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

המחברים מכירים במענק זרעים משותף לסיפרט וטאפרו כדי לתמוך בשיתוף פעולה בין אוניברסיטת דלאוור למעבדה הלאומית ברוקהייבן. חלקים ממחקר זה השתמשו בקו הקרן XFM (4-BM) של מקור האור הלאומי סינכרוטרון II, משרד האנרגיה האמריקאי (DOE) של מתקן משתמשים מדעיים המופעל עבור משרד DOE למדע על ידי המעבדה הלאומית ברוקהייבן תחת חוזה מס '. דה-SC0012704.

1. הכנת ציוד להקפאת טריקה
<ol><li>מניחים שני גושי נחושת (כ-5 ס"מ על 5 ס"מ על 15 ס"מ) אופקית בתוך צידנית נקייה המסוגלת להחזיק חנקן נוזלי ולשפוך מספיק חנקן נוזלי כדי להטביע את הבלוקים. ברגע שהמבעבע שוכך, מניחים שני מרווחים על גבי גוש נחושת אחד בכל קצה. הערה: גובה המרווח קובע את גובה המדגם שיש להקפיא; ?...

מאמר זה מתאר פרוטוקול להשגת אדמה בתפזורת משומרת + ריזוספירות של שורשי צמח ביצות באמצעות טכניקת הקפאת טריקה שניתן להשתמש בה להדמיה יסודית ו /או מיפוי דגימה כימית.
ישנם מספר יתרונות של שיטה זו על פני שיטות קיימות. ראשית, שיטה זו מאפשרת חקירה סימולטנית של שורשים ואת הריזוספרות ?...

שורשים וריזוספרות שלהם הם דינמיים, הטרוגניים, וחשובים מאוד להבנת האופן שבו צמחים משיגים חומרים מזינים ומזהמיםמינרליים 1,2,3. שורשים הם המסלול העיקרי שבאמצעותו חומרים מזינים (למשל, זרחן) ומזהמים (למשל, ארסן) עוברים מאדמה לצמחים ובכך להבין שלתהליך זה יש השלכות על כמות ואיכות המזון, תפקוד המערכת האקולוגית והפיטורה. עם זאת, השורשים דינמיים במרחב ובזמן הגדלים בתגובה לצרכי רכישת חומרים מזינים ולעתים קרובות הם משתנים בתפקוד, בקוטר ובמבנה (למשל, שורשים לרוחב, שורשים הרפתקניים, שערות שורש)2. הטרוגניות של מערכות שורשים ניתן ללמוד על סולמות מרחביים מן הסלולר לרמת המערכת האקולוגית ועל סולמות זמניים משעה כדי decadal. לפיכך, האופי הדינמי וההטרוגני של השורשים והאדמה הסובבת שלהם, או קנה שורש, מציב אתגרים ללכידת הכימיה של הריזוספירה לאורך זמן. למרות אתגר זה, חובה ללמוד שורשים בסביבת הקרקע שלהם כדי לאפיין את מערכת היחסים הקריטית בין צמח לקרקע.
הכימיה של הריזוספירה של צמחי הביצות מאתגרת במיוחד לחקור בגלל שיפועי חמצן תלולים הקיימים מאדמה בתפזורת לשורשים, שמשתנים במרחב ובזמן. בגלל שורשים זקוקים לחמצן כדי להנשים, צמחי ביצות הסתגלו לתנאי החמצן הנמוכים של קרקעות ביצות על ידי יצירת aerenchyma4,5. Aerenchyma הם רקמות קליפת המוח חלולות המשתרעות מירי לשורשים, ומאפשרות פיזור אוויר דרך הצמח לשורשים. עם זאת, חלק מהאוויר הזה דולף לתוך הריזוספירה בחלקים פחות תת-קרקעיים של השורשים במיוחד ליד צמתים שורש לרוחב, טיפים שורש פחות בוגרים ואזורי התארכות6,7,8,9. אובדן חמצן רדיאלי זה יוצר אזור מחומצן בריזוספירה של צמחי ביצות המשפיעה על הכימיה של הריזוספירה (ביו-גיאו) ונבדלת מהאדמה בתפזורת מופחתת10,11,12. כדי להבין את גורלם והובלתם של חומרים מזינים ומזהמים בריזוספירות ובשורשים של ביצות, חיוני לשמר את האדמה בתפזורת המופחתת מבחינה כימית, את הריזוספירה המחומצנת ואת שורשי צמחי הביצות לניתוח. עם זאת, מכיוון שהאדמה בתפזורת מכילה מרכיבי קרקע מופחתים הרגישים לחמצן, שיטות שימור שורשים ואדמה חייבות לשמר מבני שורש ולמזער תגובות רגישות לחמצן.
קיימות שיטות לתיקון רקמות הצמח ולשמירה על מבנה אולטרה להדמיה, אך לא ניתן ליישם שיטות אלה כדי לשמר כימית שורשים הגדלים בקרקע ביצות. עבור חקירות שבהן רק ההתפלגות היסודית בתוך תאי הצמח רצויה, צמחים בדרך כלל גדלים הידרופוניקה ושורשים ניתן להסיר בקלות מן הפתרון, קבוע תחת החלפה הקפאה הקפאה בלחץ גבוה וחתך עבור מגוון רחב של יישומי הדמיה כולל ספקטרומטר מסה יון משני ברזולוציה גבוהה (nanoSIMS), מיקרוסקופיה אלקטרונים, וניתוח פלואורסצנטיות רנטגן סינכרוטרון (S-XRF)13, 14,15. כדי לחקור את Fe plaque בצד החיצוני של שורשי הביצות, מחקרים הידרופוניים אלה חייבים באופן מלאכותי לגרום היווצרות פלאק Fe בפתרון16, אשר אינו מייצג במדויק את ההטרוגניות של ההפצה והרכב מינרלי של היווצרות פלאק Fe ואלמנטים הקשורים במקום17,18,19,20. קיימות שיטות לשימור אדמת ביצות ומיקרואורגניזמים הקשורים עם מקפיא coring21, אבל קשה להשיג שורשים עם טכניקה זו. השיטות הנוכחיות לדמיין שורשים הגדלים בקרקע והכימיה הריזוספירית שלהם מורכבות משני סוגי מדידה עיקריים: שטפים אלמנטליים וריכוז אלמנטרי כולל (וספציה). הראשון נמדד בדרך כלל באמצעות שיפועים מפוזרים בסרטים דקים (DGT)22,23,24, שבו הקרקע ממוקמת לתוך rhizoboxes כדי לתמוך צמיחת הצמח בסביבת מעבדה ואלמנטים מעבדה בקרקע מפוזרים באמצעות ג'ל לשכבת כריכה. לאחר מכן ניתן לדמיין שכבת איגוד זו כדי לכמת את רכיבי העניין של המעבדה. טכניקה זו יכולה להמחיש בהצלחה את היחסים בין השורשים לבין הריזוספירה24,25,26,27, אבל חפצים מ תוחם שורש עשוי להתקיים על ידי גידול צמחים ב rhizoboxes, ומידע על פנים השורש אינו נתפס עם DGT. זה האחרון כרוך דגימה של השורשים ו rhizosphere, שמירה על המדגם, וניתוח ישיר של התפלגות אלמנטים על סעיף מדגם. עבור דגימה סביבתית זו של שורשי צמח הביצות ואת קנה ריזוספירה הסובבת, טיפול מדגם זהיר נדרש כדי למנוע חפצים מהכנת מדגם.
כאן מתואר פרוטוקול המשמר ביעילות מבני שורש וכימיה של פריזוספירה של צמחי ביצות על ידי הקפאת טריקה וייבוש קפוא. הקפאת הבזק יכולה להאט באופן דרסטי את התמורות של מפולות רגישות לחמצן, אך עלולה לפגוע בשורשים ועלול לגרום לגיוס כאשר הדגימות מתייבשות. עם זאת, מקפיא טריקה שבו המדגם קפוא בין בלוקים נחושת מקורר מראש עם חנקן נוזלי ממזער נזק שורש עיוות מדגם28. הדגימות המשומרות מוטמעות לאחר מכן בשרף אפוקסי המשמר כדגימה20,29 וניתן לחתוך ולצחצח להדמיה של שורשים בתוך אדמת הריזוספירה שלהם. הדגימות בדו"ח זה נותחו על ידי הדמיית דגימה כימית S-XRF לאחר חתך דק. עם זאת, ניתן להשתמש בטכניקות הדמיה אחרות, כולל ספקטרומטריית מסת פלזמה מצמידה לייזר (LA-ICP-MS), פליטת רנטגן הנגרמת על ידי חלקיקים (PIXE), ספקטרומטריית מסת יון משנית (SIMS) והדמיה של ספקטרוסקופיית פירוק המושרה בלייזר (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

שורשים אינטראקציה נרחבת עם סביבת הקרקע שלהם אבל לדמיין אינטראקציות כאלה בין השורשים ואת הריזוספירה שמסביב הוא מאתגר. הכימיה של הריזוספירה של צמחי ביצות מאתגרת במיוחד ללכידה בגלל שיפועי חמצן תלולים מהשורשים לאדמה בתפזורת. כאן מתואר פרוטוקול המשמר ביעילות את מבנה השורש ואת הכימיה של קנה שורש של צמחי ביצות באמצעות הקפאת טריקה וייבוש קפוא. מקפיא סלאם, שבו המדגם קפוא בין גושי נחושת מקורר מראש עם חנקן נוזלי, ממזער נזק שורש ועיוות מדגם שיכול להתרחש עם הקפאת הבזק תוך מזעור שינויי דגימה כימיים. בעוד עיוות מדגם עדיין אפשרי, היכולת להשיג דגימות מרובות במהירות ועם עלות מינימלית מגדילה את הפוטנציאל להשיג דגימות משביעות רצון וממטבת את זמן ההדמיה. הנתונים מראים כי שיטה זו מצליחה לשמר מינים מופחתים של ארסן בשורשי אורז וריזוספרות הקשורות ללוחות ברזל. שיטה זו יכולה להיות מאומצת למחקרים של קשרי קרקע-צמחים במגוון רחב של סביבות ביצות המשתרעות על פני ריכוזים הנעים בין רכיבה על אופניים יסוד עקבות ליישומי phytoremediation.

שיטה זו מאפשרת שימור של שורשים ומינים כימיים בשורשים ובריזוספירה של צמחי ביצות ולתוך האדמה בתפזורת. בעבודה זו, השיטה שימשה להערכת כמו speciation ולוקליזציה משותפת עם תחמוצות Fe ו Mn וחומרים מזינים צמחיים בריזוספירה של אורז (Oryza sativa L.). אורז גדל במתקן RICE באוניברסיטת דלאוור שבו 30 mesocosms אורז אור?...

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

אנו מתארים פרוטוקול לדוגמה, שימור וקטע שורשים שלמים ואת אדמת הריזוספירה שמסביב מסביבות ביצות באמצעות אורז(Oryza sativa L.) כמין לדוגמה. לאחר שהשתמרה, ניתן לנתח את הדגימה באמצעות טכניקות הדמיה אלמנטריות, כגון הדמיית פלואורסצנטיות כימית של קרני רנטגן סינכרוטרון (XRF).

שיטה לשימור שורשי ביצות וריזוספרות להדמיה יסודית

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

שיטה זו מספקת לחוקרים דרך חדשה להכין שורשי צמחים ימיים, את הריזוספירה שמסביב ואת הקרקע בתפזורת לטכניקות הדמיה בסיסיות. היתרון העיקרי של שיטה זו הוא שהיא מהירה יחסית ובמחיר סביר תוך שמירה מדויקת על ההפצה וההפצה של אלמנטים בעלי עניין. טכניקה זו יכולה לשמש כדי לענות על שאלות לגבי אלמנטים רבים ומערכות צמחים מחומרים מזינים במערכות חקלאיות לגורל והובלה של מזהמים במערכות fettermiation.הקפד לעבוד במהירות תוך כדי שים לב גם לאזור הרצוי או לאזורים של מערכת השורש לדגימה. ולקחת דגימות מרובות לכל מערכת שורש. כדי להכין את ציוד ההקפאה טריקה לניסוי, למקם שתיים, חמש על 5 על 15 ס"מ בלוקים נחושת אופקית לתוך צידנית נקייה המסוגלת להחזיק חנקן נוזלי.ולובש PPE המתאים, לשפוך מספיק חנקן נוזלי לתוך הצידנית כדי להטביע את הבלוקים. ברגע שהמבעבע שוכך, מניחים מרווח אחד בכל קצה של גוש נחושת אחד. לאחר מכן, באמצעות מלקחיים וכפפות קריוגניות, לעמוד בלוג נחושת האחר על הקצה שלה כדי להקל על אחזור כאשר המדגם הוא במקום.כדי לאסוף את המדגם, או להשתמש בעציץ או להשתמש באת כדי להתחיל לחלץ את הצמח הרצוי rhizosphere מן האדמה הרטובה, לטפל כי הבור חפר הוא הרבה יותר גדול מאשר נפח השורש הרצוי. השתמש בלהב פלדה כדי לחתוך כל אדמה עודפת, תוך כדי קפיד לא להפריע לאדמה בתוך האזור הרצוי. כאשר האזורים הרצויים מגיעים, חותכים קוביית שורש של כשלושה על שלושה על שני ס"מ, ומיד מניחים את הקוביה בין שני המרווחים על בלוק הנחושת האופקי.להקפאת טריקה של המדגם, השתמש בכפפות קריוגניות כדי למקם את בלוק הנחושת האנכי על המרווחים במשך כחמש דקות. כאשר המבעבע שוכך להעביר את דגימת קוביית rhizosphere קפוא טריקה לתוך חתיכת ריבוע רדיד אלומיניום שכותרתו מראש. כדי להקפיא את קוביות הקרקע, כאשר מייבש ההקפאה הגיע ללחץ ולטמפרטורה הנכונים של ואקום, מניחים דגימת קוביית ריזוספירה קפואה אחת לניקוי וחומצה שטופה צינור 50 מיליליטר או ישירות לתוך מייבש ההקפאה ומשתמשים במחיקה חד פעמית נקייה כדי למנוע כניסת אבק למשאבת הוואקום.מניחים את הדגימות לתוך כלי מייבש ההקפאה לפחות כמה ימים עד יבש. כאשר הרקמות התייבשו בהקפאה, השתמש בלהב פלדה לקוביות אדמה מיובשות לגודל מתאים לניתוח לפני הצבת הקוביות בצורות מסומנות בתוך מייבש ואקום. לאחר הכנת אפוקסי על פי הוראות היצרן, השתמש טפטפת כדי להוסיף אפוקסי לאט לצורה בצד אחד של הקרקע, עד אפוקסי מכסה לחלוטין את המדגם.האדמה תתכהה בצבע כשהאפוקסי מקריר את האדמה. לאחר שהטפסים מתמלאים באפוקסי, סוגרים את התבשר ומדליקים את הוואקום. בדוק את הרמה של אפוקסי כל 30 עד 90 דקות עבור הראשון עד ארבע שעות, הוספת אפוקסי נוסף במידת הצורך.לאחר האפוקסי התקשה, להסיר את המדגם. לאחר ההטבעה, השתמש במסור רטוב מדויק של להב היהלום כדי לחתוך את הדגימה. חותכים את המדגם לכיוון אחר אם לא מתקבלים שורשים בחתך הקודם.לאחר החיתוך, חול ידני את הצד החתוך של כל מדגם עם נייר זכוכית דק יותר בהדרגה במשך 30 שניות לכל גודל חצץ. באיור זה, ניתן לראות מספר קטרי שורש בתוך מטריצת הקרקע כמקטעים רוחביים. השורשים עשויים להפגין רמות שונות של איכות.לדוגמה, בתמונה זו, ניתן לראות שורש שמור היטב, שורש המעוות על-ידי תהליך הייבוש של ההקפאה ושורש שהוצא במהלך תהליך החתך הדק. ניתוח של מקטע רוחבי שורש זה עם שורש לרוחב בקטע אורך על ידי הדמיית פלואורסצנטיות רנטגן סינכרוטרון כפי שהודגם מאפשר זיהוי של ברזל, מנגן, וארסן. נוכחות הברזל בתוך האדמה וסביב השורש בלוח הברזל ניכרת גם בתמונות המיקרוגרף הקלות.מנגן נמצא באופן ייחודי בתוך קליפת המוח של השורש לרוחב, אבל גם שיתוף לוקליזציה עם ברזל באזורים מסוימים בתוך לוח הברזל כמו גוון ירוק-כחול. ארסן נמצא בעיקר בתוך vasculature של השורש לרוחב מיזוג לתוך vasculature של השורש העיקרי. הדמיית דגימה כימית מגלה שונות לוקליזציה של מינים ארסן.כפי שנצפו בעלילה תלת-צבעית זו, ארסניט וגלוטתיון ארסניט קשורים קשר הדוק לערימת כלי הים, בעוד שהסנאט בעיקר לוקליזציה בתוך החלק החיצוני של השורש, הקשורים ללוח הברזל. לפני איסוף הדגימה, קבע את החלק הרצוי של מערכת השורש להדמיה אלמנטית. פעולה זו תכתיב את כיוון המיקום של מפתח הבסיס שהוסר.בעקבות פרוטוקול זה, ניתן לדמיין דוגמאות בקנה מידה מיקרון או גס באמצעות מגוון טכניקות, בהתאם לשאלות המחקר הספציפיות, אלמנטים של עניין, או מכשור זמין.

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

שיטה מהירה ויעילה להערכת פתוגניות של מיאדי אוסטילגו על קווי תירס וטוסינטה

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

שיטה פשוטה למיצוי שלב המוצק האוטומטי של דגימות מים לניתוח החיסוני של מזהמים קטנים

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

דרך אמין להערכת זרע נביטה, תרדמת, ותמותה בתנאי שדה

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

שיטה להערכת יעילות הדברה נגד פשפש מיטה,<em&gt; Cimex lectularius</em&gt;, ביצים ראשית 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

שיטה אקוטוקסיקולוגית עם חיידקים ימיים<em&gt; תזונת ויבריו</em&gt; כדי להעריך את רעילות חריפה של מזהמים סביבתיים

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

מדידה ומיפוי דפוסים של סחף אדמה ומשקעים הקשורים אדמה ריכוזים קרבונט תחת ניהול חקלאיים

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 והדמיה ספקטרלי שורש הצמח Phenotyping ומחקר פיזיולוגיים: הגדרת הניסוי והדמיה פרוטוקולים

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

שיטה לניתוח Pentosan נוכח יוטה ביומסה והמרה שלה לתוך מונומרים סוכר באמצעות נוזל חומצי יוניים

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

קציר ארס מרעלים חרקים טורפים וחרקים אחרים Heteropteran

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

בידוד וניתוח של הקהילות מיקרוביאלית בקרקע, Rhizosphere ושורשים בניסויים עשב רב שנתי

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