Name: a method to preserve wetland roots and rhizospheres for elemental imaging
Uploaded: 2021-02-15T14:00:00
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作者承认向塞弗斯和塔佩罗提供联合种子赠款，以支持特拉华大学和布鲁克黑文国家实验室之间的合作。这项研究的部分内容使用了国家同步光源II的XFM（4-BM）光束线，这是美国能源部（DOE）科学用户设施办公室，由布鲁克黑文国家实验室根据合同号为能源部科学办公室运营。DE-SC0012704。

1. 准备防冻设备
<ol><li>将两个铜块（+5 厘米 x 5 厘米 x 15 厘米）水平放置在能够容纳液氮的清洁冷却器内，并倒入足够的液氮以淹没方块。一旦冒泡消退，将两个隔垫放在每端一个铜块的顶部。 注：垫片高度决定要冻结的样品的高度：此示例使用 2 厘米隔间创建约 3 厘米 x 3 厘米 x 2 厘米的立方体。液氮的体积取决于冷却器的大小。此示例对大约 5 个立方体系列使用大约 1 L。 注意：使用适?...

本文描述了一种利用可用于元素成像和/或化学规格映射的重度冷冻技术获取湿地植物根部保存的散装土壤和生肖球的协议。
与现有方法比较，此方法有几个优点。首先，这种方法允许同时调查根部和周围的生虫圈。目前存在的方法是，通过冲走土壤和保存根31、32或在人工环境中种植植物（如rhizotbox），以及使用DGT方法检查根-土壤...

根及其生殖球是动态的，异质的，对于理解植物如何获得矿物养分和污染物1，2，3至关重要。根系是营养物质（例如磷）和污染物（例如砷）从土壤转移到植物的主要途径，因此了解这个过程对食物数量和质量、生态系统功能和植物灭菌有影响。然而，根是动态的空间和时间增长，以满足营养获取的需求，他们往往在功能，直径和结构（例如，横向根，冒险根，根毛）2。根系的异质性可以在从细胞到生态系统的空间尺度上以及从每小时到十进制的时间尺度上进行研究。因此，根及其周围土壤（或日光圈）的动态和异质性对捕捉日光圈化学提出了挑战。尽管面临这一挑战，但必须研究土壤环境中的根源，以描述这种关键的植物与土壤关系。
湿地植物的岩石圈化学研究尤其具有挑战性，因为从散装土壤到根部存在陡峭的氧梯度，在空间和时间上都发生了变化。由于根部需要氧气来恢复，湿地植物已经适应了湿地土壤的低氧条件，创造了4，5。Aerenchyma 是空心皮质组织，从芽延伸到根部，允许空气通过植物扩散到根部。然而，其中一些空气泄漏到岩石圈在较低的亚化部分的根，特别是附近的横向根结，不太成熟的根尖和拉长区6，7，8，9。这种径向缺氧在湿地植物的日生圈中形成了一个氧化区，影响生化层（生物-地理）化学，与减少的散装土壤10、11、12有区别。要了解湿地生殖圈和根部营养物质和污染物的命运和运输，必须保存化学减少的散装土壤、氧化的生殖圈和湿地植物的根部进行分析。然而，由于散装土壤中含有对氧敏感的土壤成分减少，根部和土壤保护方法必须保留根部结构并尽量减少对氧敏感的反应。
存在修复植物组织和保存超结构成像的方法，但这些方法不能应用于化学保存生长在湿地土壤中的根部。对于只需要植物细胞内元素分布的调查，植物通常以水力方式生长，根部可以很容易地从溶液中去除，在高压冻结和冷冻替代下固定，并分割成各种成像应用，包括高分辨率二次离子质谱（nanoSIMS）、电子显微镜和同步加速器X射线荧光 （S-XRF） 分析13， 14，15.为了研究湿地根部外的Fe斑块，这些水培研究必须在溶液16中人工诱导Fe斑块的形成，不能准确地代表Fe斑块形成的分布和矿物成分的异质性以及原位17、18、19、20等相关元素。有保存湿地土壤和与冻土有关的微生物的方法，但很难用这种技术获得根基。目前可视化土壤中生长的根及其生殖层化学的方法包括两种主要测量类型：元素通量和总元素浓度（和规格）。前者通常使用薄膜 （DGT）22、23、24中的扩散梯度进行测量，其中土壤被放置在 rhizobox 中，以支持实验室环境中的植物生长，土壤中的阴唇元素通过凝胶扩散到结合层中。然后，可以成像此绑定层，以量化感兴趣的阴唇元素。这项技术可以成功地说明根与日光圈24、25、26、27之间的关系，但根界的人工制品可能通过在rhizots中生长植物而存在，而且没有用DGT捕获有关根内部的信息。后者涉及根部和岩石圈的采样，保存样本，并直接分析样本部分的元素分布。对于湿地植物根部及其周围生虫圈的环境采样，需要仔细的样品处理，以避免样品制备中的人工制品。
这里描述了一个协议，通过猛击冷冻和冷冻干燥，有效地保护了湿地植物的根系结构和岩石圈化学。闪光冻结可以大大减缓对氧敏感溶质的转化，但可能会损坏根部，当样品干涸时，可能会引起动员。然而，在用液氮预冷的铜块之间冷冻样品的重度冻结，可最大限度地减少根部损伤和样品失真28。然后，保存下来的样品被嵌入环氧树脂中，保存为20、29，并可以切割和抛光，以成像其岩石圈土壤中的根部。本报告中的样本在薄截面后由 S-XRF 化学规格成像分析。但是，还可以使用其他成像技术，包括激光消融感应耦合等离子质谱 （LA-ICP-MS）、粒子诱导 X 射线发射 （PIXE）、二次离子质谱 （SIMS） 和激光诱导故障光谱 （LIBS） 成像。

<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

根与土壤环境广泛相互作用，但可视化根与周围岩石圈之间的这种相互作用是具有挑战性的。湿地植物的岩石圈化学由于从根部到散装土壤的陡峭氧梯度，在捕获方面尤其具有挑战性。这里描述了一个协议，通过猛击冷冻和冷冻干燥，有效地保留了湿地植物的根系结构和岩石圈化学。大满贯冷冻，样品被冻结在铜块之间预先冷却液氮，尽量减少根部损伤和样品失真，可能发生闪光冻结，同时仍然尽量减少化学规格的变化。虽然样品失真仍有可能，但快速且成本最低的多个样品的能力增加了获得满意样品和优化成像时间的潜力。资料显示，该方法成功地保存了与铁斑块相关的稻根和生虫的减少砷物种。这种方法可用于研究各种湿地环境中的植物-土壤关系，这些环境跨越了从微量元素循环到植物化应用等各种浓度范围。

这种方法允许在湿地植物的根和生土层中保存根部和化学物种，并进入散装土壤。在这项工作中，该方法用于评估稻米（Oryza水稻 L.）中与Fe和Mn氧化物以及植物养分的规格和共定位。水稻是在特拉华大学的水稻设施中种植的，在那里，30个稻田间皮（每株2米x2米，49株）用于在各种水土管理条件下种植水稻，目的是降低水稻谷物的吸收率和CD。这个实验提供了1470种单个植物，在整个生长季节...

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A Method to Preserve Wetland Roots and Rhizospheres for Elemental Imaging

我们描述了一个协议，以水稻（Oryza水稻 L.）为模型物种，从湿地环境中取样、保存和分割完整的根部和周围的岩石圈土壤。保存后，可以使用元素成像技术（如同步加速器 X 射线荧光 （XRF） 化学光谱成像技术分析样品。

元素成像保护湿地根和岩石圈的方法

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

这种方法为研究人员提供了一种为元素成像技术准备水生植物根部、周围岩石圈和散装土壤的新方法。这种方法的主要优点是，它相对快速和负担得起，同时也准确地保留了利益元素的分布和规格。该技术可用于回答有关许多元素和植物系统的问题，从农业系统的营养物质到束缚系统中污染物的命运和运输。请务必快速工作，同时注意取样根系统所需的区域或区域。并每个根系统采集多个样本。为了准备实验的冷冻设备，将二、五乘五乘五乘15厘米的铜块水平放入一个能够容纳液氮的清洁冷却器中。穿着适当的PPPE，将足够的液氮倒入冷却器中，以淹没方块。一旦冒泡消退，在一个铜块的两端放置一个隔音器。然后，使用钳子和低温手套，站在其末端的另一个铜博客，使检索更容易，当样品到位。要收集样品，要么使用盆栽植物，要么使用铲子开始从潮湿的土壤中提取所需的植物和岩石圈，注意挖洞比所需的根体积大得多。使用钢刀片切割多余的土壤，注意不要打扰所需区域内的土壤。当所需的区域到达时，将大约三乘三乘三乘二厘米的根立方体切开，并立即将立方体放置在水平铜块的两个隔板之间。对于样品的冷冻，使用低温手套将垂直铜块放置在垫片上约五分钟。当冒泡消退时，将冷冻的岩石圈立方体样品转移到一块预先标记的铝箔方块中。要冷冻干燥土壤立方体，当冷冻干燥机达到适当的真空压力和温度时，放置一个冷冻的岩石圈立方体样品，用于清洁和酸洗 50 毫升管或直接进入冷冻干燥机，并使用干净的一次性湿巾防止灰尘进入真空泵。将样品放入冷冻干燥容器中至少几天，直到干燥。当组织被冻结干燥时，使用钢刀片将土壤立方体干燥到适当的大小进行分析，然后将立方体放入真空干燥器内的标记形式中。根据制造商的说明准备环氧树脂后，使用滴滴器在土壤的一侧慢慢添加环氧树脂，直到环氧树脂完全覆盖样品。当环氧树脂弄脏土壤时，土壤会变暗。一旦表格中装满了环氧树脂，关闭干燥器并打开真空。前一到四小时每 30 到 90 分钟检查一次环氧树脂水平，必要时添加额外的环氧树脂。环氧树脂硬化后，取出样品。嵌入后，使用钻石刀片精密湿锯切割样品。如果在上一个切口中未获得根部，则将样品切成不同的方向。修剪后，手动用逐渐细化的砂纸将每个样品的切面擦去，每次砂砾大小为 30 秒。在这个数字中，在土壤基质中可以观察到几个根直径作为横截面。根部可能表现出不同的质量水平。例如，在这张图片中，可以观察到保存完好的根部、被冻结干燥过程扭曲的根和在薄分割过程中拔出的根。通过同步加速器 X 射线荧光成像分析此根横向部分，通过纵向纵向部分进行分析，可以检测铁、锰和砷。在光显微图图像中也可以看到土壤内和铁斑块根部周围的铁的存在。锰在横向根部皮层内独一无二，但在铁斑块内的某些区域也与铁作为绿蓝色色调共同定位。砷主要存在于横向根合并到原根的血管内。化学规格成像揭示了砷物种本地化的变异性。正如在这种三色情节中观察到的，砷酸盐和砷酸谷胱甘肽在血管中密切相关，而砷酸盐主要在根部外部局部化，与铁斑块相关联。在采集样本之前，确定元素成像根系统所需的部分。这将决定删除的根键的位置方向。根据此协议，样品可以使用各种技术以微米级或粗糙度成像，具体取决于具体的研究问题、感兴趣的元素或可用的仪器。

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