تصميم وتشغيل المستمر 13 C و 15 N غرفة صفها الموحدة لأو التفاضلية، الأيض والإنشائية، مصنع النظائر وصفها

الهدف العام من هذا الإجراء هو إنتاج مادة نباتية غنية بالكربون 13 والنيتروجين 15 بشكل موحد في جميع أنحاء النبات أو بشكل تفاضلي في الأنسجة الهيكلية والتمثيل الغذائي. يتم تحقيق ذلك عن طريق بناء غرفة محكمة الإغلاق أولا لنمو النبات. الخطوة الثانية هي التحكم في درجة الحرارة والرطوبة ومستويات ثاني أكسيد الكربون في الغرفة للحفاظ على ظروف نمو مناسبة للنباتات.

بعد ذلك ، تزرع النباتات في غرفة محكمة الغلق بهواء يحتوي على 13 درجة مئوية وثاني أكسيد الكربون والري والتسميد المحتوي على النيتروجين 15. تتمثل الخطوة الأخيرة في التوقف عن وضع العلامات عن طريق إزالة النباتات ذات العلامات التفاضلية من الغرفة قبل أسابيع من الحصاد ، بحيث تصبح مادتها الأيضية أقل إثراء بالكربون 13 والنيتروجين 15. بالمقارنة مع مكونات النبات الهيكلية بعد حصاد المواد النباتية واستخراج الماء الساخن ونسبة النظائر ، يتم استخدام قياس الطيف الكتلي لقياس وضع العلامات الشاملة على النظائر والاختلافات في قوة وضع العلامات.

الميزة الرئيسية لوضع العلامات المستمرة على الطرق الأخرى ، مثل التطبيق الورقي أو وضع العلامات النبضية المتكررة ، هي أنها تنتج مواد نباتية ذات علامات موحدة يمكن تصنيفها بشكل تفاضلي في مكوناتها الأيضية أو الهيكلية. لبدء هذا الإجراء ، قم ببناء غرفة الملصقات كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب عن طريق تركيب جدران أكريليك شفافة بسمك 3.18 ملم وسقف أكريليك شفاف بسمك 6.35 ملم على إطار من الألومنيوم بأرضية فولاذية مطلية باللون الأبيض ، يمكن تصميم أبعاد الغرفة لتناسب احتياجات نمو النبات المحددة. تبلغ أبعاد الغرفة الموضحة هنا 1.2 × 2.4 × 3.6 متر وتحتوي على 40 وعاءا سعة 15 لترا مما يضمن أن الغرفة محكمة الإغلاق من خلال تغطية جميع اللحامات بمادة مانعة للتسرب من السيليكون مناسبة.

قم بتركيب الباب على براغي الماكينة ، والتي يمكن تثبيتها وفكها باستخدام صواميل الجناح القابلة للإزالة. أغلق الباب بتجريد الطقس لمنع تسرب الهواء في منطقة مجاورة مباشرة لغرفة الملصقات. قم بتركيب مركز التحكم على الشاشة واضبط درجة الحرارة والرطوبة وثاني أكسيد الكربون داخل الغرفة.

تأكد من أن الأسلاك الكهربائية وأنابيب الغاز التي تمر إلى الغرفة محكمة الغلق بالسيليكون لمنع تسرب الهواء. اختياريا ، أضف الأضواء إلى الغرفة لزيادة تغلغل الضوء والتحكم في طول اليوم لتنظيم درجة حرارة الغرفة. قم بتركيب مكيف هواء تجاري من النوع المنفصل مع ملفات المبخر الموجودة داخل الغرفة وملفات الضاغط والمكثف الموجودة خارج الغرفة لتبديد الحرارة.

بعد ذلك ، قم بتثبيت مزيل رطوبة غرفة صغيرة في الغرفة. احفر حفرة في الأرضية المجاورة لمزيل الرطوبة ، وقم بتمرير أنبوب التصريف من مزيل الرطوبة عبر الفتحة وفي جرة معدة بالماء. هذا يخلق ختما محكما للتصريف ويسمح بتوازن الضغط E لتنظيم الرطوبة في الغرفة عن طريق توصيل وحدة تحكم قابلة للبرمجة مثل سلسلة عين أوميغا مع مستشعر الرطوبة بحريق مزيل الرطوبة.

ثم قم بتركيب محلل غاز الأشعة تحت الحمراء أو ER a بمضخة غشاء تسحب الهواء باستمرار من الغرفة عبر ER A وتعود إلى الغرفة. يحافظ هذا على نظام مغلق مع المراقبة المستمرة لتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغرفة. بعد ذلك ، قم بتوصيل خزانين لغاز ثاني أكسيد الكربون النقي بنظام التحكم في ثاني أكسيد الكربون.

يجب أن يحتوي أحد الخزانات على 10 ذرات بالمائة ، و 13 درجة مئوية من ثاني أكسيد الكربون أو أعلى ، ويجب أن يحتوي الآخر على وفرة طبيعية. 13 درجة مئوية ثاني أكسيد الكربون. اضبط منظمات الخزان على 20 رطل لكل بوصة مربعة بعد أن يقوم المنظمون بإدخال صمامات الملف اللولبي في خطوط الغاز للتحكم في حقن ثاني أكسيد الكربون بواسطة برنامج Ergo.

التحكم في فتح وإغلاق صمامات الملف اللولبي عن طريق توصيلها ب ER rga عبر برنامج ترحيل الحالة الصلبة ، إنذار منخفض على برنامج ergas لتشغيل فتح صمامات الملف اللولبي عندما ينخفض تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغرفة إلى أقل من قيمة معينة والنطاق الجامد لإغلاق الصمامات. بمجرد أن يصل تركيز ثاني أكسيد الكربون إلى نقطة ضبط عليا. بعد أن تقوم صمامات الملف اللولبي بتوصيل صمام قياس بكل من خطي خزان الغاز وضبطهما بعناية على مستوى تخصيب الكربون 13 المطلوب في الغلاف الجوي.

نستخدم هنا تخصيب 4.4 ذرة بالمائة من الكربون 13. قم بربط المنافذ معا وأخيرا قم بتوصيل الخط في وسط الغرفة بين المراوح ، مما يساعد على توزيع ثاني أكسيد الكربون المسمى بالتساوي في جميع أنحاء الغرفة لإعداد نظام الري. أولا ، قم بإنشاء حلقة ري بالتنقيط لكل وعاء وقم بتغذية أنبوب الري من خلال ثقب صغير مصنوع في جدار الغرفة إلى الخارج.

ثم أغلق الثقوب حول أنبوب الري بسد السيليكون لمنع تسرب الهواء على السطح الخارجي للغرفة. قم بتوصيل أنبوب الري بأنبوب المضخة التمعجية وضع مشبك خرطوم صغير عليه لمنع تسرب الهواء بين الري ينبت قبل الزراعة في الأواني لضمان قابلية تلقيح الشتلات بملاط التربة الطازج. لإدخال الميكروبات المفيدة ، املأ الأواني بمزيج تأصيص خال من التربة للتخلص من إدخال الكربون والنيتروجين غير المسمى من التربة.

هنا نستخدم مزيجا من الرمل والفيرميكوليت والسيراميك المسامي. بمجرد أن تنبت البذور ، قم بزرع الشتلات بعناية في الأواني ذات الحد الأدنى من التربة المزروعة. ثم انقل الأواني إلى الغرفة وقم بتجميع كل وعاء بخرطوم ري فردي.

أخيرا ، أغلق باب الغرفة وافرك ثاني أكسيد الكربون الخارجي عن طريق توصيل جهاز تنظيف الجير الصودا بمضخة الهواء حتى ينخفض تركيز ثاني أكسيد الكربون إلى 200 إلى 250 جزءا في المليون على الأقل. قبل ملء الغرفة مرة أخرى حتى 400 جزء في المليون. باستخدام خليط خزان ثاني أكسيد الكربون 13 درجة مئوية ، حاول إبقاء الغرفة مغلقة طوال فترة موسم النمو لتقليل الوفرة الطبيعية لتلوث ثاني أكسيد الكربون.

قم أولا بتسمية محلول سماد من نوع هايلاند بالنيتروجين 15 عن طريق خلط 98 ذرة في المائة من النيتروجين ، و 15 نترات البوتاسيوم مع النيتروجين الوفرة الطبيعية ، و 15 نترات البوتاسيوم ، ثم إضافته إلى باقي محلول هوكين. هنا نستخدم محلول نيتروجين 15 بنسبة سبعة ذرات بالمائة للتخصيب. استخدم مضخة تمعجية لتغذية محلول الأسمدة المسمى بالنيتروجين 15 من خلال أنابيب الري.

UNC بتثبيت خراطيم الري وتوزيع كميات متفاوتة من الأسمدة على النباتات الفردية وفقا للطلب والتصميم التجريبي. ثم ضخ الماء من خلال الخراطيم لشطف السماد من خراطيم الري. يجب ألا تتجاوز الكمية الإجمالية للسوائل المضافة قدرة الأواني على الاحتفاظ بالمياه من أجل تقليل نفايات الأسمدة.

مشبك التسجيل ، جميع الخراطيم بعد التسميد والري للقضاء على تسرب هواء الغرفة. لوضع العلامات التفاضلية للمكونات الهيكلية والتمثيل الغذائي ، قم بإزالة النباتات من غرفة الملصقات قبل أسبوع إلى ثلاثة أسابيع من الحصاد. احتفظ بالنباتات التي سيتم تصنيفها بشكل موحد داخل الغرفة حتى الحصاد.

للحث على الشيخوخة. ما عليك سوى إيقاف الري عندما تصبح جاهزا. حصاد النباتات عن طريق قص الكتلة الحيوية فوق سطح الأرض أولا.

بعد حصاد الكتلة الحيوية فوق سطح الأرض ، اسكب مزيج التأصيص والجذور على شاشة أساسية بحجم ستة ملليمترات لفصل الجذور عن مزيج التأصيص. ثم اشطف الجذور على شاشة بحجم ملليمترين لإزالة أي مادة تأصيص متبقية. استخدم الملقط حسب الضرورة لإزالة أي مزيج تأصيص قد يكون له سيلتيار للجذور ، ثم اترك الجذور تجف في الهواء استعدادا للتجارب المستقبلية.

خلال ثلاثة مواسم نمو من التشغيل ، نجحت الغرفة في الحفاظ على درجة الحرارة بين 26 و 29 درجة مئوية والرطوبة بين 36 و 56٪ وتركيزات ثاني أكسيد الكربون بين 360 و 400 جزء في المليون حيث تم إنشاؤها في مركز التحكم. تظهر هنا نتائج تمثيلية من 2011 موسم النمو من Andra Pogon Girard di. لا يبدو أن تراكم ثاني أكسيد الكربون أثناء التنفس الليلي يضر بالنباتات النامية وسرعان ما يتم امتصاصه بعد شروق الشمس.

أنتجت ملصقات النيتروجين 15 من خلال محلول النيتروجين 15 المستهدف بنسبة سبعة بالمائة مادة نباتية عالية العلامات عند 6.7 ذرة في المائة من النيتروجين 15 ، وقد يكون التخفيف الطفيف من ملصق النيتروجين المستهدف 15 ناتجا عن بعض النيتروجين الطبيعي الوفرة في مزيج التأصيص أو من تلقيح التربة الأصلية. أدى وضع العلامات على الكربون 13 باستخدام 4.4 ذرة في المائة 13 درجة مئوية إلى 4.46 ذرة في المائة ، والكربون 13. في جميع أنحاء القمامة الكاملة للمواد النباتية ذات العلامات الموحدة ، كان للنباتات ذات العلامات التفاضلية والتي تمت إزالتها من الغرفة قبل سبعة أو 14 أو 22 يوما من الحصاد ، اختلاف كبير في الكربون 13 والنيتروجين.15.

المحتوى في مكونات التمثيل الغذائي التي تم الحصول عليها على شكل مستخلصات الماء الساخن والمكونات الهيكلية التي تم الحصول عليها كمخلفات مستخلص الماء الساخن مما يشير إلى وضع العلامات التفاضلية للمواد النباتية الأيضية والهيكلية. بعد تطويره ، مهد وضع العلامات المستمرة على النظائر المزدوجة الطريق للباحثين في الكيمياء الجيولوجية الحيوية لاستكشاف مصير وتحول المكونات النباتية في البيئة على النطاق الكلي والنانوي.