שיפור של שיעור הצמיחה הראשוני של צמחים חקלאיים באמצעות שדות מגנטיים סטטיים

Summary

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.

Abstract

מכשירים אלקטרוניים וחוטי מתח גבוה לגרום שדות מגנטיים. שדה מגנטי של 1,300-2,500 גאוס (0.2 טסלה) היה מוחל על צלחות פטרי המכילות זרעי גן בלזם (תיגע balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), ו Mescluns (שחליים sativum ). יישמנו מגנטים מתחת לצלחת התרבות. במהלך 4 ימי יישום, צפינו כי אורך גבעול השורש גדל. הקבוצה לייחס שדה מגנטי (n = 10) הראתה פי 1.4 מהר יותר בקצב הצמיחה בהשוואה לקבוצת הביקורת (n = 11) בסך של 8 ימים (p <0.0005). שיעור זה גבוה ב -20% מזה שדווח במחקרים קודמים. הקווים מורכבים טובולין לא היה חיבור נקודות, אבל נקודות חיבור להתרחש על פי בקשה של מגנטים. זה מראה הבדל מוחלט מהשלט, כלומר הסדרים חריגים. עם זאת, את הסיבה המדויקת עדיין לא ברורה. מיל אלהאולטס של שיפור צמיחה של החלת מגנטים מראה כי אפשר לשפר את קצב הצמיחה, להגדיל את התפוקה, או לשלוט במהירות של נביטה של ​​צמחים על ידי החלת שדות מגנטיים סטטיים. כמו כן, שדות מגנטיים יכולים לגרום לשינויים פיסיולוגיים בתאי צמח והוא יכול לגרום לצמיחה. לכן, גירוי עם שדה מגנטי יכול להיות השפעה אפשרית הדום לאלה של דשנים כימיים, כלומר השימוש בדשנים ניתן להימנע מכך.

Introduction

נביטה היא הצמיחה של צמח שגורם להיווצרות של השתיל ^1. בתנאים מסוימים, נביטת זרעים מתחילה ואת הרקמות העובריות לחדש את הצמיחה. זה מתחיל עם הידרציה לזרע כדי להפעיל אנזימים עבור נביטה. זרעים יכולים להיגרם לנבוט במבחנה (בצלחת פטרי או מבחנה) ^1,2.

שדות מגנטיים סטטיים הם כוחות מיוחדים שגורמים תנועות של מולקולות עם חיובים יוניים בדרך של כוח לורנץ ^3,4. הכח לורנץ נוצר כאשר מהלכים אובייקט מיונן או לדין בשל עבירה לפי שדה מגנטי. כל חומר נוצר עם אטומים אשר מורכבים של אלקטרונים ופרוטונים. כאשר השדות המגנטיים להיות נוכחים, בין אם זה הוא סטטי או לסירוגין, זה משפיע על התנועה של החומר טעון. זה חל גם על צמחים ובעלי מולקולות מים, אשר משפיעה על מצב המולקולה התאי. במחקר קודם, סלילים אלקטרומגנטיים שימשוכדי ליצור שדות מגנטיים פעמו, והצמחים 'Komatsuna' נבחרו הנושאים ^5. במחקר הנוכחי, מגנט שנוצר ושדה מגנטי סטטי שימשו לתת השפעות דומות אך שונות כמו מחקר הרחבת כוח לורנץ.

התדירות של השדה המגנטי, ולא הקוטביות שלה, היא גורם מכריע עבור נביטת צמח. מחקרים קודמים הציעו כי שיעורי נביטת מקסימום היו 20% מהצעת מחיר הבקרה כאשר התדירות של השדה המגנטי הייתה כ -10 הרץ. כאשר השדה הוסר באופן מדרדר, שיעור הצמיחה נפגע ^5. יש שדות מגנטיים סטטיים השפעה ניכרת על ^6-8 הצמיחה הראשונית, בעיקר על נביטה וצמיחה ⁶ שורש ^7.

במחקר הנוכחי, השתמשנו מגנטים סטטיים לבחון את האפשרות להסדיר את הצמיחה של צמחים חקלאיים באמצעות שדות מגנטיים. בפרט, מטרתנו הייתה דetermine אם תנאים מסוימים של יישום שדה מגנטי יכולים להגדיל את שיעורי צמיחה לרמות גבוהות יותר מאלה המוזכרים בספרות. יתר על כן, אם הנביטה הראשונית של צמחים ניתן להגדיל בהצלחה באמצעות שדה מגנטי, השימוש בדשנים כימיים ניתן להימנע מכך.

Protocol

1. הגדרות ראשוניות

1. מיני צמחי חקלאות
   1. השתמש גן בלזם (תיגע balsamina), Mizuna (Rapa Brassica var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), ו Mescluns (שחליים sativum) זרעים.
      הערה: תיגע balsamina (גן בלזם או רוז בלזם) הוא מינים מקומיים להודו; חברים כמה נמצאים גם מיאנמר. Komatsuna (var Rapa Brassica. Perviridis או komatsuna) הינה נגזרת מאותו המין כמו לפת המשותף. גרגיר גן (שחליים sativum) הוא סוג של צמח זה קשור טקסונומית כדי גרגיר הנחלים וחרדל. יש להם טעמים דומים ריח, שעבורו הם מנוצלים ^5,7 מסחריים.
2. תרבויות צמח
   1. גן תרבות בלזם (תיגע balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (var Rapa Brassica. Perviridis), ו Mescluns (שחליים sativum) זרעים בקוטר 100 מ"מ (100 pi) צלחת פטרי. ודא צלחת אחת מכילה רק סוג אחד של מינים.
   2. תנאי תרבות, למקם את הזרעים על מגבת תאית. לטבול את המגבת וזרעים במים מזוקקים משולשים. מדוד ולאשר כי RT המעבדה המקורה הוא 18-25 מעלות צלזיוס, עם לחות הנעה 65-75% (נא לבדוק סעיף 3.1.2).
   3. לקבלת מספר הזרעים, תרבות 10 ± 1 זרעי גן בלזם, 50 ± 10 זרעי Mizuna, 330 ± 20 זרעי Komatsuna, ו -380 ± 20 זרעי Mescluns. השתמש תנאים זהים כפי שנמדדו 18-25 מעלות צלזיוס, עם לחות הנעה 65-75% (נא לבדוק סעיף 2.1.1).
      הערה: כל הניסויים בוצעו על תנאי מקורה עם הלחות המוסדרת טווח טמפרטורות במעבדה. הלחות והטמפרטורה לא היה סטטי, אלא גם סיפק את התנאים זהים עבור בקבוצה שטופלה מגנט ושליטה.

2. תרבות של ארבעה צמחים חקלאות

1. נוהל ניסיוני
   1. עקוב סעיף 1.2.3) עבור מינים של תנאי צמח וההתרבות מלאות קבוצת המגנט מיושמת.
   2. החל שלושה מגנטים של 1,750 ± 350 גאוס (10,000 גאוס = 1 טסלה) בתחתית 100 המנות pi עבור גן בלזם. במהלך היישום, להבטיח כי שלושת המגנטים אינם באים במגע ישיר עם הזרעים, והם מופרדים על ידי בתחתית הפלסטיק של צלחת פטרי. המרחק הישיר בין זרעים ומגנטים צריך להיות 2-4 מ"מ. החל מגנטים עבור 168 שעות (7 ימים) במשך ארבעה צמחים חקלאיים.
   3. בעקבות כל הצעדים זהים ב 2.1.2), חל שני מגנטים, אחד (צד N פונה כלפי מעלה) על מגנט העליון ואחרים (צד S פונה כלפי מעלה) על החלק התחתון של צלחת תרבות בלזם הגן.
      הערה: עמודי מוחלים באופן שונה גן בלזם. עם זאת, אורינטצית המוט אינו נחשבה כגורם מכריע במחקר זה לשינויי צמיחה, כמו כל הסביבות זהות למעט בכיווןשל השטף המגנטי. מטרת יישום מוט N ו- S עבור גן בלזם היה לראות היכולת המעשית שלה להשתמש בו בתחומים, שם האוריינטציה מוט יכול להיות קשה לניהול.

3. טובולין מכתים גן בלזם

1. יישומים מגנט עם מצב אור מוסדר
   1. מניחים שני מגנטים (N מוט פונה כלפי מעלה) בתחתית הצלחת 100 מ"מ במשך 48 שעות, באמצעות תנאים בשלב 1.2.2.
      הערה: עבור שינוי של אור, את כלי התרבות הונחו על מדף פלסטיק בחממה. החממה שמשה יירוט של אור וטמפרטורת שמירה של 25 מעלות צלזיוס למשך 48 שעות בסביבות חשוכות. בסופו של דבר, המצב הזה לא היה בשימוש בניסוי זה בשל וריאציות גבוהות באורך צמיחה.
2. מכתים צמח
   1. תקן צמח פרח כפול SPP impatiens כולו, (כולל גזע ושורשים) גדל על התנאים זהים עם צעד 3.1.2) ב paraformaldehyde 4% ו -0.1 Mחיץ פוספט (pH 7.4) במשך 15 דקות.
   2. הסר את המדגם impatiens לטבול במשך שעה 2. בחסימת המאגר (אלבומין בסרום שור סוס 2% בסרום / 1% / 0.1% Triton X-100 ב- PBS, pH 7.5). לשטוף את המדגם impatiens ידי טבילה עם PBS במשך 15 דקות.
   3. עבור immunostaining כפול, דגירה המדגם עם נוגדן ראשוני, טובולין אנטי-אלפא (1: 1,000), O / N ב 4 ° C.
   4. הסר את המדגם לטבול את דגימות פעם עם PBS במשך 10 דקות כדי לשטוף. השתמש FITC- מצומדות אנטי עכבר IgG (1: 400) כמו נוגדנים משני דגירה במשך שעה 2 ב 25 מעלות צלזיוס.
   5. לטבול את המדגם ב PBS ומכסים להחליק המדגם כולו התחתון של 24 הצלחת היטב. להשיג תמונות באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי קונבנציונאלי להתבונן אוריינטציה טובולין (λ = 550 ננומטר, מוגדל 100X, 200X ו 400X).
      הערה: במקרה זה, בקבוצה שטופלה מגנט (n = 10) ובקרות (n = 11) אושרו עבור גן בלזם (תיגע balsamina) בלבד, גדל בתנאים שאינם כהה.

4. נתוני שיטות איסוף

1. יצירת זמן לשגות של גידול צמחי ארבעת חקלאים
   1. לצלם את המפעל ב 10 מרווחי דקות, על ידי הגדרת תריס אוטומטית (זה יכול להיעשות בכל מצלמה דיגיטלית). הגדר את הצמצם F 3.2 ואת ערך ISO 400.
   2. אסוף 700-900 תמונות עבור 7-10 ימים. חבר את המצלמה עם חוטי חשמל מאז יכול להיות מדולדלת סוללה.
   3. גרור את התמונות על ידי לחיצה ושחרור כל תמונה כרונולוגית מתחת לקו ההזרמה עם תוכנת moviemaking (ראה חומרי שולחן וציוד). שים את זה על קו זרימה ב משכים שווים של .045-.05 שניות לכל לתוך הכולל סרט של 30-40 שניות. בדוק כך שאין פערים כהים עם בחירת כל תמונה לפי סדר כרונולוגי.
   4. לאחר שלב 4.1.3, לחץ כפתור ההפעלה בתוכנה כדי להבטיח את הידור-הסרט לתוך שקופית וידאו 30-40 שניות זמן לשגות ולחץ לעבד ולשמור .mpeg או בפורמט .avi. עבור גודל markers, השתמש רובע קנדי, פנים אמריקאים, וסרגל סנטימטר בצד של התמונה.
   5. בצע t -test ותיבת עלילה לניתוח סטטיסטי ^11,12.
      הערה: קבוצות סיכומים חמש-מספר ששימשו בחישוב הגבול התחתון (L) ערך כמו Q1 - [1.5 × (Q3 - Q1)] ואת מגבלת גבוה (H) ערך כמו Q3 + [1.5 × (Q3 - Q1) ]. גישה זו שולבה צעד 1.2.2 עבור נתונים אורכים אוסף ^11. ערכי L ו- H להציג את אזור 99% של מגרשי T-ההפצה, כלומר נקודות הנתונים שנצפו מחוץ לטווח זה חריג יכולה להיחשב. מגרשים Box ו- t של סטודנט -test שימשו לנתח את ההבדלים ב לגבהים של שתילי ^12.

תוצאות

מכתים טובולין הראה מפוזר או דליל מבני צמחים הגדלים בנוכחות המגנט לעומת השליטה (איור 2). יתר על כן, 7 יום לימודי הזמן לשגות עם צמחים חקלאיים כולל Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis) ו Mescluns (שחליים sativum) מצביעים על כך מגנט נגזר שדה מגנטי סטטי מגדיל א...

Discussion

בכל התנאים, מגנטים יש להחיל מתחת לצלחת פטרי. מחקר זה בדק את ההשפעה של שדות מגנטיים על שיעור צמיחה של זרעים כמה מינים חקלאיים, עם דגש על הגן בלזם כנציג של צמחים חקלאיים. למשל, מכתים טובולין בוצע על הגן בלזם להעריך את השינויים המולקולרית ברמת שורש גזע-מבני מייקרו שלד מצבי...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Static magnets	JIM	N/A	2000Gauss
2% horse serum/1% bovine serum albumin/0.1% Triton X-100	Sigma-Aldrich	Merged with 55514	Blocking buffer
Primary antibody	Santa Cruz Biotechnology	sc-8035	a-Tubulin
Secondary antibody	Santa Cruz Biotechnology	sc-2010	FITC-conjugated anti-mouse IgG
time lapse photographic techniques	Manually controlled	N/A	ISO value 400 & aperture F 3.2
Sony Vegas Pro 13.0	Sony	N/A	N/A