Opzet en werking van een continue

Het algemene doel van deze procedure is het produceren van plantmateriaal dat uniform door de gehele plant of differentieel in structurele en metabolische weefsels sterk is verrijkt met koolstof 13 en stikstof 15. Dit wordt bereikt door eerst een luchtdichte kamer voor plantengroei te construeren. De tweede stap is het controleren van de temperatuur, luchtvochtigheid en koolstofdioxideniveaus in de kamer om geschikte groeiomstandigheden voor de planten te handhaven.

Vervolgens worden de planten gekweekt in de afgesloten kamer met lucht die $^{13}\text{C}$-koolstofdioxide bevat, en irrigatie en bemesting met $^{15}\text{N}$. De laatste stap is het stoppen van de markering door de differentieel gemarkeerde planten weken voor de oogst uit de kamer te verwijderen, zodat hun metabole materiaal minder verrijkt raakt met koolstof 13 en stikstof 15. In vergelijking met de structurele plantcomponenten na het oogsten van het plantmateriaal, worden extractie met heet water en isotopenverhoudingsmassaspectrometrie gebruikt om de algehele isotopenmarkering en verschillen in markeringssterkte te meten.

Het belangrijkste voordeel van continue markering ten opzichte van andere methoden, zoals bladapplicatie of herhaalde pulsmarkering, is dat het uniform gemarkeerd plantmateriaal oplevert waarvan de metabole of structurele componenten differentieel gemarkeerd kunnen worden. Om deze procedure te starten, bouwt u de markeringskamer zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol door transparante acryl wanden van 3,18 millimeter dik en een transparant acryl plafond van 6,35 millimeter dik te monteren op een aluminium frame met een wit geverfde stalen vloer; de afmetingen van de kamer kunnen worden aangepast aan specifieke behoeften voor plantengroei. De hier getoonde kamer meet 1,2 bij 2,4 bij 3,6 meter en biedt plaats aan 40 potten van 15 liter; zorg ervoor dat de kamer luchtdicht is door alle naden af te dichten met voldoende siliconenkit.

Bevestig de deur op machineschroeven, die kunnen worden aangedraaid en losgedraaid met afneembare vleugelmoeren. Afdicht de deur met tochtstrips om luchtlekkage te voorkomen in het gebied direct naast de labelkamer. Bevestig het controlecentrum aan de monitor en stel de temperatuur, luchtvochtigheid en koolstofdioxide in de kamer in.

Zorg ervoor dat de elektrische bedrading en gasleidingen die de kamer binnenkomen goed zijn afgedicht met siliconen om luchtlekkage te voorkomen. Voeg optioneel lampen toe aan de kamer om de lichtpenetratie te verhogen en de daglengte te regelen om de temperatuur in de kamer te beheersen. Installeer een commerciële split-unit airconditioner waarbij de verdamperspoelen zich in de kamer bevinden en de compressor en condensorspoelen buiten de kamer zijn geplaatst om de warmte af te voeren.

Installeer vervolgens een kleine kamerontvochtiger in de kamer. Boor een gat door de vloer naast de ontvochtiger en leid de afvoerslang van de ontvochtiger door het gat in een pot die is voorbereid met water. Dit creëert een luchtdichte afsluiting voor de afvoer en maakt drukstabilisatie mogelijk. Reguleer de luchtvochtigheid in de kamer door een programmeerbare controller, zoals een omega eye-serie met een vochtigheidssensor, aan te sluiten op de ontvochtiger.

Installeer vervolgens een infraroodgasanalysator of ER a met een membraanpomp die continu lucht uit de kamer door de ER A en terug naar de kamer zuigt. Dit houdt een gesloten systeem in stand terwijl de koolstofdioxideconcentratie in de kamer continu wordt gemonitord. Sluit daarna twee tanks met zuivere koolstofdioxidegas aan op het koolstofdioxide-controlesysteem.

Eén van de tanks moet 10 atoomprocent 13 C koolstofdioxide of hoger bevatten, en de andere moet natuurlijk voorkomende 13 C koolstofdioxide bevatten. Stel de tankregelaars in op 20 PSI; plaats na de regelaars magneetventielen in de gasleidingen om de injecties van koolstofdioxide via de Ergo-software te regelen.

Beheers het openen en sluiten van de magneetventielen door deze via een solid-state relaisprogramma aan de ER rga te koppelen, met een laag alarm in de ergas-software om het openen van de magneetventielen te triggeren wanneer de koolstofdioxideconcentratie in de kamer onder een bepaalde waarde daalt, en een deadband om de ventielen te sluiten zodra de koolstofdioxideconcentratie een bovenste ingestelde waarde bereikt. Plaats na de magneetventielen een doseerventiel in elk van de twee gastankleidingen en stel deze zorgvuldig af op het gewenste koolstof 13-verrijkingsniveau in de atmosfeer.

Hier maken we gebruik van een koolstof-13 verrijking van 4,4 atoomprocent. Verbind de uitlaten met elkaar en leid de slang vervolgens naar het midden van de kamer tussen de ventilatoren, wat helpt om het gelabelde koolstofdioxide gelijkmatig over de kamer te verspreiden om het irrigatiesysteem op te stellen. Maak eerst één druppelirrigatiering per pot en voer de irrigatieslang via een klein gat in de wand van de kamer naar buiten.

Dicht vervolgens de gaten rond de irrigatieslangen af met siliconenkit om luchtlekkage aan de buitenkant van de kamer te voorkomen. Verbind de irrigatieslangen met de slangen van de peristaltische pomp en plaats er een kleine slangklem op om luchtlekkage tussen de bewateringstermijnen te voorkomen. Laat de zaden kiemen vóór het planten in potten om de levensvatbaarheid te garanderen en inoculeer de zaailingen met een verse bodemslurry. Om gunstige microben te introduceren, vult u de potten met een grondvrije potgrond om de introductie van niet-gelabelde koolstof en stikstof uit de bodem uit te sluiten.

Hier maken we gebruik van een mengsel van zand, vermiculiet en een poreuze keramische profielplaat. Zodra de zaden zijn ontkiemd, worden de zaailingen voorzichtig overgeplant naar potten met een minimale hoeveelheid potgrond. Plaats de potten vervolgens in de kamer en verbind elke pot met een individuele irrigatieslang.

Sluit tenslotte de deur van de kamer en verwijder de externe koolstofdioxide door een soda lime scrubber aan de luchtpomp te koppelen, totdat de koolstofdioxideconcentratie is gedaald tot minimaal 200 tot 250 parts per million. Vul de kamer vervolgens weer aan tot 400 parts per million met behulp van het $^{13}\text{C}$ koolstofdioxide-tankmengsel. Probeer de kamer gedurende het hele groeiseizoen gesloten te houden om contaminatie door koolstofdioxide van natuurlijke abundantie te minimaliseren.

Label eerst een mestoplossing van het type Hyland met nitrogen-15 door 98 atoomprocent nitrogen-15 kaliumnitraat te mengen met kaliumnitraat met een natuurlijke nitrogen-15 abundantie, om dit vervolgens toe te voegen aan de rest van de Hookin-oplossing. In dit geval gebruiken we een oplossing met 7 atoomprocent nitrogen-15 voor de bemesting. Gebruik een peristaltische pomp om de met nitrogen-15 gelabelde mestoplossing via de irrigatiebuizen toe te dienen.

Klem de irrigatieslangen af en doseer variërende hoeveelheden meststof aan de individuele planten volgens de behoefte en het experimentele ontwerp. Pomp vervolgens water door de slangen om de meststof uit de irrigatieslangen te spoelen. De totale hoeveelheid toegevoegde vloeistof mag de waterhoudende capaciteit van de potten niet overschrijden om meststofverspilling te minimaliseren.

Draai de klem aan en controleer alle slangen na fertilisatie en irrigatie om luchtlekkage uit de kamer te elimineren. Voor differentiële markering van structurele en metabole componenten moeten de planten één tot drie weken vóór de oogst uit de markeringskamer worden gehaald. Behoud de planten die uniform gemarkeerd moeten worden tot de oogst in de kamer.

Om senescentie te induceren, wordt de irrigatie simpelweg gestaakt wanneer men klaar is. Oogst de planten door eerst de bovengrondse biomassa af te knippen.

Giet na het oogsten van de bovengrondse biomassa het potteer-substraat en de wortels door een zeef met een maaswijdte van zes millimeter om de wortels van het substraat te scheiden. Spoel de wortels vervolgens door een zeef met een maaswijdte van twee millimeter om alle resterende potmateriaal te verwijderen. Gebruik indien nodig een pincet om eventueel aan de wortels klevend substraat te verwijderen en laat de wortels daarna aan de lucht drogen ter voorbereiding op toekomstige experimenten.

Gedurende drie groeiseizoenen van gebruik heeft de kamer de temperatuur succesvol tussen 26 en 29 °C, de luchtvochtigheid tussen 36 en 56% en de kooldioxideconcentraties tussen 360 en 400 ppm gehouden, zoals ingesteld in het controlecentrum. Hier worden representatieve resultaten getoond van het groeiseizoen 2011 van Andra Pogon Girard di. De opbouw van kooldioxide tijdens de nachtelijke respiratie lijkt de groeiende planten niet te beschadigen en wordt na zonsopgang snel opgenomen.

De stikstof-15 markering via de beoogde 7 atoomprocent stikstof-15 Höglund-oplossing produceerde sterk gemarkeerd plantmateriaal met 6,7 atoomprocent stikstof-15; een lichte verdunning ten opzichte van de beoogde stikstof-15 markering kan worden veroorzaakt door natuurlijke abundantie van stikstof in het potgrondmengsel of door de inenting met natuurlijke bodem. De koolstof-13 markering met behulp van beoogde 4,4 atoomprocent 13C-koolstofdioxide resulteerde in 4,46 atoomprocent koolstof-13. Gedurende de gehele strooisellaag van het uniform gemarkeerde plantmateriaal vertoonden de differentieel gemarkeerde planten, die 7, 14 of 22 dagen vóór de oogst uit de kamer werden verwijderd, een significant verschil in koolstof-13 en stikstof-15.

Inhoud in metabole componenten verkregen als warmwaterextracten en structurele componenten verkregen als residuen van warmwaterextracten, wat wijst op differentiële labeling van metabole en structurele plantmaterialen. Na de ontwikkeling heeft continue dubbele isotooplabeling de weg vrijgemaakt voor onderzoekers in de biogeochemie om het lot en de transformatie van plantcomponenten in het milieu op macro- en nanoschaal te onderzoeken.