Zoptymalizowany protokół Rhizobox do wizualizacji wzrostu korzeni i reakcji na zlokalizowane składniki odżywcze
22 października 2018
Wizualizacja i pomiar wzrostu korzeni in situ jest niezwykle trudne. Przedstawiamy konfigurowalną metodę rhizobox do śledzenia rozwoju i proliferacji korzeni w czasie w odpowiedzi na wzbogacenie w składniki odżywcze. Metoda ta służy do analizy różnic genotypowych w plastyczności korzeni kukurydzy w odpowiedzi na organiczne źródło azotu.
Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie nauki o korzeniach i ryzosferze, takie jak to, jak korzenie reagują na zlokalizowane plamy składników odżywczych. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala na powtarzalne, nieinwazyjne pomiary pojedynczego systemu korzeniowego w glebie, ale nie wymaga specjalistycznego sprzętu i jest stosunkowo niedroga. Zbierz części do Rhizoboxa do montażu.
Należą do nich przednie i tylne panele wykonane z przezroczystego akrylu o wymiarach około 40 centymetrów na 61 centymetrów. W tym miejscu na górze tylnego panelu znajdują się boczne i dolne przekładki. Przekładki są wyrównane z wcześniej wywierconymi otworami w panelach.
Wytnij odcinek poliestrowej wyściółki, który będzie przebiegał wzdłuż dna Rhizobox. Połóż wyściółkę na tylnym panelu bezpośrednio nad dolną przekładką, aby zapobiec wyciekom. Umieść górny panel na miejscu na podkładkach dystansowych, aby utrzymać wyściółkę na miejscu.
Teraz zdobądź sprzęt do złożenia Rhizoboxa. Użyj, dwóch podkładek i nakrętki sześciokątnej do każdego z wywierconych otworów. Umieść podkładkę na panelu przednim i dokręć przez nią do tylnego panelu.
Kolejna podkładka i nakrętka sześciokątna. Aby uniknąć utraty gleby, upewnij się, że wszystkie są bardzo dokręcone. Utwórz również dwie przekładki, aby utworzyć plastry zabiegowe i kontrolne.
Wykonaj je z arkuszy polietylenu o wysokiej gęstości i przykręć u góry, aby umożliwić tylko częściowe włożenie. W celu pozbawienia światła i redukcji ciepła przygotuj etui ochronne, które może zamknąć pudełko. Na koniec zbuduj ramę, aby zachęcić korzenie do wyrastania na tylnym panelu.
Ta rama z PVC utrzymuje pudełko pod kątem około 55 stopni. Przygotuj zhomogenizowaną mieszaninę ziemi polowej i piasku. Zacznij od dużej torby zawierającej mieszaninę substratów dla każdego Rhizoboxa.
Oznacz dwie małe torebki z zamkiem błyskawicznym w pudełku na plastry lecznicze i kontrolne. Użyj wagi i zważ 30 gramów podłoża z piasku glebowego. Przenieść substrat do worka kontrolnego.
W ten sam sposób dodaj 30 gramów substratu do worka zabiegowego. Następnie zważ jeden gram azotu oznaczonego jako źródło azotu 15 i dodaj go do worka zabiegowego. Dokładnie wymieszać podłoże i źródło azotu.
Pracuj z jednym Rhizoboxem i jego przekładkami do łat. Włóż dwie przekładki do Rhizobox, aż śruba uniemożliwi dalszy ruch. Zaznacz głębokość dolnej krawędzi przekładek z boku Rhizoboxa.
Następnie usuń przekładki, aby wykonać kolejne kroki. Za pomocą lejka napełnij Rhizobox z dużego worka z podłożem na zaznaczoną głębokość. Przesuwaj lejek do przodu i do tyłu powoli i równomiernie, aby równomiernie napełnić Rhizobox.
Gdy podłoże znajdzie się na zaznaczonej głębokości, włóż przekładki do pudełka. Powinny znajdować się pięć centymetrów od lewej i prawej strony pudełka. Kontynuuj napełnianie pudełka, aż podłoże znajdzie się około pięciu centymetrów od górnej części pudełka.
Następnie zorganizuj powolne nawadnianie podłoża w pudełku za pomocą 150 mililitrów wody z emiterami kroplowymi lub ręcznie. Pozwól mu odpocząć przez kilka godzin lub na noc, aby woda dyfundowała, a obszar wokół każdej przekładki był dokładnie zwilżony. W tym momencie usuń przekładki, aby pozostawić pustą wnękę na łaty.
Teraz przyklej przezroczystą folię na zewnątrz pudełka. Użyj przezroczystości, aby oznaczyć jedną łatkę jako leczenie, a drugą jako kontrolę. Następnie użyj lejka i przygotowanego podłoża kontrolnego, aby wypełnić plaster kontrolny.
Jest to oznaczona łatka kontrolna po jej wypełnieniu. W ten sam sposób należy przejść do wypełnienia plastra zabiegowego przygotowanym substratem zabiegowym. Po zakończeniu użyj markera permanentnego, aby prześledzić granicę każdej plamy na przezroczystej folii.
Następnie napełnij Rhizobox równomiernie pozostałym podłożem z dużej torby. Zakończ, obrysowując górną część podłoża na przezroczystości. Gdy pudełko będzie gotowe, przeszczep kiełkujące nasiona.
Najpierw użyj wąskiej szpatułki, aby wykopać dziurę w środku Rhizoboxa. Otwór powinien mieć głębokość 2,5 centymetra. Umieść kiełkujące nasiona w środku, upewniając się, że rodnik jest skierowany bezpośrednio w dół.
Prześledź położenie nasion na przezroczystości dołączonej do pudełka. Przykryj nasiona, a następnie podlej je do 50 mililitrów wody dejonizowanej. Następnie zamknij pudełko w etui, aby zapobiec interakcji światła z korzeniami podczas wzrostu.
Zabierz pudełko do przygotowanej do tego ramy. Umieść Rhizobox na ramie, aby pobudzić wzrost w kierunku tylnej ramy. Odzyskaj pudełko po każdych trzech do czterech dniach wzrostu roślin.
Po zdjęciu etui śledź widoczne korzenie rośliny, za każdym razem używając pisaka w innym kolorze. Podobnie jak w tym przykładzie, w tym kroku należy zachować spójność i systematyczność. Umieść zakryte pudełko na stojaku i upewnij się, że jest w pierwotnej orientacji.
W tym przypadku całkowita długość korzeni narysowanych na odwrocie 24 Rhizoboxów jest wykreślana w stosunku do długości korzeni zmierzonych za pomocą skanera i oprogramowania komputerowego. Podobny wykres dla prześledzonych wzorów korzeni z przodu pudełka pokazuje, że korzenie rosły preferencyjnie na tyłach pudełka. Spójne nachylenia na tym wykresie logarytmu całkowitej długości korzenia w funkcji dni wzrostu sugerują, że tempo wzrostu było podobne między różnymi pudełkami.
Poniżej znajdują się dane dotyczące gęstości długości korzeni dla jednego genotypu kukurydzy. Gęstość łaty kontrolnej jest mniejsza niż gęstość łatki poddanej działaniu azotu. W eksperymencie porównano gęstość długości korzeni dla sześciu oddzielnych genotypów kukurydzy.
We wszystkich przypadkach gęstość długości korzeni była większa w plastrze zabiegowym znakowanym azotem 15 w porównaniu z plastrem kontrolnym. Protokół ten można łączyć z innymi metodami, takimi jak sfigmografia lub hybrydyzacja in situ z fluorescencyjnym kwiatem, w celu wizualizacji przestrzennego rozkładu aktywności enzymów lub drobnoustrojów.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł przedstawia modyfikowany metodę rhizobox do wizualizacji i pomiaru wzrostu korzeni in situ, rozwiązując problemy z śledzeniem rozwoju korzeni w czasie. Metoda jest zastosowana do analizy różnic genotypowych kukurydzy w plastiści korzeni w odpowiedzi na wzbogacanie składnikami odżywczymi.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Nauka o korzeniach i ryzosferze
- Fizjologia roślin
- Nauka o glebie
Tło
- Wizualizacja wzrostu korzeni jest wyzwaniem w naturalnych warunkach.
- Zrozumienie reakcji korzeni na plamki składników odżywczych jest kluczowe dla rozwoju roślin.
- Istniejące metody mogą wymagać specjalistycznego sprzętu lub być kosztowne.
- To badanie wprowadza bardziej dostępne podejście do pomiaru korzeni.
Cel badania
- Opracować nieinwazyjną metodę śledzenia wzrostu korzeni.
- Analizę wpływu wzbogacania składnikami odżywczymi na plastiść korzeni.
- Ułatwienie wielokrotnych pomiarów systemów korzeniowych w glebie.
Stosowane metody
- Złożenie rhizobox za pomocą przezroczystych paneli akrylowych.
- Nieinvazyjne techniki pomiarowe do śledzenia korzeni.
- Analiza genotypów kukurydzy w odpowiedzi na organiczny azot.
- Monitorowanie rozwoju korzeni w czasie.
Główne wyniki
- Rhizobox pozwala na wielokrotne pomiary bez uszkodzenia systemu korzeniowego.
- Genotyp kukurydzy wykazywały różne poziomy plastyczności korzeni.
- Korzenie reagowały pozytywnie na zlokalizowanych plamkach składników odżywczych.
- Metoda jest ekonomiczna i nie wymaga specjalistycznego sprzętu.
Wnioski
- Modyfikowany rhizobox jest cennym narzędziem do badań nad korzeniami.
- Poprawia zrozumienie reakcji korzeni na dostępność składników odżywczych.
- Ta metoda może poszerzyć badania w dziedzinie nauki o korzeniach i ryzosferze.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Non-destructive root visualization in soil addresses a critical bottleneck in plant trait discovery and agricultural biotechnology R&D. The optimized rhizobox protocol enables repeated, quantitative assessment of root growth and plasticity in response to localized nutrient patches, supporting predictive confidence in genotype selection and trait validation. This capability is directly relevant for early-stage screening and translational research in crop improvement pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct interrogation of root system responses to spatially defined nutrient cues.
- Supports functional validation of genetic or trait hypotheses in controlled soil environments.
- Facilitates mechanistic de-risking by quantifying genotype-specific plasticity.
- Provides a platform for comparative analysis across diverse germplasm.
Screening & Assay Development
- Delivers standardized, reproducible root growth measurements for downstream trait screening.
- Allows for quantitative assessment of root length density and growth rates in situ.
- Supports assay scalability and reuse across multiple genotypes and treatments.
- Enables reliable evaluation of nutrient uptake efficiency and root architecture traits.
Translational & Preclinical Research
- Aligns root phenotyping outputs with translational goals in crop improvement.
- Provides continuity from early discovery through pre-breeding and trait advancement.
- Supports risk-adjusted decisions by linking root plasticity to nutrient use efficiency.
- Facilitates integration with additional analytical methods for comprehensive trait profiling.
Pipeline & Workflow Integration
The rhizobox protocol fits within the discovery-to-preclinical continuum, enabling hypothesis-driven trait validation, screening, and translational research in plant biotechnology.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on root responsiveness to localized nutrients and trait de-risking.
- Screening: Provides reproducible, quantitative root growth and density measurements for trait selection.
- Analytics: Enables statistical comparison of genotypes and treatments using root length and 15N recovery data.
- Translational Research: Bridges early discovery with pre-breeding by linking root traits to nutrient acquisition.
- Enterprise Reuse: Offers a customizable, cost-effective platform adaptable to diverse research needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in trait validation and reduces mechanistic ambiguity in root biology.
- Operational Value: Standardizes root phenotyping, enhances reproducibility, and supports scalable screening.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions for trait advancement and optimizes resource allocation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of genotypes and traits for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in plant physiology and quantitative root phenotyping.
- Needs clear acrylic panels, spacers, and basic analytical infrastructure for root tracing and measurement.
- Demands cross-team standardization of measurement intervals and data recording.
- Adaptable to various soil types and plant species with protocol modifications.
- Careful control of experimental conditions is essential to avoid bias in root growth data.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:27
Assembly of the Rhizoboxes
2:08
Substrate Preparation for Treatment and Control Patches
2:54
Loading the Rhizobox with Substrate and Establishing Treatment and Control Patches
5:02
Seed Transplantation and Plant Growth
6:19
Results: Roots Proliferate in Treated Patches
7:26
Conclusion
