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

저자는 델라웨어 대학과 브룩헤이븐 국립 연구소 사이의 협력을 지원하기 위해 세이퍼스와 타페로에 공동 종자 보조금을 인정합니다. 이 연구의 일부는 국가 싱크로트론 광원 II의 XFM (4-BM) 빔 라인을 사용, 미국 에너지부 (DOE) 과학 사용자 시설의 사무실은 계약 번호에서 브룩 헤이븐 국립 연구소에 의해 과학의 DOE 사무실을 위해 운영. DE-SC0012704.

1. 슬램 동결 장비 준비
<ol><li>액체 질소를 담을 수 있는 깨끗한 쿨러 내부에 구리 블록 2개(~5cm x 5cm x 15cm)를 수평으로 놓고 블록을 침수하기에 충분한 액체 질소를 붓습니다. 버블링이 가라앉으면 각 끝에 두 개의 스페이서를 하나의 구리 블록 위에 놓습니다. 참고: 스페이서 높이는 동결할 샘플의 높이를 결정합니다. 이 예제에서는 2cm 스페이서를 사용하여 큐브약 3cm x 3cm x 2cm를 만듭니다. 액체...

이 논문은 원소 이미징 및/또는 화학 적 분석 매핑에 사용할 수있는 슬램 동결 기술을 사용하여 습지 식물 뿌리의 보존 된 벌크 토양 + 뿌리 줄기를 얻는 프로토콜을 설명합니다.
기존 메서드에 비해 이 메서드의 몇 가지 이점이 있습니다. 첫째, 이 방법은 뿌리와 주변 뿌리권에 대한 동시 조사를 허용한다. 현재 토양을 씻어내고?...

뿌리와 뿌리는 동적, 이질성, 식물이 미네랄 영양소와 오염 물질을 얻는 방법을 이해하는 데 매우 중요합니다1,2,3. 뿌리는 영양분(예를 들어, 인) 및 오염물질(예를 들어, 비소)이 토양에서 식물로 이동하여 이 과정을 이해하는 것이 식품량과 품질, 생태계 기능 및 식물 치료에 영향을 미치는 주요 경로입니다. 그러나, 뿌리는 영양 취득 요구에 대응하여 성장하는 공간과 시간에 역동적이며, 종종 기능, 직경 및 구조(예를 들어, 측면 뿌리, 출현 뿌리, 뿌리)2. 루트 시스템의 이질성은 세포에서 생태계 수준으로 공간 적 척도와 시간당에서 디칼까지의 시간적 척도에서 연구할 수 있습니다. 따라서 뿌리와 주변 토양 또는 뿌리권의 동적이고 이질적인 특성은 시간이 지남에 따라 뿌리 권 화학을 포착하는 데 어려움을 겪습니다. 이 도전에도 불구하고, 이 중요한 식물 토양 관계를 특성화하기 위해 토양 환경에서 뿌리를 연구하는 것이 필수적입니다.
습지 식물의 뿌리 권 화학 때문에 공간과 시간의 변화 뿌리에 대량 토양에서 존재하는 가파른 산소 그라데이션의 조사를 특히 도전한다. 뿌리는 호흡산소가 필요하기 때문에 습지 식물은4,5를생성하여 습지 토양의 낮은 산소 조건에 적응했다. Aerenchyma는 싹에서 뿌리까지 확장되는 속이 빈 피질 조직으로 식물을 통해 뿌리를 통해 공기가 확산될 수 있습니다. 그러나, 이 공기중 일부는 뿌리의 덜 구불 한 부분에서 뿌리의 덜 구불 한 부분에서 뿌리로 누출 특히 측면 루트 접합, 덜 성숙한 루트 팁 및 신장 영역6,7,8,9. 이러한 방사형 산소 손실은 습지 식물의 뿌리 부각에 산화된 영역을 생성하여 뿌리근구(bio-geo) 화학에 영향을 미치고 감소된 벌크토양(10,11,12)과구별된다. 습지 뿌리 부각과 뿌리에서 영양분과 오염 물질의 운명과 수송을 이해하기 위해 화학적으로 감소 된 대량 토양, 산화 된 뿌리 권, 분석을 위한 습지 식물의 뿌리를 보존하는 것이 중요합니다. 그러나, 벌크 토양은 산소에 민감한 감소 된 토양 성분을 포함하기 때문에, 뿌리 및 토양 보존 방법은 뿌리 구조를 보존하고 산소에 민감한 반응을 최소화해야합니다.
식물 조직을 고치고 이미징을 위한 초구조를 보존하는 방법은 존재하지만, 이러한 방법은 습지 토양에서 자라는 뿌리를 화학적으로 보존하기 위해 적용될 수 없습니다. 식물 세포 내의 원소 분포만 원하는 조사를 위해 식물은 일반적으로 수력으로 재배되고 뿌리는 용액에서 쉽게 제거될 수 있으며, 고압 동결 및 동결 치환하에서 고정되어 고해상도 이차 이온 질량 분석법(nanoSIMS), 전자 현미경 검사, 싱크로트론 X선 형광(SRF)을 포함한 다양한 이미징 응용 분야에 대해 단면화될 수 있습니다. 14,15. 습지 뿌리 의 외부에 Fe 플라크를 조사하기 위해, 이러한 수경 연구는 인위적으로 솔루션16에서Fe 플라크 형성을 유도해야 하며, 이는 태아 플라크 형성 및 관련 원소의 분포 및 광물 조성의 이질성을 정확하게 나타내지 않는17,18,19,20. 습지 토양 및 관련 미생물을동결-코링(21)으로보존하는 방법이 존재하지만, 이 기술로 뿌리를 얻기는 어렵다. 토양에서 자라는 뿌리와 그 류강포화학을 시각화하는 현재의 방법은 원소 플럭스와 총 원소 농도(및 표본)의 두 가지 기본 측정 유형으로 구성됩니다. 전자는 전형적으로 토양이 체형 층으로 확산되는 실험실 설정 및 비핵 원소에서 식물 성장을 지원하기 위해 뿌리 줄기상자에 토양을 배치하는 박막(DGT)22,23,24에서확산 그라데이션을 사용하여 측정된다. 그런 다음 이 바인딩 레이어를 이미지하여 관심 있는 음순 요소를 정량화할 수 있습니다. 이 기술은 뿌리와뿌리 권구(24,25,26,27)사이의 관계를 성공적으로 설명할 수 있지만 뿌리 경계에서 나온 유물은 뿌리 뿌리 상자에서 식물을 재배하여 존재할 수 있으며, 뿌리 내부에 대한 정보는 DGT로 캡처되지 않는다. 후자는 뿌리와 뿌리 부류의 샘플링, 샘플을 보존하고 샘플 섹션의 원소 분포를 직접 분석하는 것을 포함한다. 습지 식물 뿌리와 주변 뿌리의 환경 샘플링을 위해 시료 준비에서 유물을 피하기 위해 신중한 샘플 처리가 필요합니다.
여기서 는 습지 식물의 뿌리 구조와 뿌리 권 화학을 효과적으로 보존하여 건조를 동결하고 동결시키는 프로토콜이 설명되어 있습니다. 플래시 동결은 산소에 민감한 솔루트의 변형을 크게 늦출 수 있지만 뿌리를 손상시킬 수 있으며 샘플이 건조될 때 동원될 수 있습니다. 그러나 액체 질소로 미리 냉각된 구리 블록 사이에 시료가 동결되는 슬램 동결은 뿌리 손상과 샘플왜곡(28)을최소화한다. 보존된 견본은 그 때20,29로 보존하고 그들의 뿌리의 화상 진찰을 위해 절단되고 연마될 수 있는 에폭시 수지에 내장됩니다. 이 보고서의 샘플은 얇은 단면 후 S-XRF 화학 적 분석 이미징에 의해 분석되었다. 그러나 레이저 절제-유도 결합 된 플라즈마 질량 분광법 (LA-ICP-MS), 입자 유도 X 선 방출 (PIXE), 이차 이온 질량 분광법 (SIMS), 레이저 유도 고장 분광법 (LIBS) 이미징을 포함하여 다른 이미징 기술이 사용될 수 있습니다.

<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

뿌리는 토양 환경과 광범위하게 상호 작용하지만 뿌리와 주변 뿌리 권 사이의 상호 작용을 시각화하는 것은 도전적입니다. 습지 식물의 뿌리 권 화학 은 뿌리에서 대량 토양에 가파른 산소 그라데이션 때문에 캡처특히 도전이다. 여기서 는 슬램 동결 및 동결 건조를 통해 습지 식물의 뿌리 구조와 뿌리 권 화학을 효과적으로 보존하는 프로토콜이 설명되어 있습니다. 액체 질소로 미리 냉각된 구리 블록 사이에 시료가 동결되는 슬램 동결은 화학 적 분석 변화를 최소화하면서 플래시 동결로 발생할 수있는 뿌리 손상 및 샘플 왜곡을 최소화합니다. 샘플 왜곡은 여전히 가능하지만, 비용을 최소화하면 여러 샘플을 신속하게 얻을 수 있는 능력이 만족스러운 샘플을 얻을 수 있는 잠재력을 증가시키고 이미징 시간을 최적화합니다. 데이터는 이 방법이 철 플라크와 관련된 쌀 뿌리와 뿌리 줄기권에서 감소 된 비소 종을 보존하는 데 성공한다는 것을 보여줍니다. 이 방법은 미량 원소 사이클링에서 식물 치료 응용 프로그램에 이르기까지 농도 범위에 걸쳐있는 다양한 습지 환경에서 식물 토양 관계의 연구를 위해 채택 될 수있다.

이 방법은 습지 식물의 뿌리와 뿌리 줄기권과 대량 토양에 뿌리와 화학 종의 보존을 허용합니다. 이 작품에서, 상기 방법은 쌀의 뿌리근면에서 Fe 및 Mn 산화물 및 식물 영양소와 함께 분화 및 공동 국소화로서 평가하기 위해사용되었다(Oryza sativa L.). 쌀은 델라웨어 대학의 RICE 시설에서 재배되었으며, 30개의 논 메소코솜(각 2m x 2m, 49식물)은 쌀곡물로 섭취하는 것을 목표로 다양한 토양 및 수?...

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

우리는쌀(Oryza sativa L.)을 모형 종으로 사용하여 습지 환경에서 온전한 뿌리와 주변 의체 토양을 시료, 보존 및 섹션화하는 프로토콜을 설명합니다. 일단 보존되면, 시료는 싱크로트론 X선 형광(XRF) 화학적 분석 영상과 같은 원소 이미징 기술을 사용하여 분석될 수 있다.

원소 이미징을 위한 습지 뿌리와 류스피어를 보존하는 방법

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

이 방법은 원소 화상 진찰 기술을 위한 수생 식물 뿌리, 주변 뿌리권 및 대량 토양을 준비하는 새로운 방법을 연구원에게 제공합니다. 이 방법의 주요 장점은 상대적으로 빠르고 저렴하면서도 관심 있는 요소의 분포와 표본을 정확하게 보존한다는 것입니다. 이 기술은 농업 시스템의 영양소에서 부터 태아 시스템의 오염 물질의 운명과 운송에 이르기까지 많은 요소와 식물 시스템에 관한 질문에 답하는 데 사용할 수 있습니다.샘플링을 위해 루트 시스템의 원하는 영역이나 영역을 염두에 두면서 신속하게 작업해야 합니다. 그리고 루트 시스템당 여러 샘플을 채취하십시오. 실험을 위해 슬램 동결 장비를 준비하려면 액체 질소를 보유 할 수있는 깨끗한 쿨러에 수평으로 2, 5 에서 5 - 5 15 센티미터 구리 블록을 배치합니다.그리고 적절한 PPE를 착용하고, 블록을 침수하기 위해 쿨러에 충분한 액체 질소를 부어. 버블링이 가라앉으면 구리 블록 한 블록의 양쪽 끝에 간격을 두습니다. 그런 다음 집게와 극저온 장갑을 사용하여 샘플이 제자리에 있을 때 검색이 더 쉬워집니다.샘플을 수집하려면, 화분에 심은 식물을 사용하거나 습식 토양에서 원하는 식물과 뿌리 권구를 추출하기 시작하기 위해 삽을 사용하여, 파고 구멍이 원하는 뿌리 볼륨보다 훨씬 큰 것을 돌봐. 강철 블레이드를 사용하여 여분의 토양을 잘라 내고 원하는 지역 내의 토양을 방해하지 않도록주의하십시오. 원하는 영역이 도달하면 약 3~3~2센티미터 의 루트 큐브를 자르고, 즉시 수평 구리 블록에 있는 두 스페이서 사이에 큐브를 배치합니다.시료의 슬램 동결을 위해 극저온 장갑을 사용하여 수직 구리 블록을 스페이서에 약 5분 동안 배치했습니다. 버블링이 가라앉으면 슬램 냉동 뿌리줄기 큐브 샘플을 미리 표지된 알루미늄 호일 사각형으로 옮길 수 있습니다. 토양 큐브를 동결하려면 동결 건조기가 적절한 진공 압력과 온도에 도달하면 냉동 뿌리 줄기 큐브 샘플 1 개를 청소 및 산 세척 50 밀리리터 튜브 또는 직접 냉동 건조기에 넣고 깨끗한 일회용 닦이를 사용하여 먼지가 진공 펌프에 유입되는 것을 방지합니다.시료를 동결 건조기 용기에 넣고 건조할 때까지 최소 며칠 간 보관하십시오. 조직이 동결되면 강철 블레이드를 사용하여 토양 큐브를 해석에 적합한 크기로 말린 후 큐브를 진공 건조기 내부에 라벨이 부착된 형태로 배치합니다. 제조업체의 지시에 따라 에폭시를 준비한 후, 낙토를 사용하여 토양의 한쪽에 에폭시를 천천히 추가하여 에폭시가 완전히 샘플을 덮을 때까지.에폭시가 토양을 적시면서 토양은 색으로 어두워집니다. 양식이 에폭시로 채워지면 건조기와 진공을 켭니다. 처음 1~4시간 동안 30~90분마다 에폭시의 레벨을 확인하고 필요한 경우 에폭시를 추가합니다.에폭시가 경화되면 샘플을 제거합니다. 포함 후 다이아몬드 블레이드 정밀 젖은 톱을 사용하여 샘플을 절단하십시오. 이전 컷에서 뿌리가 얻어지지 않으면 샘플을 다른 방향으로 잘라냅니다.트리밍 후 각 샘플의 절단 면을 모래 크기당 30초 동안 점진적으로 미세한 사포로 수동으로 모래를 비우습니다. 이 그림에서, 여러 루트 직경은 횡방향 섹션으로 토양 매트릭스 내에서 관찰 될 수있다. 뿌리는 다양한 수준의 품질을 입증할 수 있습니다.예를 들어, 이 이미지에서는 잘 보존된 뿌리, 동결 건조 공정에 의해 왜곡된 뿌리, 얇은 단면 화 과정에서 뽑아낸 루트를 관찰할 수 있다. 시연된 바와 같이 동기론 x선 형광 이미징에 의해 세로 절개에서 측면 루트를 가진 이 루트 횡반 단면을 분석하면 철, 망간 및 비소의 검출이 가능합니다. 토양 내의 철의 존재와 철 플라크의 뿌리를 둘러싸고 있는 것은 또한 빛 현미경 이미지에서 볼 수 있습니다.망간은 측면 뿌리의 피질 내에 고유하게 존재하지만, 또한 녹색 - 파란색 색조로 철 플라크 내의 일부 지역에서 철로 공동 국화합니다. 비소는 주로 1 차 뿌리의 혈관으로 병합 측면 뿌리의 혈관 내에서 발견된다. 화학적 스펙케이션 이미징은 비소 종의 국소화에 있는 가변성을 제시합니다.이 삼색 플롯에서 관찰된 바와 같이, 아르세니트와 아르세니테 글루타티온은 혈관에 밀접하게 연관되어 있으며, 아상원은 주로 철플라크와 관련된 뿌리 의 외부 내에서 지역화된다. 샘플 수집 전에 원소 이미징을 위한 루트 시스템의 원하는 부분을 결정합니다. 이렇게 하면 제거된 루트 키의 위치 방향을 지시합니다.이 프로토콜에 따라, 샘플은 특정 연구 질문, 관심요소 또는 사용 가능한 계측에 따라 다양한 기술을 사용하여 미크론 스케일 또는 거친 에서 이미지화될 수 있다.

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

옥수수와 테오신테 라인에 우스틸라고 성 실증의 병원성을 평가하기위한 신속하고 효율적인 방법

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

연구

환경과학

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

작은 오염 물질의 면역 학적 분석을위한 물 샘플의 자동화 된 고체상 추출을위한 간단한 방법

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

이 필드 조건에서 종자 발아, 휴면 및 사망률을 평가하기위한 신뢰할 수있는 방법

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

베드 버그에 대해 살충제 효능을 평가하는 방법에있어서,<em&gt; CIMEX lectularius</em&gt;, 계란과 첫 령충

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

해양 박테리아와 생태 독성 학적 방법<em&gt; 비브리오 앵 귈라 룸</em&gt; 환경 오염 물질의 급성 독성 평가

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

측정 및 토양 침식과 토양 탄산 농도 농업 관리에 관련 된 증 착 패턴 매핑

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 및 식물 형질 및 생리 적 연구에 대 한 스펙트럼 루트 이미징: 실험적인 체제 및 프로토콜을 이미징

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

당 분석에 대 한 새로운 방법을 황 바이오 매스 및 산 성 이온 성 액체를 사용 하 여 설탕 단위체로 그것 변환에

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

독 독 소 암살자 버그와 다른 Heteropteran 곤충에서 수확

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

절연 및 토양, Rhizosphere, 및 다년생 잔디 실험에 뿌리에서 미생물 커뮤니티의 분석

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