آثار عكسية على GMF