Name: 静磁場を利用した農業植物の初期の成長率の向上 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 17 s
Description: 学ぼう、静磁場を利用してImpatiens balsaminaの初期成長を促進する持続可能な農業手法。このエネルギー不要の技術は、環境に優しい植物栽培の新たな可能性を示します。

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この研究は、韓国国立研究財団（NRF））（2011-0012728）の支援を受けました。本研究を発表したポスターが、韓国応用生物科学会(KSABC)よりBest Poster Awardを受賞しました。

1.初期設定<ol><li>農業植物種<ol><li>利用ガーデンバルサム（ ホウセンカ）、水菜（ カブのVAR。ジャポニカ ）、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）、およびMescluns（Lepidiumマメ ）の種子。 注： ホウセンカ （ガーデンバルサムやローズバルサム）がインドへの種のネイティブです。少数のメンバーはまた、ミャンマーに位置しています。コマツナ（ カブの VAR。perviridisまたは小松菜）は、共通のカブと同じ種の変異体です。ガーデンクレス（Lepidiumマメ）は分類学的にクレソンとマスタードに関連しているハーブの一種です。彼らは、商業的に5,7を利用しているために同様の風味と香りを持っています。 </li></ol></li><li>植物培養<ol><li>文化ガーデンバルサム（ ホウセンカ）、水菜（ カブのVAR。ジャポニカ ）、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）、およびメスクラン直径100mm（100パイ）ペトリ皿内の（Lepidiumマメ ）の種子。一方のプレートは、種の一種類のみが含まれていることを確認してください。 </li><li>培養条件については、セルロースタオルの上の種子を置きます。三重蒸留水にタオルや種子を浸し。測定し、65から75%の範囲の湿度で、屋内ラボRTは18-25℃であることを確認してください（セクション3.1.2をご確認ください）​​。 </li><li>種子の数、文化ガーデンバルサムの10±1シード、水菜の50±10種、コマツナの330±20種、およびMesclunsの380±20種子。湿度が（セクション2.1.1をご確認ください）​​65から75パーセントの範囲で、18から25°Cのように測定された同一の条件を使用してください。 注：全ての実験は、実験室で調整された湿度と温度範囲で、室内の条件で実施しました。湿度と温度は静的ではありませんでしたが、磁石処理群とコントロールのための同一の条件を提供しました。 </li></ol></li></ol>四農業植物の2.文化<ol><li>実験手順<ol><li>制御と磁石塗布群で植物や文化状況の種のためのセクション1.2.3）に従います。 </li><li>ガーデンバルサム100パイ皿の底に1750±350ガウス（10,000ガウス= 1テスラ）の3磁石を適用します。適用中、3磁石は、種子と直接接触していない、とペトリ皿のプラスチック底で分離されていることを確認してください。種子や磁石間の直線距離2-4 mmでなければなりません。 4農業植物のための168時間（7日）のための磁石を適用します。 </li><li> ）同一の2.1.2のすべてのステップに続いて、庭のバルサム培養プレートの底にトップと他の磁石（面したS側の二つの磁石、上方1（面したN側）上方）を適用します。 注：極はガーデンバルサムで異なって適用されます。すべての環境が方向を除いて同一であるしかし、極向きは、成長の変化のために、本研究における重要な要素として考慮されていません磁束。ガーデンバルサムのためのNとS極アプリケーションの目的は、磁極の向きが管理するのは難しいかもしれないフィールドでそれを使用して、その実用的な能力を、参照することでした。 </li></ol></li></ol>ガーデンバルサムの3チューブリン染色<ol><li>規制ライト条件付きマグネット応用<ol><li> 、48時間100ミリメートルプレートの底を（N極が上を向く）ステップ1.2.2で条件を使用して、2つの磁石を配置します。 注：光の改変は、培養皿をインキュベーターにプラスチック棚に置きました。インキュベータは、光の傍受に使用され、暗い環境下で48時間、25℃の温度を維持しました。最終的に、この条件は、成長の長さの高い変動にこの実験で使用されませんでした。 </li></ol></li><li>植物の染色<ol><li> 4％パラホルムアルデヒドおよび0.1 Mのステップ3.1.2）と同一の条件で成長させた（茎と根を含む）全体インパチェンスSPP二重花植物を、修正リン酸緩衝液（pH7.4）で15分間。 </li><li> （PBS、pH7.5中の2％ウマ血清/ 1％ウシ血清アルブミン/ 0.1％トリトンX-100）ホウセンカのサンプルを除去し、ブロッキング緩衝液中で2時間浸します。 15分間、PBSで浸漬することにより、インパチェンスサンプルを洗ってください。 </li><li>二重免疫染色のために、一次抗体と共にサンプルをインキュベート、抗アルファチューブリン（1：1,000）、O / N、4°Cで。 </li><li>サンプルを取り外し、洗浄するために10分間、PBSで一度サンプルを浸します。使用FITC結合抗マウスIgG：二次抗体として（1 400）、25℃で2時間インキュベートします。 </li><li> PBSでサンプルを浸し、24ウェルプレートの底にサンプル全体をスリップカバーしています。チューブリンの方向を観察するために、従来の蛍光顕微鏡を用いて画像を取得する（λ= 550nmで、100X、200Xおよび400Xに拡大）。 注：この場合、磁石は、処置群（n = 10）および対照（N = 11）、唯一のガーデンバルサム（ ホウセンカ ）のために確認された非暗条件下で増殖させました。 </李&gt; </ol></li></ol> 4.データの収集方法<ol><li>四農業植物成長のタイムラプス作成<ol><li> （これは任意のデジタルカメラで行うことができます）autoにシャッターを設定することで、10分間隔で植物を撮影。 400にF 3.2の絞りとISO値を設定します。 </li><li> 7-10日間700から900の写真を収集します。バッテリーが消耗することができたので、電線とカメラを接続します。 </li><li> （資機材の表を参照）映画制作ソフトウェアでストリーミングラインの下に時系列の各画像をクリックするとドロップすることで画像をドラッグします。 30-40秒のフィルムの合計にそれぞれに対して0.045から0.05秒の同じ持続時間でストリーミングラインの上に置きます。年代順に各画像を選択するとは、暗いギャップがないように確認してください。 </li><li>ステップ4.1.3の後、30-40秒タイムラプスビデオスライドにコンパイルされたムービーを確保し、レンダリングをクリックし.MPEGまたは.AVI形式で保存するためのソフトウェアで再生ボタンをクリックします。サイズミリアンペアのためのrkers、写真の側にカナダ四半期、アメリカのペニー、およびセンチの定規を使用しています。 </li><li>統計解析11,12 に対するt検定とボックスプロットを実行します。 注：5-数要約のグループQ1として下限値（L）の値を計算するために使用した - [1.5×（Q3 - Q1）]と上限（H）の値Q3 + [1.5×（ - Q1 Q3）など]。このアプローチは、長さ、データ収集11ステップ1.2.2に組み込まれました。 L及びHの値はこの範囲外で観察されたデータ点は外れ値とみなすことができることを意味し、T-分布プロットの99％の領域を示します。苗12の高さの差を分析するために使用された-testボックスプロットおよびスチューデントのt。 </li></ol></li></ol>

<ol><li>Martin, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+measurement+of+pollen+tube+growth+inhibition%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">In vitro measurement of pollen tube growth inhibition.</a> Plant Physiol. 49, 924-925 (1972).</li>
<li>Pfahler, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+germination+characteristics+of+maize+pollen+to+detect+biological+activity+of+environmental+pollutants%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Health+Perspect%22%5BJournal%5D)">In vitro germination characteristics of maize pollen to detect biological activity of environmental pollutants.</a> Environ Health Perspect. 37, 125-132 (1981).</li>
<li>Yao, Z., Tan, X., Du, H., Luo, B., Liu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+high-current+microwave+ion+source+with+permanent+magnet+and+its+beam+emittance+measurement%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">A high-current microwave ion source with permanent magnet and its beam emittance measurement.</a> Rev Sci Instrum. 79, 073304(2008).</li>
<li>Hendrickson, C. L., Drader, J. J., Laude, D. A., Guan, S., Marshall, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fourier+transform+ion+cyclotron+resonance+mass+spectrometry+in+a+20+T+resistive+magnet%5BTitle%5D)+AND+%22Rapid+Commun+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry in a 20 T resistive magnet.</a> Rapid Commun Mass Spectrom. 10, 1829-1832 (1996).</li>
<li>Namba, K., Sasao, A., Shibusawa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EFFECT+OF+MAGNETIC+FIELD+ON+GERMINATION+AND+PLANT+GROWTH%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Hort%22%5BJournal%5D)">EFFECT OF MAGNETIC FIELD ON GERMINATION AND PLANT GROWTH.</a> Acta Hort. 399, 143-148 (1995).</li>
<li>Hirota, N., Nakagawa, J., Kitazawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+a+magnetic+field+on+the+germination+of+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Journals+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Effects of a magnetic field on the germination of plants.</a> Journals of Applied Physics. 85, 5717-5719 (1999).</li>
<li>Penuelas, J., Llusia, J., Martinez, B., Fontcuberta, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diamagnetic+Susceptibility+and+Root+Growth+Responses+to+Magnetic+Fields+in+Lens+culinaris%2C+Glycine+soja%2C+and+Triticum+aestivum%5BTitle%5D)+AND+%22Electromagnetic+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">Diamagnetic Susceptibility and Root Growth Responses to Magnetic Fields in Lens culinaris, Glycine soja, and Triticum aestivum.</a> Electromagnetic Biology and Medicine. 23, 97-112 (2004).</li>
<li>Carbonell, M. V., Martinez, E., Amaya, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulation+of+germination+in+rice+%28Oryza+Sativa+L.%29+by+a+static+magnetic+field%5BTitle%5D)+AND+%22Electro-+and+Magnetobiology%22%5BJournal%5D)">Stimulation of germination in rice (Oryza Sativa L.) by a static magnetic field.</a> Electro- and Magnetobiology. 19, 121-128 (2000).</li>
<li>Oakley, R. V., Wang, Y. S., Ramakrishna, W., Harding, S. A., Tsai, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+expansion+and+expression+of+alpha-+and+beta-tubulin+gene+families+in+Populus%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">Differential expansion and expression of alpha- and beta-tubulin gene families in Populus.</a> Plant Physiol. 145, 961-973 (2007).</li>
<li>Hoson, T., Matsumoto, S., Soga, K., Wakabayashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+microtubules+are+responsible+for+gravity+resistance+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Signal+Behav%22%5BJournal%5D)">Cortical microtubules are responsible for gravity resistance in plants.</a> Plant Signal Behav. 5, 752-754 (2010).</li>
<li>Kim, S., Im, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Static+magnetic+fields+inhibit+proliferation+and+disperse+subcellular+localization+of+gamma+complex+protein3+in+cultured+C2C12+myoblast+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Biochem+Biophys%22%5BJournal%5D)">Static magnetic fields inhibit proliferation and disperse subcellular localization of gamma complex protein3 in cultured C2C12 myoblast cells.</a> Cell Biochem Biophys. 57, 1-8 (2010).</li>
<li>Benjamini, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Opening+the+Box+of+a+Boxplot%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+Statistician%22%5BJournal%5D)">Opening the Box of a Boxplot.</a> The American Statistician. 42, 257-262 (1988).</li>
</ol>

著者は開示するものは何もありません。

すべての条件では、磁石は、ペトリ皿の下に適用されるべきです。この研究は、農業植物の代表としてガーデンバルサムに焦点を当てて、いくつかの農業の種の種の成長率に対する磁場の影響を調べました。例えば、チューブリン染色は、ルート内の分子レベルの変化を評価し、長増殖の磁界の影響を示唆している骨格の微小構造幹するガーデンバルサムで行いました。両方の磁石のN極とS極は、長期（7-10 d）のガーデンバルサムを使用してフォローアップ研究で適用しました。三他の種、水菜（ カブのVAR。ジャポニカ ）、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）、およびメスクラン（Lepidiumマメ）は 、N極指向磁石で処理しました。これにより、静磁場自体ではなく、極は、初期の成長促進の主な要因であったことを確認するためでした。さらに、種の数を増加させるためのサポートを提供します農業植物中の磁石由来の初期成長促進のより広い適用性。 このような栄養、湿度、温度、光などの多くの要因が、植物の成長3の速度に影響を与える可能性があります。これら...

発芽は、苗1の形成をもたらす植物の成長です。特定の条件下で、種子発芽が始まり、胚組織は成長を再開します。それは、発芽のための酵素を活性化するために、種子に水分補給を開始します。種子は、1,2-（ペトリ皿または試験管内） インビトロで発芽するように誘導することができます。 静磁界は、ローレンツ力3,4を介してイオン電荷を有する分子の動きを引き起こす特殊部隊です。ローレンツ力は、イオン化されたまたは荷電物体が磁場の下に移動したときに形成されます。すべての材料は、電子とプロトンから構成されている原子とともに形成されています。磁場が存在なると、それは静的または交互であるか否か、それは、荷電物質の移動に影響を与えます。これはまた、細胞内分子の状態に影響を与える、植物や水の分子に適用されます。以前の研究では、電磁コイルを使用しましたパルス磁場を生成し、そして「コマツナ&#39;植物を対象5として選択しました。本研究では、磁石は、静磁場がローレンツ力の拡大研究と同様、異なる効果を与えるために使用した生成しました。 磁場の周波数ではなく、その極性、植物の発芽のための重要な因子です。以前の研究では、磁場の周波数は約10Hzであった場合、最大発芽率が対照よりも20％高かったことが示唆されています。フィールドは、逆行性の方法で除去されたとき、成長速度は5損なわれました。静磁場は、主に発芽6と根の成長7に、初期成長6-8に大きな影響を持っています。 本研究では、磁場を用いて、農業植物の成長を調節する可能性を調べるために、静的な磁石を使用します。特に、我々はDに向けました磁界印加の特定の条件は、文献に記載されたものよりも高いレベルまで成長速度を増大させることができるかどうかetermine。植物の最初の発芽が正常磁場を用いて増加させることができる場合にはまた、化学肥料の使用を回避することができます。

<table><tbody><tr><td>静磁器</td><td>JIM</td><td></td><td>2000Gauss</td></tr><tr><td>2% 馬血清/1% ウシ血清アルブミン/0.1% Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>55514</td><td>ブロッキングバッファー</td></tr><tr><td>一次抗体</td><td>Santa Cruz Biotechnology</td><td>sc-8035</td><td>a-Tubulin</td></tr><tr><td>二次抗体</td><td>Santa Cruz Biotechnology</td><td>sc-2010</td><td>FITC-conjugated anti-mouse IgG</td></tr><tr><td>timeラプス撮影技術</td><td>手動制御</td><td></td><td>ISO値 400 & 絞り F 3.2</td></tr><tr><td>ソニー ベガス プロ 13.0</td><td>ソニー</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

静磁場を利用した農業植物の初期の成長率の向上

Enhancement of the Initial Growth Rate of Agricultural Plants by Using Static Magnetic Fields

電子デバイスおよび高電圧線は磁場を誘起します。 1,300-2,500ガウス（0.2テスラ）の磁場はガーデンバルサム（ ホウセンカ）、水菜（ カブのVAR。ジャポニカ ）、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）、およびMescluns（Lepidiumマメの種子を含むペトリ皿に塗布し、 ）。我々は、培養皿の下に磁石を適用しました。アプリケーションの4日間、我々は茎と根の長さが増加したことを観察しました。磁場処理（N = 10）にかけ基が8日（p &lt;0.0005）の合計で対照群（n = 11）と比較して増殖の1.4倍速い速度を示しました。この速度は、以前の研究で報告されたものよりも20％高いです。チューブリンの複雑なラインが点を接続する必要はありませんでしたが、接続点は、磁石の適用時に発生します。これは異常な配置を制御手段からの完全な違いを示しています。しかし、正確な原因は不明のままです。これらの解像度磁石を適用した成長促進のultsは、成長速度を高める生産性を向上させる、又は静磁界を印加することにより、植物の発芽の速度を制御することが可能であることを示唆しています。また、磁場は、植物細胞における生理学的変化を引き起こすことができ、成長を誘導することができます。したがって、磁場による刺激は、肥料の使用を避けることができることを意味し、化学肥料のものに類似している可能性の効果を有することができます。

チューブリン染色は、分散または制御（ 図2）と比較して、磁石の存在下で生育した植物で構造体を薄く示しました。また、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）とMescluns（Lepidiumマメ ）などの農業用植物と7日の時間経過の研究では、静磁場を誘導された磁石がこれらの植物（ 図3）の初期成長を増大させることが示されました。 これらの結果は、磁場に曝露群は顕著な成長の変化（ 図1）を有していたことを示唆しています。暗い環境下で成長した植物は光のみ既存の状態が7日タイムラプス実験に適用可能であることが示唆された、任意の違いを示しませんでした。 3つの代表的な農業用植物は、本研究で使用されたが、多くの植物が使用されてきた可能性があります。作物および他の植物を用いて調査すること...

このプロトコルの目標は、外部エネルギーなしで静磁場を印加することにより、植物の初期成長速度の加速を実証することです。

Electronic devices and high-voltage wires induce magnetic fields. A magnetic field of 1,300-2,500 Gauss (0.2 Tesla) was applied to Petri dishes containing ...

本手順の全体的な目的は、静磁場を用いて植物の成長速度を促進することです。この手法は、食料生産技術に関する農業および栄養医学分野における重要な課題の解決に寄与します。本手法の主な利点は、エネルギーや肥料を一切使用しないことです。まず、100 mm径のペトリ皿にセルロースタオルを敷き、そこにホウセンカ（Impatiens balsamina）の種子を置いて培養します。次に、タオルと種子を三重蒸留水に浸します。室内実験室の温度が18～25℃、湿度が65～75%の範囲内であることを測定し、確認してください。ホウセンカを置いた皿の下に、1,750 ± 350ガウスの磁石3個を、種子と磁石の間隔が2～4 mmになるように配置します。次に、2枚目の種子が入ったディッシュの下に3個の磁石を配置した後、上の磁石はN極を、下の磁石はS極を上に向けた状態で2個の磁石を重ねます。そして、これら2個の磁石をガーデンバルサムの培養プレートの底にまとめて配置します。植物の成長のタイムラプス画像を作成するために、テキストプロトコルに従って植物を撮影するデジタルカメラを設置し、視野の脇にカナダの25セント硬貨やアメリカの1セント硬貨、およびセンチメートル定規などのサイズマーカーを配置します。その後、7日間から10日間にわたり、700枚から900枚の写真を収集します。テキストプロトコルに従い、動画作成ソフトウェアを使用して画像からタイムラプス動画を作成し、動画を再生して確認します。本ビデオの前半で示した通り、種子をセルロースタオル上に播種した後、100 mmプレートの底にN極を上にした磁石を2個配置し、48時間インキュベートします。植物を染色するために、八角草（impatiens SPP）の八重咲き個体全体を4% パラホルムアルデヒドおよび0.1 M fast feed bufferに入れ、15分間固定します。植物サンプルをブロッキングバッファーに移し、2時間インキュベートします。その後、impatiensサンプルをPDSに15分間浸漬して洗浄します。洗浄後、抗α-tubulin一次抗体を加え、4 °Cで一晩インキュベートします。翌日、サンプルをPBSに移して10分間置きます。その後、植物をFITC標識抗マウスIgGに浸し、25 °Cの暗所にて2時間インキュベートします。インキュベーション後、サンプルを24ウェルプレートのウェル内のPBSに浸し、サンプル全体をカバーグラスで覆います。次に、蛍光顕微鏡を用いて乱流配向を観察します。この図は、暗所での生育条件下において、garden balsam植物が静磁場に曝露された際に、成長率のわずかな増加しか示さなかったことを表しています。しかしながら、光条件下で植物を育成した場合、磁場は成長率の増加に関連していました。3日目において、磁場にさらされた植物と対照群との間の草丈の差は統計的に有意でした。そして、この差は7日目まで継続しました。これらの蛍光画像は、対照群の植物と比較して、磁石の存在下で成長した植物において、乱流が分散した構造または薄い構造へと発達したことを示しています。この手法を習得すれば、適切に実施することで72時間で完了させることができます。この手順を行う際は、磁石の強度を制御することが重要です。本手順に従い、他のモデル生物に適用することで、圃場における成長促進の遺伝的基盤などのさらなる疑問を明らかにすることができます。本手法の開発後、栄養医学分野の研究者は、栄養強化と植物成長の主要な調節因子を探索することが可能となりました。このビデオを視聴することで、磁石を用いて植物の初期成長を促進する方法について十分に理解できるはずです。磁石に直接触れて作業することは極めて危険であること、また、湿度などの条件によって鉄の腐食が引き起こされる可能性があることを忘れず、本手順の実施にあたっては常にこれらの点に留意してください。

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