Projeto e operação de uma contínua

O objetivo geral deste procedimento é produzir material vegetal altamente enriquecido com carbono 13 e nitrogênio 15 de forma uniforme em toda a planta ou de maneira diferencial nos tecidos estruturais e metabólicos. Isso é alcançado primeiramente pela construção de uma câmara hermética para o crescimento das plantas. O segundo passo consiste em controlar a temperatura, a umidade e os níveis de dióxido de carbono na câmara, a fim de manter condições adequadas de crescimento para as plantas.

Em seguida, as plantas são cultivadas em uma câmara selada com ar contendo dióxido de carbono com 13C e irrigação e fertilização contendo nitrogênio 15. O passo final consiste em interromper a marcação, removendo as plantas com marcação diferencial da câmara algumas semanas antes da colheita, de modo que seu material metabólico fique menos enriquecido em carbono 13 e nitrogênio 15. Em comparação com os componentes estruturais das plantas após a colheita do material vegetal, a extração com água quente e a espectrometria de massa de razão isotópica são utilizadas para medir a marcação isotópica geral e as diferenças na intensidade da marcação.

A principal vantagem da marcação contínua em comparação com outros métodos, como aplicação foliar ou marcação pulsada repetida, é que ela produz material vegetal uniformemente marcado que pode ser diferencialmente marcado em seus componentes metabólicos ou estruturais. Para iniciar este procedimento, construa a câmara de marcação conforme descrito no protocolo textual complementar, montando paredes de acrílico transparente com 3,18 milímetros de espessura e um teto de acrílico transparente com 6,35 milímetros de espessura sobre uma estrutura de alumínio com piso de aço pintado de branco; as dimensões da câmara podem ser adaptadas conforme as necessidades específicas de crescimento das plantas. A câmara mostrada aqui mede 1,2 por 2,4 por 3,6 metros e comporta 40 vasos de 15 litros; certifique-se de que a câmara seja hermética, cobrindo todas as juntas com selante de silicone adequado.

Monte a porta sobre parafusos de máquina, que podem ser apertados e soltos usando porcas borboleta removíveis. Selle a porta com vedação contra intempéries para evitar vazamento de ar em uma área diretamente adjacente à câmara de marcação. Monte o centro de controle ao monitor e ajuste a temperatura, umidade e dióxido de carbono dentro da câmara.

Certifique-se de que os fios elétricos e as tubulações de gás que passam para dentro da câmara estejam bem selados com silicone para evitar vazamentos de ar. Opcionalmente, adicione luzes à câmara para aumentar a penetração de luz e controlar o comprimento do dia. Para regular a temperatura da câmara, instale um aparelho de ar condicionado comercial do tipo split, com as serpentinas do evaporador localizadas dentro da câmara e o compressor e as serpentinas do condensador localizados fora da câmara, a fim de dissipar o calor.

Em seguida, instale um desumidificador pequeno dentro da câmara. Faça um furo no piso ao lado do desumidificador e passe o tubo de drenagem do desumidificador pelo furo e dentro de um frasco previamente preenchido com água. Isso cria um selo hermético para a drenagem e permite a equalização da pressão, regulando a umidade na câmara ao conectar um controlador programável, como a série omega eye com sensor de umidade, ao desumidificador.

Em seguida, instale um analisador de gás infravermelho ou ERA com uma bomba de diafragma que retire continuamente o ar da câmara através do ERA e o devolva à câmara. Isso mantém um sistema fechado enquanto monitora continuamente a concentração de dióxido de carbono na câmara. Depois, conecte dois tanques de gás dióxido de carbono puro ao sistema de controle de dióxido de carbono.

Um dos tanques deve conter dióxido de carbono com 10 por cento atômico de 13C ou mais, e o outro deve conter dióxido de carbono com abundância natural de 13C. Ajuste os reguladores dos tanques para 20 PSI após inserir as válvulas solenoide nas linhas de gás para controlar as injeções de dióxido de carbono pelo software Ergo.

Controle a abertura e o fechamento das válvulas solenoides conectando-as ao ER rga por meio de um programa de relé de estado sólido, configurando um alarme baixo no software ergas para acionar a abertura das válvulas solenoides quando a concentração de dióxido de carbono na câmara cair abaixo de um determinado valor e uma faixa morta para fechar as válvulas assim que a concentração de dióxido de carbono atingir um ponto de ajuste superior. Após a instalação das válvulas solenoides, acople uma válvula de medição a cada uma das linhas do tanque de gás e ajuste-as cuidadosamente para alcançar o nível desejado de enriquecimento com carbono 13 na atmosfera.

Aqui utilizamos um enriquecimento de 4,4 por cento atômico de carbono 13. Una as saídas e, por fim, conduza a tubulação até o centro da câmara entre os ventiladores, o que ajuda a distribuir uniformemente o dióxido de carbono marcado por toda a câmara para montar o sistema de irrigação. Primeiro, crie um anel de irrigação por gotejamento para cada vaso e passe a tubulação de irrigação através de um pequeno orifício feito na parede da câmara até o exterior.

Em seguida, vedar os orifícios ao redor do tubo de irrigação com selante de silicone para evitar vazamento de ar no exterior da câmara. Conectar o tubo de irrigação ao tubo da bomba peristáltica e colocar um grampo de mangueira pequeno nele para evitar vazamento de ar entre as regas. Germinar as sementes antes do plantio em vasos para garantir viabilidade. Inocular as mudas com uma pasta fresca de solo. Para introduzir microrganismos benéficos, encher os vasos com uma mistura de substrato sem solo para eliminar a introdução de carbono e nitrogênio não rotulados provenientes do solo.

Aqui utilizamos uma mistura de areia, vermiculita e um perfil de cerâmica porosa. Após a germinação das sementes, transplante cuidadosamente as plântulas para os vasos com quantidade mínima de solo. Em seguida, leve os vasos para a câmara e conecte cada vaso a uma mangueira de irrigação individual.

Por fim, feche a porta da câmara e remova o dióxido de carbono externo conectando um removedor de soda cáustica à bomba de ar até que a concentração de dióxido de carbono atinja pelo menos 200 a 250 partes por milhão. Antes de reabastecer a câmara até 400 partes por milhão. Utilizando a mistura do tanque de dióxido de carbono 13 C, procure manter a câmara fechada durante todo o período de crescimento para minimizar a contaminação pelo dióxido de carbono de abundância natural.

Primeiro, rotule uma solução de fertilizante do tipo Hyland com nitrogênio 15 misturando nitrato de potássio com 98 por cento de átomo de nitrogênio 15 e nitrato de potássio com abundância natural de nitrogênio 15, e depois adicione-a ao restante da solução Hookin. Aqui, utilizamos uma solução com sete por cento de átomo de nitrogênio 15 para fertilização. Use uma bomba peristáltica para fornecer a solução de fertilizante marcada com nitrogênio 15 através dos tubos de irrigação.

A UNC prende as mangueiras de irrigação e distribui quantidades variáveis de fertilizante para as plantas individuais de acordo com a demanda e o delineamento experimental. Em seguida, bombeia água através das mangueiras para remover o fertilizante das mangueiras de irrigação. A quantidade total de fluido adicionada não deve exceder a capacidade de retenção de água dos vasos, a fim de minimizar o desperdício de fertilizante.

Rec recolher, todas as mangueiras após a fertilização e irrigação para eliminar vazamentos de ar na câmara. Para marcação diferencial de componentes estruturais e metabólicos, remova as plantas da câmara de marcação de uma a três semanas antes da colheita. Mantenha as plantas que devem ser marcadas de forma uniforme dentro da câmara até a colheita.

Para induzir a senescência. Simplesmente interrompa a irrigação quando estiver pronto. Colete as plantas cortando primeiro a biomassa acima do solo.

Após colher a biomassa acima do solo, despeje a mistura de plantio e as raízes sobre uma peneira com malha de seis milímetros para separar as raízes da mistura de plantio. Em seguida, enxágue as raízes sobre uma peneira de dois milímetros para remover qualquer material restante da mistura de plantio. Use pinças conforme necessário para remover qualquer resíduo de mistura de plantio que possa ter aderido às raízes e, então, deixe as raízes secarem ao ar em preparação para experimentos futuros.

Durante três temporadas de cultivo de operação, a câmara manteve com sucesso a temperatura entre 26 e 29 graus Celsius, a umidade entre 36 e 56% e as concentrações de dióxido de carbono entre 360 e 400 partes por milhão, conforme configurado no centro de controle. São apresentados aqui resultados representativos da temporada de cultivo de 2011 de Andra Pogon Girard di. O acúmulo de dióxido de carbono durante a respiração noturna não parece prejudicar as plantas em crescimento e é rapidamente absorvido após o nascer do sol.

A marcação com nitrogênio 15 por meio da solução específica de 7 adam por cento de nitrogênio 15 na solução hoglin produziu material vegetal altamente marcado com 6,7 por cento atômico de nitrogênio 15; uma leve diluição em relação ao valor alvo de marcação com nitrogênio 15 pode ser causada por alguma abundância natural de nitrogênio na mistura de cultivo ou pela inoculação com solo nativo. A marcação com carbono 13, utilizando dióxido de carbono com 4,4 por cento atômico alvo de 13C, resultou em 4,46 por cento atômico de carbono 13. Ao longo de toda a serapilheira do material vegetal uniformemente marcado, as plantas diferencialmente marcadas, que foram removidas da câmara sete, 14 ou 22 dias antes da colheita, apresentaram uma diferença significativa em carbono 13 e nitrogênio 15.

Conteúdo em componentes metabólicos obtidos como extratos aquosos quentes e componentes estruturais obtidos como resíduos dos extratos aquosos quentes, indicando marcação diferencial de materiais vegetais metabólicos e estruturais. Após seu desenvolvimento, a marcação contínua com duplo isótopo abriu caminho para pesquisadores em biogeoquímica explorarem o destino e a transformação de componentes vegetais no ambiente em escala macro e nano.