Name: quantifying plant soluble protein and digestible carbohydrate content, using corn (zea mays) as an exemplar
Uploaded: 2018-08-06T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantifying Plant Soluble Protein and Digestible Carbohydrate Content, Using Corn Zea mays As an Exemplar at JoVE.com

Tack vare alla våra samarbetspartners som har bistått med sockermajs fältet samlingar, inklusive Dominic Reisig och Dan Mott vid North Carolina State University, och Pat Porter vid Texas A & M University i Lubbock, TX. Tack till Fiona Clissold för att hjälpa till att optimera protokoll och ge redigeringar till detta manuskript. Detta arbete stöds delvis av Texas A & M C. Everette Rebeccas Fellowship (Institutionen för entomologi) och bioteknik Risk bedömning Grant programmet konkurrenskraftiga bevilja nr 2015-33522-24099 från US Department of Agriculture (tilldelas GAS och STB).

1. växtskyddsmedel insamling och bearbetning
<ol><li>Samla in och bearbeta växtprover<ol>
<li>Efter att samla in växtprover, flash-frysa prover genom doppning växtmaterial i flytande kväve med pincett och förvaras vid-80 ° C. Om växten proverna samlas in är för stora flash-frysa och snabbt coola proverna använda torris och överföring till-80 ° C frys så snart som möjligt. Macronutrient innehållet av växtmaterial kan ändra efter vävnader är åtskilda från anläggningen, så det är viktigt att frys...

<ol>
	<li>Simpson, S. J., Raubenheimer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Nature of Nutrition: A Unifying Framework from Animal Adapation to Human Obesity. , (2012).</li><li>Behmer, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insect+herbivore+nutrient+regulation.">Insect herbivore nutrient regulation.</a> Annual Review of Entomology. 54, 165-187 (2009).</li><li>Epstein, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mineral+nutrition+of+plants:+mechanisms+of+uptake+and+transport.">Mineral nutrition of plants: mechanisms of uptake and transport.</a> Annual Review of Plant Physiology. 7 (1), 1-24 (1956).</li><li>Chapin, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mineral+nutrition+of+wild+plants.">The mineral nutrition of wild plants.</a> Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 11 (1), 233-260 (1980).</li><li>Marschner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Marschner's Mineral Nutrition of Higher Plants. , (1956).</li><li>Stieger, P. A., Feller, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Senescence+and+protein+remobilization+in+leaves+of+maturing+wheat+plants+grown+on+waterlogged+soil.">Senescence and protein remobilization in leaves of maturing wheat plants grown on waterlogged soil.</a> Plant and Soil. 166, 173-179 (1994).</li><li>Li, R., Volenec, J. J., Joern, B. C., Cunningham, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+changes+in+nonstructural+carbohydrates,+protein,+and+macronutrients+in+roots+of+alfalfa,+red+clover,+sweetclover,+and+birdsfoot+trefoil.">Seasonal changes in nonstructural carbohydrates, protein, and macronutrients in roots of alfalfa, red clover, sweetclover, and birdsfoot trefoil.</a> Crop Science. 36, 617-623 (1996).</li><li>S&#225;nchez, E., Rivero, R. M., Ruiz, J. M., Romero, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+biomass,+enzymatic+activity+and+protein+concentration+in+roots+and+leaves+of+green+bean+plants+(Phaseolus+vulgaris+L.+cv.+Strike)+under+high+NH4NO3+application+rates.">Changes in biomass, enzymatic activity and protein concentration in roots and leaves of green bean plants (Phaseolus vulgaris L. cv. Strike) under high NH4NO3 application rates.</a> Scientia Horticulturae. 99, 237-248 (2004).</li><li>Lenhart, P. A., Eubanks, M. D., Behmer, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water+stress+in+grasslands:+Dynamic+responses+of+plants+and+insect+herbivores.">Water stress in grasslands: Dynamic responses of plants and insect herbivores.</a> Oikos. 124, 381-390 (2015).</li><li>Machado, A. R., Arce, C. C. M., Ferrieri, A. P., Baldwin, I. T., Erb, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Jasmonate-dependent+depletion+of+soluble+sugars+compromises+plant+resistance+to+Manduca+sexta.">Jasmonate-dependent depletion of soluble sugars compromises plant resistance to Manduca sexta.</a> New Phytologist. 207, 91-105 (2015).</li><li>Deans, C. A., Behmer, S. T., Fiene, J., Sword, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatio-temporal,+genotypic,+and+environmental+effects+of+plant+soluble+protein+and+digestible+carbohydrate+content:+implications+for+insect+herbivores+with+cotton+as+an+exemplar.">Spatio-temporal, genotypic, and environmental effects of plant soluble protein and digestible carbohydrate content: implications for insect herbivores with cotton as an exemplar.</a> Journal of Chemical Ecology. 42 (11), 1151-1163 (2016).</li><li>Boisen, S., Bech-Andersen, S., Eggum, B. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+critical+view+of+the+conversion+factor+6.25+from+total+nitrogen+to+protein.">A critical view of the conversion factor 6.25 from total nitrogen to protein.</a> Acta Agriculturae Scandinavica. 37, 299-304 (1987).</li><li>Ezeagu, I. E., Petzke, J. K., Metges, C. C., Akinsoyinu, A. O., Ologhobo, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seed+protein+contents+and+nitrogen-to-protein+conversion+factors+for+some+uncultivated+tropical+plant+seeds.">Seed protein contents and nitrogen-to-protein conversion factors for some uncultivated tropical plant seeds.</a> Food Chemistry. 78, 105-109 (2002).</li><li>Izhaki, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+nonprotein+nitrogen+on+estimation+of+protein+from+total+nitrogen+in+fleshy+fruits.">Influence of nonprotein nitrogen on estimation of protein from total nitrogen in fleshy fruits.</a> Journal of Chemical Ecology. 19, 2605-2615 (1993).</li><li>Moss&#233;, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrogen+to+protein+conversion+factor+for+ten+cereals+and+six+legume+or+oilseeds.+A+reappraisal+of+its+definition+and+determination.+Variation+according+to+species+and+seed+protein+content.">Nitrogen to protein conversion factor for ten cereals and six legume or oilseeds. A reappraisal of its definition and determination. Variation according to species and seed protein content.</a> Journal of Agricultural and Food Chemistry. 38, 18-24 (1990).</li><li>Bradford, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+rapid+and+sensitive+method+for+the+quantitation+of+microgram+quantities+of+protein+utilizing+the+principle+of+protein-dye+binding.">A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding.</a> Analytical Biochemistry. 72 (1-2), 248-254 (1976).</li><li>Jones, C. G., Hare, J. D., Compton, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+plant+protein+with+the+Bradford+assay.">Measuring plant protein with the Bradford assay.</a> Journal of Chemical Ecology. 15 (3), 979-992 (1989).</li><li>Dubois, M., Gilles, K. A., Hamilton, J. K., Rebers, P. A., Smith, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colormetric+method+for+determination+of+sugars+and+related+substances.">Colormetric method for determination of sugars and related substances.</a> Analytical Biochemistry. 28, 350-358 (1956).</li><li>Clissold, F. J., Sanson, G. D., Read, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+paradoxical+effects+of+nutrient+ratios+and+supply+rates+on+an+outbreaking+insect+herbivore,+the+Australian+plague+locust.">The paradoxical effects of nutrient ratios and supply rates on an outbreaking insect herbivore, the Australian plague locust.</a> Journal of Animal Ecology. 75, 1000-1013 (2006).</li><li>Smith, D., Paulsen, G. M., Raguse, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extraction+of+total+available+carbohydrates+from+grass+and+legume+tissue.">Extraction of total available carbohydrates from grass and legume tissue.</a> Plant Physiology. 39 (6), 960-962 (1964).</li><li>Cui, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Food carbohydrates: Chemistry, physical properties, and applications. , (2005).</li><li>Chow, P. S., Landh&#228;usser, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+for+routine+measurements+of+total+sugar+and+starch+content+in+woody+plant+tissues.">A method for routine measurements of total sugar and starch content in woody plant tissues.</a> Tree Physiology. 24 (10), 1129-1136 (2004).</li><li>Masuko, T., Minami, A., Iwasaki, N., Majima, T., Nishimura, S. I., Lee, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbohydrate+analysis+by+a+phenol-sulfuric+acid+method+in+microplate+format.">Carbohydrate analysis by a phenol-sulfuric acid method in microplate format.</a> Analytical Biochemistry. 339 (1), 69-72 (2005).</li><li>Foley, W. J., McIlwee, A., Lawler, I., Aragones, L., Woolnough, A. P., Berding, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ecological+applications+of+near+infrared+reflectance+spectroscopy-+a+tool+for+rapid,+cost-effective+prediction+of+the+composition+of+plant+and+animal+tissues+and+aspects+of+animal+performance.">Ecological applications of near infrared reflectance spectroscopy- a tool for rapid, cost-effective prediction of the composition of plant and animal tissues and aspects of animal performance.</a> Oecologia. 116 (3), 292-305 (1998).</li><li>Kokaly, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+a+physical+basis+for+spectroscopic+estimates+of+leaf+nitrogen+concentration.">Investigating a physical basis for spectroscopic estimates of leaf nitrogen concentration.</a> Remote Sensing of Environment. 75 (2), 153-161 (2001).</li><li>Schulz, H., Baranska, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+and+quantification+of+valuable+plant+substances+by+IR+and+Raman+spectroscopy.">Identification and quantification of valuable plant substances by IR and Raman spectroscopy.</a> Vibrational Spectroscopy. 43 (1), 13-25 (2007).</li><li>Cozzolino, D., Mor&#243;n, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+potential+of+near-infrared+reflectance+spectroscopy+to+analyse+soil+chemical+and+physical+characteristics.">The potential of near-infrared reflectance spectroscopy to analyse soil chemical and physical characteristics.</a> The Journal of Agricultural Science. 140, 65-71 (2003).</li><li>Simpson, S. J., Sword, G. A., Lorch, P. D., Couzin, I. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cannibal+crickets+on+a+forced+march+for+protein+and+salt.">Cannibal crickets on a forced march for protein and salt.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (11), 4152-4156 (2006).</li><li>Lihoreau, M., Buhl, J., Sword, G. A., Raubenheimer, D., Simpson, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nutritional+ecology+beyond+the+individual:+a+conceptual+framework+for+integrating+nutrition+and+social+interactions.">Nutritional ecology beyond the individual: a conceptual framework for integrating nutrition and social interactions.</a> Ecology Letters. 18 (3), 273-286 (2015).</li><li>Deans, C. A., Behmer, S. T., Tessnow, A., Tamez-Guerra, P., Pusztai-Carey, M., Sword, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nutrition+affects+insect+susceptibility+to+Bt.">Nutrition affects insect susceptibility to Bt.</a> Scientific Reports. 7, 39705 (2017).</li></ol>

Genom att kombinera väletablerade kolorimetriska analyser med effektiv anläggningsspecifika extraktion protokoll, erbjuda analyserna visade här en rimlig och noggrann metod för att mäta växt lösligt protein och lättsmält kolhydrat innehåll. Våra resultat med majs som ett föredöme illustrerar hur dessa protokoll kan användas för att erhålla exakta mätningar över olika biologiskt relevanta rumsliga skalor. Till exempel kunde vi identifiera skillnader i växten lösligt protein och lättsmält kolhydrat in...

Växtbiomassa utgör grunden för nästan alla landlevande födovävar. Växter förvärva näringsämnen från marken genom sina rötter-system och utnyttja solljuset i sina foliar vävnader att syntetisera biomolekyler. I synnerhet kol och kväve används för att skapa kolhydrater, proteiner (som består av aminosyror) och lipider som behövs för att bygga anläggningen biomassa (det bör noteras att i växt fysiologi den termen ”macronutrient” ofta hänvisar till jord element, såsom N, P, K och S, men kommer i hela detta dokument denna term se biomolekyler, som proteiner, kolhydrater och lipider). När växtätare konsumerar växtmaterial, makronäringsämnen som finns i växt vävnader bryts ner i sina beståndsdelar och sedan används för att driva de fysiologiska processerna av konsumenten. På detta sätt har växt makronäringsämnen en stark påverkan på konsumenten fysiologi tillsammans med viktiga konsekvenser för högre ordning ekologiska interaktioner och mat-web dynamics.
Över hela djurriket är lösligt protein och smältbara kolhydrater makronäringsämnen mest nära knuten till överlevnad, reproduktion och prestanda1. Dessutom reglera majoriteten av djur aktivt sitt intag av makronäringsämnen två att möta deras fysiologiska krav1,2. Detta är särskilt sant för insekt växtätare som upptäcka koncentrationerna av sockerarter och aminosyror i växt vävnader, som i sin tur styr utfodring beteende. Som ett resultat, plantera lösligt protein och lättsmält kolhydratinnehållet har spelat en stor roll i utvecklingen av växt-insekt interaktioner.
Även uppgifter om anläggningen lösligt protein och lättsmält kolhydrat innehåll är relativt sällsynta (men se6,7,8,9,10,11), finns det en övervikt av tillgängliga data om anläggningen elementärt innehåll (kol, kväve och fosfor). Till stor del detta beror på att elementen har en primär roll i växt Mineralisk näring3,4,5. Där element mäts, korrelationer har använts för att extrapolera mängden lösligt protein och lättsmälta kolhydrater, men exakta beräkningar är ofta svårt att få. Det är exempelvis omöjligt att använda kol som en indikator på anläggningen lättsmält kolhydratinnehållet eftersom kol finns ubiquitously i alla organiska föreningar. En starkare relation mellan elementärt kväve och växt lösligt proteininnehåll och generaliserad kväve-till-protein konverteringsfaktorer änvänds ofta. Det finns dock starka bevis för att kväve-till-protein konverteringar är mycket artspecifika12,13,14,15, gör användningen av generaliserad konvertering sannolikt felaktig. På grund av detta saknar kväve-till-protein konverteringsfaktorer ofta precision, särskilt i den utsträckning som krävs för näringsmässiga studier på växtätare. Dessutom kan förekomsten av N-innehållande växt allelochemicals, såsom alkaloider och Glukosinolater som ofta är giftiga för växtätare, blanda ihop dessa konverteringar.
Här erbjuder vi två kemiska analyser för att mäta koncentrationen av lösliga proteiner och smältbara kolhydrater i växt vävnader. Dessa analyser redovisas separat, men det föreslås att de användas samtidigt att analysera de samma växtprover för att uppnå en mer omfattande analys av växten makronäringsämnen. Båda använder liknande metoder, som består av en extraktion steg, följt av kvantifiering via absorbans. Anläggningen prov prep är också identiska för båda protokollen, vilket gör det enkelt att köra båda analyser i tandem. Nyttan av dessa analyser inte uppstår ur sin nyhet, eftersom de bygger på äldre, (Bradford, Jones, Dubois) väletablerade kolorimetriska analyser16,17,18, men här har vi organiserat en tydlig och lätt att följa protokoll som kombinerar dessa metoder med mer obskyra anläggningsspecifika utvinning tekniker17,19 för att göra tillämpningen av dessa analyser mer tillgängliga för de i växt-relevanta fält.
För båda analyser extraheras växt makronäringsämnen först fysiskt genom frysning, frystorkning och slipning växtmaterial. För lösligt protein analysen, ytterligare sker kemisk extraktion17,19 genom flera rundor av vortexa och värme prover i NaOH-lösning. Den välkända Bradford assay, utnyttja Coomassie brilliant blue G-250, används för att kvantifiera lösliga proteiner och polypeptider mellan 3,000-5,000 Dalton16,17. Denna analys har ett detektionsområde mellan 1-20 µg totalt proteiner per mikroplattan väl eller < 25 µg/mL, men inte inte mäta fria aminosyror. Steget utvinning av lättsmält kolhydrat analysen är baserad på metoden för utspädd syra av Smith et al. 20 och tillåter för isolering av lösliga sockerarter, stärkelse, och fructosan – men inte strukturella kolhydrater. En fenol-sulfuric syra kvantifiering metod tas från Dubois et al. 18 och mäter alla mono-, oligo- och polysackarider (samt metyl derivat). Denna analys är kunna kvantifiera specifika sockerarter, men här använder vi det som en indikator på totala lättsmält kolhydrat innehåll (se Smith et al. 20 för mer detaljerad analys). Tillsammans, mäta dessa analyser två makronäringsämnen som är starkt bundna för att plantera eco-fysiologi och växtätare prestanda, med viktiga uppgifter om resurs kvalitet vid basen av terrestrial näringsvävar. Presentera dessa protokoll främjar generering av växten macronutrient datamängder för att erhålla en mer grundlig förståelse av växtfysiologi, växtätare näringsmässiga ekologi och växt-herbivor interaktioner.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="670">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">microplate reader (spectrophotometer)</td>
			<td style="width:111px;">Bio-Rad</td>
			<td style="width:119px;">Model 680 XR</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:273px;">Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent concentrate</td>
			<td style="width:111px;">Bio-Rad</td>
			<td style="width:119px;">#5000006</td>
			<td>450mL</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantifying plant soluble protein and digestible carbohydrate content, using corn (zea mays) as an exemplar

Elementär data används ofta att härleda växt kvalitet som en resurs för växtätare. Men begränsa gränslösa av kol i biomolekyler, förekomsten av kvävehaltiga växt defensiva föreningar och variation i artspecifika korrelationer mellan kväve och växt proteinhalt alla riktigheten av dessa slutsatser. Dessutom forskning inriktad på anläggningen eller växtätare fysiologi kräver en nivå av noggrannhet som inte uppnås med generaliserad korrelationer. De metoder som presenteras här ger forskare en tydliga och snabba protokoll för direkt mätning av lösliga växtproteiner och lättsmälta kolhydrater, två växt makronäringsämnen mest nära knuten till djurens fysiologiska prestanda. Protokollen kombinera väl karakteriserade kolorimetriska analyser med optimerad anläggningsspecifika matsmältningen steg att ge exakta och reproducerbara resultat. Våra analyser av olika sockermajs vävnader visar att dessa analyser har känsligheten att upptäcka variation i växt lösligt protein och lättsmält kolhydrat innehåll över flera rumsliga skalor. Dessa inkluderar mellan-växt skillnader över växande regioner och arter eller sorter, liksom inom-växt skillnader i vävnadstyp och även positionella skillnaderna inom samma vävnaden. Att kombinera lösligt protein och lättsmält kolhydrat innehåll med elementärt data har också potential att ge nya möjligheter i växtbiologi ansluta Mineralisk växtnäring med växt fysiologiska processer. Dessa analyser hjälper också generera lösligt protein och lättsmält kolhydrat-data som behövs för att studera näringsmässiga ekologi, växt-herbivor interaktioner och näringsväv dynamik, som i sin tur kommer att förbättra fysiologi och ekologisk forskning.

För att Visa nyttan av dessa metoder, analyserade vi de lösligt protein och lättsmält kolhydratinnehållet i fyra olika fält och sockermajs vävnader som fungerar som distinkta potentiella näringsmässiga resurser för insekt växtätare. Vi samlat öron av majs från tre jordbruksregioner i USA (Minnesota, North Carolina och Texas), som omfattar fem olika sorter av sockermajs (dvs genotyper) och en mängd olika fält majs som en outgroup. Tabell 3 visar en...

Watch this Scientific Journal Video about Quantifying Plant Soluble Protein and Digestible Carbohydrate Content, Using Corn Zea mays As an Exemplar at JoVE.com

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

Kvantifiera växt lösligt Protein och lättsmält kolhydrat innehåll, med hjälp av majs (Zea mays) som ett föredöme

De protokoll som beskrivs häri ger en tydlig och lättillgänglig metod för mätning av lösligt protein och lättsmält (icke-strukturella) kolhydratinnehållet i växt vävnader. Möjligheten att kvantifiera dessa två växt makronäringsämnen har betydande konsekvenser för framflyttning områdena växtfysiologi, näringsmässiga ekologi, växt-herbivor interaktioner och mat-web ekologi.

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

This method allows researchers in the field of plant sciences and nutritional ecology to accurately measure concentrations of soluble proteins and digestible carbohydrates in plant tissue. The main advantage of these techniques is that they offer a quick and easy method for quantifying these two incredibly important macronutrients with high accuracy. These techniques have strong implications for the field of ecology because plant proteins and carbohydrates make up the base of terrestrial food webs.Generally, individuals new to this technique may struggle because there are several steps and some techniques which are not commonly performed in a general-use lab. To begin, weigh out replicate samples of each tissue into labeled 1.5 milliliter microcentrifuge tubes. Next, record the precise mass of each sample.Using a micropipetter, add 500 micro-liters of 0.1 molar sodium hydroxide to each tube. Close the lids tightly and sonic heat the tubes for 30 minutes. Next, place the tubes in a preheated hot-water bath for 15 minutes.After this, centrifuge the tubes at 15, 000 G for 10 minutes. Pipette the supernatant into new, labeled microcentrifuge tubes, using a new pipette tip for each sample. Add 300 microliters of 0.1 molar sodium hydroxide to the pellet, and repeat the centrifugation for 10 minutes.After this, remove the supernatant and transfer it to the tubes containing the supernatant from the first centrifugation. To neutralize the pH of the supernatant, add 11 microliters of 5.8 molar hydrochloric acid. Use litmus paper to confirm the pH is approximately seven.Next, add 90 microliters of 100%trichloroacetic acid to each tube. Then incubate the tubes on ice for 30 minutes. Centrifuge the samples at 13, 000 G for 10 minutes at four degrees Celsius.Carefully use a vacuum line and glass micropipette tip to remove the trichloroacetic acid. Be very careful not to disturb the pellet with the suction tip. Next, wash the pellet with 100 microliters of acetone cooled to 20 degrees Celsius, then allow the acetone to evaporate in a fume hood.Dissolve the protein pellet with one milliliter of sodium hydroxide. Additional rounds of heating, vortexing and sonic heating may be required. Add 160 microliters of each IGG standard solution to a 96-well plate in triplicate, starting with the A1 position Next, in a new 1.5 milliliter tube add 50 microliters of each sample solution to 950 microliters of distilled water.Then add 60 microliters of each diluted sample to the well plate in triplicate, starting with the H1 position. Add 100 microliters of distilled water to all of the blank and unknown sample wells. Using a multi-channel pipette, add 40 microliters of Coomassie Brilliant Blue G-250 protein dye to each well of the plate.Using a needle, pop any bubbles present in the wells. After this, allow the plate to incubate at room temperature for five minutes. Then use a microplate spectrophotometer to record the absorbence values for each well at 595 nanometers.First, weigh out replicates from each tissue sample into glass 15 milliliter tubes. Label the tubes and record the exact mass of each sample. Next, add one milliliter of 0.1 molar sulfuric acid to each tube and close the caps tightly.Then place the tubes in a boiling-water bath for one hour. Transfer the tubes to a tepid water bath to cool. Then pour the contents of the tubes into labeled 1.5 milliliter microcentrifuge tubes.After this centrifuge tubes at 15, 000 G for 10 minutes. Use a micro pipette to transfer the supernatant to new labeled 1.5 milliliter tubes. Using a pipette transfer 15 microliters of each unknown sample to its own test tube.Then add 385 microliters of distilled water to each tube. In a fume hood add 400 microliters of 5%phenol to each standard and unknown sample test tube. Immediately thereafter add two milliliters of sulfuric acid to each tube.Make sure to add the sulfuric acid to the surface of the solution. After incubating the tubes for 10 minutes, vortex the tubes. Then incubate the tube for an additional 30 minutes.Transfer 800 microliter from each sample tube to three polystyrene 1.5 milliliter semi-microcuvettes. Then set the spectrophotometer to read at 490 nanometers and calibrated with a blank cuvette. Finally, run each cuvette through the spectrophotometer and record the absorbence.Using this protocol, the soluble protein and digestible carbohydrate content of four different field and sweet corn tissues from three geographical regions were analyzed. Significant differences in soluble protein content were observed between the regions, thus necessitating separate analyses for each region. Across regions there were several differences in soluble protein and digestible carbohydrate content between tissues.In Minnesota, tissues only varied in soluble protein content while North Carolina tissues varied in both soluble protein and digestible carbohydrates. Variability in tissue macronutrient content in Texas depended on the variety. This technique will allow researchers in the field of plant sciences and nutritional ecology to precisely measure soluble plant protein and digestible carbohydrates, rather than extrapolating from elemental measures.Don't forget that working with liquid nitrogen, concentrated acids and bases, can be extremely hazardous. So always use precautions such as gloves, safety goggles, aprons and closed-toed shoes whenever working with these chemicals.

Research

JoVE Journal

Environment

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

Analysis of Fatty Acid Content and Composition in Microalgae

Analys av fettsyrasammansättning och sammansättning i Mikroalger

A method to determine the content and composition of total fatty acids present in microalgae is described. Fatty acids are a major constituent of ...

Transcript and Metabolite Profiling for the Evaluation of Tobacco Tree and Poplar as Feedstock for the Bio-based Industry

Transcript och metabolit profilering för utvärdering av tobaks Träd och poppel som råvara för biobaserade industri

The global demand for food, feed, energy, and water poses extraordinary challenges for future generations. It is evident that robust platforms for the ...

Air-sampled Filter Analysis for Endotoxins and DNA Content

Luft samplade Filter Analys för endotoxiner och DNA-innehåll

Outdoor aerosol research commonly uses particulate matter sampled on filters. This procedure enables various characterizations of the collected particles ...

Method to Produce Durable Pellets at Lower Energy Consumption Using High Moisture Corn Stover and a Corn Starch Binder in a Flat Die Pellet Mill

Metod för att producera hållbart Pellets på lägre energiförbrukning använder höga fukt Corn Stover och majsstärkelse Binder i en platt Die Pellet Mill

A major challenge in the production of pellets is the high cost associated with drying biomass from 30 to 10% (w.b.) moisture content. At Idaho National ...

Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools

Utveckling av nya metoder för kvantifiering av fisk densitet med undervattens Stereo-video verktyg

The use of video camera systems in ecological studies of fish continues to gain traction as a viable, non-extractive method of measuring fish lengths and ...

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize (Zea mays L.)

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize Zea mays L.

Hög genomströmning, hur provtagningsutrustningen skall protokollet för analys av bearbetning parametrar och näringsvärde i majs (Zea mays L.)

Maize is an important grain crop in the United States and worldwide. However, maize grain must be processed prior to human consumption. Furthermore, whole ...

Design and Use of an Apparatus for Quantifying Bivalve Suspension Feeding at Sea

Design och användning av en apparat för att kvantifiera tvåskaliga Suspension utfodring till sjöss

As shellfish aquaculture moves from coastal embayments and estuaries to offshore locations, the need to quantify ecosystem interactions of farmed bivalves ...

Combining Eye-tracking Data with an Analysis of Video Content from Free-viewing a Video of a Walk in an Urban Park Environment

Kombinera Eye-tracking data med en analys av video innehåll från Free-Visa en video av en promenad i en urban Park miljö

As individuals increasingly live in cities, methods to study their everyday movements and the data that can be collected becomes important and valuable. ...

Separation of Spinach Thylakoid Protein Complexes by Native Green Gel Electrophoresis and Band Characterization using Time-Correlated Single Photon Counting

Separation av spenat tylakoida proteinkomplex av infödda grön gelelektrofores och bandet karakterisering med Time-Correlated Single Photon Counting

The light reactions of photosynthesis are carried out by a series of pigmented protein complexes in the thylakoid membranes. The stoichiometry and ...

An Optimized Rhizobox Protocol to Visualize Root Growth and Responsiveness to Localized Nutrients

Ett optimerat Rhizobox protokoll att visualisera rottillväxt och lyhördhet för lokaliserade näringsämnen

Roots are notoriously difficult to study. Soil is both a visual and mechanical barrier, making it difficult to track roots in situ without destructive ...