Hydroponics: un sistema versatile per studiare nutrienti allocazione e vegetali risposte a disponibilità di nutrienti e l'esposizione a elementi tossici

Il seguente protocollo fornisce istruzioni dettagliate per configurare un sistema idroponico in un laboratorio. Questo protocollo è stato ottimizzato per l'Arabidopsis thaliana. Uno dei principali fattori che contribuisce al successo dell'instaurazione di una coltura idroponica è la salute delle piantine utilizzate per l'esperimento.

Pertanto, la sterilizzazione di strumenti, semi e terreni di coltura svolge un ruolo importante nel ridurre il rischio di contaminazione e fornisce un buon inizio per le piante prima che vengano trapiantate nel sistema idroponico. In questa fase il cloro gassoso rilasciato dalla reazione tra candeggina e acido cloridrico sterilizza la superficie dei semi. Prima di trasferire i semi in una provetta da centrifuga da 1,5 millilitri, utilizzare una matita per etichettare la provetta e identificare i semi.

La matita è preferita perché l'inchiostro può sbiadire durante la sterilizzazione. Segna anche il tappo del tubo con un pennarello. Questo segno dovrebbe scomparire durante il corso del processo di sterilizzazione a causa del gas di cloro rilasciato.

Il volume di seme raccomandato per provetta è di circa 100 microlitri. Posizionare la provetta etichettata, il tappo aperto nell'essiccatore o nella camera a vuoto. Posizionare l'essiccatore in una cappa chimica attiva.

Versare 100 millilitri di candeggina in un becher da 250 millilitri, metterlo nell'essiccatore e chiudere la valvola dell'essiccatore. Aggiungere rapidamente 3 millilitri di acido cloridrico al 12% alla candeggina usando una buretta. Chiudere immediatamente il coperchio.

Lasciare procedere la sterilizzazione per quattro ore. Ecco l'essiccatore in una cappa a flusso laminare attivo dopo quattro ore di sterilizzazione e la candeggina è stata rimossa. Il segno rosso che svanisce indica che è stata generata una quantità sufficiente di cloro gassoso.

Aprire bene il coperchio dell'essiccatore e aerare i semi sterilizzati per almeno 30 minuti. Successivamente, i semi possono essere utilizzati immediatamente o conservati in un luogo asciutto. Questo passaggio aiuta a fornire piantine sane prima della fase di trapianto.

Questi sono gli elementi necessari per avviare le piastre di semina. Semi sterili, piastre per terreni da 1/4 MS, carta da filtro sterile, nastro millipore, stuzzicadenti sterili, pennarello, foglio di alluminio. Per prima cosa trasferisci i semi dalla provetta da centrifuga a una carta da filtro sterile.

Inumidisci leggermente un'estremità dello stuzzicadenti e usa questa estremità idratata per raccogliere i semi dalla carta da filtro e adagiarli sulla superficie dell'agar. Distribuire i semi sul piatto a una densità di circa un seme per centimetro quadrato. Qui usiamo solo pochi semi per dimostrare il passaggio ma puoi fare un piatto pieno di semi.

Scrivi la data sul coperchio del piatto per tenere traccia dell'età della pianta. Utilizzare del nastro microporoso per mantenere il coperchio della piastra attaccato al corpo della piastra. Questo nastro consente anche lo scambio di umidità tra l'aria e il microclima all'interno della lastra.

Usa un foglio di alluminio per coprire la piastra e bloccare la luce prima di posizionare la pianta nella cella frigorifera per due giorni. Tempi più lunghi possono essere utilizzati per aiutare il processo di germinazione. Come il 1/4 MS, anche la soluzione idroponica deve essere sterilizzata dopo la preparazione.

Abbiamo utilizzato con successo la seguente soluzione nutritiva per coltivare l'Arabidopsis thaliana, ma potrebbe essere modificata per adattarsi a esperimenti specifici o a diverse specie vegetali. Si consiglia di preparare una soluzione madre di ciascun macronutriente in flaconi diversi e di tutti i micronutrienti in un flacone, ad eccezione del ferro-EDTA. Una soluzione nutritiva 10x potrebbe essere preparata prima dell'esperimento, ma deve essere sterilizzata in autoclave e conservata nella cella frigorifera.

Di seguito sono riportati i materiali necessari per preparare i portapiante. Contenitore idroponico, pannello di schiuma, tagliacarte, piralide per sughero, tappi sterili per tubi di schiuma, pinzette. Per prima cosa misura le dimensioni del contenitore.

Quindi tagliare il pannello di schiuma in base alle dimensioni necessarie. In questo caso è utile un tagliacarte. Verificare che le dimensioni del pannello di schiuma si adattino bene al contenitore.

Usa piccole pinzette per tenere la tavola. Se necessario, regolare le dimensioni del pannello di schiuma. Usa una matita per segnare le posizioni in cui verranno ancorate le piante.

Utilizzare un foro di sughero per creare dei fori nel pannello di schiuma. Densità consigliata:Una pianta ogni 10 centimetri quadrati. Quindi, fai un taglio lungo ogni tappo di schiuma usando una lama di rasoio.

Prestare la massima attenzione quando si utilizzano le lame di rasoio. Ogni foro sarà riempito con un tappo di schiuma. Pertanto, la dimensione dei fori deve essere proporzionale ai tappi.

Immergere i due tappi in acqua deionizzata e sterilizzarli in autoclave prima dell'installazione idroponica. Ora trasferisci le piantine e imposta la pompa dell'aria. Questa è una soluzione idroponica alla concentrazione di lavoro.

Questi sono i tappi sterili per tubi in schiuma. E queste sono le piantine medie di 12 giorni. Aprire la piastra.

Usa una piccola pinzetta per estrarre delicatamente una piantina dalla piastra media e adagiare la radice lungo l'incisione del tappo di schiuma. Collegare con cura il tubo di schiuma che tiene la piantina nel pannello di schiuma e posizionare il pannello nel contenitore con la soluzione idroponica. Continua a trapiantare per ottenere il numero desiderato di piante.

Assicurati che i tappi del tubo di schiuma siano imbevuti della soluzione idroponica. Successivamente mostreremo come impostare il sistema di aerazione, utilizzando piccole pompe d'aria di tipo acquario, sono necessari tubi di plastica, pietre a bolle d'acqua, sistema di valvole e una pompa ad aria. Per prima cosa collegare la parte corta e tagliata del tubo della linea dell'aria alle pietre a bolle.

Quindi collegare le pietre al sistema di valvole. Quindi collegare il sistema di valvole alla pompa. Dopo aver attivato la pompa, la persona nella scena sta regolando la valvola per controllare la portata d'aria.

Il flusso d'aria dovrebbe essere appena sufficiente a fornire ossigeno senza causare danni al sistema radicale. Ora posiziona il pannello di schiuma con le piantine nell'impianto idroponico. Coprire i lati del contenitore per limitare la luce che raggiunge la soluzione e limitare la crescita delle alghe.

Copri anche la parte superiore del contenitore con tappi trasparenti per evitare una luce intensa che potrebbe essiccare le piantine appena trapiantate. Una volta che le piante diventano più grandi, rimuovi i tappi. Per i ricercatori interessati ai nutrienti delle piante, gli esperimenti idroponici forniscono un sistema ideale per testare le risposte delle piante a diverse condizioni di nutrienti, manipolando le concentrazioni degli elementi di interesse.

I ricercatori possono creare condizioni di nutrienti sufficienti, carenti o tossiche. Si tratta di piantine di Arabidopsis coltivate nel sistema idroponico come descritto nel protocollo. Le piante sono state lasciate crescere per tre settimane nel sistema idroponico prima di cambiare la composizione della soluzione idroponica.

La persona nella scena sta rinnovando la soluzione idroponica prima di dare il trattamento alle piante. Una soluzione madre dell'elemento tossico cadmio è stata utilizzata per aggiungere la soluzione idroponica. La concentrazione di cadmio utilizzata in questo esperimento era di 20 micromolari.

Dopo che la soluzione è stata preparata, le piante vengono quindi rimesse nei loro contenitori. Dopo sei giorni di trattamento, gli impianti esposti al cadmio mostravano una crescita ritardata e sintomi di clorosi. Si osserva anche una riduzione della biomassa sia dei germogli che delle radici.

Questa figura mostra un esperimento diverso per le piante di Arabidopsis coltivate nel sistema idroponico dove trattate con diverse concentrazioni di zinco. Le piante coltivate a concentrazioni di zinco superiori a 42 micromolari, hanno mostrato una crescita ritardata a causa di alte concentrazioni di zinco. Mentre le piante senza zinco aggiunto hanno anche mostrato una crescita ritardata a causa della carenza di zinco rispetto alle piante coltivate con 7 micromolari di zinco.

In conclusione, questo sistema idroponico è economico e scalabile. Ci permette di testare la sensibilità delle piante agli elementi tossici o di studiare i requisiti nutrizionali delle piante. Sia le radici che i germogli possono essere osservati e raccolti separatamente per l'analisi elementare o l'analisi dell'espressione genica.