Progettazione e funzionamento di un continuo

L'obiettivo generale di questa procedura è produrre materiale vegetale altamente arricchito in carbonio 13 e azoto 15 in modo uniforme in tutta la pianta o in modo differenziale nei tessuti strutturali e metabolici. Questo risultato si ottiene innanzitutto costruendo una camera stagna per la crescita delle piante. Il secondo passaggio consiste nel controllare la temperatura, l'umidità e i livelli di anidride carbonica all'interno della camera per mantenere condizioni di crescita adatte per le piante.

Successivamente, le piante vengono coltivate in una camera sigillata con aria contenente 13 C, anidride carbonica e irrigazione e fertilizzazione contenenti azoto 15. L'ultimo passaggio consiste nell'interruzione della marcatura rimuovendo le piante marcate in modo differenziale dalla camera alcune settimane prima del raccolto, in modo che il loro materiale metabolico risulti meno arricchito in carbonio 13 e azoto 15. Rispetto ai componenti strutturali della pianta dopo il raccolto del materiale vegetale, vengono utilizzate l'estrazione con acqua calda e la spettrometria di massa con rapporto isotopico per misurare il marcatura isotopica complessiva e le differenze nell'intensità della marcatura.

Il principale vantaggio della marcatura continua rispetto ad altri metodi, come l'applicazione fogliare o la marcatura a impulsi ripetuti, è che produce materiale vegetale uniformemente marcato che può essere differenzialmente marcato nei suoi componenti metabolici o strutturali. Per iniziare questa procedura, costruire la camera di marcatura come descritto nel protocollo testuale allegato, montando pareti in acrilico trasparente spesse 3,18 millimetri e un soffitto in acrilico trasparente spesso 6,35 millimetri su una struttura in alluminio con un pavimento in acciaio verniciato di bianco; le dimensioni della camera possono essere adattate in base alle specifiche esigenze di crescita delle piante. La camera mostrata qui misura 1,2 per 2,4 per 3,6 metri e contiene 40 vasi da 15 litri; assicurarsi che la camera sia ermetica sigillando tutte le giunzioni con un adeguato sigillante in silicone.

Montare la porta su viti a macchina, che possono essere avvitate e svitate utilizzando dadi a ghiera rimovibili. Sigillare la porta con guarnizioni per impedire perdite d'aria in un'area direttamente adiacente alla camera di etichettatura. Montare il centro di controllo sul monitor e regolare la temperatura, l'umidità e l'anidride carbonica all'interno della camera.

Assicurarsi che i cavi elettrici e i tubi del gas che entrano nella camera siano ben sigillati con silicone per evitare perdite d'aria. Opzionalmente, aggiungere luci all'interno della camera per aumentare la penetrazione della luce e controllare la durata del giorno. Per regolare la temperatura della camera, installare un condizionatore d'aria commerciale di tipo split, con le serpentine dell'evaporatore all'interno della camera e il compressore e le serpentine del condensatore all'esterno, in modo da dissipare il calore.

Successivamente, installare un piccolo deumidificatore per ambienti nella camera. Praticare un foro nel pavimento adiacente al deumidificatore e far passare il tubo di drenaggio del deumidificatore attraverso il foro e all'interno di un barattolo riempito con acqua. Questo crea una guarnizione stagna per lo scarico e permette l'equilibrazione della pressione, regolando l'umidità nella camera collegando un controller programmabile, come la serie Omega Eye con sensore di umidità, al deumidificatore.

Quindi installare un analizzatore di gas a infrarossi o ERA con una pompa a diaframma che aspira continuamente l'aria dalla camera attraverso l'ERA e la restituisce alla camera stessa. Questo mantiene un sistema chiuso pur monitorando continuamente la concentrazione di anidride carbonica all'interno della camera. Successivamente, collegare due bombole di gas anidride carbonica pura al sistema di controllo della CO2.

Uno dei serbatoi deve contenere anidride carbonica con un arricchimento di 13C pari al 10 per cento in atomi o superiore, mentre l'altro deve contenere anidride carbonica con abbondanza naturale di 13C. Impostare i regolatori dei serbatoi a 20 PSI; dopo i regolatori, inserire valvole solenoidi nelle linee del gas per controllare le iniezioni di anidride carbonica tramite il software Ergo.

Controllare l'apertura e la chiusura delle valvole solenoidi collegandole all'ER rga tramite un programma a relè a stato solido, impostando un allarme basso nel software ergas per attivare l'apertura delle valvole solenoidi quando la concentrazione di anidride carbonica nella camera scende al di sotto di un determinato valore e una banda morta per chiudere le valvole una volta che la concentrazione di anidride carbonica raggiunge un valore limite superiore. Dopo aver collegato le valvole solenoidi, fissare una valvola di regolazione a ciascuna delle due linee del serbatoio del gas e regolarle con attenzione al livello desiderato di arricchimento con carbonio 13 nell'atmosfera.

Qui utilizziamo un arricchimento di carbonio 13 al 4,4 atom percento. Collegare insieme le uscite e infine convogliare la linea al centro della camera tra le ventole, il che aiuta a distribuire uniformemente l'anidride carbonica marcata in tutta la camera per impostare il sistema di irrigazione. Per prima cosa, creare un anello di irrigazione a goccia per ogni vaso e far passare il tubo di irrigazione attraverso un piccolo foro praticato nella parete della camera verso l'esterno.

Quindi sigillare i fori intorno al tubo di irrigazione con sigillante in silicone per evitare perdite d'aria all'esterno della camera. Collegare il tubo di irrigazione al tubo della pompa peristaltica e applicare una fascetta stringitubo per prevenire perdite d'aria tra un'irrigazione e l'altra. Germinare i semi prima di piantarli nei vasi per garantire la vitalità, quindi inoculare le piantine con una sospensione fresca di terreno. Per introdurre microrganismi benefici, riempire i vasi con un substrato privo di suolo al fine di eliminare l'introduzione di carbonio e azoto non etichettati provenienti dal terreno.

Qui utilizziamo una miscela di sabbia, vermiculite e una ceramica porosa profilata. Una volta che i semi sono germinati, trasferire con attenzione le piantine nei vasi con una quantità minima di terriccio. Successivamente, spostare i vasi nella camera e collegare ciascun vaso a un tubo di irrigazione individuale.

Infine, sigillare la porta della camera e rimuovere l'anidride carbonica esterna collegando un depuratore a calce sodata alla pompa d'aria fino a quando la concentrazione di anidride carbonica non scenda almeno a 200-250 parti per milione. Prima di riportare la concentrazione nella camera a 400 parti per milione, utilizzando la miscela del serbatoio di anidride carbonica 13C, cercare di mantenere la camera chiusa per tutta la durata della stagione di crescita per minimizzare la contaminazione da anidride carbonica con abbondanza naturale.

Etichettare innanzitutto una soluzione di fertilizzante di tipo Hyland con azoto 15 mescolando nitrato di potassio contenente azoto 15 al 98 atom percent con nitrato di potassio contenente azoto 15 con abbondanza naturale, quindi aggiungere la miscela al resto della soluzione Hookin. In questo caso, si utilizza una soluzione contenente azoto 15 al sette atom percent per la fertilizzazione. Utilizzare una pompa peristaltica per somministrare la soluzione fertilizzante marcativa con azoto 15 attraverso i tubi di irrigazione.

UNC blocca i tubi di irrigazione e distribuisce quantità variabili di fertilizzante alle singole piante in base alle esigenze e al disegno sperimentale. Quindi pompa acqua attraverso i tubi per rimuovere il fertilizzante residuo dai tubi di irrigazione. La quantità totale di liquido aggiunta non deve superare la capacità di ritenzione idrica dei vasi, al fine di ridurre al minimo lo spreco di fertilizzante.

Ricongiungere le pinze, tutte le tubazioni dopo la fecondazione e l'irrigazione per eliminare le perdite d'aria dalla camera. Per l'etichettatura differenziale dei componenti strutturali e metabolici, rimuovere le piante dalla camera di etichettatura da una a tre settimane prima del raccolto. Mantenere all'interno della camera le piante che devono essere etichettate in modo uniforme fino al raccolto.

Per indurre la senescenza, interrompere semplicemente l'irrigazione quando pronto. Raccogliere le piante tagliando prima la biomassa aerea.

Dopo aver raccolto la biomassa aerea, versare il terriccio e le radici su un setaccio con maglie da sei millimetri per separare le radici dal terriccio. Quindi risciacquare le radici su un setaccio da due millimetri per rimuovere qualsiasi residuo di terriccio. Utilizzare pinzette, se necessario, per eliminare il terriccio che potrebbe essersi aggregato alle radici, quindi lasciare asciugare le radici all'aria in previsione di esperimenti futuri.

Nel corso di tre stagioni di crescita operative, la camera ha mantenuto con successo la temperatura tra 26 e 29 gradi Celsius, l'umidità tra il 36 e il 56% e le concentrazioni di anidride carbonica tra 360 e 400 parti per milione, come impostato nel centro di controllo. Qui vengono mostrati risultati rappresentativi della stagione di crescita del 2011 di Andra Pogon Girard di. L'accumulo di anidride carbonica durante la respirazione notturna non sembra danneggiare le piante in crescita ed è rapidamente assorbito dopo il sorgere del sole.

L'etichettatura con azoto 15 mediante la soluzione specifica di azoto 15 al sette virgola sette percento di azoto 15 ha prodotto materiale vegetale altamente etichettato al 6,7 percento atomico di azoto 15; una leggera diluizione rispetto all'etichettatura di azoto 15 prevista potrebbe essere causata da una certa abbondanza naturale di azoto nella miscela per vasi o dall'inoculazione con suolo nativo. L'etichettatura con carbonio 13, utilizzando una concentrazione mirata di anidride carbonica al 4,4 percento atomico di 13C, ha prodotto un valore del 4,46 percento atomico di carbonio 13. Durante l'intero periodo di formazione della lettiera a partire dal materiale vegetale uniformemente etichettato, le piante con etichettatura differenziale, rimosse dalla camera dopo sette, quattordici o ventidue giorni prima del raccolto, hanno mostrato una differenza significativa in carbonio 13 e azoto 15.

Contenuto nei componenti metabolici ottenuti come estratti ad acqua calda e nei componenti strutturali ottenuti come residui degli estratti ad acqua calda, che indica un marcamento isotopico differenziale dei materiali vegetali metabolici e strutturali. Dopo il suo sviluppo, il marcamento continuo con doppio isotopo ha aperto la strada ai ricercatori in biogeochimica per esplorare il destino e la trasformazione dei componenti vegetali nell'ambiente a scala macro e nano.