Name: a method to preserve wetland roots and rhizospheres for elemental imaging
Uploaded: 2021-02-15T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Method to Preserve Wetland Roots and Rhizospheres for Elemental Imaging at JoVE.com

ويعترف المؤلفان بمنحة بذور مشتركة إلى سيفرث وطابيرو لدعم التعاون بين مختبر جامعة ديلاوير وبروكهافن الوطني. استخدمت أجزاء من هذا البحث خط شعاع XFM (4-BM) من مصدر ضوء السنكروترون الوطني II ، وهو مكتب وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) لمرفق مستخدمي العلوم الذي يعمل لمكتب وزارة الطاقة للعلوم من قبل مختبر بروكهافن الوطني بموجب العقد رقم DE-SC0012704.

1. إعداد معدات تجميد البطولات الاربع
<ol><li>ضع كتلتين نحاسيتين (~ 5 سم × 5 سم × 15 سم) أفقيا داخل مبرد نظيف قادر على حمل النيتروجين السائل وصب ما يكفي من النيتروجين السائل لغمر الكتل. بمجرد أن تهدأ الفقاعات ، ضع اثنين من الفواصل فوق كتلة نحاسية واحدة في كل نهاية. ملاحظة: يحدد ارتفاع المسافة ارتفا...

تصف هذه الورقة بروتوكولا للحصول على التربة السائبة المحفوظة + رهيزوسفير جذور نبات الأراضي الرطبة باستخدام تقنية تجميد البطولات الاربع التي يمكن استخدامها للتصوير عنصري و / أو رسم خرائط المواصفات الكيميائية.
هناك العديد من الفوائد من هذا الأسلوب على الأساليب الموجودة. أولا...

الجذور وجذورها هي دينامية، غير متجانسة، وأهمية حاسمة لفهم كيفية حصول النباتات على المواد الغذائية المعدنية والملوثات1،2،3. الجذور هي المسار الرئيسي الذي تنتقل به العناصر الغذائية (مثل الفوسفور) والملوثات (مثل الزرنيخ) من التربة إلى النباتات وبالتالي فهم هذه العملية له آثار على كمية الغذاء ونوعيته، وعمل النظام الإيكولوجي، والمعالجة النباتية. ومع ذلك، الجذور ديناميكية في المكان والزمان تنمو استجابة لاحتياجات اكتساب المغذيات وغالبا ما تختلف في وظيفة وقطرها وهيكل (على سبيل المثال، جذور الجانبية، جذور المغامرة، الشعر الجذر)2. ويمكن دراسة عدم تجانس نظم الجذر على المقاييس المكانية من الخلايا إلى مستوى النظام الإيكولوجي وعلى نطاقات زمنية من الساعة إلى العشارية. وهكذا، فإن الطبيعة الديناميكية وغير المتجانسة للجذور والتربة المحيطة بها، أو رهيزوسفير، تشكل تحديات لالتقاط كيمياء الرهيزوسفير مع مرور الوقت. وعلى الرغم من هذا التحدي، من الضروري دراسة الجذور في بيئة التربة الخاصة بهم لتوصيف هذه العلاقة الحرجة بين النباتات والتربة.
إن كيمياء الرهيزوسفير لنباتات الأراضي الرطبة تشكل تحديا خاصا للتحقيق بسبب تدرجات الأكسجين الحادة الموجودة من التربة السائبة إلى الجذور، والتي تتغير في المكان والزمان. لأن الجذور تحتاج إلى الأكسجين للتنفس، وقد تكيفت النباتات الأراضي الرطبة لظروف انخفاض الأكسجين من التربة الرطبة عن طريق خلق aerenchyma4،5. Aerenchyma هي الأنسجة القشرية المجوفة التي تمتد من يطلق النار على الجذور، مما يسمح بنشر الهواء من خلال النبات في الجذور. ومع ذلك، فإن بعض من هذا الهواء يتسرب إلى رهيزوسفير في أجزاء أقل فرعية من الجذور لا سيما بالقرب من تقاطعات الجذر الجانبي، نصائح الجذر أقل نضجا ومناطق الاستطالة6،7،8،9. هذا فقدان الأكسجين الشعاعي يخلق منطقة مؤتأكسدة في رهيزوسفير من نباتات الأراضي الرطبة التي تؤثر على الكيمياء رهيزوسفير (بيو جيو) ويختلف عن انخفاض التربة السائبة10،11،12. لفهم مصير ونقل المواد الغذائية والملوثات في رهيزوسفير الأراضي الرطبة والجذور، من الأهمية بمكان الحفاظ على التربة السائبة المنخفضة كيميائيا، ورهيزوسفير المؤأكسدة، وجذور نباتات الأراضي الرطبة لتحليلها. ومع ذلك، لأن التربة السائبة تحتوي على مكونات التربة المنخفضة التي هي حساسة للأوكسجين، يجب أن تحافظ طرق الحفاظ على الجذر والتربة على الهياكل الجذرية وتقليل ردود الفعل الحساسة للأوكسجين.
توجد طرق لإصلاح الأنسجة النباتية والحفاظ على البنية الفوقية للتصوير ، ولكن لا يمكن تطبيق هذه الأساليب للحفاظ كيميائيا على الجذور المتنامية في تربة الأراضي الرطبة. للتحقيقات حيث التوزيع عنصري فقط داخل الخلايا النباتية هو المطلوب، وعادة ما تزرع النباتات الهيدروبونية والجذور يمكن إزالتها بسهولة من الحل، ثابتة تحت ضغط عال تجميد وتجميد الاستبدال ومقسمة لمجموعة متنوعة من تطبيقات التصوير بما في ذلك عالية الدقة الطيف الكتلي الأيونات الثانوية (nanoSIMS)، المجهر الإلكتروني، وsnhrotron الأشعة السينية الفلورية (S-XRF) تحليل13، 14،15. للتحقيق في لوحة Fe على السطح الخارجي لجذور الأراضي الرطبة ، يجب أن تحفز هذه الدراسات المائية بشكل مصطنع تكوين لوحة Fe في الحل16، والتي لا تمثل بدقة عدم تجانس التوزيع والتركيب المعدني لتشكيل البلاك Fe والعناصر المرتبطة به في الموقع17و18و19و20. توجد طرق للحفاظ على التربة الرطبة والكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بها مع تجميد coring21، ولكن من الصعب الحصول على جذور مع هذه التقنية. الأساليب الحالية لتصور الجذور المتنامية في التربة وكيمياء رهيزوسفيرها تتكون من نوعين من أنواع القياس الأولية: التدفقات الأولية والتركيز الأساسي الكلي (والتكهنات). يتم قياس الأول عادة باستخدام تدرجات الانتشار في الأفلام الرقيقة (DGT)22،23،24، حيث يتم وضع التربة في صناديق رهيزوبوكس لدعم نمو النبات في إعداد المختبر وعناصر الشفرين في التربة المنتشرة من خلال هلام في طبقة ملزمة. ويمكن بعد ذلك تصوير هذه الطبقة الملزمة لتحديد العناصر الشفهية ذات الاهتمام. هذه التقنية يمكن أن توضح بنجاح العلاقات بين الجذور ورهيزوسفير24،25،26،27، ولكن قد توجد القطع الأثرية من الجذر يحدها النباتات المتنامية في rhizoboxes ، ولا يتم التقاط المعلومات عن باطن الجذر مع DGT. ويشمل هذا الأخير أخذ عينات من الجذور ورهيزوسفير، والحفاظ على العينة، وتحليل التوزيع الأولي مباشرة على قسم العينة. لهذه العينة البيئية من جذور النباتات الأراضي الرطبة ورهيزوسفير المحيطة بها، مطلوب التعامل مع عينة دقيقة لتجنب القطع الأثرية من إعداد العينة.
هنا يوصف بروتوكول يحافظ بشكل فعال على هياكل الجذر وكيمياء الرهيزوسفير لنباتات الأراضي الرطبة عن طريق تجميد البطولات الاربع وتجميد التجفيف. يمكن أن يؤدي تجميد الفلاش إلى إبطاء التحولات في المذابات الحساسة للأوكسجين بشكل كبير ولكنه قد يضر بالجذور وقد يسبب التعبئة عندما تجف العينات. ومع ذلك، البطولات الاربع تجميد حيث يتم تجميد العينة بين كتل النحاس تبريد مسبق مع النيتروجين السائل يقلل من تلف الجذر وتشويه العينة28. ثم يتم تضمين العينات المحفوظة في راتنج الايبوكسي الذي يحافظ على الطيف20،29 ويمكن قطع ومصقول لتصوير الجذور داخل التربة rhizosphere بهم. تم تحليل العينات في هذا التقرير من قبل التصوير الطيف الكيميائي S-XRF بعد تقسيم رقيقة. ومع ذلك، يمكن أيضا استخدام تقنيات تصوير أخرى، بما في ذلك قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترن بالاجتثاث بالليزر (LA-ICP-MS)، وانبعاثات الأشعة السينية الناجمة عن الجسيمات (PIXE)، وقياس الطيف الكتلي الأيوني الثانوي (SIMS)، والتصوير الطيفي للانهيار الناجم عن الليزر (LIBS).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Copper blocks</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>89275K42</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diamond blade</td>
			<td>Buehler</td>
			<td>15 LC, 102 mm x 0.3 mm</td>
			<td>operation speed: 225 rpm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy forms</td>
			<td>Struers</td>
			<td>40300085</td>
			<td>FixiForm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy</td>
			<td>Epotek</td>
			<td>301-2FL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superglue</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>404</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thin sectioning machine</td>
			<td>Buehler</td>
			<td>PetroThin</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wet saw</td>
			<td>Buehler</td>
			<td>IsoMet 1000</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a method to preserve wetland roots and rhizospheres for elemental imaging

تتفاعل الجذور على نطاق واسع مع بيئة التربة الخاصة بها ولكن تصور مثل هذه التفاعلات بين الجذور ورهيزوسفير المحيطة بها أمر صعب. كيمياء رهيزوسفير من نباتات الأراضي الرطبة صعبة بشكل خاص لالتقاط بسبب تدرجات الأكسجين حاد من الجذور إلى التربة السائبة. هنا يوصف بروتوكول يحافظ بشكل فعال على بنية الجذر وكيمياء رهيزوسفير لنباتات الأراضي الرطبة من خلال تجميد البطولات الاربع وتجميد التجفيف. البطولات الاربع تجميد، حيث يتم تجميد العينة بين كتل النحاس تبريدها مسبقا مع النيتروجين السائل، ويقلل من تلف الجذر وتشويه العينة التي يمكن أن تحدث مع فلاش تجميد مع الاستمرار في تقليل التغيرات الطيف الكيميائي. في حين أن تشويه العينة لا يزال ممكنا ، والقدرة على الحصول على عينات متعددة بسرعة وبأقل تكلفة يزيد من إمكانية الحصول على عينات مرضية ويحسن وقت التصوير. وتبين البيانات أن هذه الطريقة ناجحة في الحفاظ على أنواع الزرنيخ المنخفضة في جذور الأرز ورهيزوسفيرات المرتبطة لويحات الحديد. ويمكن اعتماد هذه الطريقة لدراسات العلاقات بين النباتات والتربة في طائفة واسعة من بيئات الأراضي الرطبة التي تمتد على نطاقات تركيز من ركوب الدراجات عنصر التتبع لتطبيقات المعالجة النباتية.

وتسمح هذه الطريقة بالحفاظ على الجذور والأنواع الكيميائية في جذور وجذور نباتات الأراضي الرطبة وفي التربة السائبة. في هذا العمل، تم استخدام هذه الطريقة لتقييم كما speciation والتوطين المشترك مع أكاسيد Fe و Mn والمواد المغذية النباتية في رهيزوسفير الأرز(Oryza sativa L.). وقد تم زراعة الأرز في مرفق را...

Watch this Scientific Journal Video about A Method to Preserve Wetland Roots and Rhizospheres for Elemental Imaging at JoVE.com

A Method to Preserve Wetland Roots and Rhizospheres for Elemental Imaging

نحن نصف بروتوكولا لعينة والحفاظ عليها وقسم الجذور سليمة والتربة رهيزوسفير المحيطة بها من بيئات الأراضي الرطبة باستخدام الأرز(Oryza sativa L.) كنوع نموذجي. وبمجرد الحفاظ عليها، يمكن تحليل العينة باستخدام تقنيات التصوير الأولي، مثل التصوير الطيفي الكيميائي synchrotron بالأشعة السينية (XRF).

طريقة للحفاظ على جذور الأراضي الرطبة ورهيزوسفير للتصوير عنصري

Roots extensively interact with their soil environment but visualizing such interactions between roots and the surrounding rhizosphere is challenging. The ...

توفر هذه الطريقة للباحثين طريقة جديدة لإعداد جذور النباتات المائية والغلاف السحي المحيط والتربة السائبة لتقنيات التصوير الأولي. الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي أنها سريعة نسبيا وبأسعار معقولة مع الحفاظ أيضا بدقة على توزيع وتكهنات العناصر ذات الاهتمام. ويمكن استخدام هذه التقنية للإجابة على الأسئلة المتعلقة بالعديد من العناصر والنظم النباتية من المواد الغذائية في النظم الزراعية إلى مصير ونقل الملوثات في أنظمة التحمير.تأكد من العمل بسرعة مع مراعاة المنطقة أو المناطق المطلوبة من نظام الجذر لأخذ العينات. وأخذ عينات متعددة لكل نظام الجذر. لإعداد معدات تجميد البطولات الاربع لتجربة، ضع اثنين، خمسة في خمسة في كتل النحاس 15 سنتيمترا أفقيا في برودة نظيفة قادرة على عقد النيتروجين السائل.وارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة، صب ما يكفي من النيتروجين السائل في برودة لغمر الكتل. بمجرد أن تهدأ الفقاعات ، ضع فاصلا واحدا على كل طرف من كتلة نحاسية واحدة. ثم، وذلك باستخدام ملقط وقفازات المبردة، والوقوف على بلوق النحاس الأخرى على نهايتها لجعل استرجاع أسهل عندما تكون العينة في مكانها.لجمع العينة، إما استخدام نبات بوعاء أو استخدام مجرفة للبدء في استخراج النبات المطلوب ورهيزوسفير من التربة الرطبة، مع الحرص على أن حفرة حفر أكبر بكثير من حجم الجذر المطلوب. استخدام شفرة الصلب لقطع أي تربة الزائدة، مع الحرص على عدم تعكير صفو التربة داخل المنطقة المطلوبة. عندما تصل المناطق المطلوبة، وقطع ما يقرب من ثلاثة في ثلاثة في اثنين سنتيمتر مكعب الجذر، وعلى الفور وضع المكعب بين اثنين من الفواصل على كتلة النحاس الأفقي.لتجميد البطولات الاربع من العينة، وتستخدم قفازات التبريد لوضع كتلة النحاس العمودي على الفواصل لمدة خمس دقائق تقريبا. عندما تهدأ محتدما نقل عينة مكعب rhizosphere المجمدة البطولات الاربع في قطعة من قبل المسمى الألومنيوم احباط مربع. لتجميد الجافة مكعبات التربة، عندما مجفف تجميد وصلت إلى ضغط الفراغ المناسبة ودرجة الحرارة، ووضع عينة مكعبات rhizosphere المجمدة واحدة لتنظيف وحمض غسلها أنبوب 50 ملليلتر أو مباشرة في مجفف تجميد واستخدام مسح نظيفة المتاح لمنع الغبار من دخول مضخة فراغ.ضع العينات في وعاء مجفف التجميد لبضعة أيام على الأقل حتى تجف. عندما يتم تجميد الأنسجة المجففة، استخدم شفرة الصلب لمكعبات التربة المجففة إلى حجم مناسب للتحليل قبل وضع المكعبات في أشكال وصفت داخل مجفف فراغ. بعد إعداد الايبوكسي وفقا لتعليمات الشركة المصنعة، استخدم القطارة لإضافة الايبوكسي ببطء إلى النموذج على جانب واحد من التربة، حتى يغطي الايبوكسي العينة بالكامل.سوف تظلم التربة في اللون كما الايبوكسي الرطب التربة. بمجرد تعبئة النماذج مع الايبوكسي، وإغلاق المجفف وبدوره على الفراغ. تحقق من مستوى الايبوكسي كل 30 إلى 90 دقيقة لأول ساعة إلى أربع ساعات ، إضافة الايبوكسي إضافية إذا لزم الأمر.بمجرد تصلب الايبوكسي، قم بإزالة العينة. بعد تضمين، استخدم منشار شفرة الماس الرطب دقيقة لقطع العينة. قطع العينة في اتجاه مختلف إذا لم يتم الحصول على جذور في القطع السابق.بعد التشذيب، يدويا الرمل الجانب قطع من كل عينة مع الصنفرة أدق تدريجيا لمدة 30 ثانية لكل حجم حصى. في هذا الشكل، يمكن ملاحظة عدة أقطار جذر داخل مصفوفة التربة كأقسام عرضية. قد تظهر الجذور مستويات متفاوتة من الجودة.على سبيل المثال، في هذه الصورة، يمكن ملاحظة جذر محفوظ جيدا، وجذر مشوه بواسطة عملية تجفيف التجميد، وجذر تم سحبه أثناء عملية الأقسام الرقيقة. تحليل هذا القسم العرضي الجذر مع جذر الجانبي في المقطع الطولي عن طريق التصوير السنكروترون الأشعة السينية الفلورية كما هو موضح يسمح للكشف عن الحديد والمنغنيز والزرنيخ. وجود الحديد داخل التربة والمحيطة الجذر في لوحة الحديد هو أيضا مرئية في الصور ميكروجراف الضوء.المنغنيز موجود بشكل فريد داخل قشرة الجذر الجانبي ، ولكن أيضا يشارك في توطين الحديد في بعض المناطق داخل البلاك الحديدي كصبغة خضراء زرقاء. يوجد الزرنيخ في الغالب داخل الأوعية الدموية للجذر الجانبي المندمج في الأوعية الدموية للجذر الأساسي. ويكشف التصوير الطيفي الكيميائي عن تباين في توطين أنواع الزرنيخ.كما لوحظ في هذه المؤامرة ثلاثية الألوان، ترتبط ارتباطا وثيقا arsenite وgluthione أرسينيت في الأوعية الدموية، في حين أن أرسينات في المقام الأول توطين داخل السطح الخارجي للجذر، المرتبطة لوحة الحديد. قبل جمع العينات، حدد الجزء المطلوب من نظام الجذر للتصوير الأولي. وهذا يملي اتجاه الموقع من مفتاح الجذر إزالتها.بعد هذا البروتوكول، يمكن تصوير العينات على نطاق ميكرون أو خشنة باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات، اعتمادا على أسئلة بحثية محددة، أو عناصر الاهتمام، أو الأجهزة المتاحة.

Research

JoVE Journal

Environment

A Rapid and Efficient Method for Assessing Pathogenicity of Ustilago maydis on Maize and Teosinte Lines

A Rapid and Efficient Method for Assessing Pathogenicity of Ustilago maydis on Maize and Teosinte Lines

طريقة سريعة وفعالة لتقييم الإمراض في أوستيلاغو مايديس على خطوط الذرة والتيوسينت

Maize is a major cereal crop worldwide. However, susceptibility to biotrophic pathogens is the primary constraint to increasing productivity. U. maydis is ...

A Simple Method for Automated Solid Phase Extraction of Water Samples for Immunological Analysis of Small Pollutants

طريقة بسيطة لالآلي المرحلة الصلبة استخراج عينات المياه للتحليل المناعية من الملوثات الصغيرة

A new method for solid phase extraction (SPE) of environmental water samples is proposed. The developed prototype is cost-efficient and user friendly, and ...

Reliable Method for Assessing Seed Germination, Dormancy, and Mortality under Field Conditions

طريقة موثوقة لتقييم انبات البذور، الخمول، والوفيات تحت الظروف الحقلية

We describe techniques for approximating seed bank dynamics over time using Helianthus annuus as an example study species. Strips of permeable polyester ...

A Method for Evaluating Insecticide Efficacy against Bed Bug, Cimex lectularius, Eggs and First Instars

A Method for Evaluating Insecticide Efficacy against Bed Bug,  Cimex lectularius, Eggs and First Instars

منهج في تقييم فعالية المبيدات الحشرية ضد سرير علة،<em&gt; البق الفراشي</em&gt; والبيض والأطوار الأولى

Standard toxicity evaluations of insecticides against insect pests are primarily conducted on adult insects. Evaluations are based on a dose-response or ...

Ecotoxicological Method with Marine Bacteria Vibrio anguillarum to Evaluate the Acute Toxicity of Environmental Contaminants

Ecotoxicological Method with Marine Bacteria Vibrio anguillarum to Evaluate the Acute Toxicity of Environmental Contaminants

طريقة السمية البيئية مع البكتيريا البحرية<em&gt; فيبريو أنغيلاروم</em&gt; لتقييم السمنة الحادة من الملوثات البيئية

Bacteria are an important component of the ecosystem, and microbial community alterations can have a significant effect on biogeochemical cycling and food ...

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

قياس وتحديد أنماط من تآكل التربة وترسب المتصلة بتركيزات كربونات التربة تحت الإدارة الزراعية

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

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

RGB والتصوير الطيفي الجذر فينوتيبينج النباتية والبحوث الفسيولوجية: الإعداد التجريبية والتصوير البروتوكولات

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

A Novel Method for the Pentosan Analysis Present in Jute Biomass and Its Conversion into Sugar Monomers Using Acidic Ionic Liquid

طريقة جديدة لتحليل بينتوسان الموجودة في الكتلة الأحيائية الجوت وتحويلها إلى أحادية السكر باستخدام السوائل الأيونية الحمضية

Recently, ionic liquids (ILs) are used for biomass valorization into valuable chemicals because of their remarkable properties such as thermal stability, ...

Harvesting Venom Toxins from Assassin Bugs and Other Heteropteran Insects

حصاد السم السموم من قاتل الحشرات وغيرها من الحشرات هيتيروبتيران

Heteropteran insects such as assassin bugs (Reduviidae) and giant water bugs (Belostomatidae) descended from a common predaceous and venomous ancestor, ...

Isolation and Analysis of Microbial Communities in Soil, Rhizosphere, and Roots in Perennial Grass Experiments

عزل وتحليل المجتمعات الميكروبية في التربة، رهيزوسفيري، وجذور في تجارب الأعشاب المعمرة

Plant and soil microbiome studies are becoming increasingly important for understanding the roles microorganisms play in agricultural productivity. The ...