Hidroponia: um sistema versátil para estudar nutrientes de alocação e de plantas As respostas a disponibilidade de nutrientes e exposição a elementos tóxicos

O protocolo a seguir fornece instruções passo a passo para configurar um sistema hidropônico em um laboratório. Este protocolo foi otimizado para Arabidopsis thaliana. Um dos principais fatores que contribuem para o estabelecimento bem-sucedido de uma cultura hidropônica é a saúde das mudas usadas para o experimento.

Portanto, a esterilização de instrumentos, sementes e meios de cultura desempenha um papel importante na redução do risco de contaminação e fornece um bom começo para as plantas antes de serem transplantadas para o sistema hidropônico. Nesta etapa, o cloro gasoso liberado da reação entre alvejante e ácido clorídrico esteriliza a superfície das sementes. Antes de transferir as sementes para um tubo de centrífuga de 1,5 mililitro, use um lápis para rotular o tubo e identificar as sementes.

O lápis é preferido porque a tinta pode desbotar durante a esterilização. Marque também a tampa do tubo com um Sharpie. Esta marca deve desaparecer durante o processo de esterilização devido ao gás cloro liberado.

O volume de sementes recomendado por tubo é de cerca de 100 microlitros. Coloque o tubo rotulado e a tampa aberta no dessecador ou na câmara de vácuo. Coloque o exsicador em uma capela de exaustão química ativa.

Despeje 100 mililitros de água sanitária em um copo de 250 mililitros, coloque-o no dessecador e feche a válvula do dessecador. Adicione rapidamente 3 mililitros de ácido clorídrico a 12% ao alvejante usando uma bureta. Feche a tampa imediatamente.

Deixe a esterilização prosseguir por quatro horas. Aqui está o dessecador em uma capela de fluxo laminar ativo após quatro horas de esterilização e o alvejante foi removido. A marca vermelha desaparece indica que uma quantidade suficiente de gás cloro foi gerada.

Abra bem a tampa do dessecador e areje as sementes esterilizadas por pelo menos 30 minutos. Depois disso, as sementes podem ser usadas imediatamente ou armazenadas em local seco. Esta etapa ajuda a fornecer mudas saudáveis antes da fase de transplante.

Estes são os itens necessários para iniciar as placas de sementes. Sementes estéreis, placas de mídia 1/4 MS, papel de filtro estéril, fita millipore, palitos de dente estéreis, caneta marcadora, folha de alumínio. Primeiro transfira as sementes do tubo de centrífuga para um papel de filtro estéril.

Molhe levemente uma ponta do palito e use essa ponta hidratada para pegar as sementes do papel de filtro e colocá-las na superfície do ágar. Espalhe as sementes pela placa a uma densidade de aproximadamente uma semente por centímetro quadrado. Aqui usamos apenas algumas sementes para demonstrar o passo, mas você pode fazer um prato cheio de sementes.

Escreva a data na tampa do prato para acompanhar a idade da planta. Use fita micropore para manter a tampa da placa presa ao corpo da placa. Esta fita também permite a troca de umidade entre o ar e o microclima dentro da placa.

Use papel alumínio para cobrir a placa e bloquear a luz antes de colocar a planta na câmara fria por dois dias. Tempos mais longos podem ser usados para auxiliar no processo de germinação. Como o 1/4 MS, a solução hidropônica também precisa ser esterilizada após a preparação.

Usamos com sucesso a seguinte solução nutritiva para cultivar Arabidopsis thaliana, mas ela pode ser modificada para acomodar experimentos específicos ou diferentes espécies de plantas. Sugere-se preparar uma solução estoque de cada macronutriente em frascos diferentes e todos os micronutrientes em um frasco, exceto ferro-EDTA. Uma solução nutritiva 10x pode ser preparada antes do experimento, mas precisa ser autoclavada e armazenada na câmara fria.

A seguir estão os materiais necessários para preparar os suportes da planta. Recipiente de hidroponia, placa de espuma, faca de papel, broca de cortiça, plugues de tubo de espuma estéril, pinças. Primeiro meça o tamanho do recipiente.

Em seguida, corte a placa de espuma de acordo com as dimensões necessárias. Uma faca de papel é útil neste caso. A verificação do tamanho da placa de espuma se encaixa bem no recipiente.

Use uma pinça pequena para segurar a prancha. Ajuste o tamanho da placa de espuma, se necessário. Use um lápis para marcar as posições onde as plantas serão ancoradas.

Use um furo de cortiça para criar furos na placa de espuma. Densidade recomendada:Uma planta por 10 centímetros quadrados. Em seguida, faça um corte ao longo de cada tampão de espuma usando uma lâmina de barbear.

Tenha muito cuidado ao usar lâminas de barbear. Cada orifício será preenchido com um tampão de espuma. Assim, o tamanho dos furos precisa ser proporcional aos plugues.

Mergulhe os dois plugues em água deionizada e autoclave-os líquidos antes da configuração da hidroponia. Agora transfira as mudas e configure a bomba de ar. Esta é uma solução hidropônica na concentração de trabalho.

Estes são os plugues de tubo de espuma estéreis. E estas são as mudas de placa média de 12 dias. Abra o prato.

Use uma pinça pequena para puxar suavemente uma muda para fora da placa média e coloque a raiz ao longo da incisão do tampão de espuma. Conecte cuidadosamente o tubo de espuma que contém a muda na placa de espuma e coloque a placa no recipiente com solução hidropônica. Continue transplantando para obter o número desejado de plantas.

Certifique-se de que os tampões do tubo de espuma estejam embebidos com a solução hidropônica. A seguir, mostraremos como configurar o sistema de aeração, usando pequenas bombas de ar do tipo aquário, tubos de plástico, pedras de bolhas de aquário, sistema de válvulas e uma bomba de ar. Primeiro conecte a parte curta e cortada da tubulação da linha de ar às pedras da bolha.

Em seguida, conecte as pedras ao sistema de válvulas. Em seguida, conecte o sistema de válvulas à bomba. Depois de ativar a bomba, a pessoa na cena está ajustando a válvula para controlar a taxa de fluxo de ar.

O fluxo de ar deve ser apenas o suficiente para fornecer oxigênio sem causar danos ao sistema radicular. Agora coloque a placa de espuma com mudas na configuração hidropônica. Cubra as laterais do recipiente para limitar a luz que atinge a solução e limitar o crescimento de algas.

Cubra também as tampas dos recipientes com tampas transparentes para evitar luz intensa que possa dessecar as mudas recém-transplantadas. Quando as plantas ficarem maiores, remova as tampas. Para pesquisadores interessados em nutrientes vegetais, experimentos hidropônicos fornecem um sistema ideal para testar as respostas das plantas a diferentes condições de nutrientes, manipulando as concentrações dos elementos de interesse.

Os pesquisadores podem estabelecer condições de nutrientes suficientes, deficientes ou tóxicas. Estas são mudas de Arabidopsis cultivadas no sistema hidropônico, conforme descrito no protocolo. As plantas foram deixadas crescer por três semanas no sistema hidropônico antes de alterar a composição da solução hidropônica.

A pessoa na cena está renovando a solução hidropônica antes de dar tratamento às plantas. Uma solução estoque do elemento tóxico cádmio foi usada para enriquecer a solução hidropônica. A concentração de cádmio utilizada neste experimento foi de 20 micromolares.

Depois que a solução é preparada, as plantas são devolvidas aos seus recipientes. Após seis dias de tratamento, as plantas expostas ao cádmio apresentaram atraso no crescimento e sintomas de clorose. Redução na biomassa da parte aérea e da raiz também é observada.

Esta figura mostra um experimento diferente para plantas de Arabidopsis cultivadas no sistema hidropônico onde tratadas com diferentes concentrações de zinco. Plantas cultivadas em concentrações de zinco superiores a 42 micromolares, apresentaram crescimento retardado devido a altas concentrações de zinco. Enquanto as plantas sem adição de zinco também apresentaram crescimento retardado devido à deficiência de zinco em comparação com plantas cultivadas com 7 micromolares de zinco.

Em conclusão, este sistema hidropônico é barato e escalável. Ele nos permite testar a sensibilidade da planta a elementos tóxicos ou estudar as necessidades de nutrientes da planta. Tanto as raízes quanto os brotos podem ser observados e coletados separadamente para análise elementar ou análise de expressão gênica.