Diese Arbeit wurde durch einen Zuschuss aus dem Hauptamt des israelischen Ministeriums für Landwirtschaft (#16-16-0003) von Israel Ministerium für Wissenschaft, Technologie und Spaceand unterstützt.

(1) Pflanzenmaterial und Wachstumsbedingungen
<ol><li>Samen einer Tabak (Sorte Samsun) Samen pro Topf 5 x 5 cm mit standard Topf Medium gefüllt. Stellen Sie die Töpfe auf Tabletts. Wachsen Sie die Pflanzen im Wachstum Zimmer unter anstrengenden Bedingungen (16/8 h hell/dunkel) bei einer konstanten Temperatur von 23 ° C. Spülen Sie mit Wasser aus dem Wasserhahn bis Wasser fließt aus dem Topf.</li>
	<li>Beginnen Sie nach 50±5 Tagen Fe Behandlungen in der Bewässerung, entsprechend die Konzentrationen geeignet für das Experiment. Zum Beispiel haben wir eine Reihe von Eisen-Konzentrationen von 0 bis 6 mM, ergänzt durch eine lösliche Fe Chelator (Fe EDDHA) verwendet. Spülen Sie die Pflanzen mit der entsprechenden Lösung alle zwei Tage (um Austrocknung zu vermeiden) für 6-8 Tage.</li>
</ol>2. Vorbereitung der Blätter für Eisen-Messung
Hinweise: Alle Materialien, die verwendet werden müssen eisenfrei Reduzierung des Risikos von Eisen Verunreinigungen. Reinigen Sie den Mörser und Stößel zweimal mit 4 % HCl-Lösung und trocknen Sie jedes Mal vor dem Gebrauch mit Filterpapier. Wenn irgendein Material wiederverwendet wird, zweimal mit 4 % HCl-Lösung reinigen Sie und trocknen Sie mit Filterpapier.
<ol><li>Lösen Sie die Blätter aus dem Stamm von hand mit Handschuhen (verwenden Sie nicht metallischen Geräten). Verwenden Sie etwa 10 g Blätter (Frischgewicht) für jede Probe. Reinigen Sie jedes Blatt mit doppelt destilliertem Wasser (DDW) mit einer Sprühflasche. Dieser Schritt ist wichtig zur Vermeidung von Kontaminationen Fe.</li>
	<li>Trocknen Sie die Blätter auf einem Papiertuch und setzen Sie sie in eine Papiertüte. Übertragen Sie die Papiertüten zum Ofen bei einer konstanten Temperatur von 80 ° C für ca. 2-3 Tage</li>
	<li>Nach dem Trocknen Zerkleinern Sie die Blätter zu Pulver mit einem Mörser und Stößel und Transfer zum sterilen 15 mL-Kunststoff-Rohre.</li>
</ol>3. verbrennen die Blätter zu Asche
Hinweise: Die Verwendung einer niedrigen pH-Wert (nahe 0) Lösung von HCl soll Eisen Löslichkeit erhöhen. Die Steinwolle wird verwendet, um zu verhindern, dass die Gase entweicht das Fläschchen beim Brennen.
<ol><li>Wiegen Sie eine neue, versiegelte 20 mL Funkeln Fläschchen ohne Deckel. Notieren Sie den Wert oder festlegen Sie den Wert auf NULL mit der Tara-Taste. Das Fläschchen die zerkleinerten getrockneten Blätter (Probe) hinzufügen.</li>
	<li>Wägen Sie die Probe und Container und notieren Sie den Wert. Schließen Sie das Fläschchen mit Steinwolle.</li>
	<li>Wiegen Sie 3 zusätzliche Fläschchen ohne Zugabe von Proben und notieren Sie sich ihre Werte. Diese Fläschchen werden als Steuerelemente verwendet werden, um die Menge der Steinwolle auszuwerten, die zu jeder Probe Gewichtszunahme geführt haben könnte.</li>
	<li>Legen Sie die Probe und Kontrolle Fläschchen in einem Ofen und brennen mit den folgenden Schritten Temperatur: Raumtemperatur, schnelle Zunahme bis 425 ° C, und schließlich 425° C für 4 Stunden. Zu diesem Zeitpunkt werden die trockenen Blätter zu Asche geworden.</li>
	<li>Die Proben auf ca. 100 ° C abkühlen lassen, aber nicht unterhalb dieser Temperatur für die folgenden zwei Schritte um Feuchtigkeit zu vermeiden, die das endgültige Gewicht der Probe beeinflussen könnte. Mit dicken Handschuhen, entfernen Sie die Proben aus dem Ofen mit einer Pinzette, hält das Fläschchen Traktorprofils.</li>
	<li>Legen Sie die Fläschchen auf eine flache Oberfläche, entfernen Sie die Steinwolle und schließen Sie die Fläschchen mit ihren original Deckeln.</li>
	<li>3 Kontrollfläschchen (siehe 3.3) wiegen und ihre durchschnittliche Gewichtszunahme zu berechnen. Wenn Gewichtszunahme gleich oder über 1 % des Gewichts Asche (siehe Punkt 4.2), verwenden Sie diesen Wert als eine Schätzung der Messfehler.</li>
</ol>4. Vorbereitung der Asche für Eisen-Messung
Hinweise: Die endgültige Eisenkonzentration in der ursprünglichen Probe errechnet sich aus dem Gewicht der Asche dividiert durch das zusätzliche Volumen von HCl.
<ol><li>Bereiten Sie eine 1 M HCl-Lösung (4 % HCl) durch Zugabe von 12,5 mL eine 37 % HCl Stammlösung auf 87,5 mL DDW (in Kunststoff oder Glas Kolben).</li>
	<li>Wiegen Sie ein Kunststoffrohr 15 mL und notieren Sie den Wert oder legen Sie den Wert auf NULL mit der Tara-Taste. Übertragen der Asche am Rohr, wiegen, und notieren Sie den Wert. Dies ist das Gewicht der Asche.</li>
	<li>Die Asche 5 mL 1 M HCl hinzufügen. Filtern Sie der Asche durch einen 22 µm-Filter und fügen Sie eine zusätzliche 5 mL 1 M HCl durch den gleichen Filter hinzu.</li>
	<li>Das Endvolumen sollte 10 mL betragen. Beachten Sie, dass Teil der Lösung in den Filter verloren geht. Hinweis: Die Muster sind sofort messbereit Fe FAAS oder durch die preußisch-blau-Methode.</li>
	<li>Machen eine Eichkurve mit der Fe-Konzentration durch atomare Spektrometrie und von der preußischen blau-Methode gemessen (siehe Abbildung 4) für jede Pflanzenart. Anschließend kann die preußische blau Methode allein Fe-Konzentration gemessen werden.</li>
</ol>5. Messung von Fe-Konzentration von FAAS
<ol><li>Jede Probe für die Messung von FAAS entnehmen Sie 4 mL.</li>
	<li>Teilen Sie die Ergebnisse aus der FAAS-Messung durch das Gewicht der Asche. Teilen Sie des resultierenden Wertes von 0,01 (weil die Asche in 10 mL solubilisiert waren). Der resultierende Wert ist die Eisenkonzentration pro Gramm Asche (ppm).</li>
</ol>6. Vorbereitung der Färbelösung preußisch-blau
<ol><li>Bereiten Sie eine 4 % preußischen blaue Lösung durch Zugabe von 4 g K4Fe(CN)6 bis 100 mL DDW und Vortex (andere Mengen oder Konzentrationen können für unterschiedliche Anforderungen verwendet werden). Es sei darauf hingewiesen, dass in dieser Studie weniger preußische blaue Lösung konzentriert, als bereits berichtet (20 %)14 verwendet wurde.</li>
	<li>Halten Sie die Lösung im Dunkeln bei 4 ° C bis zur Verwendung. Die Lösung ist für 6 Monate stabil, wenn bei solchen Bedingungen gelagert.</li>
</ol>7. eine Eichkurve für die preußisch-blau-Methode mit FAAS Ergebnisse generieren
Hinweis: Berechnen Sie die Eisenkonzentration in der Asche mit der folgenden Formel <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57408/57408eq1.jpg">Gleichung 1 C: Konzentration, V: Probenvolumen, W: Asche Gewicht (g).
<ol><li>Mischen Sie 0,50 mL des preußischen blaue Lösung und 0,50 mL 1 M HCl. Dies wird als die leere Lösung dienen.</li>
	<li>Mischen Sie 0,5 mL der Probe (Asche in 4 % HCl, wie in Abschnitt 3 beschrieben) und 0,5 mL der preußischen blaue Lösung (Schritt 6.1) durch pipettieren. Warten Sie mindestens 1 Minute lang aber nicht länger als 5 Minuten. Nach 5 Minuten wird die Sedimentation in den Proben auftreten.</li>
	<li>Übertragen Sie die Mischung auf eine Küvette und messen die OD bei 715 nm mit einem Spektralphotometer. Notieren Sie den Wert.</li>
	<li>Teilen Sie den OD-Wert (Schritt 7.3) durch das Gewicht der Asche (Schritt 3.2) der Probe. Das Ergebnis entspricht OD pro Gramm Asche.</li>
	<li>Plot der lineare Regression zwischen die Eisen-Konzentrationen von FAAS Messungen (y-Achse) und die OD-Werte erhalten (X-Achse). Verwenden Sie die Ergebnisse in den Schritten 5.2 und 7.4. Berechnen die Regressionsformel, Y = ein + bX, wo Y steht für Eisen-Konzentration, ein stellt die Extinktion überschneiden, b steht für die Extinktion Steigung und X für OD.</li>
</ol>8. unter Verwendung der preußisch-blau-Methode zur Bestimmung des Eisenspiegels in anderen Proben aus der gleichen Pflanze Typ
Hinweise: Da eine Eichkurve für diese Art von Anlage bereits etabliert hat, kann Eisenkonzentration in jede neue Proben des gleichen Typs Pflanze direkt berechnet werden mit Hilfe der linearen Regressionsformel.
<ol><li>Führen Sie die Schritte in den Abschnitten 3 und 4, gefolgt von Schritten 7.1 und 7.4.</li>
	<li>Berechnen Sie die Eisenkonzentration in Lösung mit Hilfe der Formel aus der linearen Regression (Schritt 7,5) gewonnen.</li>
</ol>

<ol>
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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Eisen-Messung im Pflanzengewebe ist sehr wichtig für die Bewertung der Auswirkungen der Bewässerung oder andere Umweltbedingungen. Wir hier eine einfache und genaue kolorimetrischen Verfahren zur Fe Content Messung in Tabakblättern, die ohne weiteres auf andere Pflanzenarten und Gewebe angepasst werden können.
Bedingungen für die kolorimetrischen Verfahren zu optimieren, haben wir einen niedrigen pH-Wert Medium (pH < 1.0) um Eisen Löslichkeit zu ermöglichen. Der Brennvorgang wurde durch...

Eisen (Fe) ist ein wichtiger Mikronährstoff in allen lebenden Organismen. In Pflanzen ist es ein wesentlicher Mikronährstoff-1 wegen seiner Beteiligung an grundlegenden Prozesse, wie Atmung, Photosynthese und Chlorophyll Biosynthese. Hohe Ansammlung von freien Eisenionen ist schädlich für die Pflanzenzellen durch Reaktionen führt zur Freisetzung von freien Radikalen verursacht oxidativen Stress. Um Eisen in der Pflanzenzelle Homöostase sind Ionen in Vakuolen gespeichert und innerhalb Ferritins, Protein Käfige direkt beteiligt sind Eisen-Homöostase-2 und der wichtigsten Speicherstruktur von Eisen in allen lebenden Organismen abgesondert. Zur gleichen Zeit betrifft Eisenmangel Anämie einen Großteil der menschlichen Bevölkerung, was zu einem steigenden Bedarf an Anlage Fe biofortifikation. Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften der Pflanze Ferritin bietet Essen Anreicherung mit Ferritin-Eisen eine vielversprechende Strategie zur Bekämpfung dieses Problems der Unterernährung3.
Eisen-Ionen sind hauptsächlich gefunden in zwei Oxidationsstufen, nämlich dem Eisen (zweiwertigen Fe2 + oder Eisen (II)) und Eisen (dreiwertiges Fe3 + oder Eisen (III)) Formen. Verschiedene andere Formen von Eisen, z. B. Eisen-Cluster4, finden sich auch in den Zellen. FE wird gespeichert als Eisenoxid innerhalb der Zelle und natürlich Formen Hematites (Fe2O3) und Ferryhidrites ((Fe3 +)2O3•0.5 H2O) unter physiologischen Bedingungen5. Die hydroxide gebildet in diesen Reaktionen, vor allem Eisen Form, haben sehr geringe Löslichkeit. Eisen-Aufbewahrung richtet sich daher nach den pH-Wert der Lösung und ist weitgehend in einen festen Zustand über pH 5-6.
Angesichts der schlechten Löslichkeit und hohe Reaktivität der Fe muss die Übertragung unter den pflanzlichen Geweben und Organen geeignete Komplexbildner Moleküle zugeordnet werden. Darüber hinaus müssen die Redox-Staaten zwischen dem Eisen und Eisen Formen1 gesteuert werden. In Blätter etwa 80 % des Eisens findet sich in photosynthetischen Zellen durch seine wesentliche Rollen in das elektronentransportsystem, bei der Biosynthese von Zellfarbstoffe, Chlorophyll und anderen Häm-Moleküle, und bei der Bildung von Fe-S-Cluster7. Im Falle von Eisen Übermaß innerhalb der Zelle ist der Überschuss in die Vakuole umgesiedelt, wo das Metall in Ferritin-Moleküle8gespeichert ist.
Eisen kann durch mehrere Methoden, einschließlich Flamme Atom-Absorptions-Spektroskopie9 (FAAS) oder farbmetrische Assays10, das ehemalige sein viel präziser als die letzteren in Pflanzengeweben gemessen werden. FAAS ist eine hochpräzise Technik, mit der man die elementare Zusammensetzung einer Probe auf der Grundlage der elektromagnetischen Emissionen der einzelnen Elemente bestimmen kann. FAAS konvertiert Metallionen in Zustände durch Flamme erhitzen der Probe, was zu Ionen-Anregung und Emission einer bestimmten Wellenlänge, wenn eine bestimmte Ion in seinem Grundzustand zurückkehrt. Die Emissionen aus den verschiedenen Ionen sind getrennt durch einen Monochromator und durch Absorption Sensor11erkannt. FAAS dient somit direkt Eisen-Konzentrationen zu quantifizieren. Andere Techniken zur Visualisierung von Eisen in biologischen Geweben sind jedoch verfügbar. Induktiv-gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS)12 ist eine sehr präzise Technik zur Messung von Eisen und anderen Spurenelementen, sondern der Mangel an Ausrüstung, sowohl für FAAS und ICP-MS, ist ein häufiges Problem. Auf der anderen Seite Eisen Messung von Thiocyanat Farbmetrik13 nicht präzise genug und nicht geringe Schwankungen zwischen Proben erkennt. Preußischen blaue Färbung14,15,16,17 ist eine indirekte Methode basiert auf der Reaktion von dreiwertigem Kaliumferrocyanid (K4Fe(CN)6) mit Fe-kationen, produzieren ein starke blaue Farbe, und dient zur qualitativen Eisen-Erkennung in histologischen Abschnitten von tierischen und pflanzlichen Geweben.
Metallic (null-Valent) Eisen ist selten in der Lithosphäre. Die dominierende nicht komplexiert Ionische Form des Eisens in der Umgebung richtet sich vor allem durch die Menge an Sauerstoff in der Umgebung mit Eisen Eisen als relativ häufiger in anoxischen Umgebungen und dreiwertigem Eisen überwiegt in aeroben Websites. Diese letztere Form ist auch in extrem sauren Umgebungen, dominierend, obwohl die Erreger der eisenhaltige Eisenoxidation oft in anoxischen und sauren Umgebung18unterscheiden. Wenn Eisen ist in 4 % solubilisiert HCl (pH 0) in einer aeroben Umgebung, der Großteil der verdünnten Eisen vorhanden ist, als das Eisen (Fe3 +)19,20bilden.
Die Reaktionen zwischen Fe-Ionen und K4Fe(CN)6 lauten wie folgt:
FE3 +: FeCl3 + K4Fe(CN)6 = KFe(III)Fe(II)(CN)6¯ + 3KCl
FE2 +: 4 FeCl2 + 2 K4Fe(CN)6 Fe4(Fe(CN)6)2 + 8 = KCl
In der vorliegenden Studie fragten wir ob preußischen Blaufärbung zur Messung der Eisengehalt in Lösung nützlich sein kann.
Wir überprüft zunächst die Korrelation zwischen der Konzentration von Fe in wässriger Lösung und preußischen Blaufärbung. Die Fe (als FeCl2, FeCl3 oder ein 1:1 Mischung aus beidem) Konzentration in wässrigen Lösungen wurde sowohl durch Atomspektroskopie Extinktion (OD) nach Zugabe von Preußischblau gemessen. Abbildung 1 zeigt die lineare Regression-Kurven für Messungen von jeder Methode. Wir festgestellt, dass die preußische blaue Methode zur quantitativen Analyse von Eisen-Konzentration in der Lösung verwendet werden kann.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57408/57408fig1.jpg"> Abbildung 1: lineare Regressionen zwischen Fe-Konzentration gemessen an FAAS und leichte Extinktion (OD, 715 nm) durch die preußische blau-Methode erhalten. Die blauen Quadrate und Linie stellen die Fe2 + Lösung dar, die roten Quadrate und Linie repräsentieren die Fe3 + Lösung und die schwarzen Quadrate und Linie repräsentieren eine 1:1 Mischung aus Fe2 + und Fe3 +. Die folgenden Regressionen wurden erzielt: [Fe2 +] = 3 + 123 X OD, R = 0.996, R2 = 0.989; [Fe3 +] = 1 + 292 X OD, R = 0,999, R2 = 0.997; und [Fe2 + / 3 +] = 11 + 146 X OD, R = 0.983, R2 = 0.956. Fe2 + Spender war FeCl2 und Fe3 + Spender war FeCl3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57408/57408fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Um die farbmetrischen preußische blau Methode für quantitative Eisen Analyse von Pflanzengewebe anzupassen, war der Eisengehalt von Tabak Blatt Asche gemessen Flamme Absorption Atomspektroskopie und preußischen Blaufärbung. Es gab gute Korrelation zwischen den Ergebnissen aus durch die beiden Techniken.

<table><tbody><tr><td>Potassium Hexacyanoferrate(II)</td><td>Fisher Chemical</td><td>14459-95-1</td><td>Reagent for the Pussian Blue</td></tr><tr><td>Millex Syringe Filter Unit, Vial Vent 0.22 &amp;mu;m</td><td>Millec</td><td>SLGP033RS</td><td>Filter used to filter the ashes + 4% HCl Solution</td></tr><tr><td>Scintillation Vials</td><td>Fisherbrand</td><td>03-337-4</td><td>Used to keep the dry powdered plant material during the burning procedure.</td></tr><tr><td>Disposable Syringe 10 ml</td><td>Medi-Plus</td><td>1931</td><td>Syringe used during the filtration</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>231-595-7</td><td>Used in the 4% HCl solution to dilute the ashes and clean the materials</td></tr><tr><td>&lt;em&gt;Tobacco, Nicotiana tabacum&lt;/em&gt; cv. Samsun NN</td><td>Obtained from Prof. Simon Barak and routinely used in the Zaccai Lab</td><td>Barak S, Nejidat A, Heimer Y, Volokita M. Transcriptional and posttranscriptional regulation of the glycolate oxidase gene in tobacco seedlings. Plant Molecular Biology. 2001 Mar 1;45(4):399-407.</td><td>Tobacco cultivar used in this protocol</td></tr><tr><td>Glass Wool (Rock Wool)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>659997-17-3</td><td>Used in the procedure of burning samples in the furnace.</td></tr></tbody></table>

a colorimetric method for measuring iron content in plants

Eisen, eines der wichtigsten Mikronährstoffe in lebenden Organismen, engagiert sich in grundlegenden Prozesse, wie Atmung und Photosynthese. Gehalt an Eisen ist in allen Organismen, in Höhe von ca. 0,009 % Trockensubstanz in Pflanzen eher gering. Bis heute ist eine der genauesten Methoden zur Messung der Eisenkonzentration im Pflanzengewebe Flamme Absorption Atomspektroskopie. Aber dieser Ansatz ist zeitaufwändig und teuer und erfordert speziellen Geräte, die in Anlage Labors nicht häufig zu finden. Daher braucht man eine einfachere, aber genaue Methode, die routinemäßig eingesetzt werden kann. Die farbmetrische Preußischblau Methode wird regelmäßig für qualitative Eisen Färbung in Tier- und histologischen Abschnitte verwendet. In dieser Studie haben wir die Preußischblau Methode zur quantitativen Messungen des Eisens im Tabak Blätter angepasst. Wir überprüft die Genauigkeit dieser Methode mit Atomspektroskopie und Preußischblau beflecken, zum Messen der Eisengehalt in den gleichen Proben und fand eine lineare Regression (R2 = 0.988) zwischen den beiden Verfahren. Wir schlussfolgern, dass die Preußischblau Methode zur quantitativen Eisen-Messung im Pflanzengewebe präzise, einfach und kostengünstig ist. Die lineare Regression, die hier vorgestellten möglicherweise jedoch nicht geeignet für andere Pflanzenarten, wegen möglicher Wechselwirkungen zwischen der Probe und Reagenz. Einrichtung einer Regression Kurve benötigt somit für verschiedene Pflanzenarten.

Wenn dieses Protokoll korrekt durchgeführt wird, sollte man ausgezeichnete Korrelation zwischen den Ergebnissen der preußischen blau und atomare Spektroskopie-Methoden. Daher die preußische blaue Methode leicht lässt sich eine genaue Messung der Eisenkonzentration in Pflanzenproben, wie Sie sich in das folgende Experiment.
Tabakpflanzen waren gewachsen, wie im Protokoll beschrieben und bewässert mit Wasser, die verschiedene...

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A Colorimetric Method for Measuring Iron Content in Plants

Ein kolorimetrischen Verfahren zur Messung der Eisengehalt in Pflanzen

Wir präsentieren Ihnen ein einfaches und zuverlässiges Protokoll zur Messung der Eisengehalt im Pflanzengewebe mit der kolorimetrischen Preußischblau-Methode.

Iron, one of the most important micronutrients in living organisms, is involved in basic processes, such as respiration and photosynthesis. Iron content ...

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Research

JoVE Journal

Biochemistry

21.9K Aufrufe.  Ben-Gurion University of the Negev. Wir präsentieren Ihnen ein einfaches und zuverlässiges Protokoll zur Messung der Eisengehalt im Pflanzengewebe mit der kolorimetrischen Preußischblau-Methode.

Serie: A Colorimetric Method for Measuring Iron Content in Plants

RGB and Spectral Root Imaging for Plant Phenotyping and Physiological Research: Experimental Setup and Imaging Protocols

Better understanding of plant root dynamics is essential to improve resource use efficiency of agricultural systems and increase the resistance of crop cultivars against environmental stresses. An experimental protocol is presented for RGB and hyperspectral imaging of root systems. The approach uses rhizoboxes where plants grow in natural soil over a longer time to observe fully developed root systems. Experimental settings are exemplified for assessing rhizobox plants under water stress and studying the role of roots. An RGB imaging setup is described for cheap and quick quantification of root development over time. Hyperspectral imaging improves root segmentation from the soil background compared to RGB color based thresholding. The particular strength of hyperspectral imaging is the acquisition of chemometric information on the root-soil system for functional understanding. This is demonstrated with high resolution water content mapping. Spectral imaging however is more complex in image acquisition, processing and analysis compared to the RGB approach. A combination of both methods can optimize a comprehensive assessment of the root system. Application examples integrating root and aboveground traits are given for the context of plant phenotyping and plant physiological research. Further improvement of root imaging can be obtained by optimizing RGB image quality with better illumination using different light sources and by extension of image analysis methods to infer on root zone properties from spectral data.

An experimental protocol is presented for assessment of soil grown plant root systems with RGB and hyperspectral imaging. Combination of RGB image time series with chemometric information from hyperspectral scans optimizes insights into plant root dynamics.

RGB und spektrale Wurzel Bildgebung für die Pflanze Phänotypisierung und physiologischen Forschung: Versuchsaufbau und Imaging-Protokolle

Better understanding of plant root dynamics is essential to improve resource use efficiency of agricultural systems and increase the resistance of crop ...

Forschung

Umwelt

Quantifying Plant Soluble Protein and Digestible Carbohydrate Content, Using Corn (Zea mays) As an Exemplar

Elemental data are commonly used to infer plant quality as a resource to herbivores. However, the ubiquity of carbon in biomolecules, the presence of nitrogen-containing plant defensive compounds, and variation in species-specific correlations between nitrogen and plant protein content all limit the accuracy of these inferences. Additionally, research focused on plant and/or herbivore physiology require a level of accuracy that is not achieved using generalized correlations. The methods presented here offer researchers a clear and rapid protocol for directly measuring plant soluble proteins and digestible carbohydrates, the two plant macronutrients most closely tied to animal physiological performance. The protocols combine well characterized colorimetric assays with optimized plant-specific digestion steps to provide precise and reproducible results. Our analyses of different sweet corn tissues show that these assays have the sensitivity to detect variation in plant soluble protein and digestible carbohydrate content across multiple spatial scales. These include between-plant differences across growing regions and plant species or varieties, as well as within-plant differences in tissue type and even positional differences within the same tissue. Combining soluble protein and digestible carbohydrate content with elemental data also has the potential to provide new opportunities in plant biology to connect plant mineral nutrition with plant physiological processes. These analyses also help generate the soluble protein and digestible carbohydrate data needed to study nutritional ecology, plant-herbivore interactions and food-web dynamics, which will in turn enhance physiology and ecological research.

Quantifying Plant Soluble Protein and Digestible Carbohydrate Content, Using Corn Zea mays As an Exemplar

The protocols described herein provide a clear and approachable methodology for measuring soluble protein and digestible (non-structural) carbohydrate content in plant tissues. The ability to quantify these two plant macronutrients has significant implications for advancing the fields of plant physiology, nutritional ecology, plant-herbivore interactions and food-web ecology.

Quantifizierung der Pflanze lösliche Protein und verdauliche Kohlenhydrate Inhalt, Verwendung von Mais (Zea Mays) als ein Exemplar

Elemental data are commonly used to infer plant quality as a resource to herbivores. However, the ubiquity of carbon in biomolecules, the presence of ...

Setup of Capillary Electrophoresis-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (CE-ICP-MS) for Quantification of Iron Redox Species (Fe(II), Fe(III))

Dyshomeostasis of iron metabolism is accounted in the pathophysiological framework of numerous diseases, including cancer and several neurodegenerative conditions. Excessive iron results in free redox-active Fe(II) and can cause devastating effects within the cell like oxidative stress (OS) and death by lipid peroxidation known as ferroptosis (FPT). Therefore, quantitative measurements of ferrous (Fe(II)) and ferric (Fe(III)) iron rather than total Fe-determination is the key for closer insight into these detrimental processes. Since Fe(II)/(III) determinations can be hampered by fast redox-state shifts and low concentrations in relevant samples, like cerebrospinal fluid (CSF), methods should be available that analyze quickly and provide low limits of quantification (LOQ). Capillary electrophoresis (CE) offers the advantage of fast Fe(II)/Fe(III) separation and works without a stationary phase, which could interfere with the redox balance or cause analyte sticking. CE combined with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) as a detector offers further improvement of detection sensitivity and selectivity. The presented method uses 20 mM HCl as a background electrolyte and a voltage of +25 kV. Peak shapes and concentration detection limits are improved by conductivity-pH-stacking. For reduction of 56[ArO]+, ICP-MS was operated in the dynamic reaction cell (DRC) mode with NH3 as a reaction gas. The method achieves a limit of detection (LOD) of 3 &#181;g/L. Due to stacking, higher injection volumes were possible without hampering separation but improving LOD. Calibrations related to peak area were linear up to 150 &#181;g/L. Measurement precision was 2.2% (Fe(III)) to 3.5% (Fe(II)). Migration time precision was &#60;3% for both species, determined in 1:2 diluted lysates of human neuroblastoma (SH-SY5Y) cells. Recovery experiments with standard addition revealed accuracy of 97% Fe(III) and 105 % Fe(II). In real-life bio-samples like CSF, migration time can vary according to varying conductivity (i.e., salinity). Thus, peak identification is confirmed by standard addition.

Setup of Capillary Electrophoresis-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry CE-ICP-MS for Quantification of Iron Redox Species FeII, FeIII

This iron redox speciation method is based on capillary electrophoresis-inductively coupled plasma mass spectrometry with sample stacking combined with short analysis in one run. The method quickly analyzes and provides low limits of quantification for iron redox species across a diverse range of tissues and biofluid samples.

Aufbau der Kapillarelektrophorese-Induktiv gekoppelte Plasmamassenspektrometrie (CE-ICP-MS) zur Quantifizierung von Eisenredoxarten (Fe(II), Fe(III))

Dyshomeostasis of iron metabolism is accounted in the pathophysiological framework of numerous diseases, including cancer and several neurodegenerative ...

Chemie

<meta charset="utf8"></head><body>Fluoreszierender Assay zum Nachweis neuartiger Eisenchelatoren

Quantifiable and Inexpensive Cell-Free Fluorescent Method to Confirm the Ability of Novel Compounds to Chelate Iron

Cancer cells require large amounts of iron to maintain their proliferation. Iron metabolism is considered a hallmark of cancer, making iron a valid target for anti-cancer approaches. The development of novel compounds and the identification of leads for further modification requires that proof of mechanism assays be carried out. There are many assays to evaluate the impact on proliferation; however, the ability to chelate iron is an important and sometimes overlooked end-point measure due to the high costs of equipment and the challenge to quickly and reproducibly quantify the strength of chelation. Here, we describe a quantifiable and inexpensive cell-free fluorescent method to confirm the ability of novel compounds to chelate iron. Our assay relies on the commercially available inexpensive fluorescent dye Calcein, whose fluorescence can be quantified on most fluorescent microtiter plate readers. Calcein is a weak iron chelator, and its fluorescence is quenched when it binds Fe2+/3+; fluorescence is restored when a novel chelator outcompetes Calcein for bound Fe2+/3+. The removal of fluorescent quenching and the resulting increase in fluorescence allows the chelation ability of a novel putative chelator to be determined. Therefore, we offer an inexpensive, high-throughput assay that allows the rapid screening of novel candidate chelator compounds.

<meta charset="utf8"></head><body>Autor im Rampenlicht: Bewertung der Auswirkungen neuartiger Eisenchelatoren auf den Stoffwechsel von Krebszellen

We describe a fluorescent assay that can quickly and inexpensively confirm the ability of novel compounds to chelate iron. The assay measures the ability of compounds to outcompete the iron binding activity of the weak iron chelating fluorescent probe Calcein, resulting in a quantifiable increase in fluorescence when chelation occurs.

Quantifizierbare und kostengünstige zellfreie Fluoreszenzmethode zur Bestätigung der Fähigkeit neuartiger Verbindungen, Eisen zu chelatisieren 

Cancer cells require large amounts of iron to maintain their proliferation. Iron metabolism is considered a hallmark of cancer, making iron a valid target ...

Krebsforschung

Measurement of Tissue Non-Heme Iron Content using a Bathophenanthroline-Based Colorimetric Assay

Iron is an essential micronutrient. Both iron overload and deficiency are highly detrimental to humans, and tissue iron levels are finely regulated. The use of experimental animal models of iron overload or deficiency has been instrumental to advance knowledge of the mechanisms involved in the systemic and cellular regulation of iron homeostasis. The measurement of total iron levels in animal tissues is commonly performed with atomic absorption spectroscopy or with a colorimetric assay based on the reaction of non-heme iron with a bathophenanthroline reagent. For many years, the colorimetric assay has been used for the measurement of the non-heme iron content in a wide range of animal tissues. Unlike atomic absorption spectroscopy, it excludes the contribution of heme iron derived from hemoglobin contained in red blood cells. Moreover, it does not require sophisticated analytical skills or highly expensive equipment, and can thus be easily implemented in most laboratories. Finally, the colorimetric assay can be either cuvette-based or adapted to a microplate format, allowing higher sample throughput. The present work provides a well-established protocol that is suited for the detection of alterations in tissue iron levels in a variety of experimental animal models of iron overload or iron deficiency.

Here, a protocol for the measurement of the non-heme iron content in animal tissues is provided, using a simple, well-established colorimetric assay that can be easily implemented in most laboratories.

Messung des Gewebe-Nicht-Häm-Eisengehalts mit einem Bathophenanthrolin-basierten kolorimetrischen Assay

Iron is an essential micronutrient. Both iron overload and deficiency are highly detrimental to humans, and tissue iron levels are finely regulated. The ...

Medizin

Quantitating Iron Transport Across the Mouse Placenta In Vivo Using Nonradioactive Iron Isotopes

Iron is essential for maternal and fetal health during pregnancy, with approximately 1 g of iron needed in humans to sustain a healthy pregnancy. Fetal iron endowment is entirely dependent on iron transfer across the placenta, and perturbations of this transfer can lead to adverse pregnancy outcomes. In mice, measurement of iron fluxes across the placenta traditionally relied on radioactive iron isotopes, a highly sensitive but burdensome approach. Stable iron isotopes (57Fe and 58Fe) offer a nonradioactive alternative for use in human pregnancy studies.
Under physiological conditions, transferrin-bound iron is the predominant form of iron taken up by the placenta. Thus, 58Fe-transferrin was prepared and injected intravenously in pregnant dams to directly assess placental iron transport and bypass maternal intestinal iron absorption as a confounding variable. Isotopic iron was quantitated in the placenta and mouse embryonic tissues by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). These methods can also be employed in other animal model systems of physiology or disease to quantify in vivo iron dynamics.

Quantitating Iron Transport Across the Mouse Placenta In Vivo Using Nonradioactive Iron Isotopes

This article demonstrates how to prepare and administer transferrin-bound nonradioactive isotopic iron for studies of iron transport in mouse pregnancy. The approach for quantifying isotopic iron in fetoplacental compartments is also described.

Quantifizierung des Eisentransports über die Mausplazenta in vivo unter Verwendung nichtradioaktiver Eisenisotope

Iron is essential for maternal and fetal health during pregnancy, with approximately 1 g of iron needed in humans to sustain a healthy pregnancy. Fetal ...

Biologie

The Caco-2 Cell Bioassay for Measurement of Food Iron Bioavailability

Knowledge of Fe bioavailability is critical to the assessment of the nutritional quality of Fe in foods. In vivo measurement of Fe bioavailability is limited by cost, throughput, and the caveats inherent to isotopic labeling of the food Fe. Thus, there exists a critical need for an approach that is high-throughput and cost-effective. The Caco-2 cell bioassay was developed to satisfy this need. The Caco-2 cell bioassay for Fe bioavailability utilizes simulated gastric and intestinal digestion coupled with culture of a human intestinal epithelial cell line known as Caco-2. In Caco-2 cells, Fe uptake stimulates the intracellular formation of ferritin, an Fe storage protein easily measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Ferritin forms in proportion to Fe uptake; thus, by measuring Caco-2 cell ferritin production, one can assess intestinal Fe uptake from simulated food digests into the enterocyte. 
Via this approach, the model replicates the key initial step that determines food Fe bioavailability. Since its inception in 1998, this model approach has been rigorously compared to factors known to influence human Fe bioavailability. Moreover, it has been applied in parallel studies, with three human efficacy studies evaluating Fe biofortified crops. In all cases, the bioassay correctly predicted the relative amounts of Fe bioavailability from the factors, crops, and overall diet. This paper provides detailed methods on Caco-2 cell culture coupled with the in vitro digestion process and cell ferritin ELISA necessary to conduct the Caco-2 cell bioassay for Fe bioavailability.

The Caco-2 cell bioassay for iron (Fe) bioavailability represents a cost-effective and versatile approach to assess Fe bioavailability from foods, food products, supplements, meals, and even diet regimens. Thoroughly validated to human studies, it represents the state of the art for studies of Fe bioavailability.

Der Caco-2-Zell-Bioassay zur Messung der Eisenbioverfügbarkeit von Lebensmitteln

Knowledge of Fe bioavailability is critical to the assessment of the nutritional quality of Fe in foods. In vivo measurement of Fe bioavailability is ...

Introduction to Mass Spectrometry

Source: Laboratory of Dr. Khuloud Al-Jamal - King&#39;s College London

Mass spectrometry is an analytical chemistry technique that enables the identification of unknown compounds within a sample, the quantification of known materials, the determination of the structure, and chemical properties of different molecules.
A mass spectrometer is composed of an ionization source, an analyzer,&#160;and a detector. The process involves the ionization of chemical compounds to generate ions. When using inductively coupled plasma (ICP), samples containing elements of interest are introduced into argon plasma as aerosol droplets. The plasma dries the aerosol, dissociates the molecules, and then removes an electron from the components to be detected by the mass spectrometer. Other ionization methods such as electrospray ionization (ESI) and matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) are used to analyze biological samples. Following the ionization procedure, ions are separated in the mass spectrometer according to their mass-to-charge ratio (m/z), and the relative abundance of each ion type is measured. Finally, the detector commonly consists in an electron multiplier where the collision of ions with a charged anode leads to a cascade of increasing number of electrons, which can be detected by an electrical circuit connected to a computer.
In this video, the procedure of ICP-MS analysis will be described by the detection of 56Fe as an example.

Ein kolorimetrischen Verfahren zur Messung der Eisengehalt in Pflanzen

Zusammenfassung

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Kapitel in diesem Video

RGB und spektrale Wurzel Bildgebung für die Pflanze Phänotypisierung und physiologischen Forschung: Versuchsaufbau und Imaging-Protokolle

Quantifizierung der Pflanze lösliche Protein und verdauliche Kohlenhydrate Inhalt, Verwendung von Mais (Zea Mays) als ein Exemplar

Aufbau der Kapillarelektrophorese-Induktiv gekoppelte Plasmamassenspektrometrie (CE-ICP-MS) zur Quantifizierung von Eisenredoxarten (Fe(II), Fe(III))

Quantifizierbare und kostengünstige zellfreie Fluoreszenzmethode zur Bestätigung der Fähigkeit neuartiger Verbindungen, Eisen zu chelatisieren

Quantifizierbare und kostengünstige zellfreie Fluoreszenzmethode zur Bestätigung der Fähigkeit neuartiger Verbindungen, Eisen zu chelatisieren

Quantifizierbare und kostengünstige zellfreie Fluoreszenzmethode zur Bestätigung der Fähigkeit neuartiger Verbindungen, Eisen zu chelatisieren

Messung des Gewebe-Nicht-Häm-Eisengehalts mit einem Bathophenanthrolin-basierten kolorimetrischen Assay

Quantifizierung des Eisentransports über die Mausplazenta in vivo unter Verwendung nichtradioaktiver Eisenisotope

Der Caco-2-Zell-Bioassay zur Messung der Eisenbioverfügbarkeit von Lebensmitteln

Einführung in die Massenspektrometrie