Artigo de método

Aperfeiçoamento da taxa de crescimento inicial das plantas agrícolas usando campos magnéticos estáticos

DOI:

10.3791/53967

⸱

8 de julho de 2016

 ,  , 
1College of Medicine, Yonsei University, 2Simon Fraser University, 3Biomedical Research Institute, Seoul National University Hospital

Neste artigo

Resumo

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O objetivo deste protocolo é demonstrar a aceleração da taxa de crescimento inicial das plantas aplicando campos magnéticos estáticos sem energia externa.

Resumo

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dispositivos eletrônicos e fios de alta tensão induzem campos magnéticos. Um campo magnético de 1,300-2,500 Gauss (0,2 Tesla) foi aplicado a placas de Petri contendo sementes de Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis) e Mescluns (Lepidium sativum ). Nós aplicamos ímãs sob o prato de cultura. Durante os 4 dias de aplicação, observou-se que o comprimento do caule e raiz aumentou. O grupo submetido a tratamento de campo magnético (n = 10) mostrou um 1.4 vezes mais rápido taxa de crescimento em comparação com o grupo de controlo (n = 11) num total de 8 dias (p <0,0005). Esta taxa é 20% maior do que a relatada em estudos anteriores. As linhas complexas de tubulina não têm pontos de conexão, mas os pontos de conexão ocorrer após a aplicação de ímãs. Esta diferença mostra completa a partir do controlo, o que significa arranjos anormais. No entanto, a causa exacta permanece por esclarecer. estes resÜLTS de intensificação do crescimento da aplicação imans sugerem que é possível aumentar a taxa de crescimento, aumentar a produtividade, ou controlar a velocidade de germinação de sementes de plantas através da aplicação de campos magnéticos estáticos. Também, os campos magnéticos pode causar alterações fisiológicas em células de plantas e podem induzir o crescimento. Portanto, a estimulação com um campo magnético pode ter efeitos possíveis que são semelhantes aos dos fertilizantes químicos, o que significa que o uso de fertilizantes pode ser evitado.

Introdução

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A germinação é o crescimento de uma planta que resulta na formação de plântulas a 1. Sob certas condições, começa a germinação das sementes e nos tecidos embrionários retomar o crescimento. Ela começa com hidratação para a semente, a fim de activar enzimas para a germinação. As sementes podem ser induzidas a germinar in vitro (em uma placa de Petri ou tubo de ensaio) 1,2.

Campos magnéticos estáticos são forças especiais que causam movimentos de moléculas com cargas iônicas por meio da força de Lorentz 3,4. força de Lorentz é formado quando um ionizados ou acusadas objeto se move sob um campo magnético. Todo o material é formado com os átomos que são compostos de electrões e protões. Quando os campos magnéticos tornam-se presentes, se é estático ou alternada, que afeta o movimento do material carregado. Isto também se aplica às plantas e moléculas de água, que afeta a condição molécula intracelular. Em um estudo anterior, foram utilizados bobinas eletromagnéticaspara gerar campos magnéticos pulsantes, e as plantas 'Komatsuna' foram escolhidos como os indivíduos 5. No presente estudo, o ímã gerados campos magnéticos estáticos foram usadas para dar uma efeitos semelhantes, mas diferentes, como um estudo de expansão da força de Lorentz.

A frequência do campo magnético, ao invés de sua polaridade, é um factor crucial para a germinação da planta. Estudos anteriores sugeriram que as taxas máximas de germinação foram 20% maior do que o controle quando a frequência do campo magnético foi de aproximadamente 10 Hz. Quando o campo foi removido de uma maneira retrógrada, a taxa de crescimento foi prejudicada 5. Campos magnéticos estáticos ter um efeito considerável sobre o crescimento inicial de 6-8, principalmente na germinação 6 e raiz de crescimento de 7.

No presente estudo, foram utilizados magnetos estáticos para examinar a possibilidade de regular o crescimento de plantas agrícolas, utilizando campos magnéticos. Em particular, o nosso objectivo determine se determinadas condições de aplicação do campo magnético poderia aumentar as taxas de crescimento para níveis mais elevados do que os mencionados na literatura. Além disso, se a germinação inicial das plantas pode ser aumentada com sucesso utilizando um campo magnético, a utilização de fertilizantes químicos pode ser evitado.

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Protocolo

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1. Ajustes iniciais

  1. Espécies de plantas agrícolas
    1. Use Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis) e Mescluns (Lepidium sativum) sementes.
      NOTA: Impatiens balsamina (Garden Balsam ou Rose Balsam) é uma espécie nativa para a Índia; alguns membros também estão localizados em Myanmar. Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis ou Komatsuna) é uma variante da mesma espécie que o nabo comum. Agrião de jardim (Lepidium sativum) é um tipo de erva que é taxonomicamente relacionadas com agrião e mostarda. Eles têm sabores semelhantes e cheiro, para que são comercialmente utilizados 5,7.
  2. As culturas de plantas
    1. Cultura Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis) e Mescluns (Lepidium sativum) sementes em uma de 100 mm de diâmetro (100 pi) placa de Petri. Assegure-se que uma placa contém apenas um tipo de espécie.
    2. Para condições de cultura, coloque as sementes em uma toalha de celulose. Imergir a toalha e sementes em água destilada tripla. Medir e confirmar que o interior laboratório RT é 18-25 ° C, com umidade variando de 65-75% (por favor, verifique o ponto 3.1.2).
    3. Para o número de sementes, a cultura 10 ± 1 sementes de Garden Balsam, 50 ± 10 sementes de Mizuna, 330 ± 20 sementes de Komatsuna, e 380 ± 20 sementes de Mescluns. Use condições idênticas medidas como 18-25 ° C, com umidade variando de 65-75% (por favor, verifique o ponto 2.1.1).
      NOTA: Todos os experimentos foram realizados em condições interiores com a umidade regulada e faixa de temperatura em laboratório. A umidade ea temperatura não era estático, mas desde que as condições idênticas para o grupo e controle ímã tratada.

2. Cultura de quatro plantas agrícolas

  1. Procedimento experimental
    1. Siga seção 1.2.3) para as espécies de condições da planta e da cultura em grupo controle e aplicado ímã.
    2. Aplicar três imans de 1750 ± 350 Gauss (10.000 Gauss = 1 Tesla) na parte inferior das placas de 100 pi para Garden Balsam. Durante a aplicação, assegurar que as três ímans não estão em contacto directo com as sementes, e são separados por o fundo de plástico da placa de Petri. A distância direta entre sementes e ímãs deve ser 2-4 mm. Aplicar ímãs para 168 horas (7 dias) para quatro plantas agrícolas.
    3. Seguindo todos os passos de forma idêntica em 2.1.2), aplicam-se dois magnetos, um (lado virado para cima N) no lado íman superior e outra (de frente para S para cima) na parte inferior da placa de cultura Garden Balsam.
      NOTA: Os pólos são aplicadas de forma diferente em Garden Balsam. No entanto, a orientação pólo não é considerado como um factor fundamental neste estudo para alterações do crescimento, como todos os ambientes são idênticos, excepto para a direcçãodo fluxo magnético. O objetivo do N e S aplicação pole para Garden Balsam foi ver a sua capacidade prática em usá-lo nos campos, onde a orientação pólo poderia ser difícil de gerir.

3. Coloração de tubulina Jardim Balsam

  1. Ímã aplicações com condições de luz Regulado
    1. Coloque dois ímãs (N pólo para cima) inferior da placa de 100 mm para 48 horas, utilizando condições no passo 1.2.2.
      NOTA: Para a modificação de luz, as placas de cultura foram colocadas numa prateleira de plástico na incubadora. Incubadora foi usada para intercepção de luz e mantendo a temperatura a 25 ° C durante 48 h, em ambientes escuros. Eventualmente, esta condição não foi utilizado nesta experiência devido a variações elevadas de comprimento crescimento.
  2. coloração planta
    1. Fixar o impatiens inteiras SPP planta dupla flor, (incluindo caule e raízes) cultivadas em condições idênticas com o passo 3.1.2) em 4% de paraformaldeído e 0,1 Mtampão de fosfato (pH 7,4) durante 15 min.
    2. Retirar a amostra e Impatiens imergir durante 2 h em tampão (2% de soro de cavalo / 1% de albumina de soro de bovino / 0,1% de Triton X-100 em PBS, pH 7,5) de bloqueio. Lava-se a amostra de Impatiens por imersão com PBS durante 15 min.
    3. Para double imunocoloração, incubar a amostra com o anticorpo primário, anti-alfa tubulina (1: 1.000), O / N a 4 ° C.
    4. Retirar a amostra e imergir as amostras uma vez com PBS durante 10 min para lavagem. Uso de FITC-conjugado anti-IgG de ratinho (1: 400) como anticorpo secundário e incubar durante 2 horas a 25 ° C.
    5. Imergir a amostra em PBS e cobrir deslizar toda a amostra na parte inferior da placa de 24 poços. Obter imagens usando um microscópio de fluorescência convencional para observar a orientação tubulina (λ = 550 nm, ampliado a 100X, 200X e 400X).
      NOTA: Neste caso, o grupo ímã tratado (n = 10) e controles (n = 11) foram confirmados para Garden Balsam (Impatiens balsamina) somente, cultivadas em condições não-escuras.

4. Métodos de Recolha de Dados

  1. Criação de lapso de tempo de Crescimento Quatro plantas agrícolas
    1. Fotografar a planta em intervalos de 10 min, através da criação do obturador para auto (isso pode ser feito em qualquer câmera digital). Defina a abertura para f 3.2 e o valor ISO para 400.
    2. Recolha 700-900 fotos por 7-10 dias. Ligue a câmera com fios elétricos desde bateria pode estar esgotada.
    3. Arraste as imagens clicando e soltando cada imagem cronologicamente abaixo da linha de streaming com software de criação de filmes (ver materiais e mesa de equipamento). Coloque-o em uma linha de streaming em durações iguais de ,045-,05 seg para cada em um total de filme de 30-40 seg. Verifique para que não haja lacunas escuras com selecionando a cada imagem em uma ordem cronológica.
    4. Após o passo 4.1.3, clique no botão jogo no software para assegurar o filme compilados em um lapso de tempo de slides de vídeo 30-40 seg e clique renderizar e salvar em .mpeg ou em formato .avi. Para o tamanho markers, usar um quarto canadiana, um Penny americana, e uma régua centímetros no lado da foto.
    5. Realizar teste t e gráfico de caixa para análise estatística 11,12.
      NOTA: Grupos de resumos de cinco números foram utilizados para calcular o limite inferior (L) valor como Q1 - [1,5 x (Q3 - Q1)] eo limite superior (H) valor como Q3 + [1,5 x (Q3 - Q1) ]. Esta abordagem foi incorporada passo 1.2.2 para a coleta de dados de comprimento 11. Os valores de L e H mostram a área de 99% dos lotes distribuição-t, o que significa valores aberrantes que os pontos dos dados observados do lado de fora desta gama podem ser considerados. Os diagramas de caixa e de Student t -test foram usados ​​para analisar as diferenças nas alturas das mudas de 12.

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Resultados

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Coloração tubulina mostrou disperso ou diluído estruturas nas plantas cultivadas na presença do íman em comparação com o controlo (Figura 2). Além disso, 7 dias estudos de lapso de tempo com plantas agrícolas, incluindo Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis) e Mescluns (Lepidium sativum) indicou que um ímã derivado campo magnético estático aumenta o crescimento inicial das plantas (Figura 3).

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Discussão

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Em todas as condições, ímãs devem ser aplicados sob a placa de Petri. Este estudo examinou a influência de campos magnéticos sobre a taxa de crescimento das sementes de várias espécies agrícolas, com foco no Garden Balsam como representante de plantas agrícolas. Por exemplo, a coloração tubulina foi realizada sobre Jardim de bálsamo para avaliar as alterações de nível molecular na raiz e caule micro-estruturas esqueléticas, sugerindo influência do campo magnético na proliferação de comprimento. Ambos os pólos N e S do i...

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Divulgações

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Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

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Este estudo recebeu apoio da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (NRF) (2011-0012728). Um pôster apresentando este estudo recebeu o Prêmio de Melhor Pôster da Sociedade Coreana de Ciências Biológicas Aplicadas (KSABC).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Ímãs estáticosJIM2000Gauss
2% soro de cavalo / 1% albumina de soro bovino / 0,1% Triton X-100Sigma-AldrichMesclado com 55514Tampão de bloqueio
Anticorpo primárioSanta Cruz Biotechnologysc-8035a-Tubulina
Anticorpo secundárioSanta Cruz Biotechnologysc-2010Tempo de IgG anti-camundongo conjugado com FITC
Valor400 controladoe abertura F 3.2
Sony Vegas Pro 13.0Sony
ISO manualmente

Referências

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  1. Martin, F. W. In vitro measurement of pollen tube growth inhibition. Plant Physiol. 49, 924-925 (1972).
  2. Pfahler, P. L. In vitro germination characteristics of maize pollen to detect biological activity of environmental pollutants. Environ Health Perspect. 37, 125-132 (1981).
  3. Yao, Z., Tan, X., Du, H., Luo, B., Liu, Z. A high-current microwave ion source with permanent magnet and its beam emittance measurement. Rev Sci Instrum. 79, 073304(2008).
  4. Hendrickson, C. L., Drader, J. J., Laude, D. A., Guan, S., Marshall, A. G. Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry in a 20 T resistive magnet. Rapid Commun Mass Spectrom. 10, 1829-1832 (1996).
  5. Namba, K., Sasao, A., Shibusawa, S. EFFECT OF MAGNETIC FIELD ON GERMINATION AND PLANT GROWTH. Acta Hort. 399, 143-148 (1995).
  6. Hirota, N., Nakagawa, J., Kitazawa, K. Effects of a magnetic field on the germination of plants. Journals of Applied Physics. 85, 5717-5719 (1999).
  7. Penuelas, J., Llusia, J., Martinez, B., Fontcuberta, J. Diamagnetic Susceptibility and Root Growth Responses to Magnetic Fields in Lens culinaris, Glycine soja, and Triticum aestivum. Electromagnetic Biology and Medicine. 23, 97-112 (2004).
  8. Carbonell, M. V., Martinez, E., Amaya, J. M. Stimulation of germination in rice (Oryza Sativa L.) by a static magnetic field. Electro- and Magnetobiology. 19, 121-128 (2000).
  9. Oakley, R. V., Wang, Y. S., Ramakrishna, W., Harding, S. A., Tsai, C. J. Differential expansion and expression of alpha- and beta-tubulin gene families in Populus. Plant Physiol. 145, 961-973 (2007).
  10. Hoson, T., Matsumoto, S., Soga, K., Wakabayashi, K. Cortical microtubules are responsible for gravity resistance in plants. Plant Signal Behav. 5, 752-754 (2010).
  11. Kim, S., Im, W. Static magnetic fields inhibit proliferation and disperse subcellular localization of gamma complex protein3 in cultured C2C12 myoblast cells. Cell Biochem Biophys. 57, 1-8 (2010).
  12. Benjamini, Y. Opening the Box of a Boxplot. The American Statistician. 42, 257-262 (1988).

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