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

Yazarlar, Delaware Üniversitesi ve Brookhaven Ulusal Laboratuvarı arasındaki işbirliğini desteklemek için Seyfferth ve Tappero'ya ortak tohum hibesi verildiğini kabul ediyorlar. Bu araştırmanın bazı bölümlerinde, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı tarafından Brookhaven Ulusal Laboratuvarı tarafından DOE Bilim Ofisi için işletilen ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Bilim Kullanıcı Tesisi Ofisi Olan Ulusal Senkrotron Işık Kaynağı II'nin XFM (4-BM) Beamline'ı kullanılmıştır. DE-SC0012704.

1. Çarpma donduran ekipmanın hazırlanması
<ol><li>Sıvı nitrojen tutabilen temiz bir soğutucunun içine yatay olarak iki bakır blok (~5 cm x 5 cm x 15 cm) yerleştirin ve blokları batıracak kadar sıvı azot dökün. Köpürtücülük azaldığında, her iki ucundaki bir bakır bloğun üzerine iki ara parçası yerleştirin. NOT: Aralayıcı yüksekliği, dondurulacak numunenin yüksekliğini belirler; Bu örnek, yaklaşık 3 cm x 3 cm x 2 cm küpler oluşturmak için 2 cm'lik bir aralayıcı kullanır. S?...

Bu makalede, elementel görüntüleme ve/veya kimyasal spektasyon haritalaması için kullanılabilecek bir çarpma dondurma tekniği kullanarak sulak alan bitki köklerinin korunmuş dökme toprağı + rizosferlerini elde etmek için bir protokol açıklanmaktadır.
Bu yöntemin mevcut yöntemlere göre çeşitli yararları vardır. İlk olarak, bu yöntem köklerin ve çevresindeki rizosferlerin eşzamanlı olarak araştırılmasına izin verir. Şu anda, toprağı yıkayarak ve kökleri 31<...

Kökler ve rizosferleri dinamik, heterojen ve bitkilerin mineral besin maddelerini ve kirleticileri nasıl elde ettiğini anlamak için kritik öneme sahiptir1,2,3. Kökler, besin maddelerinin (örneğin fosfor) ve kirleticilerin (örneğin arsenik) topraktan bitkilere taşındığı ve böylece bu sürecin anlaşılmasının gıda miktarı ve kalitesi, ekosistemin işleyişi ve fitoremediasyon üzerinde etkileri olduğu birincil yoldur. Bununla birlikte, kökler besin edinme ihtiyaçlarına yanıt olarak büyüyen uzay ve zamanda dinamiktir ve genellikle işlev, çap ve yapı bakımından değişirler (örneğin, yanal kökler, maceracı kökler, kök kılları)2. Kök sistemlerinin heterojenliği hücreselden ekosistem seviyesine kadar mekansal ölçeklerde ve saatlikten dekadale kadar zamansal ölçeklerde incelenebilir. Bu nedenle, köklerin ve çevresindeki toprakların dinamik ve heterojen doğası veya rizosfer, zaman içinde rizosfer kimyasını yakalamak için zorluklar oluşturur. Bu zorluğa rağmen, bu kritik bitki-toprak ilişkisini karakterize etmek için toprak ortamlarındaki kökleri incelemek zorunludur.
Sulak alan bitkilerinin rizosfer kimyası, kütle toprağından köklere kadar uzay ve zamanda değişen dik oksijen gradyanları nedeniyle araştırılması özellikle zordur. Köklerin solunum için oksijene ihtiyacı olduğundan, sulak alan bitkileri aerenchyma4,5oluşturarak sulak alan topraklarının düşük oksijen koşullarınaadapteolmuşlardır. Aerenchyma, sürgünlerden köklere uzanan, bitkiden köklere havanın yayılmasına izin veren içi boş kortikal dokulardır. Bununla birlikte, bu havanın bir kısmı, köklerin daha az bastırılmış kısımlarında, özellikle yanal kök kavşaklarının yakınında, daha az olgun kök uçlarında ve uzama bölgelerinde rizosfere sızar6,7,8,9. Bu radyal oksijen kaybı, sulak alan bitkilerinin rizosferinde rizosfer (biyo-jeo)kimyasını etkileyen ve azaltılmış dökme toprak10 , 11,12'denfarklı bir oksitlenmiş bölge oluşturur. Sulak alan rizosferleri ve köklerindeki besin maddelerinin ve kirleticilerin kaderini ve taşınmasını anlamak için, kimyasal olarak azaltılmış dökme toprağın, oksitlenmiş rizosferin ve sulak alan bitkilerinin köklerinin analiz için korunması önemlidir. Bununla birlikte, dökme toprak oksijene duyarlı azaltılmış toprak bileşenleri içerdiğinden, kök ve toprak koruma yöntemleri kök yapılarını korumalı ve oksijene duyarlı reaksiyonları en aza indirmelidir.
Bitki dokularını düzeltmek ve görüntüleme için ultrayapıyı korumak için yöntemler vardır, ancak bu yöntemler sulak alanda yetişen kökleri kimyasal olarak korumak için uygulanamaz. Sadece bitki hücreleri içindeki element dağılımının istendiği incelemeler için, bitkiler tipik olarak hidroponik olarak yetiştirilir ve kökler çözeltiden kolayca çıkarılabilir, yüksek basınçlı dondurma ve donma ikamesi altında sabitlenebilir ve yüksek çözünürlüklü ikincil iyon kütle spektrometresi (nanoSIMS), elektron mikroskopisi ve senkrotron X-ışını floresan (S-XRF) analizi13dahil olmak üzere çeşitli görüntüleme uygulamaları içinbölümlenebilir. 14,15. Sulak alan köklerinin dışındaki Fe plaklarını araştırmak için, bu topraksız çalışmalar yapay olarak Fe plak oluşumunu teşvik etmelidir Çözelti16Fe plak oluşumunun dağılımının ve mineral bileşiminin heterojenliğini doğru bir şekilde temsil etmeyen17 , 18,19,20. Sulak alan toprağını ve buna bağlı mikroorganizmaları dondurarak korumak için yöntemler vardır21, ancak bu teknikle kök elde etmek zordur. Toprakta yetişen kökleri ve rizosferik kimyalarını görselleştirmek için mevcut yöntemler iki birincil ölçüm türünden oluşur: elemental akılar ve toplam element konsantrasyonu (ve speciation). Birincisi tipik olarak ince filmlerdeki (DGT)22 , 23,24'tekidifüzif gradyanlar kullanılarak ölçülür, burada toprak bir laboratuvar ortamında bitki büyümesini desteklemek için rhizobox'lara yerleştirilir ve topraktaki labile elemanları bir jel yoluyla bağlayıcı bir katmana yayılır. Bu bağlama katmanı daha sonra ilgi çekici labile öğelerini ölçmek için görüntülenebilir. Bu teknik, kökler ve rizosfer24 , 25,26,27arasındaki ilişkileri başarıyla gösterebilir, ancak kök sınırlayıcı eserler rhizobox'larda bitki yetiştirerek bulunabilir ve kök iç kısmı hakkındaki bilgiler DGT ile yakalanmaz. İkincisi, köklerin ve rizosferin örneklemini, numunenin korunmasını ve örnek bir bölümdeki elementel dağılımın doğrudan analizini içerir. Sulak alan bitki köklerinin ve çevresindeki rizosferin bu çevresel örneklemesi için, numune hazırlamadan elde edilen eserleri önlemek için dikkatli numune işleme gereklidir.
Burada, sulak alan bitkilerinin kök yapılarını ve rizosfer kimyasını çarpma ve dondurarak kurutma yoluyla etkili bir şekilde koruyan bir protokol açıklanmaktadır. Flaş dondurma, oksijene duyarlı solutların dönüşümlerini büyük ölçüde yavaşlatabilir, ancak köklere zarar verebilir ve numuneler kurudığında harekete geçirilmesine neden olabilir. Bununla birlikte, numunenin sıvı nitrojen ile önceden soğutulan bakır bloklar arasında dondurulduğu slam dondurma, kök hasarını ve numune bozulmasını en aza indirir28. Korunmuş numuneler daha sonra speciation20 , 29olarak koruyan verizosfer topraklarındaki köklerin görüntülenmesi için kesilip parlatılabilen bir epoksi reçineye gömülür. Bu rapordaki örnekler ince kesitleme sonrası S-XRF kimyasal spektrasyon görüntülemesi ile analiz edilmiştir. Bununla birlikte, lazer ablasyon-endüktif olarak birbirine bağlı plazma kütle spektrometresi (LA-ICP-MS), parçacık kaynaklı x-ışını emisyonu (PIXE), ikincil iyon kütle spektrometresi (SIMS) ve lazer kaynaklı çöküntü spektroskopisi (LIBS) görüntüleme dahil olmak üzere diğer görüntüleme teknikleri de kullanılabilir.

<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

Kökler toprak ortamlarıyla yoğun bir şekilde etkileşime girer, ancak kökler ve çevresindeki rizosfer arasındaki bu tür etkileşimleri görselleştirmek zordur. Sulak alan bitkilerinin rizosfer kimyasının, köklerden dökme toprağa dik oksijen gradyanları nedeniyle yakalanması özellikle zordur. Burada, sulak alan bitkilerinin kök yapısını ve rizosfer kimyasını çarpma ve dondurarak kurutma yoluyla etkili bir şekilde koruyan bir protokol açıklanmaktadır. Numunenin sıvı azotla önceden soğutulan bakır bloklar arasında dondurulduğu slam-freeze, kimyasal belirtim değişikliklerini en aza indirirken flaş dondurma ile oluşabilecek kök hasarını ve numune bozulmasını en aza indirir. Numune bozulması hala mümkün olsa da, birden fazla numuneyi hızlı ve minimum maliyetle elde etme yeteneği, tatmin edici örnekler elde etme potansiyelini artırır ve görüntüleme süresini optimize eder. Veriler, bu yöntemin pirinç köklerinde ve demir plaklarla ilişkili rizosferlerde azaltılmış arsenik türlerini korumada başarılı olduğunu göstermektedir. Bu yöntem, iz elementli bisiklet sürmeden fitokilatasyon uygulamalarına kadar konsantrasyon aralıklarını kapsayan çok çeşitli sulak alan ortamlarında bitki-toprak ilişkilerinin çalışmaları için benimsenebilir.

Bu yöntem, sulak alan bitkilerinin köklerinde ve rizosferinde ve dökme toprağa köklerin ve kimyasal türlerin korunmasına izin verir. Bu çalışmada yöntem, pirincin rizosferinde(Oryza sativa L.) Fe ve Mn oksitler ve bitki besin maddeleri ile spesifikasyon ve birlikte lokalizasyon olarak değerlendirilmek için kullanılmıştır. Pirinç, Delaware Üniversitesi'ndeki RICE Tesisinde, As ve Cd alımını pirinç tanesine düşürmek amacıyla çeşitli toprak ve su yönetimi koşullarında pirinç yetişt...

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

Örnek bir tür olarak pirinç(Oryza sativa L.) kullanarak sulak alanlardan bozulmamış kökleri ve çevresindeki rizosfer toprağını örnekleme, koruma ve bölümleme protokolünü açıklıyoruz. Numune korunduktan sonra senkrotron X-ışını floresan (XRF) kimyasal spektrasyon görüntüleme gibi elementel görüntüleme teknikleri kullanılarak analiz edilebilir.

Elementel Görüntüleme için Sulak Alan Köklerini ve Rizosferleri Koruma Yöntemi

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

Bu yöntem, araştırmacılara elementel görüntüleme teknikleri için sucul bitki köklerini, çevredeki rizosferi ve dökme toprağı hazırlamak için yeni bir yol sağlar. Bu yöntemin ana avantajı, nispeten hızlı ve uygun fiyatlı olması ve aynı zamanda ilgi çekici unsurların dağılımını ve spekülasyonunu doğru bir şekilde korumasıdır. Bu teknik, tarım sistemlerindeki besin maddelerinden fettermiasyon sistemlerindeki kirleticilerin kaderine ve taşınmasına kadar birçok element ve bitki sistemi ile ilgili soruları yanıtlamak için kullanılabilir.Örnekleme için kök sisteminin istenen alanına veya alanlarına dikkat ederken hızlı bir şekilde çalıştığınızdan emin olun. Ve kök sistemi başına birden fazla örnek alın. Çarpma dondurma ekipmanını bir deneye hazırlamak için, sıvı nitrojen tutabilen temiz bir soğutucuya yatay olarak iki, beşe beşe beş bakır blok yerleştirin.Ve uygun KKD'yi giyerek, blokları batırmak için soğutucuya yeterli sıvı nitrojen dökün. Köpürtücülük azaldığında, bir bakır bloğun her ucuna bir ara yerleştirin. Daha sonra, maşa ve kriyojenik eldivenler kullanarak, numune yerindeyken geri almayı kolaylaştırmak için diğer bakır blogunu ucunda bekletin.Örneği toplamak için, bir saksı bitkisi kullanın veya ıslak topraktan istenen bitkiyi ve rizosferi çıkarmaya başlamak için bir kürek kullanın, kazılmış deliğin istenen kök hacminden çok daha büyük olmasına dikkat edin. İstenilen alan içindeki toprağı rahatsız etmemeye dikkat ederek fazla toprağı kesmek için çelik bir bıçak kullanın. İstenilen alanlar ulaştığında, yaklaşık üçe üçe üç iki santimetre kök küpü kesin ve küpü hemen yatay bakır blok üzerindeki iki ara çubuğun arasına yerleştirin.Numunenin bir slam donması için, dikey bakır bloğu yaklaşık beş dakika boyunca ara öğelere yerleştirmek için kriyojenik eldivenleri kullandı. Köpürme azaldığında, slam donmuş rizosfer küpü örneğini önceden etiketlenmiş bir alüminyum folyo kare parçasına aktarın. Toprak küplerini dondurmak için, donduran kurutucu uygun vakum basıncına ve sıcaklığına ulaştığında, temiz ve asitle yıkanmış 50 mililitrelik tüp için bir donmuş rizosfer küpü örneği yerleştirin veya doğrudan dondurucu kurutucuya yerleştirin ve tozun vakum pompasına girmesini önlemek için temiz bir tek kullanımlık mendil kullanın.Numuneleri kuruyana kadar en az birkaç gün dondurularak kurutucu kabına yerleştirin. Dokular dondurularak kurutulduğunda, küpleri bir vakum kurutucunun içindeki etiketli formlara yerleştirmeden önce toprak küplerini analiz için uygun bir boyuta kurutulmuş bir çelik bıçak kullanın. Üreticinin talimatlarına göre epoksiyi hazırladıktan sonra, epoksi numuneyi tamamen kaplayana kadar toprağın bir tarafındaki forma yavaşça epoksi eklemek için bir damlalık kullanın.Epoksi toprağı ıslattıkça toprak renk olarak kararacak. Formlar epoksi ile doldurulduktan sonra, kurutucuyu kapatın ve vakumun açın. İlk bir ila dört saat boyunca her 30 ila 90 dakikada bir epoksi seviyesini kontrol edin ve gerekirse ek epoksi ekleyin.Epoksi sertleştikten sonra numuneyi çıkarın. Gömmeden sonra, numuneyi kesmek için elmas bıçak duyarlı ıslak testere kullanın. Önceki kesimde kök elde edilirse numuneyi farklı bir yönde kesin.Kırpmadan sonra, her numunenin kesilmiş tarafını kum boyutu başına 30 saniye boyunca kademeli olarak daha ince zımpara kağıdı ile manuel olarak zımparalayın. Bu şekilde, toprak matrisi içinde enine kesitler olarak birkaç kök çapı gözlenebilir. Kökler farklı kalite seviyeleri gösterebilir.Örneğin, bu görüntüde, iyi korunmuş bir kök, dondurarak kurutma işlemi tarafından bozulmuş bir kök ve ince kesit işlemi sırasında çekilen bir kök gözlemlenebilir. Bu kök enine kesitinin uzunlamasına bölümde lateral kök ile senkrotron x-ışını floresan görüntüleme ile analiz edilmesi demir, manganez ve arsenik tespitine izin verir. Toprak içindeki demirin varlığı ve demir plaktaki kökün çevresi de ışık mikrografi görüntülerinde görülebilir.Manganez, yanal kökün korteksinde benzersiz bir şekilde bulunur, aynı zamanda demir plak içindeki bazı alanlarda yeşil-mavi bir ton olarak demir ile birlikte lokalize eder. Arsenik çoğunlukla primer kökün vaskülatında birleşen lateral kökün vaskülatında bulunur. Kimyasal spektasyon görüntüleme, arsenik türlerinin lokalizasyonunda değişkenlik olduğunu ortaya koymaktadır.Bu üç renkli arsada gözlemlendiği gibi, arsenit ve arsenit glutatyon vaskülasyonda yakından ilişkilidir, arsenat ise öncelikle demir plakla ilişkili olarak kökün dış kısmı içinde lokalize olur. Örnek toplamadan önce, elementel görüntüleme için kök sisteminin istenen kısmını belirleyin. Bu, kaldırılan kök anahtarın konum yönünü belirler.Bu protokolü takiben, örnekler, belirli araştırma sorularına, ilgi çekici unsurlara veya mevcut enstrümantasyona bağlı olarak çeşitli teknikler kullanılarak mikron ölçeğinde veya kaba olarak görüntülenebilir.

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

Ustilago maydis'in Mısır ve Teosinte Hatlarında Patojenitesini Değerlendirmek İçin Hızlı ve Verimli Bir Yöntem

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

Küçük Kirleticilerin İmmünolojik Analizi Su Örneklerinin Otomatik Katı Faz Ekstraksiyon Basit Bir Yöntem

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

Tarla Şartlarında Tohum çimlenme, dormansi ve Ölümlerini değerlendirilmesi için güvenilir yöntem

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

Yatak Bug karşı Böcek etkinliğini değerlendirmek için bir yöntem,<em&gt; Cımex lectularius</em&gt; Yumurta ve İlk 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

Deniz Bakterileri ile Ekotoksikolojik Yöntem<emVibrio anguillarum</em&gt; Çevresel Kirleticilerin Akut Zehirliliğini Değerlendirmek

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

Ölçme ve toprak erozyon ve toprak karbonat konsantrasyonları tarım Yönetimi'nin altında ilgili ifade eşleme

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 ve bitki fenotipleme ve fizyolojik araştırma için spektral kök görüntüleme: deneysel kurulum ve iletişim kuralları görüntüleme

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

Pentosan analizi için yeni bir yöntem mevcut Jüt biyokütle ve şeker monomerleri asidik iyonik sıvı kullanarak içine onun dönüşüm

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

Venom toksinlerin Assassin böcek ve diğer Heteropteran böcekler hasat

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

Yalıtım ve mikrobiyal topluluklarda toprak, rizosferde ve kökleri çok yıllık çim deneylerde Analizi

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