利用叶片传播的变化来研究拟南芥的叶绿体运动

摘要

许多植物物种改变了叶绿体的位置，以优化光吸收。该协议描述了如何使用一种直接的自制仪器来研究 拟南芥 叶绿体运动，使用光通过叶子传输的变化作为代理。

摘要

叶片中的叶绿体运动已被证明有助于最大限度地减少光抑制并在某些条件下增加生长。通过使用例如共聚焦荧光显微镜研究叶片中的叶绿体位置，可以学到很多关于叶绿体运动的知识，但是获得这种类型的显微镜是有限的。该协议描述了一种使用叶片传播变化作为叶绿体运动的代理的方法。如果叶绿体分散开来以最大限度地阻挡光线，则透射率将很低。如果叶绿体向背斜细胞壁移动以避开光线，则透射率会更高。该协议描述了如何使用简单的自制仪器将叶子暴露在不同的蓝光强度下，并量化叶子传输的动态变化。这种方法允许研究人员定量描述不同物种和突变体中的叶绿体运动，研究化学物质和环境因素对其的影响，或筛选新的突变体，例如，在从光感知到叶绿体运动的过程中识别缺失的成分。

引言

光对于光合作用、植物生长和发育至关重要。它是最具活力的非生物因素之一，因为光强度不仅在一个季节或一天的过程中发生变化，而且还会根据云层覆盖以不可预测的方式快速变化。在叶子水平上，光强度也受到周围植被的密度和性质以及植物自身树冠的影响。允许植物在可变光照条件下优化光拦截的一个重要机制是叶绿体响应蓝光刺激而移动的能力^1，2。在低光照条件下，叶绿体以所谓的积累反应垂直于光（沿着下壁细胞壁）扩散，最大化光拦截，从而实现光合作用。在高光照条件下，叶绿体以所谓的回避反应向背斜细胞壁移动，最大限度地减少光拦截和光抑制的危险。在许多物种中，叶绿体也呈现出特定的黑暗位置，这与积累和回避位置不同，并且通常在这两者之间中介^3，4。各种研究表明，叶绿体运动不仅对叶子的短期耐逆性很重要^5，6，7，而且对植物的生长和繁殖成功也很重要，特别是在可变光照条件下^8，9。

使用光....

研究方案

1. 准备跑步的树叶

1. 将8 个拟南芥 植物在黑暗中过夜（>6小时对大多数物种有效），以确保叶绿体移动到黑暗的位置。所有副本都以可比较的传输值开头。
2. 或者，将8片完整的叶子放入培养皿中，底部有湿润的滤纸，关闭培养皿，然后用铝箔包裹。

2. 测试传输设备是否正常工作

1. 将传输设备连接到稳定的电源，然后按设备的电源开关（开/关按钮）重置仪器（图1A，B）。
2. 将iPad连接到稳定的电源，按主屏幕按钮激活屏幕，然后输入密码登录。
3. 按 "设置" 图标，按" 显示和亮度" 图标，按 "自动锁定"，然后按此选项选择" 从不 "，以确保屏幕永久保持打开状态。否则，当屏幕进入睡眠状态时，程序将停止运行。按 主屏幕 按钮返回主屏幕。
4. 双击"主屏幕"按钮以查看哪些应用程序处于打开状态，并通过向屏幕顶部滑动它们来关闭所有这些应用程序。按 主屏幕 按钮返回主屏幕。
   1. 在主屏幕上或通过向左或向右滑动找到 LeafSensor 应用程序。....

结果

传输装置的不同部分如图 1所示。微控制器是设备的控制单元，控制叶片（固定在黑叶夹中）正在经历的光照条件，并存储其接收的光传输数据（图1A，B）。仪器控制单元的特写镜头显示了ON/OFF按钮，用于数据存储功能的SD卡，蓝牙扩展板（将数据发送到 LeafSensor 应用程序）以及连接到LED（发光二极管）和光电晶体管的电缆。微控制?.......

讨论

该器件非常易于使用，但独立校准传输器件的每个叶片夹设置至关重要，因为LED和光电晶体管的位置可能因叶片夹而异。确保LED和光电晶体管插入稳定，如果数据似乎关闭，请重新检查校准。避免将水沾到设备上。叶夹中的叶子被放入装满水的"船"中，以避免水压力。例如，将这些船放入与控制单元分开的低框塑料容器中，不要将它们撞倒。请勿拔下或弯曲电缆连接。将树叶插入叶夹时要小心，?.......

材料

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