Name: 環境試料中の有機Pのハイスループット測定と分類 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-06-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 58 s
Description: 学ぶ 土壌や堆肥試料からの有機リンの酵素加水分解による分類法。96ウェルプレートを用いたモリブデンブルー比色法で、モノエステルリンとジエステルリンを効率的に定量し、土壌肥沃度や環境影響を予測する研究に活用できます。

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我々は、USGSとバーモント州の水資源と資金を提供するための湖研究センターに感謝します。

1。リン抽出<ol><li> 0.25Mの水酸化ナトリウム（NaOH、40.00グラム/モル）+ 0.05 Mエチレンジアミン四酢酸（EDTA、292.24グラム/モル）の1L溶液を調製します。 </li><li> 50 mLコニカルチューブに濡れたまたは乾燥土壌/サンプル2gのに水酸化ナトリウム+ EDTA溶液30 mLを加え。 </li><li>室温で16時間攪拌しながらインキュベートします。 </li><li> 3分間3000 × gで遠心する。 </li></ol> 2。サンプルの抽​​出pHの調整<ol><li> 1.5 mLのマイクロ遠心チューブに0.1 mLずつを転送します。 </li><li> 2.5 M酢酸0.017 mLを、0.4 M酢酸緩衝液（酢酸ナトリウム[CH 3 COONa、82.03グラム/モル]と酢酸の29.5％、pHは5.0 70.5％）の0.144 mLを加え、脱イオン水の0.739 mLを加え。 </li><li>調整された抽出物の最終容量は1mlになり、最終pHは5.0になります。 </li></ol> 3。酵素のストック溶液の調製<ol><li> 0.1 M酢酸ナトリウム（CH 3 COONa、82.03グラム/モル）溶液、pH 5.0 1 Lを準備します。 </li><li>最終濃度がそれぞれ0.5単位/ mLとなるようにステップ3.1で作成した酢酸ナトリウム緩衝液で2 × 10 mLの酸性ホスファターゼのストック溶液を準備します。 酸性ホスファターゼは、 コムギ （; GP、一般的に0.5 U MG - 1固体、EC 3.1.3.2小麦胚芽）からIを入力 ジャガイモから酸性ホスファターゼタイプIV - S（ジャガイモ、PP、一般的に4.6 U MG - 1固体、EC 3.1.3.2） 活動の*単位は、1ユニットは37℃で時間あたりのソリューションにオルトリン酸の1マイクロモルの解放と定義されているサプライヤー℃で規定されています</li><li>いずれかの溶液に脱イオン水、これが現在4℃で保存できますC今後の使用のため、再構成するには、 ペニシリウムシト （NP1、一般的には500 Uミリグラム-1固体菌類）からヌクレアーゼP1（EC 3.1.30.1）を凍結乾燥する。 </li><li>最終濃度が2.5単位/ mL NP1となるように、ステップ3.2で作成した10 mLのチューブの1本ピペットNP1は、ゆるやかに転倒数回で混ぜる。 </li><li> 2つの10 mLの酵素液を30分間3000 × gで遠心する。 </li></ol> 4。 Pキャリブレーションカーブとコントロール<ol><li> 1 mMのリン酸カリウム（K2HPO4、174.18グラム/モル）ストック溶液の1リットルを準備します。 </li><li> 1.5 mLの遠心管に1 mMリン酸カリウム原液1 mLを追加し、7つの0.5 mLの希釈を行う。 </li><li>を20 nmolの- 0.625 nmolのPからまで7​​段階希釈を持っているように、最初にチューブを捨てる</li><li>標準の96ウェルプレートのH - 行Bに重複して各チューブから80μLを転送する。 </li><li>列の11と12この値が0 nmolのPのキャリブレーションポイントです。の行に酢酸ナトリウム緩衝液（セクション3.1）80μLを追加</li><li>各列11と12は0にナノモルから20 nmolの無機リン酸〜8参照のサンプルが含まれています。 </li><li>列10は、次のコントロールが含まれます。 <ol><li> 10列の最初の3つのウェルに40μlのPP + GPの酵素溶液+ 40μL酢酸ナトリウム緩衝液（セクション3.1）を追加します。 </li><li> 40μLPP + GP + NP1酵素液+次の3つのウエルに40μLの酢酸ナトリウム緩衝液を追加します。 </li><li>井戸一つにし、最終的に10 nmolのグルコース-6リン酸（C 6 H 11のNa 2 O 9 P &amp;bullet; XH 2 O、304.1グラム/モル）+ 40μLPP + GPの酵素溶液を含む40μLの酢酸ナトリウム溶液を加えるコラム10に酢酸ナトリウム溶液の代わりに酵素溶液を加える。 </li></ol></li></ol> 5。サンプル+酵素のインキュベーション<ol><li>テスト中の各サンプルは、標準の96ウェルプレートの1列の最初の9井戸を占有します。 </li><li>最大8行までに第2節から井戸1-9 pH調整サンプルの抽​​出物40μLを配布する。 </li><li>後にすべてのサンプルは*が列4-6および酢酸ナトリウム緩衝液（セクション3.1で調製したもの）にカラム7-9 PP + GP + NP1 ,1 - 3列にPP + GPの酵素溶液を配布するためにマルチチャンネルピペットを使用して配布されている。 *この手順は、すべてのサンプルと同等のインキュベーション時間を取得を保証するために迅速に実行する必要があります。 </li><li>蓋とインキュベートサンプル付き96ウェルプレート+酵素液、コントロール及び検量線37を正確に1時間℃をカバー</li></ol> 6。リリースおよび背景無機Pの比色測定<ol><li>脱イオン水に以下のソリューションの各50 mLを準備します。 ソリューション*：0.1 Mのアスコルビン酸（C6H8O6、176.12グラム/モル）+ 0.5Mトリクロロ酢酸（Cl3CCOOH、163.39グラム/モル） 解決策B：0.01 Mモリブデン酸アンモニウム（（NH4）2MoO4、196.01グラム/モル） 解決策C：0.1 Mクエン酸ナトリウム（HOC（COONa）（CH2COONa）2 2H2O、294.10グラム/モル）+ 0.2 Mのヒ酸ナトリウム（NaAsO2、129.91グラム/モル）+ 5％氷酢酸 （CH3CO2H、60.05グラム/モル）*ソリューションは、毎日準備しておく必要があります。 </li><li> 96ウェルPLで全てのウェルにB液、50μLのと溶液Cの、20μLソリューションSDS、液100μLの25μLを追加食べた。マルチチャンネルピペットで急速にこれを行います。 </li><li>プレートを覆い、室温で30分間インキュベートする。 </li><li>任意のチューナブルマイクロプレートリーダーで850 nmで吸光度を測定します。 </li></ol> 7。 P化合物の分類<ol><li>スプレッドシートアプリケーション（Microsoft Excelなど）に生データをインポートします。 </li><li> x軸に0から40 nmolのPとy軸上の重複した吸光度測定値の平均：無機リンの検量線をプロットします。 </li><li>線形回帰を実行し、最適の線の方程式を見つける。 </li><li> 1から3列：直接検量線 - これはバックグラウンド無機Pの適用</li><li>列4-6：平均三連のサンプル値とP加水分解性Pのモノエステルから誘導されるグロス - これは吸光度からコントロール（酵素溶液+背景の無機P）を差し引く。 </li><li>列7-9：列4-6減算の吸光度値を除いて7.5と同じです - これは加水分解性PのジエステルからPです。 </li><li>校正式を適用してリリースさnmolのPへの吸光度データを変換します。 </li><li> nmolのPはmg P /元土壌のkgに戻って関連することができますリリース。また、各Pのクラスの割合を評価することも、データを分析するための有用なアプローチかもしれません。 </li></ol> 8。代表的な結果： 比色化学後に96ウェルプレートの迅速な目視検査は、手順が正しく行われたか否かに手がかりを提供します。最初に確認することは板の側面のプロフィールをスキャンすることによって、各ウェル中の液体のレベルです。すべてのウェルに試薬を正確に275μLがあるはずです。次に、視覚的に三連のサンプルウェルと重複してキャリブレーションの井戸の色を検査する。これらの技術的複製は、青の同じ色でなければなりません。次のグルコース6リン酸を含む二つのウェルに検量線を適用し、それらが全体の抽出されたPは、ICP - OESまたは別の方法を用いて測定された後、これを用いて計算された合計Pが値を確認して無機Pの全10 nmolのリリースを確認してくださいプロトコルは、抽出されたPの量を超えないようにしてください。 注：スプレッドシート内の慎重なデータ管理は定量的なエラーを防ぐ助けになる。一度に数が多いに対処されるので、テンプレートを作成することは十分に費やした時間となります。 <img src="/files/ftp_upload/2660/2660fig1.jpg" alt="図1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="図1"> 図1 8つのサンプル（行AH）と較正曲線（カラム11および12）の結果を示す96ウェルプレート。コントロールは列10になります。列1から3および4-6間の色の強度の増加は、列4-6と7月9日の間に、加水分解モノエステルのP化合物が原因である加水分解ジエステルのP化合物によるものです。 <img src="/files/ftp_upload/2660/2660fig2.jpg" alt="図2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="図2"> 図2ハイスループット酵素加水分解を使用してバーモント州の土壌試料の0.25 M水酸化ナトリウム- 0.05MのEDTA抽出物中のPクラスの分布。エラーバーは標準偏差、n = 3のを示している。

<ol><li>Turner, B. L., Frossard, E., Baldwin, D. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTurner%2C+BL+%22Organic+phosphorus+in+the+environment%22">Organic phosphorus in the environment</a>. , Cabi Publishing. Wallingford. (2005).</li>
<li>Murphy, J., Riley, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+modified+single+solution+method+for+determination+of+phosphate+in+natural+waters%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chim.+Acta%22%5BJournal%5D)">A modified single solution method for determination of phosphate in natural waters.</a> Anal. Chim. Acta. 27, 31-36 (1962).</li>
<li>Dick, W. A., Tabatabai, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+orthophosphate+in+aqueous+solutions+containing+labile+organic+and+inorganic+phosphorus+compounds%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Determination of orthophosphate in aqueous solutions containing labile organic and inorganic phosphorus compounds.</a> J. Environ. Qual. 6, 82-85 (1977).</li>
<li>He, Z., Toor, G. S., Honeycutt, C. W., Sims, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+enzymatic+hydrolysis+approach+for+characterizing+labile+phosphorus+forms+in+dairy+manure+under+mild+assay+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour.+Technol%22%5BJournal%5D)">An enzymatic hydrolysis approach for characterizing labile phosphorus forms in dairy manure under mild assay conditions.</a> Bioresour. Technol. 97, 1660-1668 (2006).</li>
<li>He, Z., Honeycutt, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+modified+molybdenum+blue+method+for+orthophosphate+determination+suitable+for+investigating+enzymatic+hydrolysis+of+organic+phosphates%5BTitle%5D)+AND+%22Commun.+Soil+Sci.+Plant+Anal%22%5BJournal%5D)">A modified molybdenum blue method for orthophosphate determination suitable for investigating enzymatic hydrolysis of organic phosphates.</a> Commun. Soil Sci. Plant Anal. 36, 1373-1383 (2005).</li>
<li>Cade-Menun, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterizing+phosphorus+in+environmental+and+agricultural+samples+by+31P+nuclear+magnetic+resonance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Talanta%22%5BJournal%5D)">Characterizing phosphorus in environmental and agricultural samples by 31P nuclear magnetic resonance spectroscopy.</a> Talanta. 66, 359-371 (2005).</li>
<li>Johnson, N. R., Hill, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+species+composition+of+poultry+manure-amended+soil+using+high-throughput+enzymatic+hydrolysis%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Sci.+Soc.+Am.+J%22%5BJournal%5D)">Phosphorus species composition of poultry manure-amended soil using high-throughput enzymatic hydrolysis.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 74, 1786-1791 (2010).</li>
</ol>

利害の衝突は宣言されません。

まさにその性質によって、少量を使用して迅速な方法は、細心の注意が必要です。したがって、最も重要なステップは、プレート上にピペットのソリューションを含むものです。正確な、そして最も重要なことは、一貫性のあるピペットのテクニックは、このアッセイの成功に不可欠です。 水酸化ナトリウム- EDTAの抽出は、多くの試料のPの大部分は三つのクラスに特徴付けできるようになります：オルトリン酸、モノエステルPおよびジエステルP.土壌、肥料、堆積物又はNaOH - EDTA -抽出Pを含む任意の他の環境サンプルを特徴づけることができる。環境試料中のP形は必ずしも安定ではなく、この手法は、サンプルは研究者の軍隊を採用することなく、危険にさらされる前にサンプルが特徴とされていることを確認します。 多数のサンプルが処理されるときに、このアッセイは特に適しています。試薬の必要性と容量の要件は、管理可能なレベル（例えば、1.5 mlのマイクロチューブではなく、50mLのガラス製のフラスコ）にスケールダウンされています。この適応はまた、廃棄物の生産を制限する。

<table border="1"><tbody><tr><th>試薬の名前</th><th>会社</th><th>カタログ番号</th></tr><tr><td> NaOHで</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> S8045 </td></tr><tr><td> EDTA </td><td>シグマアルドリッチ</td><td> EDS </td></tr><tr><td>氷酢酸</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 242853 </td></tr><tr><td>酢酸ナトリウム</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> S2889 </td></tr><tr><td>小麦の酸性ホスファターゼ</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> P3627 </td></tr><tr><td>ポテト酸性フォスファターゼ</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> P1146 </td></tr><tr><td>ヌクレアーゼP1 </td><td>シグマアルドリッチ</td><td> N8630 </td></tr><tr><td>リン酸カリウム</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> P2222 </td></tr><tr><td></td><td>シグマアルドリッチ</td><td></td></tr><tr><td></td><td>シグマアルドリッチ</td><td></td></tr><tr><td>グルコース-6リン酸</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> G7250 </td></tr><tr><td> SDS </td><td>シグマアルドリッチ</td><td> L4390 </td></tr><tr><td>アスコルビン酸</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> A5960 </td></tr><tr><td> TCA </td><td>シグマアルドリッチ</td><td> T9159 </td></tr><tr><td>モリブデン酸アンモニウム</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> A1343 </td></tr><tr><td>クエン酸ナトリウム</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> S1804 </td></tr><tr><td>ヒ酸ナトリウム</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> S9663 </td></tr></tbody></table>

環境試料中の有機pのハイスループット測定と分類

High-Throughput Measurement and Classification of Organic P in Environmental Samples

有機燐（P）は、分子の多くの種類は、環境試料1に存在します。彼らは比色試薬2,3と反応しないため、従来のPの測定は、これらの有機P化合物を検出しません。酵素加水分解は、（EH）正確に4,5の環境試料中の有機Pの形態を特徴づけるための新しい方法です。このメソッドは、リン- 31核磁気共鳴分光法（31 P - NMR）、高価であり、専門的な技術training6を必要とするメソッドによって精度に捏造されています。我々は、マイクロプレートリーダーシステム7にリンの3つのクラス（モノエステルP、ジエステルP及び無機P）を測定できる酵素加水分解法を適応している。このメソッドは、土壌、堆積物、肥料や、場合集中、水生サンプルでPの種を測定するために、高速で正確、​​手頃な価格とユーザーフレンドリーな手段を研究者に提供します。これは標準の実験室で行うことができる有機Pの形態と酵素不安定性を測定するための唯一のハイスループット法である。結果のデータは、システム栄養成分と富栄養化の可能性を研究する科学者に洞察力を提供します。

このプロトコルは、96サンプルのPモノエステル、Pのジエステルと無機P.アップが標準的な実験で一度に測定できるように土壌のリンを測定し、分類するためのマイクロプレートリーダーを利用して酵素加水分解のハイスループット法を説明します。

環境試料中の有機Pのハイスループット測定と分類

環境試料には、多種多様な有機リン（P）分子が存在します1。従来のリン測定法では、これらの有機リン化合物を検出できません。なぜなら...

本手順の目的は、土壌または堆肥サンプルの抽出液に含まれる酵素加水分解性有機リンを分類することです。まず、水酸化ナトリウムEDTA溶液でサンプルを抽出し、抽出液のpHを調整します。次に、これらの調整済み抽出液を2種類の異なる酵素溶液とともにインキュベートします。96ウェルプレートを用いた最終ステップとして、モリブデンブルー比色法により酵素で放出された正リン酸を測定します。最終的に、酵素加水分解法による正リン酸の放出量の差に基づいて、土壌または堆肥試料中のほとんどの天然正リン酸モノエステルリンおよびジエステルリン形態を分類することが可能です。この手法は、あらゆる標準的な研究室で低コストに実施できます。リン31核磁気共鳴分光法などの既存の手法と比較した主な利点は、土壌中の天然酵素が、将来的に有機エンドウ豆化合物から正リン酸を放出させる能力を測定できる点にあります。したがって、この手法で得られたデータは、土壌肥沃度の予測や、藻類が利用可能な正リン酸が有害な量で放出される可能性の予測に役立ちます。50 mLのコニカルチューブに入れた2 gの湿潤または乾燥試料に、0.25 Mの水酸化ナトリウム溶液を30 mL加えます。室温で16時間、攪拌しながらインキュベートします。サンプルを3000 ×gで30分間遠心分離し、その後、あらかじめ酢酸緩衝液を入れた1.5 mLマイクロ遠心チューブに100 µLを移します。調整後のサンプルの全量は1 mLとなり、pHは5.0になります。新鮮に調製した0.1 M 酢酸ナトリウム（pH 5）10 mLに、酸ホスファターゼを0.5 units/mLの濃度で含むストック溶液を2本準備します。次に、酸ホスファターゼストック溶液の10 mLチューブの1本に、再構成したPenicillium Citron由来の凍結乾燥ヌクレアーゼNP1を加え、最終濃度が2.5 units NP1/mLとなるようにし、数回反転させて穏やかに混合します。これら2つの酵素溶液を3000 ×gで30分間遠心分離します。検量線を作成するために、まず1.5 mL遠心チューブに1 mM 濃度のリン酸カリウムストック溶液を1 mL加え、0.5 mLずつの連続希釈を7回行います。最初のチューブは破棄し、最終的な希釈範囲が20 µMから0.625 nMのリンとなるようにします。次に、オルトリン酸標準液をプレートの最後の2列に分注します。10列目の最初の3ウェルに、A行からH行にかけて0 nMから20 nMのオルトリン酸を順に加えてください。10列目の次の3ウェルに、40 µLのPPおよびGP酵素溶液を加えます。さらに、40 µLのPP、GP、およびNPの3種酵素溶液を加えます。最後に、すべての6つのウェルに100 millimolar 酢酸緩衝液を 40 µL 加えます。これで、列10の最初の6つのウェルにはそれぞれ 80 µL の溶液が含まれているはずです。次の2つのウェルに、10 M glucose と六リン酸を含む 40 µL の酢酸ナトリウム溶液と、40 µL の PP および GP 酵素溶液を加えます。テストする各サンプルについて、pH調整したサンプル抽出液 40 µLを、最大8行の1〜9ウェルに分配します。マルチチャンネルピペットを使用して、1〜3列目にPP plus GP酵素溶液を、4〜6列目にPP plus GP plus NPを、そして7〜9列目に0.1 M 酢酸ナトリウム緩衝液を分配します。すべてのサンプルに同等のインキュベーション時間を確保するため、この操作は迅速に行ってください。96ウェルプレートに蓋をし、サンプル、酵素溶液、コントロール、および検量線用試料を、脱イオン水中で37 °Cでちょうど1時間インキュベートします。4種類のストック溶液をそれぞれ50 mLずつ調製します。溶液Aは、マルチチャンネルピペットを用いて迅速に、毎日調製する必要があります。96ウェルプレートのすべてのウェルに、25 µLのSDS、100 µLの溶液A、20 µLの溶液B、および50 µLの溶液Cを添加します。プレートに蓋をし、室温で30分間インキュベートします。最後に、波長可変マイクロプレートリーダーを用いて850 nmでの吸光度を測定し、スプレッドシートアプリケーションで管理します。まず、x軸に0から20 nanomoles phosphorus、y軸に2回測定した吸光度の平均値をプロットして無機リンの検量線を書き、線形回帰を行い、最良適合線の式を求めます。次に、1列目から3列目の値の平均を出し、そのデータセットに検量線を適用することで、背景無機リン量を算出します。続いて、加水分解されたリン酸モノエステルの由来リンを決定するため、4列目から6列目の3反復試料値の平均を出し、そこからコントロール酵素溶液と背景無機リン量を差し引きます。次に、加水分解されたリンからリン含有量を算出するため、DERsは7列目から9列目の3連試料値の平均を出し、そこから4列目から6列目のコントロール酵素溶液、バックグラウンド無機リン、および加水分解されたモノエステルリンの値を差し引きます。標準的な96ウェルプレートには、8つの試料の結果と検量線が表示されます。コントロールは10列目にあります。1〜3列目と4〜6列目の間の色の強度の増加は、加水分解されたモノエステルリン化合物によるものであり、4〜6列目と7〜9列目の間の増加は、加水分解されたジエステルリン化合物によるものです。ここでは、ハイスループット酵素加水分解法を用いて、バーモント州の土壌サンプルの0.25 M 水酸化ナトリウムおよび0.05 M EDTA抽出液中のリン化合物のクラス分布の分析に成功しました。このビデオを視聴することで、酵素加水分解を用いて土壌または堆肥抽出液中の天然オルトリン酸、モノエステル、およびジエステルリン化合物を測定する方法を十分に理解できるはずです。この手法は、環境化学や養分管理の分野の研究者が、土壌や堆肥システムにおける有機態Pの挙動を探索するための道を切り拓くのに役立つ可能性があります。

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