Hydroponics: ein vielseitiges System Nährstoff Allocation und Pflanzen Reaktionen auf die Nährstoffverfügbarkeit und Belastung durch toxische Elemente zu studieren

Das folgende Protokoll enthält eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Einrichtung eines Hydrokultursystems in einem Labor. Dieses Protokoll wurde für Arabidopsis thaliana optimiert. Einer der Hauptfaktoren, der zu einer erfolgreichen Etablierung einer Hydrokulturkultur beiträgt, ist die Gesundheit der Sämlinge, die für das Experiment verwendet werden.

Daher spielt die Sterilisation von Instrumenten, Saatgut und Nährmedien eine wichtige Rolle bei der Verringerung des Kontaminationsrisikos und bietet den Pflanzen einen guten Start, bevor sie in das hydroponische System verpflanzt werden. In diesem Schritt sterilisiert das Chlorgas, das bei der Reaktion zwischen Bleiche und Salzsäure freigesetzt wird, die Oberfläche der Samen. Bevor Sie die Samen in ein 1,5-Milliliter-Zentrifugenröhrchen umfüllen, beschriften Sie das Röhrchen mit einem Bleistift und identifizieren Sie die Samen.

Bleistift wird bevorzugt, da die Tinte während der Sterilisation verblassen kann. Markieren Sie auch die Kappe der Tube mit einem Sharpie. Diese Markierung sollte im Laufe des Sterilisationsprozesses aufgrund des freigesetzten Chlorgases verschwinden.

Das empfohlene Saatgutvolumen pro Tube liegt bei etwa 100 Mikrolitern. Legen Sie das beschriftete Röhrchen mit geöffneter Kappe in den Exsikkator oder die Vakuumkammer. Stellen Sie den Exsikkator in einen aktiven chemischen Abzug.

Gießen Sie 100 Milliliter Bleichmittel in ein 250-Milliliter-Becherglas, geben Sie es in den Exsikkator und schließen Sie das Ventil des Exsikkators. Geben Sie schnell 3 Milliliter 12%ige Salzsäure mit einer Bürette zum Bleichmittel. Schließen Sie sofort den Deckel.

Lassen Sie die Sterilisation vier Stunden lang laufen. Hier befindet sich der Exsikkator in einer aktiven Laminar-Flow-Haube, nachdem vier Stunden Sterilisation das Bleichmittel entfernt wurde. Die rote Markierung zeigt an, dass eine ausreichende Menge an Chlorgas erzeugt wurde.

Öffnen Sie den Deckel des Exsikkators weit und belüften Sie die sterilisierten Samen mindestens 30 Minuten lang. Danach können die Samen sofort verwendet oder an einem trockenen Ort gelagert werden. Dieser Schritt trägt dazu bei, vor der Umpflanzphase für gesunde Sämlinge zu sorgen.

Dies sind die Gegenstände, die zum Starten der Saatplatten benötigt werden. Steriles Saatgut, 1/4 MS-Medienplatten, steriles Filterpapier, Millipore-Klebeband, sterile Zahnstocher, Filzstift, Aluminiumfolie. Übertragen Sie die Samen zunächst aus dem Zentrifugenröhrchen auf ein steriles Filterpapier.

Befeuchten Sie ein Ende des Zahnstochers leicht und verwenden Sie dieses angefeuchtete Ende, um die Samen vom Filterpapier aufzunehmen und auf die Agaroberfläche zu legen. Verteilen Sie die Samen mit einer Dichte von etwa einem Samen pro Quadratzentimeter auf dem Teller. Hier verwenden wir nur wenige Samen, um den Schritt zu demonstrieren, aber Sie können einen Teller voller Samen machen.

Schreibe das Datum auf den Tellerdeckel, um das Alter der Pflanze im Auge zu behalten. Verwenden Sie Mikroporenband, um den Tellerdeckel am Plattenkörper zu befestigen. Dieses Band ermöglicht auch den Feuchtigkeitsaustausch zwischen der Luft und dem Mikroklima im Inneren der Platte.

Verwende Alufolie, um die Platte abzudecken und das Licht zu blockieren, bevor Du die Pflanze für zwei Tage in den Kühlraum stellst. Längere Zeiten können verwendet werden, um den Keimprozess zu unterstützen. Wie die 1/4 MS muss auch die hydroponische Lösung nach der Zubereitung sterilisiert werden.

Wir haben die folgende Nährlösung erfolgreich für den Anbau von Arabidopsis thaliana verwendet, aber sie könnte modifiziert werden, um spezifische Experimente oder verschiedene Pflanzenarten aufzunehmen. Es wird empfohlen, von jedem Makronährstoff eine Stammlösung in verschiedenen Flaschen und alle Mikronährstoffe in einer Flasche herzustellen, mit Ausnahme von Eisen-EDTA. Eine 10-fache Nährlösung könnte im Vorfeld des Experiments hergestellt werden, muss aber autoklaviert und im Kühlraum gelagert werden.

Im Folgenden finden Sie Materialien, die Sie zur Vorbereitung von Pflanzenhaltern benötigen. Hydrokulturbehälter, Schaumstoffplatte, Papiermesser, Korkbohrer, sterile Schaumstoffrohrstopfen, Pinzette. Messen Sie zuerst die Größe des Behälters.

Schneiden Sie dann die Schaumstoffplatte entsprechend den benötigten Maßen zu. Ein Papiermesser ist in diesem Fall hilfreich. Überprüfung der Größe der Schaumstoffplatte, die gut zum Behälter passt.

Verwende eine kleine Pinzette, um das Brett zu halten. Passen Sie bei Bedarf die Größe der Schaumstoffplatte an. Markieren Sie mit einem Bleistift die Positionen, an denen die Pflanzen verankert werden.

Verwende eine Korkbohrung, um Löcher in die Schaumstoffplatte zu bohren. Empfohlene Dichte: Eine Pflanze pro 10 Zentimeter im Quadrat. Machen Sie dann mit einer Rasierklinge einen Schnitt, der entlang jedes Schaumstoffpfropfens verläuft.

Seien Sie äußerst vorsichtig, wenn Sie Rasierklingen verwenden. Jedes Loch wird mit einem Schaumstoffstopfen gefüllt. Daher muss die Größe der Löcher proportional zu den Steckern sein.

Weichen Sie die beiden Plugs in entionisiertem Wasser ein und autoklavieren Sie sie mit Flüssigkeit, bevor Sie die Hydrokultur einrichten. Setze nun die Setzlinge um und richte die Luftpumpe ein. Dies ist eine hydroponische Lösung in Arbeitskonzentration.

Dies sind die sterilen Schaumstoff-Schlauchstopfen. Und das sind die mittelgroßen 12 Tage alten Sämlinge. Öffnen Sie die Platte.

Ziehe mit einer kleinen Pinzette vorsichtig einen Sämling aus der mittleren Platte und lege die Wurzel entlang des Einschnitts des Schaumstoffsteckers. Stecken Sie den Schaumstoffschlauch mit dem Sämling vorsichtig in die Schaumstoffplatte und legen Sie die Platte in den Behälter mit der Hydrokulturlösung. Umtopfen Sie weiter, um die gewünschte Anzahl von Pflanzen zu erhalten.

Stellen Sie sicher, dass die Schaumstoffrohrstopfen mit der Hydrokulturlösung getränkt sind. Als nächstes zeigen wir, wie Sie das Belüftungssystem einrichten, wobei kleine Luftpumpen vom Typ Aquarien, Kunststoffschläuche, Aquarienblasensteine, ein Ventilsystem und eine Luftpumpe benötigt werden. Verbinden Sie zuerst den kurzen, abgeschnittenen Teil des Luftschlauchs mit den Blasensteinen.

Verbinden Sie dann die Steine mit dem Ventilsystem. Schließen Sie anschließend das Ventilsystem an die Pumpe an. Nach dem Aktivieren der Pumpe stellt die Person in der Szene das Ventil ein, um den Luftdurchsatz zu steuern.

Der Luftstrom sollte gerade ausreichen, um Sauerstoff zu liefern, ohne das Wurzelsystem zu schädigen. Lege nun die Schaumstoffplatte mit den Setzlingen in die Hydrokultur. Decken Sie die Behälterseiten ab, um das Eindringen von Licht in die Lösung zu begrenzen und das Wachstum von Algen zu begrenzen.

Decken Sie auch die Behälterdeckel mit transparenten Kappen ab, um intensives Licht zu vermeiden, das neu umgepflanzte Sämlinge austrocknen könnte. Sobald die Pflanzen größer werden, entfernen Sie die Kappen. Für Forscher, die sich für Pflanzennährstoffe interessieren, bieten hydroponische Experimente ein ideales System, um die Reaktionen von Pflanzen auf verschiedene Nährstoffbedingungen zu testen, indem die Konzentrationen der interessierenden Elemente manipuliert werden.

Forscher können nährstoffausreichende, mangelhafte oder toxische Bedingungen einrichten. Dabei handelt es sich um Arabidopsis-Sämlinge, die im hydroponischen System gezüchtet werden, wie im Protokoll beschrieben. Die Pflanzen wurden drei Wochen lang im hydroponischen System wachsen gelassen, bevor sie die Zusammensetzung der hydroponischen Lösung änderten.

Die Person in der Szene erneuert die hydroponische Lösung, bevor sie die Pflanzen behandelt. Eine Stammlösung des giftigen Elements Cadmium wurde verwendet, um die Hydrokulturlösung aufzuspießen. Die in diesem Experiment verwendete Cadmiumkonzentration betrug 20 Mikromolaren.

Nachdem die Lösung hergestellt ist, werden die Pflanzen wieder in ihre Behälter zurückgebracht. Nach sechstägiger Behandlung zeigten Pflanzen, die Cadmium ausgesetzt waren, ein verzögertes Wachstum und Chlorosesymptome. Es wird auch eine Verringerung der Spross- und Wurzelbiomasse beobachtet.

Diese Abbildung zeigt ein anderes Experiment mit Arabidopsis-Pflanzen, die im Hydrokultursystem angebaut wurden, die mit unterschiedlichen Zinkkonzentrationen behandelt wurden. Pflanzen, die mit Zinkkonzentrationen von mehr als 42 Mikromolaren angebaut wurden, zeigten aufgrund hoher Zinkkonzentrationen ein verzögertes Wachstum. Während Pflanzen ohne Zinkzusatz auch ein verzögertes Wachstum aufgrund von Zinkmangel zeigten, verglichen mit Pflanzen, die mit 7 Mikromolar Zink angebaut wurden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses hydroponische System sowohl kostengünstig als auch skalierbar ist. Es ermöglicht uns, die Empfindlichkeit der Pflanzen gegenüber toxischen Elementen zu testen oder den Nährstoffbedarf der Pflanzen zu untersuchen. Sowohl Wurzeln als auch Triebe können getrennt für die Elementaranalyse oder Genexpressionsanalyse betrachtet und gesammelt werden.