Hydroponika: wszechstronny system do badania alokacji składników odżywczych i reakcji roślin na dostępność składników odżywczych i narażenie na pierwiastki toksyczne

Poniższy protokół zawiera instrukcje krok po kroku, jak skonfigurować system hydroponiczny w laboratorium. Protokół ten został zoptymalizowany pod kątem rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana). Jednym z głównych czynników, które przyczyniają się do pomyślnego założenia kultury hydroponicznej, jest zdrowie sadzonek użytych w eksperymencie.

Dlatego sterylizacja narzędzi, nasion i pożywek hodowlanych odgrywa ważną rolę w zmniejszaniu ryzyka zanieczyszczenia i zapewnia dobry start roślinom przed przesadzeniem do systemu hydroponicznego. Na tym etapie chlor gazowy uwalniany w reakcji między wybielaczem a kwasem solnym sterylizuje powierzchnię nasion. Przed przeniesieniem nasion do 1,5-mililitrowej probówki wirówkowej użyj ołówka, aby oznaczyć probówkę i zidentyfikować nasiona.

Preferowany jest ołówek, ponieważ atrament może wyblaknąć podczas sterylizacji. Oznacz również nasadkę rurki za pomocą Sharpie. Ślad ten powinien zniknąć w trakcie procesu sterylizacji z powodu uwolnienia chloru gazowego.

Zalecana objętość nasion na tubę wynosi około 100 mikrolitrów. Umieścić oznaczoną rurkę, z otwartą nakrętką, w eksykatorze lub komorze próżniowej. Umieścić eksykator w aktywnym dygestoriach chemicznych.

Wlej 100 mililitrów wybielacza do 250-mililitrowej zlewki, umieść ją w eksykatorze i zamknij zawór eksykatora. Szybko dodaj 3 mililitry 12% kwasu solnego do wybielacza za pomocą biurety. Natychmiast zamknij pokrywę.

Pozwól sterylizacji postępować przez cztery godziny. Oto eksykator w aktywnym okapie z przepływem laminarnym po czterech godzinach sterylizacji i usunięciu wybielacza. Zanikanie czerwonego znaku oznacza, że wytworzono wystarczającą ilość chloru gazowego.

Szeroko otworzyć pokrywę eksykatora i napowietrzać wysterylizowane nasiona przez co najmniej 30 minut. Następnie nasiona można zużyć natychmiast lub przechowywać w suchym miejscu. Ten krok pomaga zapewnić zdrowe sadzonki przed fazą przesadzania.

Są to elementy potrzebne do uruchomienia płytek nasiennych. Sterylne nasiona, płytki 1/4 MS, sterylna bibuła filtracyjna, taśma milipore, sterylne wykałaczki, marker, folia aluminiowa. Najpierw przenieś nasiona z probówki wirówkowej na sterylną bibułę filtracyjną.

Lekko zwilż jeden koniec wykałaczki i użyj tego nawilżonego końca, aby zebrać nasiona z bibuły filtracyjnej i położyć je na powierzchni agaru. Rozłóż nasiona na talerzu w gęstości około jednego ziarna na centymetr kwadratowy. Tutaj używamy tylko kilku nasion, aby zademonstrować ten krok, ale możesz zrobić talerz pełen nasion.

Napisz datę na wieczku talerza, aby śledzić wiek rośliny. Użyj taśmy z mikroporami, aby przymocować pokrywkę płytki do korpusu płytki. Taśma ta umożliwia również wymianę wilgoci między powietrzem a mikroklimatem wewnątrz płyty.

Użyj folii aluminiowej, aby przykryć płytę i zablokować światło przed umieszczeniem rośliny w chłodni na dwa dni. Dłuższe czasy mogą być stosowane w celu wspięcia procesu kiełkowania. Podobnie jak 1/4 stwardnienia rozsianego, roztwór hydroponiczny również należy wysterylizować po przygotowaniu.

Z powodzeniem użyliśmy następującego pożywki do uprawy Arabidopsis thaliana, ale można go zmodyfikować, aby dostosować go do konkretnych eksperymentów lub różnych gatunków roślin. Sugeruje się przygotowanie roztworu podstawowego każdego makroskładnika w różnych butelkach i wszystkich mikroelementów w jednej butelce, z wyjątkiem żelaza-EDTA. 10-krotny roztwór odżywczy można przygotować przed eksperymentem, ale musi on zostać przeklawowany w autoklawie i przechowywany w chłodni.

Poniżej znajdują się materiały potrzebne do przygotowania uchwytów na rośliny. Pojemnik hydroponiczny, płyta piankowa, nóż do papieru, świdr korkowy, sterylne zatyczki do rurek piankowych, pęseta. Najpierw zmierz rozmiar pojemnika.

Następnie przytnij płytę piankową zgodnie z potrzebnymi wymiarami. W tym przypadku pomocny jest nóż do papieru. Sprawdź, czy płyta piankowa dobrze pasuje do pojemnika.

Użyj małej pęsety, aby przytrzymać deskę. W razie potrzeby dostosuj rozmiar płyty piankowej. Użyj ołówka, aby zaznaczyć miejsca, w których rośliny zostaną zakotwiczone.

Użyj otworu korkowego, aby zrobić otwory w płycie piankowej. Zalecana gęstość:Jedna roślina na 10 centymetrów kwadratowych. Następnie wykonaj cięcie biegnące wzdłuż każdej piankowej zatyczki za pomocą żyletki.

Zachowaj szczególną ostrożność podczas używania żyletek. Każdy otwór zostanie wypełniony piankową zatyczką. W związku z tym rozmiar otworów musi być proporcjonalny do zaślepek.

Namocz dwie zatyczki w wodzie dejonizowanej i płynnym autoklawie przed założeniem hydroponiki. Teraz przenieś sadzonki i ustaw pompę powietrza. Jest to roztwór hydroponiczny o stężeniu roboczym.

Są to sterylne zatyczki do rurek z pianki. A to są 12-dniowe sadzonki o średniej płytce. Otwórz talerz.

Użyj małej pęsety, aby delikatnie wyciągnąć sadzonkę z pośredniej płytki i połóż korzeń wzdłuż nacięcia korka piankowego. Ostrożnie włóż rurkę piankową przytrzymującą sadzonkę do płyty piankowej i umieść deskę w pojemniku z roztworem hydroponicznym. Kontynuuj przesadzanie, aby uzyskać pożądaną liczbę roślin.

Upewnij się, że zatyczki rurki piankowej są nasączone roztworem hydroponicznym. Następnie pokażemy, jak skonfigurować system napowietrzania, używając małych pomp powietrza typu akwariowego, potrzebne są plastikowe rurki, kamienie bąbelkowe akwariowe, system zaworów i pompa powietrza. Najpierw podłącz krótką, odciętą część rurki przewodu powietrznego do kamieni bąbelkowych.

Następnie podłącz kamienie do systemu zaworów. Następnie podłącz układ zaworów do pompy. Po uruchomieniu pompy osoba znajdująca się w scenie reguluje zawór, aby kontrolować natężenie przepływu powietrza.

Przepływ powietrza powinien być wystarczający do dostarczenia tlenu bez powodowania uszkodzenia systemu korzeniowego. Teraz umieść płytę piankową z sadzonkami w zestawie hydroponicznym. Przykryj boki pojemnika, aby ograniczyć dopływ światła do roztworu i ograniczyć rozwój glonów.

Przykryj również pokrywy pojemników przezroczystymi nakrętkami, aby zapobiec intensywnemu światłu, które mogłoby wysuszyć nowo przesadzone sadzonki. Gdy rośliny staną się większe, zdejmij czapki. Dla naukowców zainteresowanych składnikami odżywczymi roślin, eksperymenty hydroponiczne stanowią idealny system do testowania reakcji roślin na różne warunki odżywcze poprzez manipulowanie stężeniami interesujących ich pierwiastków.

Naukowcy mogą ustalić warunki wystarczającego poziomu składników odżywczych, niedoboru lub toksyczności. Są to sadzonki rzodkiewnika uprawiane w systemie hydroponicznym, jak opisano w protokole. Roślinom pozwolono rosnąć przez trzy tygodnie w systemie hydroponicznym przed zmianą składu roztworu hydroponicznego.

Osoba na scenie odnawia roztwór hydroponiczny przed podaniem leczenia roślinom. Podstawowy roztwór toksycznego pierwiastka kadmu został użyty do zwiększenia roztworu hydroponicznego. Stężenie kadmu użyte w tym eksperymencie wynosiło 20 mikromolów.

Po przygotowaniu roztworu rośliny są następnie zwracane do swoich pojemników. Po sześciu dniach zabiegów rośliny wystawione na działanie kadmu wykazywały opóźniony wzrost i objawy chlorozy. Obserwuje się również zmniejszenie biomasy zarówno pędów, jak i korzeni.

Ten rysunek pokazuje inny eksperyment dla roślin Arabidopsis uprawianych w systemie hydroponicznym, gdzie traktowano je różnymi stężeniami. Rośliny uprawiane przy stężeniu wyższym niż 42 mikromolowe wykazywały opóźniony wzrost z powodu wysokich stężeń. Podczas gdy rośliny bez dodatku również wykazywały opóźniony wzrost z powodu niedoboru w porównaniu z roślinami uprawianymi z 7 mikromolami.

Podsumowując, ten system hydroponiczny jest zarówno niedrogi, jak i skalowalny. Dzięki niemu możemy badać wrażliwość roślin na pierwiastki toksyczne lub badać zapotrzebowanie roślin na składniki odżywcze. Zarówno korzenie, jak i pędy można obserwować i zbierać oddzielnie w celu analizy pierwiastkowej lub analizy ekspresji genów.