The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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Department of Bioproducts and Biosystems Engineering, University of Minnesota
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Schilling, J. S., Jacobson, K. B. Agar-Block Microcosms for Controlled Plant Tissue Decomposition by Aerobic Fungi. J. Vis. Exp. (48), e2283, doi:10.3791/2283 (2011).
リグノセルロース植物組織の真菌生分解を研究するための2つの主な方法は、木材防腐剤のテスト(;寒天ブロック土壌ブロック)のために開発されました。それは、土壌ブロックの小宇宙がより高い減衰率、少ない水分の問題、研究間のより低い変動、および防腐剤の毒性の高いしきい値が得られることはよく受け入れられている。土壌ブロックのテストは、このように多くの利用技術であり、米国材料試験協会(ASTM)(方法D 1413年から1407年)によって標準化されている。土壌ブロックの設計は、ローカル変数土壌のソースを使用して、減衰の組織に栄養外(外因性)の制御を制限することで、しかし、欠点がある。これらの欠点は、他の、ますます人気が研究目的にこの方法を適用する際の問題として浮上している。これらの近代的な目的は、バイオエネルギー研究のための劣化リグノセルロース、菌糸のネットワークに沿って酸化のメカニズム、およびトラッキング転要素を評価し、共同代謝有害物質のバイオレメディエーションのテストが含まれています。土壌ブロックは、これらのアプリケーションで十分な制御を貸すことはありません。洗練された寒天ブロックのアプローチが必要です。
ここでは、褐色腐朽木材腐朽菌セルプラlacrymansは、低カルシウム寒天と深いペトリ皿を使用して、寒天ブロックの小宇宙で木材を分解するために使用します。我々は、ユーティリティと予想される変動性を実証するために、時系列の崩壊に外因性石膏の役割をテストします。シングルボードリッピング(縦カット)からのブロックは、条件数秤量し、オートクレーブ、およびプラスチック製のメッシュの上に無菌的に導入されています。真菌の接種は、外因性の石膏は、インターフェースで追加して、各ブロックの面にあります。収穫は、最終的な破壊的な収穫まで無菌です。これらの小宇宙は、寒天やシャーレの壁とブロックの接触を避けるように設計されています。縮合は、プレートに注ぐとインキュベーションの間に間に最小化されます。最後に、接種材料/石膏/木の間隔は、しかし接触を可能にすることなく最小化されます。寒天ブロックの設計のこれらの小さい技術的な側面にも失敗し、研究間のばらつきの主要な源の最も一般的な原因です。ビデオの出版物はこの場合にはそのために有用であり、我々は、低ばらつき、高品質の結果を示す。
このプロトコルは、オーブンや空気乾燥の材料にだけでなく、として概説、木質、非木質基材に適用されます。セットアップする前に、しかし、最初のプロトコルを読みます。そこに自分の研究に適用することが提起いくつかのポイントがあり、これらのポイントは(下線)計画が必要になります。また、ある英国規格838と別の勇気(1978)によって提出された木材の保護(IRG - WP)紙の国際研究グループが続く、時折使用されている2つの公開寒天ブロックの方法があることに注意してください。私たちは、主に縮図の設計と寒天培地の制御に変更して、法838に似ているが、もう一度、両方のアプローチは、しばしば無酸素症と変動を引き起こし、木材ブロックの歴史的な水分のコントロールの問題により、回避されます。 838標準を含む寒天ブロックの設計、の議論を含むこれらの試験方法の良い評価は、ニコラス(1973)に記載されています。
1)小宇宙の準備
これらの試験のための小宇宙は、木製ブロックの上にヘッドスペースを増やし、典型的なペトリ皿が1 cm背が高い(深い)です。彼らはその濃度に加えて、絶対的な栄養素の量を制御するために、そして十分に離れて(> 3 mm)のふたから木のブロックを維持するために、寒天のささやかなそして正確な量で満たされます。石膏のテストのこのケースで使用されている寒天は、低カルシウムタイプ寒天ですが、我々はブレークスリーの培地を用いて代表的な結果を示し、テストを維持するためのATCCの推奨培地はセルプラlacrymansの分離株(Wulfen:フライドポテト)シュレーターひずみEMPA 65( ATCC 32750)。
この設計では、離れて寒天の接触から離れて皿の蓋と壁から植物組織を保持します。リグノセルロース基質の変数濡れは、寒天ブロックのテストの変動の重要なソースです。水分含有量を増加させる湿潤剤無酸素症を作成し、抑制あるいは停止好気性の微生物分解。また、木材分解の責任茶色と白色腐朽菌の酸化メカニズムを研究する人に問題が生じます。プレートの蓋に結露は無料の水滴の形であれば問題ですし、基板を濡らす。 80%を超える(乾燥重量ベース)で水分の内容につながると好気的分解を停止するときに接触して、同様に、木材や他の組織では、寒天から急速に水を"芯"になります。組織は、糸状菌が、見つけるの接続、および基板内の湿気を制御できるように、これらの水源からの距離を保たなければならない。
2)"ブロック"基板を準備する
これらのプロトコルは、固体の木材のために開発されたが、他の植物組織のために適応可能であるされています。質量損失は、糸状菌によって分解木材の腐朽進行のための標準的な指標です。従って、我々のアプローチは、質量損失を決定するために前後の崩壊オーブン乾燥重量を使用しています。しかし、フォーカスが植物組織化学上の任意のバイオエネルギーの研究、のために、多くの組織を乾燥空気が好適であることがわかります。ここでは、あなたの寒天ブロックの文化がオーブン乾燥出発材料を使用するが、固体基板の代わりに粉体処理することも、乾燥や大気への代替情報を与えるために準備するためのプロトコルを示す。
3)接種&ラベリング
寒天ブロックの小宇宙を接種すると、土壌ブロックのjarを接種するよりも時間がかかります。私たちにとって、私たちは3分を取るそれぞれの接種を数える。寒天を含むペトリ皿に、これは、メッシュ、木、任意の外生的な栄養源(ここで、石膏ペレット)、および真菌用のほかのポイントです。ために蓋が開いている時間の量と内側の訪問者数の汚染の可能性が高まっている。一般的にこの段階で行われており、これらが最良のテキストとビデオを結合することによってカバーされているいくつかの重要なミスもあります。ビデオを見る。
4)インキュベート&収穫
プレートは、真菌に合わせてインキュベートすることができますが、可能であれば、温度変化による結露を避けるために、生物学的なインキュベーターで維持する必要があります。時系列の収穫は、最後の収穫を除き、無菌的に行われています。これらの中間的な収穫は、上に成長した後に行われている場合基板には意味がある、プレートを処理すると菌糸の相互リンクの基質ので簡単です。
5)結果の解釈
リグノセルロースの組織は通常、寒天ブロックデザインに遅い減衰しますが、この時点であなたも、中程度の減衰レベルで比較的低い可変性を持つ必要があります。また、コントロール組織における中等度(20-50%)、高くは水分が必要です。

図1寒天ブロックの縮図、などのインキュベーションの前に、このデモで設定された。

図2寒天接点上にブロックを高めるためにプラスチック製のメッシュで休むパイン材のブロックを植民地セルプラのlacrymans。この菌糸体は、木材及び外因性栄養/要素のソースとの間の重要な接続を表し、寒天や固体材料としてこれらの外因性物質の源を制御することに対する土壌ブロックの設計、寒天ブロックの設計の重要な利点です。

図3%の体重減少を意味し、寒天ブロックの小宇宙の松と5と15週間のインキュベーション後セルプラlacrymansによる木材の腐朽の程度の尺度として。治療はいずれも(CA -フリー)、5mMのCaCl 2では、寒天(CaCl 2で )に追加されなかった、> 99%純粋な石膏(CASO 4)、または1%は、石膏、鉄、修正。保護されたANOVAで比較はα= 0.05で、Tukeyのテストを使用していたことを意味します。それぞれの収穫のために、同じ文字の下のバーが大きく異なるものではありません。エラーバーは標準偏差。シリング(2010)に掲載。

すべての5つの図4。オーバーヘッドの画像は()と同じ褐色腐敗病のテストの真菌、セルプラlacrymansだけでなく、ブロック(B)を除去し、オーブン乾燥による崩壊の15週で複製します。純粋なカルシウムの治療で黄変、および鉄 - 改正された治療における錆の外観は、Ca -フリー治療でメラニンの欠乏に注意してください。治療法は、比較のために(B)非接種されているブロックのコントロールで、図3のように表示されています。

図5。高鉄濃度の培地、ブレークスリーの麦芽寒天を使用して別の試験からのオーバーヘッドの画像。図4と比較して観測されたメラニンの損失を、注意してください。ブロックを除去し、秤量は、体重減少には治療効果を示さなかった。これは、これらのブロックの試験の外因性成分の影響のデモンストレーションとして提示されます。これらの効果は、これらの外因性の入力を制御することが難しすぎる土壌ブロックの瓶のデザイン、でテスト可能ではないでしょう。
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私たちの寒天ブロックセットアップ(図1)を使用してセルプラlacrymansは (図3制御褐色腐敗松のブロックで60%以上の体重減少につながる、石膏表面にと木製のブロック(図2)への直接接触で育った)。でこれは簡単に崩壊で> 50%の減衰のASTM標準目標を満たしており、変動の平均係数(C V)16週で0.055であった。このデータは、シリング7に公開されています。再び、他の真菌は土壌、ブロックよりも寒天ブロックにより長いインキュベーションが必要になります。参考までに、我々は正常に外因性と接続性を確認するために、電子分散分光法(SEM - EDS)と誘導結合プラズマ分光分析(ICP - OES)と走査型電子顕微鏡を用いて、多くの場合、他の真菌種の様々ないくつかの過去の実験で同じような設計を実行している基板と木材8,9へのカルシウムやその他の要素の転座。
ロー変動に加えて、私たちの寒天ブロックの設計が明らかにする二つの結果があります。最初に、私たちのカルシウムの添加は、寒天のかどうかは、CaCl 2または純粋な石膏のような、この菌による腐敗を抑制し治療効果は、(図3)、があった。他のカルシウムがモルタルや石膏のような実世界のマテリアルを用いた研究に基づいて減衰を高める理論化しているので、これは有用な結果です。その代わりに、我々は石膏、示唆して鉄ではなく、カルシウムに鉄分を加えると減衰率の回復を参照して、鍵となります。第二有用な結果は、しかし、定量化されるのではなく、菌糸体(図4)の色です。そこに治療の間で外部菌糸の著しいと明らかにメラニン化の違いがあり、建築材料にこの菌を検出したときに研究者が以前に(例えば、低ら、2000)"さび"メラニン化を指摘している。私たちの最近の研究で、我々はこれらの効果は高鉄培地(図5)を使用して失われることがわかった。総称し、"さびた"菌糸が報告されてそれは、、この菌は、これらの材料とその初期の研究で、鉄ではなく、カルシウムを利用することを示唆しているカルシウムの影響、鉄の効果はない観察していた。
全体的に、これらの結果、高鉄寒天培地を用いて治療効果の欠如は、寒天ブロックの設計は、特に代替土壌ブロックのアプローチに照らして、研究者を提供できること、コントロールの非常に強力なデモンストレーションです。
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利害の衝突は宣言されません。
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Petri dishes | Nalge Nunc international | 4014 | 25 x 150 mm |
| Agar, Type A | Sigma-Aldrich | A4550 | |
| Ammonium nitrate, NH4NO3 | Millinckrodt | 3436-12 | |
| Potassium phosphate, KH2PO4 | JT Baker | 3246-01 | |
| Magnesium sulfate 7-hydrate, MgSO47H2O | Sigma-Aldrich | 230391 | |
| D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | Dextrose |
| Boric acid, H3BO4 | Mallinckrodt Baker Inc. | 2549-04 | |
| Zinc sulfate 7-hydrate, ZnSO47H2O | Mallinckrodt Baker Inc. | 8880-12 | |
| Manganous chloride 4-hydrate, MnCl24H2O | JT Baker | 2540-04 | |
| Copper(II) sulfate 5-hydrate, CuSO45H2O | Sigma-Aldrich | 209198 | |
| Ammonium heptamolybdate 4-hydrate, (NH4)6Mo7O244H2O | Sigma-Aldrich | 431346 | |
| Calcium chloride dihydrate, CaCl22H2O | Mallinckrodt Baker Inc. | 4160-12 | |
| Sodium chloride, NaCl | Mallinckrodt Baker Inc. | 7581-12 | |
| Ferrous sulfate 7-hydrate, FeSO47H2O | Mallinckrodt Baker Inc. | 5056-12 | |
| Pipet-aid | Drummond Scientific | 4-000-110 | Cordless EtOH the surface |
| 10 ml sterile polystyrene pipette | BD Biosciences | 357551 | |
| Gutter Guard | Thermwell Products Co. | VX620 | Pre-scrubbed with soap Hardware store |
| Calcium sulfate hemihydrate, CaSO40.5H2O | Acros Organics | 385355000 | |
| #4 cork borer | Boekel Scientific | 1601 | |
| Parafilm "M" | Pechiney Plastic Packaging | PM-996 |