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

Forfatterne anerkender et fælles frøtilskud til Seyfferth og Tappero for at støtte samarbejdet mellem University of Delaware og Brookhaven National Laboratory. Dele af denne forskning brugte XFM (4-BM) Beamline af National Synchrotron Light Source II, en U.S. Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility drives for DOE Office of Science af Brookhaven National Laboratory under kontrakt nr. DE-SC0012704.

1. Fremstilling af slam-fryseudstyr
<ol><li>Placer to kobberblokke (~5 cm x 5 cm x 15 cm) vandret inde i en ren køler, der er i stand til at holde flydende nitrogen og hæld nok flydende nitrogen til at nedsænke blokkene. Når boblen aftager, skal du placere to afstandsstykke oven på en kobberblok i hver ende. BEMÆRK: Afstandshøjden bestemmer højden af den prøve, der skal fryses. I dette eksempel bruges en afstandsstykke på 2 cm til at oprette kuber ca. 3 cm x 3 cm x 2 cm. Mængden af flydende nitrogen afhæ...

Dette papir beskriver en protokol til at opnå bevaret bulk jord + rhizosfærer af vådområder planterødder ved hjælp af en slam-frysning teknik, der kan bruges til elementær billeddannelse og / eller kemisk speciation kortlægning.
Der er flere fordele ved denne metode i forhold til eksisterende metoder. For det første giver denne metode mulighed for samtidig undersøgelse af rødder og de omkringliggende rhizosfærer. Der findes i øjeblikket metoder til at bevare og kemisk billedrødde...

Rødder og deres rhizosfærer er dynamiske, heterogene og kritisk vigtige for at forstå, hvordan planter opnår mineralske næringsstoffer og forurenende stoffer1,2,3. Rødder er den primære vej, hvormed næringsstoffer (f.eks. fosfor) og forurenende stoffer (f.eks. arsen) bevæger sig fra jord til planter, og forståelsen af denne proces har konsekvenser for fødevaremængden og -kvaliteten, økosystemets funktion og phytoremediation. Rødderne er dog dynamiske i rum- og tidsvækst som reaktion på behovet for erhvervelse af næringsstoffer, og de varierer ofte i funktion, diameter og struktur (f.eks. laterale rødder, utilsigtede rødder, rodhår)2. Heterogenitet af rodsystemer kan studeres på rumlige skalaer fra cellulært til økosystemniveau og på tidsmæssige skalaer fra time til decadal. Således udgør den dynamiske og heterogene karakter af rødder og deres omgivende jord, eller rhizosfære, udfordringer for at fange rhizosfære kemi over tid. På trods af denne udfordring er det vigtigt at studere rødder i deres jordmiljø for at karakterisere dette kritiske forhold mellem plante og jord.
Rhizosfærens kemi i vådområder er særligt udfordrende at undersøge på grund af stejle iltgradienter, der findes fra bulkjord til rødderne, som ændrer sig i rum og tid. Fordi rødder har brug for ilt til at respirere, har vådområder tilpasset sig de lave iltforhold i vådområder jord ved at skabe aerenchyma4,5. Aerenchyma er udhulede kortikale væv, der strækker sig fra skud til rødder, hvilket gør det muligt at sprede luft gennem planten ind i rødderne. Men nogle af denne luft lækker ind i rhizosfæren i mindre suberiserede dele af rødderne især nær laterale rodkryds, mindre modne rodspidser og forlængelseszoner6,7,8,9. Dette radiale ilttab skaber en oxideret zone i rhizosfæren af vådområder planter, der påvirker rhizosfæren (bio-geo) kemi og adskiller sig fra den reducerede bulk jord10,11,12. For at forstå skæbnen og transporten af næringsstoffer og forurenende stoffer i vådområder rhizosfærer og rødder er det afgørende at bevare den kemisk reducerede bulkjord, den oxiderede rhizosfære og rødder af vådområder til analyse. Men fordi bulkjorden indeholder reducerede jordbestanddele, der er iltfølsomme, skal rod- og jordbeskyttelsesmetoder bevare rodstrukturerne og minimere iltfølsomme reaktioner.
Der findes metoder til at fastsætte plantevæv og bevare ultrastrukturen til billeddannelse, men disse metoder kan ikke anvendes på kemisk bevarende rødder, der vokser i vådjord. Til undersøgelser, hvor der kun ønskes elementær distribution i planteceller, dyrkes planter typisk hydroponisk, og rødder kan let fjernes fra opløsningen, fastgøres under højtryksfrysning og frysesubstitution og opdeles til en række billedbehandlingsapplikationer, herunder sekundær ionmassespektrometri (nanoSIMS), elektronmikroskopi og synkrotron røntgenfluorescensanalyse (S-XRF)13, 14,15. For at undersøge Fe plaque på ydersiden af vådområder rødder, disse hydroponiske undersøgelser skal kunstigt fremkalde Fe plaque dannelse i opløsning16, som ikke præcist repræsenterer heterogeniteten af distribution og mineral sammensætning af Fe plaque dannelse og tilhørende elementer in situ17,18,19,20. Der findes metoder til at bevare vådjord og tilhørende mikroorganismer med fryse-coring21, men det er svært at opnå rødder med denne teknik. De nuværende metoder til at visualisere rødder, der vokser i jorden, og deres rhizosfæriske kemi består af to primære måletyper: elementære fluxer og total elementær koncentration (og speciation). Førstnævnte måles typisk ved hjælp af diffusive gradienter i tynde film (DGT)22,23,24, hvor jord placeres i rhizokasser for at understøtte plantevækst i laboratoriemiljøer og labile elementer i jorden diffunderer gennem en gel i et bindende lag. Dette bindingslag kan derefter afbildes for at kvantificere de labile elementer af interesse. Denne teknik kan med succes illustrere forholdet mellem rødder og rhizosfæren24,25,26,27, men artefakter fra rod-afgrænsning kan eksistere ved at dyrke planter i rhizobokse, og oplysninger om roden interiør er ikke fanget med DGT. Sidstnævnte omfatter prøveudtagning af rødder og jordstængler, konservering af prøven og direkte analyse af elementær fordeling på et prøveafsnit. Til denne miljøprøvetagning af vådområdeplanterødder og den omgivende rhizosfære kræves der omhyggelig prøvehåndtering for at undgå artefakter fra prøveforberedelse.
Her beskrives en protokol, der effektivt bevarer rodstrukturer og rhizosfærekemi i vådområder ved slam-frysning og frysetørring. Flash-frysning kan drastisk bremse transformationer af iltfølsomme opløste stoffer, men kan skade rødder og kan forårsage mobilisering, når prøver tørrer ud. Slam-frysning, hvor prøven fryses mellem kobberblokke, forkølet med flydende nitrogen minimerer dog rodskader og prøveforvrængning28. De bevarede prøver er derefter indlejret i en epoxy harpiks, der bevarer Som speciation20,29 og kan skæres og poleres til billeddannelse af rødder i deres rhizosfære jord. Prøverne i denne rapport blev analyseret af S-XRF kemisk speciation imaging efter tynd sektionsopderingning. Der kan dog også anvendes andre billeddannelsesteknikker, herunder laserabporationsfremkaldende koblet plasmamassespektrometri (LA-ICP-MS), partikelinduceret røntgenemission (PIXE), sekundær ionmassespektrometri (SIMS) og laserinduceret nedbrydningsspektroskopi (LIBS) billeddannelse.

<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

Rødder interagerer meget med deres jordmiljø, men det er udfordrende at visualisere sådanne interaktioner mellem rødder og den omgivende rhizosfære. Rhizosfærens kemi i vådområder er særligt udfordrende at fange på grund af stejle iltgradienter fra rødderne til bulkjorden. Her beskrives en protokol, der effektivt bevarer rodstruktur og rhizosfærekemi af vådområder gennem slam-frysning og frysetørring. Slam-frysning, hvor prøven fryses mellem kobberblokke forkølet med flydende nitrogen, minimerer rodskader og prøveforvrængning, der kan opstå ved lynfrysning, mens den stadig minimerer kemiske speciationsændringer. Selv om det stadig er muligt at forvrængning af prøverne, øger muligheden for at opnå en tilfredsstillende prøvebehandling hurtigt og med minimale omkostninger muligheden for at opnå tilfredsstillende prøver og optimere billedtiden. Dataene viser, at denne metode har held til at bevare reducerede arsenarter i risrødder og jordstængler forbundet med jernplader. Denne metode kan anvendes til undersøgelser af forholdet mellem plante og jord i en lang række vådområder, der spænder over koncentrationen, lige fra sporstofcykling til phytoremediationsapplikationer.

Denne metode gør det muligt at bevare rødder og kemiske arter i rødderne og rhizosfæren af vådområder planter og i bulk jord. I dette arbejde blev metoden brugt til at evaluere as speciation og co-lokalisering med Fe og Mn oxider og plantenæringsstoffer i rhizosfæren af ris (Oryza sativa L.). Ris blev dyrket på RICE Facility ved University of Delaware, hvor 30 rismarker mesocosms (2 m x 2 m, 49 planter hver) bruges til at dyrke ris under forskellige jord- og vandforvaltningsforhold med det formål at s?...

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

Vi beskriver en protokol til at prøve, bevare og afsnit intakte rødder og de omkringliggende rhizosfæren jord fra vådområder miljøer ved hjælp af ris(Oryza sativa L.) som en model art. Når prøven er bevaret, kan den analyseres ved hjælp af elementære billeddannelsesteknikker, f.eks.

En metode til at bevare vådområder Rødder og Rhizosphers for Elemental Imaging

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

Denne metode giver forskere en ny måde at forberede akvatiske planterødder, den omgivende rhizosfære og bulkjord til elementære billeddannelsesteknikker. Den største fordel ved denne metode er, at den er relativt hurtig og overkommelig, samtidig med at fordelingen og speciationen af elementer af interesse bevares nøjagtigt. Denne teknik kan bruges til at besvare spørgsmål vedrørende mange elementer og plantesystemer fra næringsstoffer i landbrugssystemer til skæbne og transport af forurenende stoffer i fettermiationssystemer.Sørg for at arbejde hurtigt, mens du også er opmærksom på det ønskede område eller områder af rodsystemet til prøveudtagning. Og tag flere prøver pr. rodsystem. For at forberede slam-fryseudstyret til et eksperiment skal du placere to, fem og fem af 15 centimeter kobberblokke vandret i en ren køler, der er i stand til at holde flydende nitrogen.Og iført den relevante PPE, hæld nok flydende kvælstof i køleren til at nedsænke blokkene. Når boblen aftager, skal du placere en afstandsstykke i hver ende af en kobberblok. Derefter, ved hjælp af tang og kryogene handsker, stå den anden kobber blog på sin ende for at gøre hentning lettere, når prøven er på plads.For at indsamle prøven skal du enten bruge en potteplante eller bruge en skovl til at begynde at udvinde den ønskede plante og rhizosfære fra den våde jord og tage sig af, at det gravede hul er meget større end det ønskede rodvolumen. Brug et stålblad til at skære overskydende jord væk, og pas på ikke at forstyrre jorden inden for det ønskede område. Når de ønskede områder når, skæres en ca. tre gange tre gange to centimeter rodkube, og straks placeres terningen mellem de to afstandsstykke på den vandrette kobberblok.For en slam frysning af prøven, brugte kryogene handsker til at placere den lodrette kobber blok på afstandsstykket i cirka fem minutter. Når boblende aftager overføre slam frosne rhizosphere terning prøve i et stykke af formærket aluminiumsfolie firkant. For at fryse jorden terninger, når frysetørreren har nået den rette vakuumtryk og temperatur, placere en frossen rhizosfære terning prøve for ren og syre vaskes 50 milliliter rør eller direkte ind i frysetørrer og bruge en ren engangs tørre for at forhindre støv i at komme ind i vakuumpumpen.Prøverne anbringes i frysetørrerbeholderen i mindst et par dage, indtil de er tørre. Når vævene er frysetørret, skal du bruge et stålblad til tørrede jordterninger i en passende størrelse til analysen, før du placerer terningerne i mærkede former inde i en vakuumdesikkator. Når du har forberedt epoxy i henhold til producentens anvisninger, skal du bruge en dropper til langsomt at tilføje epoxy til formularen på den ene side af jorden, indtil epoxyen helt dækker prøven.Jorden vil blive mørkere i farve, da epoxyen våder jorden. Når formularerne er fyldt med epoxy, skal du lukke ekssikkatoren og tænde for vakuumet. Kontroller niveauet af en epoxy hvert 30. til 90. minut i de første en til fire timer, og tilsæt yderligere epoxy, hvis det er nødvendigt.Når epoxyen er hærdet, fjernes prøven. Efter indlejring skal du bruge en diamantbladspræcisionssav til at skære prøven. Prøven skæres i en anden retning, hvis der ikke opnås rødder i det forrige snit.Efter trimning slibes den afskårne side af hver prøve manuelt med gradvist finere sandpapir i 30 sekunder pr. grusstørrelse. I denne figur kan flere roddiametre observeres inden for jordmatrixen som tværgående sektioner. Rødderne kan demonstrere forskellige niveauer af kvalitet.For eksempel i dette billede kan en velbevaret rod, en rod forvrænget af frysetørringsprocessen og en rod, der blev trukket ud under den tynde sektionsproces, observeres. Analyse af denne rod tværgående sektion med en lateral rod i langsgående afsnit ved synkrotron x-ray fluorescens billeddannelse som påvist gør det muligt at opdage jern, mangan, og arsen. Tilstedeværelsen af jern i jorden og omkring roden i jernpladen er også synlig i de lette mikrografbilleder.Mangan er unikt til stede i cortex af lateral roden, men også co-lokaliserer med jern i nogle områder inden for jernpladen som en grøn-blå nuance. Arsen findes for det meste inden for vaskulaturen af lateralroden, der smelter sammen til den primære rods vaskulatur. Kemisk speciation imaging afslører en variation i lokaliseringen af arsen arter.Som observeret i denne trefarvede plot, arsenit og arsenit glutathion er tæt forbundet i vaskulaturen, mens arsen primært lokaliserer inden for det ydre af roden, der er forbundet med jernpladen. Før prøvesamlingen skal du bestemme den ønskede del af rodsystemet til elementær billedbehandling. Dette dikterer placeringsretningen for den fjernede rodnøgle.Efter denne protokol kan prøver afbildes i mikronskala eller grovere ved hjælp af en række forskellige teknikker, afhængigt af de specifikke forskningsspørgsmål, elementer af interesse eller instrumentering, der er tilgængelig.

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

En hurtig og effektiv metode til vurdering af Ustilago maydis's patogenitet på majs- og teosintelinjer

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

En simpel metode til Automated Solid Phase Extraction af vandprøver for Immunologisk analyse af små miljøgifte

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

Pålidelig metode til at vurdere Seed Spiring, dvaletilstand, og Dødelighed under markforhold

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

En metode til evaluering insekticid Effekt mod Bed Bug,<em&gt; Cimex lectularius</em&gt;, Æg og First instars

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

Økotoksikologisk Metode med Marine Bakterier<em&gt; Vibrio anguillarum</em&gt; At evaluere miljøforurenings akutte toksicitet

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

Måling og kortlægning mønstre af jorderosion og Deposition relateret til jordbunden karbonat koncentrationer Under landbrugsdrift

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 og spektral Root tænkelig nemlig plante fænotyper og fysiologiske forskning: eksperimentel opsætning og Imaging protokoller

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

En ny metode til Pentosan analyse findes i Jute biomasse og deres omdannelse til sukker monomerer ved hjælp af sure ionisk væske

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

Høst Venom toksiner fra Assassin Bugs og andre Heteropteran insekter

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

Isolering og analyse af mikrobielle samfund i jord, rhizosfære og rødder i flerårig græs eksperimenter

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