نصف طريقة لرسم خريطة للخصائص الميكانيكية للأنسجة النباتية باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM). نحن نركز على كيفية تسجيل التغييرات الميكانيكية التي تحدث في جدران الخلايا أثناء نمو النبات على نطاق واسع ، مما يتيح ربط هذه التغييرات بالنمو والتشكل الشكلي.
مقالة منهجية
نصف طريقة لرسم خريطة للخصائص الميكانيكية للأنسجة النباتية باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM). نحن نركز على كيفية تسجيل التغييرات الميكانيكية التي تحدث في جدران الخلايا أثناء نمو النبات على نطاق واسع ، مما يتيح ربط هذه التغييرات بالنمو والتشكل الشكلي.
نحن تصف طريقة تم تطويرها مؤخرا لقياس الخواص الميكانيكية للأسطح الأنسجة النباتية باستخدام القوة الذرية المجهري (AFM) الصغيرة / نانو المسافات البادئة، لJPK فؤاد. على وجه التحديد، في هذا البروتوكول نقيس معامل يونغ واضحة من جدران الخلايا في قرارات التحت خلوية عبر المناطق تصل إلى 100 × 100 ميكرومتر ميكرومتر في الخلايا الإنشائية الأزهار، hypocotyls، والجذور. هذا يتطلب إعدادا دقيقا من العينة، واختيار الصحيح من indenters الصغيرة وأعماق المسافة البادئة. لحساب خصائص جدار الخلية فقط، يتم تنفيذ القياسات في حلول مركزة للغاية من مانيتول ليحل الجبلة الخلايا، وبالتالي إزالة مساهمة ضغط تورم الخلية.
وعلى النقيض من تقنيات موجودة الأخرى، وذلك باستخدام indenters مختلفة وأعماق المسافة البادئة، وهذه الطريقة تسمح قياسات متعددة النطاقات في وقت واحد، ومع ذلك، لا تزال هناك العديد من القيود: لا يمكن إلا أن طريقة استخدامها على عينات صغيرة نسبيا (حوالي 100 ميكرون في القطر) وفقط على الأنسجة الخارجية؛ طريقة حساسة للتضاريس الأنسجة؛ فهو يقيس جوانب معينة فقط من الخواص الميكانيكية المعقدة الأنسجة و. ويجري تطوير هذه التقنية بسرعة وأنه من المرجح أن معظم هذه القيود سيتم حلها في المستقبل القريب.
ويتحقق النمو في النباتات عن طريق التوسع المنسق لجدران الخلايا الجامدة التي تحيط كل خلية من خلايا الكائن الحي. تراكم الأدلة تشير إلى أنه من خلال تعديل الكيمياء جدار الخلية أن النباتات السيطرة محليا هذا التوسع. ويعتقد أن توسع لتكون مدفوعة أساسا عن طريق الضغط على جدران الخلايا، والناجمة عن ارتفاع ضغط تورم الخلية؛ ويخضع هذا الرد سلالة لضغوط تورم من قبل الخواص الميكانيكية للجدران الخلايا 1. لا يعرف الا القليل من هذه الخصائص الميكانيكية وكيف تتغير خلال التنمية. وعلاوة على ذلك والقليل المعروف عن كيفية التحكم في هذه الخصائص الميكانيكية وعما إذا كانت الاصداء يسهم في تغيير كيمياء جدار الخلية بطريقة ما يبدو أن يتم تنسيق عبر الأنسجة. إذا أردنا أن نفهم العلاقة بين التغيرات الكيميائية والميكانيكية في جدران الخلايا النباتية خلال التنمية، وفي نهاية المطاف كيف تحكم هذه التفاعلات المجهرية مصنعمطلوب النمو 'ق العيانية، وهو الأسلوب الذي يمكن رصد الخصائص الميكانيكية للجدران الخلايا في تطوير الأجهزة على المستوى الخلوي أو الأنسجة.
أسلوب القوة الذرية المجهري (فؤاد) وصفها هنا، والتي تقوم على ميكرومتر أو نانومتر الضغط على الأنسجة أو المسافات البادئة، وقد وضعت على وجه التحديد لقياس الخواص الميكانيكية للجدران الخلايا في تطوير أجهزة في وقت واحد في قرارات التحت خلوية وعبر مناطق بأكملها من الأنسجة. أساليب أخرى إما قرارا منخفضة جدا أو مرتفعة جدا: على التمدد هو فقط قادرة على قياس متوسط الخواص الميكانيكية للأنسجة كلها في نطاق ملليمتر 2-4، وهو النطاق الذي هو على سبيل المثال كبيرة جدا لقياس الأحداث في وقت مبكر من توالد؛ وmicroindenter يمكن أخذ القياسات في قرار التحت خلوية على مقياس متناهي الصغر، لكنه يقتصر على قياس خلايا معزولة وليس مجموعات من الخلايا أو الأجهزة 5-7. مع فؤاد، وتتطلبد الأنسجة الخلوية، وقرارات التحت خلوية ويمكن تحقيق 8-10. في الآونة الأخيرة تم تطوير العديد من البروتوكولات خصيصا لقياس اليات الأنسجة النباتات التي يمكن أن تستخدم أيضا 11 و 12.
سنستعرض هنا كيفية تقييم مرونة الأنسجة من خلال قياس معامل الظاهر يونغ 13.
يتم استخدام معامل يونغ عادة لوصف صلابة من المواد. خلال تشويه صغيرة القوة المطلوبة لتشوه مادة يتناسب مع مجال المسافة البادئة. معامل يونج هو هذا معامل. في حالة وجود مواد متجانسة المستمر سيتم قياس معامل نفسه بغض النظر عن نوع المسافة البادئة (الحجم والشكل) ولكن سوف يتغير مع سرعة القياس. في حالة من بنية معقدة من أنسجة النباتات، وقد لاحظنا حتى الآن أن القوة تتناسب مع تشوه السماح تحديدمعامل التناسب أننا اسم "معامل الشباب على ما يبدو". في المقابل من وسائط الإعلام المستمر في النباتات، وهذا واضح معامل الشباب حساس لحجم المسافة البادئة. أنها لا تتوافق مع معاملات الرجوعية الشباب من جدار الخلية نقية. فهو يصف أفضل مرونة من السقالات من خلايا جدار الأنسجة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. إعداد الشرائح الزجاجية لتركيب عينة
2. تشريح وتركيب عينات النسيج الإنشائي
3. تركيب الجذر أو عينات التحتفلقي
4. إعداد فؤاد وحساسية معايرة (لو NanoWizard JPK فؤاد)
5 الحصول على البيانات: ولي يونغ معامل رسم الخرائط
6 تحليل البيانات: حسابات معامل ولي يونغ
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
في الشكل 1 نقدم نموذجية معاملات الرجوعية الخرائط الشباب من الخلايا الإنشائية الأزهار (أرقام 1A و 1B)، hypocotyls الصغار والكبار (أرقام 1C-F)، والنسيج الإنشائي الجذر (الشكل 1G و1H). في جميع التجارب إندينتر هو نصف كروية، ولكن نصف قطرها يختلف بحيث يمكن تحقيق دقة مكانية مختلفة الأشكال و1C 1D تظهر نتائج نموذجية لindenters-ميزو النانوية (50 نانومتر نصف قطرها) مع الانبعاجات-النانو المتوس...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
في النباتات، وتغيير الخواص الميكانيكية تلعب دورا رئيسيا في توجيه النمو والتشكل. حتى الآن لم يكن هناك تقدم كبير في كشف شبكات الوراثية والكيميائية التي تتحكم في نمو النبات، ولكن معرفتنا لكيفية مساهمة هذه الشبكات إلى وتتأثر التغيرات في الخواص الميكانيكية بدائية. يجب أن هذا الأسلوب تمكننا من ملء هذه الفجوة، وهكذا ينبغي أن يكون من مصلحة قوية للعلماء دراسة أي جانب من جوانب نمو النبات أو التشكل. نحن الآن تلخيص التحديات والقيود المفروضة على الأسلوب، والنظرة المستقبلية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
والكتاب ليس لديهم ما يكشف.
نحن نقدم شكر خاص لإيف Couder لكثير من المناقشات المفيدة. نشكر عاطف Asnacios لمعايرة الكابولي والمناقشة. نشكر ليزا ويليس، إليوت Meyerowitz، وأوليفر Hamant لقراءة نقدية. وقد تم تمويل هذا العمل في جزء من منحة RGP0062/2005-C برنامج العلوم الحدودي الإنسان؛ الوكالة الوطنية للبحوث دي لا تتوقع'' Growpec،'''' وMechastem''.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| AFM | JPK | NanoWizard | جميع الأجيال 3 قادرون على القيام بالعمل بنفس التفضيل. |
| مرحلة AFM | JPK | CellHesion | مطلوب للعينة ذات التضاريس المنخفضة (أقل من 11 & micro; m بين أدنى وأعلى نقطة في منطقة مسح القوة). |
| بصريات AFM | JPK | Top View Optics | مهمة جدا لوضع العينة. يمكن استبداله بمناظير بعيدة المدى أو مجهر. |
| مجهر ستيريو | Leica | M125 | أي نوع من المجهر الاستريو يمكن أن يفعل. |
| 150 نانومتر ناتئ مثبتة | على أجهزة الاستشعار النانوية Rue Jaquet-Droz 1Case Postale 216 CH-2002 Neuchatel ، سويسرا | R150-NCL-10 | لقياس جدار الخلية فقط على سطح البشرة المستخدم. |
| 1 وميكرو ؛ شنت m ناتئ | Nanosensors Rue Jaquet-Droz 1Case Postale 216 CH-2002 Neuchatel ، سويسرا | SD-Sphere-NCH-S-10 | لقياس ميكانيكا جدار الخلية المتعامدة مع سطح البشرة. |
| ناتئ | Nanosensors Rue Jaquet-Droz 1Case Postale 216 CH-2002 Neuchatel ، سويسرا | TL-NCH-20 | لقياس الميكانيكا المحلية للأنسجة (2-3 خلايا واسعة) استخدم 5 & ناتئ مثبت على M. أرفقنا 5 & م حبة البورسليكات إلى ناتئ بدون نمائش. |
| 5 وميكرو ؛ م الكريات المجهرية من السيليكون | Corpuscular | C-SIO-5 | |
| Araldite | Bartik SA 77170 Coubet ، فرنسا | Araldite لتثبيت الخرزة على الكابولي الخالي من الرؤيش. | |
| ذوبان منخفض الاغاروز | فيشر المعرض العلمي في الحديقة ، نيو جيرسي 07410 | BP160-100 | 34-45 &# 176 ؛ درجة حرارة التبلور |
| C D-Mannitol | Sigma-Aldrich ، 3050 شارع التنوب ، سانت لويس ، MO 63103 الولايات المتحدة الأمريكية | M4125-500G | |
| 2 الفولاذ المقاوم للصدأ رقم 5 ملاقط | Ideal-Tek 6828 Balerna ، سويسرا & nbsp ؛ | 951199 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن