Dystrybucja wody ksylemu w roślinach drzewiastych wizualizowana za pomocą krioskaningowego mikroskopu elektronowego

Kenichi Yazaki; Mayumi  Y. Ogasa; Katsushi Kuroda; Yasuhiro Utsumi; Peter Kitin; Yuzou Sano

doi:10.3791/59154

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Dystrybucja wody ksylemu w roślinach drzewiastych wizualizowana za pomocą krioskaningowego mikroskopu elektronowego

8.1K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/59154

⸱

20 czerwca 2019

Kenichi Yazaki¹ , Mayumi Y. Ogasa² , Katsushi Kuroda³ , Yasuhiro Utsumi⁴ , Peter Kitin⁵ , Yuzou Sano⁶

¹Department of Plant Ecology, Forestry and Forest Products Research Institute (FFPRI), ²Kansai Research Center, Forestry and Forest Products Research Institute (FFPRI), ³Department of Wood Properties and Processing, Forestry and Forest Products Research Institute (FFPRI), ⁴Faculty of Agriculture, Kyushu University, ⁵Department of Bacteriology, University of Wisconsin, ⁶Research Faculty of Agriculture, Hokkaido University

W tym artykule

Podsumowanie

Obserwacja rozkładu wody w ksylemie dostarcza istotnych informacji na temat dynamiki przepływu wody w roślinach drzewiastych. W tym badaniu demonstrujemy praktyczne podejście do obserwacji dystrybucji wody ksylemu in situ przy użyciu kriostatu i krio-SEM, co eliminuje sztuczne zmiany stanu wody podczas przygotowywania próbki.

Streszczenie

Zainstalowany w skaningowym mikroskopie elektronowym krio-unit (cryo-SEM) umożliwia obserwację próbek w temperaturach poniżej zera i jest używany do badania dystrybucji wody w tkankach roślinnych w połączeniu z technikami wiązania zamrażania przy użyciu ciekłego azotu (LN₂). Jednak w przypadku gatunków drzewiastych przygotowania do obserwacji powierzchni cięcia poprzecznego ksylemu wiążą się z pewnymi trudnościami ze względu na orientację włókien drzewnych. Ponadto wyższe napięcie w słupie wody w przewodach ksylemowych może czasami powodować sztuczne zmiany w dystrybucji wody, zwłaszcza podczas utrwalania i pobierania próbki. W tym badaniu demonstrujemy skuteczną procedurę obserwacji dystrybucji wody w ksylemie roślin drzewiastych in situ przy użyciu kriostatu i krio-SEM. Na początku, podczas pobierania próbki, pomiar potencjału wodnego ksylemu powinien określić, czy w przewodach ksylemu występuje wysokie napięcie. Gdy potencjał wodny ksylemu jest niski (< ok. −0,5 MPa), konieczna jest procedura relaksacji naprężeń, aby ułatwić lepsze zachowanie stanu wody w przewodach ksylemu podczas utrwalania próbki przez zamrożenie. Następnie wokół pnia drzewa mocuje się wodoszczelny kołnierz i wypełnia LN₂w celu zamrożenia stanu wody ksylemu. Po zbiorach należy dołożyć starań, aby zapewnić, że próbka jest zakonserwowana w stanie zamrożonym podczas wykonywania procedur przygotowania próbki do obserwacji. Kriostat służy do wyraźnego odsłonięcia powierzchni cięcia poprzecznego ksylemu. W obserwacjach krio-SEM wymagana jest korekta czasu dla trawienia przez zamrożenie, aby usunąć pył szronowy i zaakcentować krawędź ścian komórkowych na powierzchni widokowej. Nasze wyniki wskazują na możliwość zastosowania technik krio-SEM do obserwacji dystrybucji wody w ksylemie na poziomie komórkowym i subkomórkowym. Połączenie cryo-SEM z nieniszczącymi technikami obserwacji in situ znacznie poprawi badania dynamiki przepływu wody w roślinach drzewiastych.

Wprowadzenie

Dostępność zasobów wodnych (np. opadów, zawartości wody w glebie) ściśle determinuje śmiertelność i rozmieszczenie geograficzne gatunków roślin, ponieważ muszą one pobierać wodę z gleby i transportować ją do liści w celu produkcji fotosyntetycznej. Rośliny muszą utrzymywać swój system transportu wody w warunkach wahań w zaopatrzeniu w wodę. W szczególności rośliny drzewiaste generują wysokie napięcia w swoich przewodach wzdłuż strumieni transpiracji, ponieważ w niektórych przypadkach muszą utrzymywać swoją koronę na wysokości ponad ~100 m nad ziemią. Aby utrzymać słupy wody pod tak wysokim podciśnieniem, przewody ksylemu składają się z kontinuum komórek rurkowych ze s....