RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
אנו מציגים מתודולוגיה לכמת את תכולת עמילן primordia שחלה בדובדבן מתוק (שקד avium ל') במהלך החורף תרדמה באמצעות מערכת ניתוח תמונה בשילוב עם טכניקות מעבדה הומנית.
שינויים עמילן במבנים קטנים הם קשורים אירועי מפתח במהלך מספר תהליכים פיתוחיים צמח, כולל השלב הרבייה של האבקה הפריה, תחילת fruiting. עם זאת, בווריאציות עמילן במהלך התמיינות פרח לא לגמרי ידועים, בעיקר בשל הקושי לכמת את תכולת עמילן המבנים קטן במיוחד של primordia הפרחים. כאן, אנו מתארים שיטה כימות של עמילן ב primordia השחלה של דובדבן מתוק (שקד avium ל') באמצעות מערכת ניתוח התמונה המצורפת המיקרוסקופ, אשר מאפשר הנוגעות לשינויים בתוכן עמילן עם השלבים השונים של תרדמה האביב. למטרה זו, המצב תרדמה של ניצני פרחים נקבעת לפי הערכת את הצמיחה ניצן של נצרי הועבר תנאים מבוקרים ברגעים שונים בזמן חורף. עבור כימות של עמילן ב primordia השחלה, ניצני פרחים ברצף שנאספו, קבוע, המוטבעות פרפין, למחלקה, מוכתם אני2Kl (אשלגן יודיד-יוד). ההכנות שנצפו תחת המיקרוסקופ, נותחו על ידי מנתח התמונה בבירור שיבדיל עמילן מהרקע. ערכי תוכן עמילן מתקבלים על ידי מדידת צפיפות אופטית של התמונה התואם העמילן מוכתם, בהתחשב סכום הצפיפות האופטית של כל פיקסל כמו אומדן של עמילן תוכן של מסגרת למד.
צמחים רב שנתיים וודי ממוזג להסתגל העונות על ידי להתכוונן וההתפתחות שלהם. בעוד הם מפתחים במהלך האביב והקיץ, הם מפסיקים לגדול במהלך הסתיו ללכת רדום בחורף1. למרות תרדמה מאפשר להם לשרוד בטמפרטורות נמוכות בחורף, מצמרר הוא תנאי הכרחי budburst נאות אביב2. ההשלכות חשוב של תרדמה ייצור פירות ממוזג, יערנות הובילו מאמצים מגוונות כדי לקבוע ולחזות את תקופת תרדמה3. במינים עץ פרי, ניסויים אמפיריים העברת נצרי לכפות תנאים ותחזיות סטטיסטי המבוסס על נתונים של פריחה הם לגישות כדי לקבוע את התאריך של שבירת תרדמה, אשר מאפשר לחוקרים להעריך דרישות עבור כל לדבורי מצמרר. עם זאת, כיצד לקבוע את מצב תרדמה המבוססת על תהליכים ביולוגיים נשאר לא ברור3.
פורחים עצי פרי ממוזג, כגון דובדבן מתוק (שקד avium ל'), מתרחש פעם בשנה ונמשך שבועיים לערך. עם זאת, פרחים מתחיל להבדיל ולפתח כ 10 חודשים קודם לכן, במהלך הקיץ הקודם4. פרח primordia מפסיקים לגדול במהלך הסתיו להישאר רדום בתוך הניצנים בחורף. על תקופה זו, כל לדבורי צריך לצבור דרישה מצמררת במיוחד עבור פריחה נאותה4. למרות העדר phenological לשינויים הניצנים בחורף, פרח primordia פעילים מבחינה פיזיולוגית בתקופת תרדמה, ההצטברות של מצמרר טמפרטורות שויכה לאחרונה הדינמיקה של הצטברות עמילן או להקטין בתוך התאים של ראשית השחלה, מציעים גישה חדשה עבור תרדמה נחישות5. עם זאת, גודלו הקטן ואת המיקום של ראשית השחלה דורשים מתודולוגיה מיוחד.
עמילן הוא הפחמימות אחסון מרכזיים וודי צמח מינים6. לפיכך, שינויים עמילן קשורות לפעילות הפיזיולוגית של הרקמות פרח, אשר זקוקים לפחמימות לתמיכה שלהם פיתוח7,8. אירועים מרכזיים שונים במהלך תהליך הרבייה קשורים גם וריאציות בתוכן עמילן במבנים פרחים שונים, כגון מיוזה בצרכן9, הגידול של הצינורות אבקה דרך סגנון או ביצית הפריה10. טכניקות פתולוגיה לאפשר הגילוי של עמילן ברקמה מסוימת כל של primordia פרח בתקופת תרדמה. עם זאת, הקושי נשאר לכימות הזה עמילן כדי לאפשר בעקבות דפוס שלו הצטברות/ירידה לאורך זמן או השוואת העמילן תוכן בין רקמות, הזנים או שנים. זאת בשל הכמות הקטנה של רקמה זמין עבור שיטות אנליטיות11. כחלופה, ניתוח תמונות מקושר מיקרוסקופ12 מאפשר כימות של העמילן קטנה מאוד דגימות של רקמות הצמח13.
גישות שילוב מיקרוסקופ וניתוח התמונה שימשו כדי לכמת את התוכן של מרכיבים שונים ברקמות הצמח, כגון callose14, microtubes15, או עמילן16, על ידי מדידת הגודל של אזור צבוע על ידי ספציפי כתמים. עבור עמילן, זה ניתן בקלות להבחין באמצעות אשלגן יודיד-יוד (אני2קי) תגובה17. שיטה זו היא מאוד ספציפית; אני2קי intercalates בתוך המבנה למינריות של גרגרי עמילן וצורות כחול או חום-אדמדם בצבע כהה, בהתאם לתוכן עמילוז עמילן18. סעיפים מוכתמים אני2קי הכתם להציג ניגודיות הולמת בין עמילן הרקמה רקע, המאפשר זיהוי עמילן חד-משמעית של כימות עוקבות מערכת ניתוח תמונה19. למרות צבע זו אינה stoichiometric, ההצטברות של יוד הוא יחסי האורך של מולקולת עמילן, אשר יכול להשתנות מאוד17. לפיכך, גודל האזור המוכתם לבטא את מספר הפיקסלים אינן משקפות בהכרח במדויק את תכולת עמילן, מאז ההבדלים גבוהה בתוכן עמילן יכול להימצא בין שדות עם האזורים המוכתמים גודל דומה. כחלופה, תכולת עמילן יכול להיות מוערך על ידי מדידת צפיפות אופטית גרגרי מוכתם על תמונות בשחור-לבן המתקבל המיקרוסקופ, כפי שדווח ברקמות שונות משמש8,13 , 19, אבוקדו10,20וזית21.
כאן, אנו מתארים מתודולוגיה המשלבת הקביעה ניסיוני של תרדמה מצב עם כימות של עמילן בתוכן רקמת השחלה ראשית האביב, דובדבן מתוק, ומציע כלי חדש הבנה, חיזוי של תרדמה המבוסס על חקר המנגנונים הביולוגיים קשורות תרדמה.
1. תרדמה נחישות ואיסוף חומרים צמח
2. הצמח הכנה גשמי על כימות עמילן
3. כימות של תכולת עמילן
תרדמה מחקרים דורשות קביעת רגע מתי התקיימו הדרישות מצמררת. למרות העדר phenological שינויים במהלך החורף בתנאים שדה (איור 1 א'), עצי הדובדבן משחזר את הקיבולת של גדילה בתנאים מתאימים עד שהם עוברים תקופה מסוימת תחת בטמפרטורות נמוכות. ההעברה הרגילה של נצרי לתא תנאים מבוקרים (איור 1B) בתקופת החורף מותר הערכת מצב תרדמה פקעי. ההערכה של הגידול וניצן נעשה על ידי מדידת עליית ניצן משקל. בזמן, בתקופת תרדמה, אין שינויים יכול להיות שנצפו לאחר 10 ימים בתנאים נאותים (איור 1C), ברגע תרדמה הוכרע, הניצנים התנפחו, פרץ בבית הבליעה צמיחה (איור 1D). התוצאות של ניתוח זה מותר המצב תרדמה של ניצנים שתוקם. בשל הטמפרטורות שונים המתרחשים במהלך החורף, תרדמה היה להתגבר על תאריכים שונים, בהתאם לשנה. אמנם, במהלך השנה הראשונה של המחקר, שבירת תרדמה אירעה בחודש ינואר השנה השניה הציג חורף מתון יותר; לפיכך, התגשמות מצמררת אירעה כשלושה שבועות לאחר מכן, בחודש פברואר.
דובדבן מתוק נושא ניצני פרחים ב דורבנות, איפה הפסגה ניצן ניצן וגטטיבי, ניצנים לרוחב הם ניצני פרחים (איור 1C וד' 1). ניצנים מובחן התחיל להתמיין פרח או ניצנים צמח בסוף הקיץ, אך כאשר הם נכנסים תרדמה בזמן החורף, primordia פרח מספר להישאר בתוך הניצן, מוגן על ידי קשקשים ירוקים רבים, מכוסה קשקשים החיצוני חום ( איור 1C ו איור 2A). ניתוח ניצן הפרח הראה את primordia פרח קטן בתוך (איור 2 א). כל וניצן הכיל אחד עד חמישה פרחים בודדים primordia (איור 2B). למרות גודלו הקטן של ראשית כל פרח, כל החלקים של פרח מובחנים, יכול להיות מכובד: העלי, את פורים, עלי כותרת, עלי גביע (איור 2C). השימוש בטכניקות פתולוגיה (אלכוהול: קיבוע [3:1] אצטית פרפין הטבעה, מיקרוטום חלוקתה, עמילן יוד מבוססי מכתים) אפשרה ההפצה של העמילן בתוך הפרח ראשית רקמות שחלים (איור דו-ממדי ).
עמילן בראשית השחלה הייתה לכמת בכל מקטע. ארבעת קבין של 1337 µm2, 40 x הגדלה, ייצג את הפריסה הכללית של עמילן ב ראשית השחלה דובדבן מתוק (איור 3 א). גרגרי עמילן היו בבירור להבחין בין הרקע אחרי2קי מכתים (איור 3B). העמילן זוהה על ידי מערכת ניתוח התמונה, על-ידי התאמת הצבע סף של אדום, ירוק וכחול עד שנצפה כל גרגרי עמילן כוסו על ידי התמונה הבינארית שנוצרו על ידי המערכת מבוסס על הפרמטרים שהוגדרו צבע (איור 3C). הערכים של עמילן תוכן שהושג היו התוצאה של מידת הצפיפות האופטית של כל פיקסל תחת המסכה על התמונה בשחור-לבן (דמות תלת-ממד).
כימות של עמילן גילה דפוס עקבי של עמילן דינמי במהלך החורף (איור 4). באופן עקבי, כמות עמילן בחורף המוקדם הציג ערך צפיפות אופטית של פחות מ-40,0003, ואילו הסכום המרבי הגיעו ערך בין 120,000 ל- 140,000 שתי שנים. הערך המרבי היה להגיע בינואר במהלך השנה הראשונה (איור 4A), הוא התרחש בחודש פברואר בשנה השניה (איור 4B). מנוגדים אלה תוצאות עם עור תרדמה, הכמות המרבית של עמילן אירע/ת עם הגשמת מצמררת בשנים בשני.
גישה זו דורשת הקביעה של מצב תרדמה (איור 5A) יחד עם עמילן כימות על רקמת השחלה (איור 5B) כדי להפליל את השינויים בתוכן עמילן ביחס תרדמה.

איור 1: הגדרת ניסיונית לקביעת מצב תרדמה ניצני פרחים של דובדבן מתוק- (א) ענפים, במהלך החורף, להראות ניצנים רדומים סגור, מכוסה קשקשים חום כהה. (B) לוח זה מציג יורה להעביר אל התא צמיחה. באמצע ינואר, כמה הזנים נותר רדום עם הניצנים עדיין סגור (חץ לבן), בעוד אחרים היו מסוגלים לגדול, מציג המנופח ניצנים (חץ שחור). (C) לוח זה מציג פרטים של יורה עם ניצני פרחים רדום ממוקם רוחבית וניצן צמח יחיד הממוקם במיקום הפסגה בדחף. (D) לוח זה מציג פרטים של יורה ברגע תרדמה הוכרע לאחר 10 ימים בבית הבליעה הולך וגדל, מציג באד נפיחות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 2: לשתול חומרים לקראת עמילן כמת. (א) לוח זה מראה קטע חציה של ניצן של פרח, מציג פרח שני primordia (fp) מוגן על ידי קשקשים רבים (sc). (B) שלושה פרחים primordia (fp) לאסוף ב ניצן של פרח. (ג) לוח זה מציג קטע חציה של ראשית פרח, עם כל המעגלים הבדיל: עלי גביע (se), עלי כותרת (pe), פורים (an), העלי (pi). ראשית השחלה היא נבדלת בבסיס של העלי (חץ). (ד) A האמצעי של ראשית פרח היה אסף קבוע בחודש ינואר, המוטבעות פרפין, למחלקה ואני מוכתם אני2קי (חום כהה) עבור עמילן. לוח זה מראה את ראשית השחלה (חץ). פסי סולם מיקרומטר 500 ב לוחות A ו- B הינם מיקרומטר 200 פאנלים C ו- D. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 3: עמילן כמת ב ראשית השחלה הדובדבן המתוקות. (א) לוח זה מציג חלק האמצעי ראשית השחלה מוכתם אני2קי, המציגה את ארבע מסגרות תוכן עמילן אשר נמדדה. (B) לוח זה מציג פרטים של ראשית השחלה. גרגרי עמילן מוכתמים בחום כהה. (ג) לוח זה מראה תמונה מדומה של עמילן אשר מקביל גוונים שונים של כחול. (ד) לוח זה מראה מסכה תמונה בינארי המכסים אני2שהוכתמו קי עמילן (כחול) על התמונה המקורית בשחור-לבן. הצפיפות האופטית נמדד רק הפיקסלים של התמונה המקורית מכוסה על-ידי המסכה. פסי בקנה מידה 100 מיקרומטר בלוח א הינם 20 מיקרומטר פאנלים B - D. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 4: התוצאות נציג של כימות עמילן ב primordia השחלה הדובדבן המתוקות שנאסף חודשי הסתיו לאביב במהלך שתי שנות בתנאי טמפרטורת חורף שונות. מראה (A) בלוח זה התוצאות של השנים 2010-2011, אשר היה חורף קר. התגשמות מצמררת (פתית שלג) אירעה בחודש ינואר, יחד עם הכמות המרבית של עמילן. (B) לוח זה מראה את התוצאות מן השנים 2011-2012, אשר היה חורף מתון. התגשמות מצמררת (פתית שלג) אירעה בחודש פברואר, יחד עם הכמות המרבית של עמילן. הערכים הם זאת אומרת ± שגיאת התקן של הממוצע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 5: ערכה של עיצוב ניסיוני כדי להעריך את מצב תרדמה של ניצנים, כימות עמילן ב primordia השחלה בדובדבן מתוק- (א) לוח זה מראה את זרימות העבודה של קביעת מצב תרדמה: הכנת חומרים צמח, התהליך, התוצאות המתקבלות. (B) לוח זה מראה את זרימות העבודה של כימות עמילן: ההכנות פתולוגיה של הניצנים תצפית מיקרוסקופית של העמילן, ניתוח תמונת זיהוי עמילן, עמילן כימות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
המחברים אין לחשוף.
אנו מציגים מתודולוגיה לכמת את תכולת עמילן primordia שחלה בדובדבן מתוק (שקד avium ל') במהלך החורף תרדמה באמצעות מערכת ניתוח תמונה בשילוב עם טכניקות מעבדה הומנית.
המחברים מודים בתודה מריה Herrero, Eliseo ריבאס על דיון מועיל ועצות שלהם. עבודה זו נתמכה על ידי y Ministerio דה Economía Competitividad — קרן פיתוח אזוריים אירופה, האיחוד האירופי [מספר גרנט ולבס-2010-037992 ל פ א]; y אינסטיטוטו נאסיונאל דה Investigación Tecnología Agraria y Alimentaria [גרנט מספרים RFP2015-00015-00, RTA2014-00085-00, RTA2017-00003-00]; ארמון דה שמאייש — קרן חברתית אירופה, האיחוד האירופי [Grupo Consolidado A12-17R].
| סולם מדויק | Sartorius | CP225D | |
| מיקרוסקופ סטריאוסקופי | Leica Microsystems | MZ-16 | |
| תנור ייבוש | Memmert | U15 | |
| פרפין תחנת הטבעה | Leica Microsystems | EG1140H | |
| מיקרוטום סיבובי | Reichert-Jung | 1130/Biocut | |
| Microtome להב | נוצה | S35 | נירוסטה |
| מיקרוסקופ שדה בהיר | Leica Microsystems | DM2500 | |
| מצלמה דיגיטלית | Leica Microsystems | DC-300 | |
| מערכת ניתוח תמונה | Leica Microsystems | Quantiment Q550 |