$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Água é transportada das raízes para as folhas em um tecido vascular chamado xilema - uma rede de condutas interligados, fibras e vivos, células metabolicamente ativas. Função de transporte do xilema da planta deve ser mantida para fornecer nutrientes e água para as folhas para a fotossíntese, o crescimento e, finalmente, de sobrevivência. O transporte da água nas condutas do xilema pode ser interrompida quando a rede do xilema é comprometida por organismos patogénicos. Em resposta a tais plantas infecções muitas vezes produzir geles, gomas, e Tilos como um meio para isolar propagação agente patogénico (por exemplo, McElrone et al 2008; 2010). O estresse hídrico também pode limitar o transporte de água no xilema. Como as plantas perdem água durante a seca prolongada, a tensão na seiva do xilema. Água sob tensão é metastãvel (isto é, a um certo limiar, a tensão torna-se suficientemente grande para cavitar colunas de água contida nas condutas de xilema). Após a cavitação ocorre, uma bolha de gás (embolismo) podem formar e encher as conduit, o movimento da água de forma eficaz de bloqueio (Tyree e Sperry, 1989), um fenômeno análogo a doença de descompressão (ou seja, "as curvas") em mergulhadores de águas profundas.
Apesar da importância do transporte de água no xilema para a função planta ideal, como demonstrado por um vasto corpo de literatura histórica e contemporânea sobre este tema (Tyree & Zimmermann, 2002;. Holbrook et al, 2005), ainda há aspectos de redes do xilema que permanecem indescritível . Vários grupos de pesquisa começaram recentemente a utilização de alta resolução de raios-x computadorizada micro-tomografia (TCAR) para avaliar pequenos detalhes de anatomia da madeira e tecido vascular (por exemplo, Mayo et al; 2010, 2008; Mannes et al 2010;. Brodersen et al 2010. , 2011, 2012a incumbentes, b; Maeda e Miyake, 2009; Estepe et al 2004).. TCAR é uma técnica não destrutiva utilizada para visualizar as características do interior de objectos sólidos e de obter a informação digital sobre os seus 3-D propriedades estruturais. TCARdifere da medicina convencional CAT-scanning na sua capacidade de resolver os detalhes tão pequenos quanto um micron de tamanho, até mesmo para os objectos de alta densidade. Os recentes avanços na tecnologia síncrotron TCAR melhorou a resolução da imagem e relação sinal-ruído suficiente para que as redes de recursos de navios e conexões intervasculares pode ser visualizado, atribuído coordenadas 3D, e exportado para simulações hidráulicas. Brodersen et al. (2011) recentemente avançou esta técnica combinando reconstruções 3D gerados pelo síncrotron TCAR com um modelo de Fortran que extrai automaticamente os dados da rede xilema em resolução muito maior do que jamais foi possível com os tradicionais métodos anatômicos (ou seja, o corte de série com um micrótomo e captura de imagem com microscopia de luz, por exemplo, Zimmermann 1971). Este trabalho também tem sido utilizada para optimizar modelos hidráulicos do sistema de xilema e identificadas características únicas de transporte (isto é, o fluxo reverso em algumas vessels durante os períodos de pico de transpiração) (Lee et al., em revisão).
Síncrotron TCAR pode agora ser usado para visualizar a funcionalidade do xilema, a susceptibilidade a cavitação, e capacidade de plantas para reparar condutas embolização. A falta de restabelecer o fluxo nas condutas embolizados reduz a capacidade hidráulica, a fotossíntese limites, e resulta na morte das plantas, em casos extremos (McDowell et al. 2008). As plantas podem lidar com êmbolos pelo desvio da água em torno de bloqueios através de poços de ligação adjacentes condutas funcionais, e pela crescente xilema novo para substituir perdeu capacidade hidráulica. Algumas plantas possuem a capacidade de reparar quebras nas colunas de água, mas os detalhes deste processo no xilema sob tensão não está claro por décadas. Brodersen et al. (2010) recentemente visualizado e quantificado o processo de recarga em videiras ao vivo usando TCAR. Vaso sucesso reenchimento foi dependente influxo de água a partir de células vivas em torno do xylin condutas, onde gotículas de água individuais expandiram ao longo do tempo, vasos cheios, e forçaram a dissolução do gás aprisionado. A capacidade de plantas diferentes para reparar vasos do xilema comprometidos e os mecanismos que controlam esses reparos estão sendo investigadas.
Descrição da instalação de ALS Beamline 8.3.2
Nosso trabalho até à data tem sido realizados sobre o Hard X-ray Micro-Tomografia Beamline 8.3.2 na fonte avançada Luz no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley CA EUA). As amostras de plantas são colocadas em um revestida de chumbo hutch localizado a 20 m da fonte de raios-x, gerado por um ímã curva 6 Tesla supercondutor dipolo dentro da Fonte de Luz Avançado elétron operacional anel de armazenamento com uma energia crítica de 11,5 KeV. Um esquema da estação final é mostrado na Figura 1. As radiografias entrar na gaiola com um tamanho de feixe de 40x ~ 4,6 mm e passar através da amostra que está montado sobre uma fase de rotação motorizada. Otransmitido raios X colidem com um cintilador de cristal (dois materiais vulgarmente utilizados são LuAG CdWO ou 4) que convertem raios X em luz visível que é transmitido através de lentes sobre um CCD de recolha de imagem. A câmara de cintilação, e ópticas estão contidos dentro de uma caixa de luz que é apertado sobre trilhos que permite que a distância de amostra-para-cintilador para ser optimizado para imagens de contraste de fase.
Todas as amostras são montadas na etapa 10 cm de diâmetro de rotação que por sua vez está montada sobre as fases de tradução horizontal e vertical para o posicionamento da amostra. Uma amostra de planta viva, com o sistema de raiz montado em um suporte de panela planta construída personalizado e a folhagem contido em um tubo de acrílico, pode ser visto na Figura 2. Tempos de exposição típica pode variar 0,1-1 seg usando 10-18 keV, e durações de varredura irá variar 5-40 min, dependendo das configurações optimizadas para uma determinada amostra. Para amostras de altura (típica das redes de xilema de plantas), varreduras de dados podem serladrilhado, repetindo a medição com a amostra em alturas diferentes, o que é controlado automaticamente, permitindo seamless secções seriadas ao longo de uma altura de amostragem máxima de ~ 10 cm. Largura máxima da amostra, quando imagiologia em 4,5 uM resolução é ~ 1 cm em relação às amostras que são quase perfeitas na orientação vertical. Geração de dados e processamento é concluído usando o protocolo listados abaixo. Por causa da diferença de atenuação de raios X entre o ar e a água, o contraste da imagem pode ser obtida excelente nas plantas sem a utilização de soluções de contraste típico de sistemas médicos de TC. O lúmen do vaso cheio de ar é facilmente distinguível do tecido circundante cheia de água em plantas hidratadas.