Articolo metodologico

Valorizzazione del tasso di crescita iniziale delle Piante Agrarie mediante l'utilizzo di campi magnetici statici

DOI:

10.3791/53967

⸱

8 luglio 2016

 ,  , 
1College of Medicine, Yonsei University, 2Simon Fraser University, 3Biomedical Research Institute, Seoul National University Hospital

In questo articolo

Sommario

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L'obiettivo di questo protocollo è dimostrare l'accelerazione del tasso di crescita iniziale delle piante applicando campi magnetici statici senza energia esterna.

Abstract

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Dispositivi elettronici e cavi ad alta tensione inducono campi magnetici. Un campo magnetico di 1,300-2,500 Gauss (0,2 Tesla) è stata applicata a piastre di Petri contenenti semi di Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), e Mescluns (Lepidium sativum ). Abbiamo applicato magneti sotto il piatto di cultura. Durante i 4 giorni di applicazione, abbiamo osservato che il fusto e della radice la lunghezza aumentata. Il gruppo sottoposto a trattamento campo magnetico (n = 10) ha mostrato un 1,4 volte più veloce tasso di crescita rispetto al gruppo di controllo (n = 11) in un totale di 8 giorni (p <0,0005). Questo tasso è superiore del 20% rispetto a quello riportato in studi precedenti. Le linee complesse tubulina non hanno punti di collegamento, ma punti di collegamento si verificano al momento della domanda di magneti. Questo dimostra completa differenza dal controllo, che significa arrangiamenti anormali. Tuttavia, la causa esatta rimane poco chiaro. questi resULT di valorizzazione crescita di applicare magneti suggeriscono che è possibile migliorare il tasso di crescita, aumentare la produttività, o controllare la velocità di germinazione di piante applicando campi magnetici statici. Inoltre, i campi magnetici possono causare cambiamenti fisiologici nelle cellule vegetali e possono indurre la crescita. Pertanto, la stimolazione con un campo magnetico può avere effetti che sono simili a quelli di concimi chimici, il che significa che l'uso di fertilizzanti può essere evitato.

Introduzione

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La germinazione è la crescita di una pianta che provoca la formazione della piantina 1. In determinate condizioni, la germinazione del seme inizia e tessuti embrionali riprendere la crescita. Si inizia con idratazione al seme per attivare gli enzimi per la germinazione. Semi possono essere indotte a germinare in vitro (in una capsula di Petri o provetta) 1,2.

I campi magnetici statici sono forze speciali che causano movimenti di molecole con cariche ioniche a titolo della forza di Lorentz 3,4. forza di Lorentz si forma quando un oggetto ionizzati o cariche si muove sotto un campo magnetico. Ogni materiale è formato con atomi che sono composti da elettroni e protoni. Quando campi magnetici diventano presenti, se è statico o alternata, colpisce il movimento del materiale caricato. Questo vale anche per piante e molecole di acqua, che colpisce la condizione molecola intracellulare. In uno studio precedente, sono stati utilizzati bobine elettromagneticheper generare campi magnetici pulsati, e le piante 'Komatsuna' sono stati scelti come i soggetti 5. Nel presente studio, magnete generato campi magnetici statici sono stati usati per dare un effetti simili ma diversi da uno studio espansione della forza di Lorentz.

La frequenza del campo magnetico, piuttosto che la sua polarità, è un fattore cruciale per la germinazione delle piante. Precedenti studi hanno suggerito che i tassi massimi germinazione erano superiori del 20% rispetto al controllo quando la frequenza del campo magnetico era di circa 10 Hz. Quando il campo è stato rimosso in maniera retrograda, il tasso di crescita è stata compromessa 5. I campi magnetici statici hanno un effetto considerevole sul 6-8 crescita iniziale, in primo luogo sulla germinazione 6 e la radice della crescita 7.

Nel presente studio, abbiamo utilizzato magneti statici per esaminare la possibilità di regolare la crescita delle piante agricole utilizzando i campi magnetici. In particolare, abbiamo voluto determine se certe condizioni di applicazione del campo magnetico potrebbe aumentare i tassi di crescita a livelli più elevati rispetto a quelli citati in letteratura. Inoltre, se la germinazione iniziale delle piante può essere aumentata con successo utilizzando un campo magnetico, l'uso di fertilizzanti chimici può essere evitato.

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Protocollo

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1. Impostazioni iniziali

  1. Specie di piante agricole
    1. Usa Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), e Mescluns (Lepidium sativum) semi.
      NOTA: Impatiens balsamina (Giardino balsamo o Rose Balsam) è una specie originaria dell'India; alcuni membri si trovano anche in Myanmar. Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis o Komatsuna) è una variante della stessa specie, come la rapa comune. Crescione inglese (Lepidium sativum) è un tipo di erba che è tassonomicamente legato al crescione e senape. Hanno sapori simili e profumi, per le quali sono commercialmente utilizzati 5,7.
  2. Culture di piante
    1. Culture Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), e Mescluns (Lepidium sativum) semi in un diametro di 100 mm (100 PI) capsula di Petri. Assicurarsi che una piastra contiene un solo tipo di specie.
    2. Per le condizioni di coltura, mettere i semi su un asciugamano di cellulosa. Immergere la spugna e semi in acqua distillata tripla. Misurare e confermare che il laboratorio interno RT è 18-25 ° C, con umidità che vanno 65-75% (si prega di consultare la sezione 3.1.2).
    3. Per il numero di semi, la cultura di 10 ± 1 Sementi di Balsam, 50 ± 10 semi di Mizuna, 330 ± 20 semi di Komatsuna, e 380 ± 20 semi di Mescluns. Utilizzare condizioni identiche misurato come 18-25 ° C, con umidità che vanno 65-75% (si prega di consultare la sezione 2.1.1).
      NOTA: Tutti gli esperimenti sono stati condotti su condizioni interne con l'umidità regolamentato e range di temperatura in laboratorio. L'umidità e temperatura non era statica, ma purché le condizioni identiche per magnete gruppo trattato e di controllo.

2. Cultura di quattro impianti agricoli

  1. Procedura sperimentale
    1. Seguire la sezione 1.2.3) per le specie di condizioni dell'impianto e della cultura nel controllo e magnete gruppo applicata.
    2. Applicare tre magneti di 1,750 ± 350 Gauss (10.000 Gauss = 1 Tesla) nella parte inferiore dei 100 piatti pi per Garden Balsam. Durante l'applicazione, assicurano che i tre magneti non sono in contatto diretto con i semi, e sono separati dal fondo di plastica della capsula di Petri. La distanza tra i semi diretta e magneti dovrebbe essere di 2-4 mm. Applicare magneti per 168 ore (7 giorni) per quattro piante agricole.
    3. Seguendo tutti i passi identicamente a 2.1.2), applicare due magneti, uno (rivolta verso l'alto lato N) sul lato superiore e altro magnete (rivolta verso l'alto S) sul fondo della piastra di coltura Garden Balsam.
      NOTA: I pali sono applicate in modo diverso a Garden Balsam. Tuttavia, l'orientamento polo non è considerato un fattore cruciale in questo studio per alterazioni di crescita, come tutti gli ambienti sono identiche tranne per la direzionedel flusso magnetico. Lo scopo di N e S applicazione poli per Garden Balsam è stato quello di vedere la sua capacità pratica nel suo utilizzo nei campi, in cui l'orientamento polo potrebbe essere difficile da gestire.

3. tubulina colorazione di Garden Balsam

  1. Le applicazioni magnetiche con regolamentato Condizione Luce
    1. Inserire due magneti (N polo positivo in alto) inferiore della piastra di 100 mm per 48 ore, utilizzando le condizioni al punto 1.2.2.
      NOTA: Per modifica di luce, i piatti di coltura sono stati posti su un ripiano di plastica in incubatrice. Incubatore è stato utilizzato per l'intercettazione della luce e temperatura mantenendo a 25 ° C per 48 ore in ambienti scuri. Infine, tale condizione non è stato utilizzato in questo esperimento a causa di forti variazioni di lunghezza crescita.
  2. La colorazione delle piante
    1. Fissare l'intero Impatiens SPP impianto fiore doppio, (tra cui stelo e radici) coltivate su identiche condizioni con il punto 3.1.2) in paraformaldeide al 4% e 0,1 Mtampone fosfato (pH 7,4) per 15 min.
    2. Rimuovere il campione Impatiens ed immergere per 2 ore in tampone di bloccaggio (2% siero di cavallo / 1% di siero albumina bovina / 0,1% Triton X-100 in PBS, pH 7,5). Lavare il campione impatiens immergendo con PBS per 15 min.
    3. Per il doppio immunocolorazione, incubare il campione con l'anticorpo primario, anti-alfa tubulina (1: 1.000), O / N a 4 ° C.
    4. Rimuovere il campione ed immergere i campioni una volta con PBS per 10 minuti per lavare. Utilizzare FITC-coniugato anti-IgG di topo (1: 400) come anticorpo secondario e incubare per 2 ore a 25 ° C.
    5. Immergere il campione in PBS e coprire scivolare tutto il campione in fondo a 24 pozzetti. Ottenere immagini utilizzando un microscopio a fluorescenza convenzionali per osservare l'orientamento tubulina (λ = 550 nm, ingrandita a 100X, 200X e 400X).
      NOTA: In questo caso, il gruppo magnete trattati (n = 10) e controlli (n = 11) sono stati confermati per Garden Balsam (Impatiens balsamina) soltanto, coltivate in condizioni non-scuri.

Metodi 4. Data Collection

  1. Creazione Time-lapse della crescita Quattro piante agricole
    1. Fotografare l'impianto ad intervalli di 10 min, impostando otturatore per auto (questo può essere fatto in qualsiasi fotocamera digitale). Impostare l'apertura a F 3.2 e il valore ISO 400.
    2. Raccogliere 700-900 immagini per 7-10 giorni. Collegare la fotocamera con i fili elettrici da batteria potrebbe essere esaurita.
    3. Trascinare le immagini facendo clic e rilasciando ogni foto in ordine cronologico sotto la linea di streaming con il software moviemaking (vedi Materiali e attrezzature tabella). Mettilo su una linea di flusso in uguali durate di 0,045-0,05 sec per ciascuna in un totale pellicola di 30-40 sec. Verificare in modo che non ci siano spazi scuri con la selezione del ogni immagine in un ordine cronologico.
    4. Dopo il punto 4.1.3, fare clic sul pulsante di riproduzione nel software per assicurare la-movie compilato in un 30-40 secondi time-lapse video di presentazione e fare clic su di rendering e salvare .mpeg o in formato .avi. Per dimensioni markers, utilizzare Canadian trimestre, un Penny americano, e un righello centimetri sul lato della foto.
    5. Eseguire t-test e la trama di dialogo per l'analisi statistica 11,12.
      NOTA: Gruppi di sintesi di cinque numeri sono stati usati per calcolare il limite inferiore (L) valore Q1 - [1.5 × (Q3 - Q1)] e il più alto limite di (H) valore Q3 + [1,5 × (Q3 - Q1) ]. Questo approccio è stato incorporato nel passo 1.2.2 per la raccolta dati di lunghezza 11. I valori di L e H mostrano la zona il 99% degli appezzamenti T-distribuzione, il che significa valori anomali che i punti dati osservati al di fuori di questo intervallo può essere considerato. Trame Box e t di Student-test sono stati utilizzati per analizzare le differenze nelle altezze di piantine 12.

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Risultati

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Tubulina colorazione mostrato disperso o strutture diluito in piante coltivate in presenza del magnete rispetto al controllo (Figura 2). Inoltre, gli studi time-lapse 7 giorni con piante agricole tra cui Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis) e Mescluns (Lepidium sativum) hanno indicato che un magnete derivato campo magnetico statico aumenta la crescita iniziale di queste piante (Figura 3).

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Discussione

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In tutte le condizioni, i magneti devono essere applicati sotto la capsula di Petri. Questo studio ha esaminato l'influenza dei campi magnetici sul tasso di crescita di semi per diverse specie agricole, con particolare attenzione alla Garden Balsam come rappresentante di piante agricole. Per esempio, tubulina colorazione è stata eseguita su Garden Balsam valutare i cambiamenti a livello molecolare in radice e gambo micro-strutture scheletriche suggeriscono influenza del campo magnetico nella proliferazione lunghezza...

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Dichiarazioni

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Gli Autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Questo studio ha ricevuto il sostegno della National Research Foundation of Korea (NRF) (2011-0012728). Un poster che presenta questo studio è stato premiato con il Best Poster Award dalla Società coreana di scienze biologiche applicate (KSABC).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Magneti staticiJIM2000Gauss
2% siero di cavallo/1% albumina sierica bovina/0,1% Triton X-100Sigma-AldrichFuso con 55514Tampone bloccante
Anticorpo primarioSanta Cruz Biotechnologysc-8035a-Tubulina
Anticorpo secondarioSanta Cruz Biotechnologysc-2010FITC-coniugato anti-topo
IgG tempo ValoreISO 400 e apertura F 3.2
controllati manualmente Sony Vegas Pro 13.0Sony

Riferimenti

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  1. Martin, F. W. In vitro measurement of pollen tube growth inhibition. Plant Physiol. 49, 924-925 (1972).
  2. Pfahler, P. L. In vitro germination characteristics of maize pollen to detect biological activity of environmental pollutants. Environ Health Perspect. 37, 125-132 (1981).
  3. Yao, Z., Tan, X., Du, H., Luo, B., Liu, Z. A high-current microwave ion source with permanent magnet and its beam emittance measurement. Rev Sci Instrum. 79, 073304(2008).
  4. Hendrickson, C. L., Drader, J. J., Laude, D. A., Guan, S., Marshall, A. G. Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry in a 20 T resistive magnet. Rapid Commun Mass Spectrom. 10, 1829-1832 (1996).
  5. Namba, K., Sasao, A., Shibusawa, S. EFFECT OF MAGNETIC FIELD ON GERMINATION AND PLANT GROWTH. Acta Hort. 399, 143-148 (1995).
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