La evaluación de las diferencias anatómicas entre las secciones transversales de las hojas C3 y C4 ayuda a comprender la eficiencia de la fotosíntesis. Este artículo describe la preparación y el examen de las secciones transversales de hojas semifinas y a mano alzada, junto con las advertencias en la preparación de las especies de cultivo Triticum aestivum y Zea mays.
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Artículo de método
Evaluación de rasgos estructurales en Triticum aestivum y Zea mays para la diferenciación fotosintética de C3 y C4 utilizando secciones a mano alzada y semidelgadas
En este artículo
Resumen
Resumen
La mayor eficiencia de la fotosíntesis deC4 , en comparación con el mecanismo deC3 , surge de su capacidad para concentrar CO2 en las células de la vaina del haz. La eficacia de la fotosíntesisC4 y la eficiencia intrínseca del uso del agua están directamente relacionadas con la proporción de células del mesófilo y de las hojas del haz, el tamaño y la densidad de las vainas del haz, y el tamaño, la densidad y el grosor de la pared celular de las células de la vaina del haz. El análisis microscópico rápido de estos rasgos se puede realizar en secciones a mano alzada y semidelgadas utilizando microscopía óptica convencional, proporcionando información valiosa sobre la eficiencia fotosintética en cultivos deC4 mediante la identificación y el examen de tipos celulares específicos. Además, se muestran los errores en la preparación de secciones a mano alzada y semifinas que afectan a las mediciones anatómicas y a los diagnósticos de tipos de células, así como la forma de evitar estos errores. Este enfoque microscópico ofrece un medio eficiente para recopilar información sobre la aclimatación fotosintética a la variación ambiental y ayuda en la detección rápida de cultivos para climas futuros.
Introducción
La fotosíntesis es un proceso fundamental en el que la energía luminosa se convierte en energía química, sirviendo como piedra angular de las redes tróficas terrestres. La mayoría de las plantas siguen la vía C3 de la fotosíntesis, donde el principal producto fotosintético es el compuesto de tres carbonos glicerato 3-fosfato. La fotosíntesis deC3 evolucionó hace más de 2.000 millones de años en una atmósfera abundante enCO2 y baja enO21. La enzima fotosintética clave, la ribulosa 1,5 bisfosfato carboxilasa/oxigenasa (Rubisco), que evolucionó en estas condiciones, no es óptima para las condiciones actu....
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Protocolo
1. Condiciones de crecimiento de las plantas
- Seleccione el trigo (Triticum aestivum L. Var. Winter Wheat, "Fredis") y el maíz (Zea mays L. Var. Saccharata, "Golden Bantam") como plantas representativas C3 y C4 , respectivamente. Cultive ambas especies de plantas en una cámara de crecimiento de semillas controlada en un ambiente.
- Mantenga la humedad relativa al 55% con la temperatura del aire a 25 °C/18 °C (día/noche) con un período de luz de 12 h. Mantener la densidad de flujo de fotones fotosintéticos (Q) en la superficie de la planta a 1200 μmol/m2/s para representar sus condicio....
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Resultados
La Figura 1A muestra la orientación correcta para seccionar la hoja tanto para el corte fresco como para la microscopía óptica. El método para cortar secciones frescas usando una navaja de afeitar de un solo lado y una hoja de cera dental se puede ver en la Figura 1B. Las secciones resultantes se muestran en la Figura 1C.
La Figura 2 muestra secciones a mano alzada de hojas r.......
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Discusión
En este artículo, discutimos los métodos cuantitativos y cualitativos para medir la anatomía de las hojas y las formas en que se pueden optimizar. Además, la metodología se aplica a especies representativas de cultivos con el fin de determinar qué rasgos anatómicos son más útiles para distinguir entre las secciones transversales C3 y C4 . La comprensión de estos rasgos es esencial, ya que las especies híbridas, denominadas fotosíntesisC2 , se están convirtiendo en una vía de investigación.......
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Divulgaciones
Los autores declaran no tener conflictos de intereses.
Agradecimientos
Los autores reconocen el Programa H2020 de la Unión Europea (proyecto GAIN4CROPS, GA nº 862087). El Centro de Excelencia AgroCropCropFuturo Agroecología y nuevos cultivos en climas futuros está financiado por el Ministerio de Educación e Investigación de Estonia. Deseamos agradecer a la profesora Evelin Loit-Harro por proporcionar semillas de T. aestivum y Z. mays, a Paula Palmet y Vaiko Vainola por su asistencia en la preparación de las secciones transversales de las hojas, y a João Paulo de Silva Souza por su asistencia con el análisis. Todas las imágenes se obtuvieron de la unidad de microscopía de la Universidad de Ciencias de la Vida de Estonia ....
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Hidrogenofosfato disódico dihidratado (Na2HPO42H2O) puro | PENTA, CZ | 10028-24-7 | |
| Película de incrustación, 7,8 milésimas de pulgada de espesor, 8 x 12,5, (203 x 318 mm) | ACLAR, US | 10501-10 | |
| Etanol, abs. 100% a.r. | Chem-Lab NV, BE | CL00.0505.1000 | Peligro: Líquidos y vapores altamente inflamables. |
| Sistema de imagen EVOS Invitrogen FL Auto 2 | Thermo Fisher Scientific, EE. UU | ||
| Molde de PTFE de incrustación plana con marco metálico, 16 cavidades | PELCO, EE. UU | 10501 | |
| Frasco de vidrio de 2 ml | VWR Life Science, EE. UU | 548-0045 | |
| Solución de glutaraldehído al 50 % | VWR Life Science, EE. UU | 23H2856331 | Peligro: Mortal si se inhala. Tóxico si se ingiere. Causa quemaduras graves en la piel y daño ocular. Puede causar irritación respiratoria. Use guantes protectores, ropa protectora, protección para los ojos y la cara. |
| Cuchillo de diamante Histo | Diatome, US | ||
| LEICA EM UC7 | Leica Vienna, AT | ||
| LR Resina blanca de grado duro | Ciencias de la Microscopía Electrónica, US | 14383 | Peligro: Causa irritación de la piel. Causa irritación ocular severa Puede causar irritación respiratoria. Puede causar somnolencia o mareos Use guantes protectores, ropa protectora, protección para los ojos y la cara. |
| Portaobjetos de microscopio | Normax, PT | 5470308A | |
| Nikon Eclipse E600 y Nikon DS0Fi1 5 MP | Nikon Corporation, JP | ||
| Tetróxido de osmio (OsO4) | Agar Scientific Ltd, GB | R1019 | Peligro: Fatal si se ingiere, en contacto con la piel o si se inhala. Causa quemaduras graves en la piel y daños en los ojos Use guantes de protección dobles, ropa protectora, protección para los ojos y la cara. |
| Pipetas y puntas de pipeta | Thermo Scientific, FI | KJ16047 | |
| Dihidrógeno fosfato de sodio dihidratado (NaH2PO4 . 2H2O) puro | PENTA, CZ | 13472-35-0 | |
| Jeringa 10 ml | Ecoject, DE | 20010 | |
| Azul de toluidina, grado de uso general | Fisher Scientific, GB | 2045836 |
Referencias
- Erb, T. J., Zarzycki, J. A short history of RubisCO: the rise and fall (?) of Nature's predominant CO2 fixing enzyme. Curr Opinion Biotechnol. 49, 100-107 (2018).
- Smith, E. N., et al. Improving pho....
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Reimpresiones y permisos
