Progettazione e funzionamento di un continuo 13 C e 15 N Etichettatura Camera di Uniform o differenziale, metaboliche e strutturali, Flora Isotope Labeling

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di 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. Ciò si ottiene costruendo prima una camera ermetica per la crescita delle piante. Il secondo passo consiste nel controllare la temperatura, l'umidità e i livelli di anidride carbonica nella camera per mantenere condizioni di crescita adeguate per le piante.

Successivamente, le piante vengono coltivate nella camera stagna con aria contenente 13 C, anidride carbonica e irrigazione e fertilizzazione contenenti azoto 15. Il passo finale consiste nel cessare l'etichettatura rimuovendo le piante marcate in modo differenziato dalla camera settimane prima del raccolto, in modo che il loro materiale metabolico diventi meno arricchito in carbonio-13 e azoto-15. Rispetto ai componenti strutturali dell'impianto dopo la raccolta del materiale vegetale, l'estrazione dell'acqua calda e il rapporto isotopico, la spettrometria di massa viene utilizzata per misurare l'etichettatura isotopica complessiva e le differenze nella forza di etichettatura.

Il vantaggio principale della marcatura continua rispetto ad altri metodi, come l'applicazione fogliare o la marcatura a impulsi ripetuti, è che produce materiale vegetale etichettato in modo uniforme che può essere marcato in modo differenziato nelle sue componenti metaboliche o strutturali. Per iniziare questa procedura, costruire la camera di etichettatura come descritto nel protocollo di testo allegato montando pareti in acrilico trasparente di 3,18 millimetri di spessore e un soffitto in acrilico trasparente di 6,35 millimetri di spessore su un telaio in alluminio con un pavimento in acciaio verniciato bianco, le dimensioni della camera possono essere adattate per soddisfare le specifiche esigenze di crescita delle piante. La camera qui mostrata misura 1,2 x 2,4 x 3,6 metri e contiene 40 vasi da 15 litri per garantire che la camera sia ermetica coprendo tutte le cuciture con un adeguato sigillante siliconico.

Montare la porta su viti a macchina, che possono essere avvitate e svitate utilizzando dadi ad alette rimovibili. Sigillare la porta con una protezione dagli agenti atmosferici per evitare 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 passano nella camera siano ben sigillati con silicone per evitare perdite d'aria. Opzionalmente aggiungere luci alla camera per aumentare la penetrazione della luce e controllare la durata del giorno Per regolare la temperatura della camera. Installare un condizionatore d'aria di tipo split commerciale con le serpentine dell'evaporatore situate all'interno della camera e le serpentine del compressore e del condensatore situate all'esterno della camera per dissipare il calore.

Quindi, installa un piccolo deumidificatore per ambienti nella camera. Praticare un foro attraverso il pavimento adiacente al deumidificatore e far passare il tubo di drenaggio dal deumidificatore attraverso il foro e in un barattolo innescato con acqua. Questo crea una chiusura ermetica per lo scarico e consente l'equilibrio della pressione E regolare l'umidità nella camera collegando un controller programmabile come una serie di omega eye con un sensore di umidità al fuoco del deumidificatore.

Quindi installare un analizzatore di gas a infrarossi o ER a con una pompa a membrana che aspira continuamente l'aria dalla camera attraverso l'ER A e torna alla camera. In questo modo si mantiene un sistema chiuso e si monitora continuamente la concentrazione di anidride carbonica nella camera. Quindi, collegare due serbatoi di gas di anidride carbonica pura al sistema di controllo dell'anidride carbonica.

Uno dei serbatoi dovrebbe contenere il 10 per cento di atomi, 13 C di anidride carbonica o superiore, e l'altro dovrebbe contenere l'abbondanza naturale. 13 C di anidride carbonica. Impostare i regolatori del serbatoio a 20 PSI dopo che i regolatori hanno inserito le elettrovalvole nelle linee del gas per controllare le iniezioni di anidride carbonica tramite il software Ergo.

Controlla l'apertura e la chiusura delle elettrovalvole collegandole all'ER rga tramite un programma relè a stato solido, un allarme basso sul software ergas per attivare l'apertura delle elettrovalvole quando la concentrazione di anidride carbonica nella camera scende al di sotto di un certo valore e una banda morta per chiudere le valvole. Una volta che la concentrazione di anidride carbonica raggiunge un set point superiore. Dopo che le elettrovalvole hanno collegato una valvola dosatrice a ciascuna delle due linee del serbatoio del gas e regolarle attentamente al livello di arricchimento di carbonio 13 desiderato nell'atmosfera.

Qui usiamo un arricchimento di carbonio 13 al 4,4% di atomi. Unisci le prese insieme e infine convoglia la linea al centro della camera tra le ventole, il che aiuta a distribuire uniformemente l'anidride carbonica etichettata in tutta la camera per impostare il sistema di irrigazione. Per prima cosa, crea un anello di irrigazione a goccia per vaso e fai passare il tubo di irrigazione attraverso un piccolo foro praticato nella parete della camera verso l'esterno.

Quindi sigillare i fori attorno al tubo di irrigazione con calafataggio siliconico per evitare perdite d'aria all'esterno della camera. Collegare il tubo di irrigazione al tubo della pompa peristaltica e posizionare una piccola fascetta stringitubo su di esso per evitare perdite d'aria tra le annaffiature, germinare prima di piantare in vaso per garantire la vitalità, inoculare le piantine con liquame di terreno fresco. Per introdurre microbi benefici, riempi i vasi con un terriccio privo di terriccio per eliminare l'introduzione di carbonio e azoto non etichettati dal terreno.

Qui utilizziamo una miscela di vermiculite di sabbia e un profilo ceramico poroso. Una volta che i semi sono germogliati, trapianta con cura le piantine nei vasi con un terriccio minimo. Quindi sposta i vasi nella camera e assembla ogni vaso con un tubo di irrigazione individuale.

Infine, sigillare lo sportello della camera e strofinare l'anidride carbonica esterna collegando uno scrubber di calce sodata alla pompa dell'aria fino a quando la concentrazione di anidride carbonica non scende ad almeno 200-250 parti per milione. Prima di riempire la camera fino a 400 parti per milione. Utilizzando la miscela di anidride carbonica da 13 C, cerca di mantenere la camera chiusa per tutta la durata della stagione di crescita per ridurre al minimo l'abbondanza naturale di contaminazione da anidride carbonica.

Per prima cosa etichettare una soluzione di fertilizzante di tipo hyland con azoto 15 mescolando il 98% di azoto, il nitrato di potassio 15 con l'azoto di abbondanza naturale, il nitrato di potassio 15 e quindi aggiungendolo al resto della soluzione di uncina. Qui usiamo una soluzione di azoto 15 al sette atomi per cento per fertilizzare. Utilizzare una pompa peristaltica per alimentare la soluzione di fertilizzante marcata con azoto 15 attraverso i tubi di irrigazione.

UNC blocca i tubi di irrigazione ed eroga quantità variabili di fertilizzante alle singole piante in base alla domanda e al disegno sperimentale. Quindi pompare l'acqua attraverso i tubi per sciacquare il fertilizzante dai tubi di irrigazione. La quantità totale di fluido aggiunta non deve superare la capacità di ritenzione idrica dei vasi per ridurre al minimo lo spreco di fertilizzante.

Rec clamp, tutti i tubi dopo la fertilizzazione e l'irrigazione per eliminare le perdite d'aria della camera. Per la marcatura differenziale dei componenti strutturali e metabolici, rimuovere le piante dalla camera di etichettatura da una a tre settimane prima del raccolto. Conservare le piante che devono essere etichettate in modo uniforme all'interno della camera fino al raccolto.

Per indurre la senescenza. Basta interrompere l'irrigazione quando si è pronti. Raccogli le piante tagliando prima la biomassa fuori terra.

Dopo aver raccolto la biomassa fuori terra, versare il terriccio e le radici su un setaccio di sei millimetri per separare le radici dal terriccio. Quindi sciacquare le radici su uno schermo da due millimetri Per rimuovere il materiale di invasatura rimanente. Usa le pinzette, se necessario, per rimuovere il terriccio che potrebbe aver attaccato le radici, quindi lascia asciugare le radici all'aria in preparazione di esperimenti futuri.

Durante tre stagioni di funzionamento, la camera ha mantenuto con successo la temperatura tra i 26 e i 29 gradi Celsius, l'umidità tra il 36 e il 56% e le concentrazioni di anidride carbonica tra i 360 e i 400 parti per milione, come sono state impostate nel centro di controllo. Qui sono mostrati i risultati rappresentativi della stagione di crescita 2011 di Andra Pogon Girard di. L'accumulo di anidride carbonica durante la respirazione notturna non sembra danneggiare le piante in crescita e viene rapidamente assorbito dopo l'alba.

L'etichettatura dell'azoto 15 attraverso la soluzione mirata di azoto 15 per cento di adamo ha prodotto materiale vegetale altamente marcato al 6,7 per cento di azoto 15, una leggera diluizione dall'etichetta di azoto 15 mirata può essere causata da un po' di abbondanza naturale di azoto nel terriccio o dall'inoculazione del suolo nativo. L'etichettatura del carbonio 13 utilizzando un 4,4 atomo per cento di anidride carbonica 13 C ha portato al 4,46 per cento di atomi, carbonio 13. In tutta la lettiera del materiale vegetale uniformemente etichettato, le piante etichettate in modo differenziato che sono state rimosse dalla camera sette, 14 o 22 giorni prima del raccolto, presentavano una differenza significativa in carbonio-13 e azoto.15.

Contenuto in componenti metabolici ottenuti come estratti di acqua calda e componenti strutturali ottenuti come residui di estratti di acqua calda, indicando l'etichettatura differenziale dei materiali vegetali metabolici e strutturali. Dopo il suo sviluppo, la marcatura continua di doppi isotopi ha aperto la strada ai ricercatori in biogeochimica per esplorare il destino e la trasformazione dei componenti vegetali nell'ambiente su scala macro e nanometrica.