Abstract
Электронные устройства и высоковольтные провода вызывают магнитные поля. Магнитное поле 1,300-2,500 Гаусс (0,2 Тесла) наносили на чашки Петри , содержащие семена сада бальзама (Impatiens бальзамическая), Mizuna (Brassica рапа вар. Японикой), Komatsuna (Brassica рапа вар. Perviridis) и Mescluns (Lepidium посевного ). Мы применили магниты под культуры блюдо. В течение 4-х дней применения, мы наблюдали, что стебель и корень длина увеличена. Группа подвергается обработке магнитным полем (N = 10), показал 1,4 раза быстрее, скорость роста по сравнению с контрольной группой (n = 11) в общей сложности на 8 дней (р <0,0005). Этот показатель на 20% выше, чем сообщалось в предыдущих исследованиях. Тубулина сложные линии не имеют точки опоры, но соединительные точки возникают при применении магнитов. Это показывает полное отличие от контроля, что означает аномальные механизмы. Тем не менее, точная причина остается неясной. Эти разрешенияULTS из ускорения роста применения магнитов позволяют предположить, что можно повысить скорость роста, повысить производительность труда, или контролировать скорость прорастания растений путем применения статических магнитных полей. Кроме того, магнитные поля могут вызывать физиологические изменения в клетках растений и может вызвать рост. Таким образом, стимуляция с магнитным полем могут иметь возможные эффекты, схожие с теми, химических удобрений, а это значит, что использование удобрений можно избежать.
Introduction
Прорастание рост растений , что приводит к образованию саженца 1. При определенных условиях, всхожесть семян начинается и эмбриональные ткани возобновить рост. Она начинается с гидратации к семенам, чтобы активировать ферменты для прорастания. Семена могут быть индуцированы к прорастанию в пробирке (в чашке Петри или пробирки) 1,2.
Статические магнитные поля являются специальные силы , которые вызывают движения молекул с ионных зарядов путем силы Лоренца 3,4. Сила Лоренца образуется, когда ионизированной или заряженный объект движется под действием магнитного поля. Каждый материал образован с атомами, которые состоят из электронов и протонов. Когда магнитные поля становятся присутствуют, будь то статический или переменный, оно влияет на движение заряженных материала. Это также относится к растениям и молекул воды, что влияет на внутриклеточный молекулы состояния. В предыдущем исследовании, были использованы электромагнитные катушкидля генерирования импульсных магнитных полей, а растения 'Komatsuna' были выбраны в качестве субъектов 5. В настоящем исследовании, магнит генерируются статические магнитные поля были использованы, чтобы дать аналогичные, но различные эффекты как расширение изучения силы Лоренца.
Частота магнитного поля, а не его полярность, является решающим фактором для растений прорастания. Предыдущие исследования показали, что максимальные скорости передачи прорастание были на 20% выше, чем контроль, когда частота магнитного поля была приблизительно 10 Гц. Когда поле было удалено в ретроградной манере, темпы роста нарушалась 5. Статические магнитные поля оказывают существенное влияние на начальный 6-8 роста, в первую очередь на прорастание 6 и 7 корня роста.
В настоящем исследовании мы использовали статические магниты, чтобы рассмотреть возможность регулирования роста сельскохозяйственных растений с помощью магнитных полей. В частности, мы стремились determine ли определенные условия применения магнитного поля может привести к увеличению темпов роста на более высокие уровни, чем те, которые упомянуты в литературе. Кроме того, если начальная всхожесть растений может быть успешно увеличен с помощью магнитного поля, использование химических удобрений можно избежать.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Исходные настройки
- Сельскохозяйственные виды растений
- Используйте Сад бальзам (Impatiens бальзамическая), Mizuna (Brassica рапа вар. Японикой), Komatsuna (Brassica рапа вар. Perviridis) и Mescluns (Lepidium посевного) семена.
ПРИМЕЧАНИЕ: Impatiens бальзамическая (Сад бальзам или Роза бальзам) является разновидностью родной Индии; несколько членов также расположены в Мьянме. Komatsuna (Brassica рапа вар. Perviridis или komatsuna) представляет собой вариант того же вида , как общая репы. Сад кресс (Lepidium посевного) является одним из видов травы, которая таксономически связана с кресс и горчицы. Они имеют схожие вкусы и аромат, для которых они используется в коммерческих целях 5,7.
- Используйте Сад бальзам (Impatiens бальзамическая), Mizuna (Brassica рапа вар. Японикой), Komatsuna (Brassica рапа вар. Perviridis) и Mescluns (Lepidium посевного) семена.
- Культуры растений
- Культура Сад бальзам (Impatiens бальзамическая), Mizuna (Brassica рапа вар. Японикой), Komatsuna (Brassica рапа вар. Perviridis), и MesclunСемена s (Lepidium посевного) в диаметре 100 мм (100) пи Петри. Убедитесь, что одна пластина содержит только один тип вида.
- Для условий культивирования, поместите семена на полотенце целлюлозы. Погрузить полотенце и семена в троекратно дистиллированной воде. Измерьте и убедитесь, что в помещении лаборатории RT составляет 18-25 ° C, с влажностью в пределах 65-75% (пожалуйста, проверьте раздел 3.1.2).
- Для количества семян, культуры 10 ± 1 Семена сада бальзама, 50 ± 10 семян Mizuna, 330 ± 20 Семена Komatsuna и 380 ± 20 Семена Mescluns. Используйте одинаковые условия, измеренные в 18-25 ° C, с влажностью в пределах 65-75% (пожалуйста, проверьте раздел 2.1.1).
Примечание: Все эксперименты проводились на условиях внутри помещения с регулируемой влажностью и диапазоне температур в лабораторных условиях. Влажность и температура не была статичной, но при условии, что одинаковые условия для магнита группы, обработанной и контроля.
2. Культура четырех сельскохозяйственных растений
- Экспериментальная процедура
- Следуйте раздел 1.2.3) для видов растений и культуры в условиях контроля и магнита прикладной группы.
- Применяют три магниты 1,750 ± 350 Гс (10000 Гс = 1 Тесла) в нижней части 100 пи блюд для сада бальзама. Во время применения, убедитесь, что все три магнита не находятся в прямом контакте с семенами, и отделены друг от друга пластиковым дном чашки Петри. Прямое расстояние между семенами и магнитами должно быть 2-4 мм. Применяют магниты в течение 168 часов (7 дней) для четырех сельскохозяйственных растений.
- После всех этапов одинаково в пункте 2.1.2), применяются два магнита, один (лицом N стороне вверх) на верхней и другой магнит (обращенной стороне S вверх) на дне сада бальзама культуры пластины.
Примечание: Полюса применяются по-разному в саду бальзама. Однако полюс ориентация не рассматривается как решающий фактор в данном исследовании для изменения роста, так как все среды являются идентичными, за исключением направлениямагнитного потока. Цель применения полюса N и S для сада бальзама было увидеть его практическую способность при его использовании в полях, где полюс ориентации может быть трудно управлять.
3. Tubulin Окрашивание сад бальзама
- Магнит Применения с регулируемыми условия освещения
- Поместите два магнита (N полюс лицевой стороной вверх) нижней части 100 мм пластины в течение 48 ч, используя условия на этапе 1.2.2.
Примечание: Для модификации света, культуральных чашек были помещены на пластиковой полке в инкубаторе. Инкубатор был использован для перехвата света и поддержание температуры при 25 ° С в течение 48 ч в темноте. В конечном счете, это условие не использовалось в этом эксперименте, из-за высоких вариаций длины роста.
- Поместите два магнита (N полюс лицевой стороной вверх) нижней части 100 мм пластины в течение 48 ч, используя условия на этапе 1.2.2.
- завод Окрашивание
- Закрепить весь недотроги SPP двойной цветок растение (включая стебель и корни), выращенного на одинаковых условиях с шагом 3.1.2) в 4% параформальдегида и 0,1 Мфосфатный буфер (рН 7,4) в течение 15 мин.
- Извлеките образец недотроги и погружают в течение 2 ч в блокирующем буфере (2% лошадиной сыворотки / 1% бычьего сывороточного альбумина / 0,1% Тритон Х-100 в PBS, рН 7,5). Отмывки образца недотроги, погружая с PBS в течение 15 мин.
- Для получения двойного иммунное окрашивание, инкубирование образца с первичным антителом, анти-альфа-тубулина (1: 1000), O / N при температуре 4 ° С.
- Извлеките образец и погрузить образцы один раз PBS в течение 10 минут, чтобы вымыть. Использование ФИТЦ-конъюгированное антитело против мышиных IgG (1: 400) в качестве вторичного антитела и инкубировать в течение 2 ч при 25 ° С.
- Погрузите образец в PBS и покрывают проскочить весь образец в нижней части 24-луночного планшета. Получение изображений с помощью обычного флуоресцентного микроскопа наблюдать ориентацию тубулина (λ = 550 нм, увеличено до 100X, 200X и 400X).
Примечание: В этом случае магнит группе , получавшей лечение (N = 10) и управления (п = 11) были подтверждены для сада бальзама (Impatiens бальзамическая) только, выращенной в не темных условиях.
Методы 4. Сбор данных
- Создание покадровой роста Четыре сельскохозяйственных растений
- Фотоснимок растение с интервалом 10 мин, установив заслонку в автоматический режим (это может быть сделано в любой цифровой камерой). Установите диафрагму F 3.2, а значение ISO до 400.
- Соберите 700-900 фотографии в течение 7-10 дней. Подключите камеру с электрическими проводами, так как батарея может быть разряжена.
- Перетащите фотографии, нажав и капельной каждую фотографию в хронологическом порядке по потоковой линии с кинематографе программного обеспечения (см материалы и таблицу оборудования). Положите его на потоковой линии в равной длительности 0.045-0.05 сек для каждого в общей сложности пленки 30-40 сек. Проверьте, так что нет никаких темных пробелов в выборе каждого снимка в хронологическом порядке.
- После этапа 4.1.3, нажмите кнопку воспроизведения в области программного обеспечения для обеспечения вкомпилированном кино в 30-40 сек покадровой видео слайд и нажмите визуализации и сохранения в .MPEG или .avi формат. Для размера маrkers, использовать канадский квартал, американский Пенни, и сантиметр линейки на стороне фото.
- Выполните т -TEST и коробки участок для статистического анализа 11,12.
Примечание: Группы из пяти чисел сводок были использованы для расчета нижнего предела (L) значения, как Q1 - [1,5 × (Q3 - Q1)] и верхний предел (H) значение как Q3 + [1,5 × (Q3 - Q1) ]. Этот подход был включен в шаге 1.2.2 для сбора данных 11 длины. Значения L и H показывают 99% площади участков Т-распределения, а это значит, что точки данных, наблюдаемые за пределами этого диапазона можно считать выбросы. Вставка участков и т Стьюдента -test были использованы для анализа различий в высотах сеянцев 12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Тубулина окрашивания показали диспергированные или разбавить структур у растений , выращенных в присутствии магнита по сравнению с контролем (рисунок 2). Кроме того, исследования времени покадровой 7 дней с сельскохозяйственных растений , включая Komatsuna (Brassica рапа вар. Perviridis) и Mescluns (Lepidium посевного) показал , что магнит происходит статическое магнитное поле увеличивает начальный рост этих растений (рисунок 3).
Эти результаты свидетельствуют о том, что группа подвергается воздействию магнитного поля имели заметное изменение роста (Рисунок 1). Растения, выращенные в темноте не показали никакой разницы, предполагая, что только свет существующее состояние было применимо в заданный промежуток времени эксперимента 7 дней. Три представительных сельскохозяйственных растений были использованы в этом исследовании, но больше растений могли быть использованы. Сельскохозяйственных культур и других растений, могут быть исследованы с помощьютот же протокол. В предыдущих исследованиях, темпы роста увеличились на 20%, в то время как нынешние результаты показали увеличение на 1,4 раза, что составляет 40%. Таким образом, применение магнита с постоянным магнитным полем был более эффективным, чем применение переменных магнитных импульсов.
Определение влияния магнитного поля может быть сложным , потому что любая молекулярная структура с электрическим зарядом может влиять 3,4. Статическое магнитное поле, казалось, влиять на начальный темп роста сада бальзама в культивируемой башенного целлюлозной ткани. Значение было статистически значимым и был примерно в 1,4 раза темпы роста контроля. Tubulin имеет важное значение для поддержания структуры растений во время клеточного удлинения и роста 9.
Рисунок 1. Рост сад бальзама. (А) Рост сада бальзама обрабатывают статического магнитного поля в условиях низкой освещенности была незначительной; Тем не менее, растения росли быстрее при воздействии света (единственный представитель показанное изображение). (В) При воздействии света, на 3 -й день, разница в высоте было статистически значимым (р <0,01, двусторонний т -test). (C) высота каждого отдельного завода была выше , до 7 -го дня (**: верхняя граница стандартной ошибки измерения). Темные условия не вызывают каких - либо различий, что указывает на влияние магнитного поля может быть связано с гормонами. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2. Tubulin окрашивание сада бальзама аувеличение скорости роста сада бальзаму после применения магнитного поля. (А) сад бальзама показал дисперсную распределение структуры тубулина при приложении магнитного поля. Этот вывод указывает на то, что рост-арестовав белковые структуры, такие как тубулина (и, возможно, актин) зависят от статических магнитных полей. (B) средний темп роста составил 1,4 раза выше , чем у контрольной группы , а средняя высота была выше в группе , обработанной магнитным полем. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 3. Магнитное поле способствовало росту Mescluns (Lepidium посевного, спереди) и Komatsuna (Brassica рапа вар. Perviridis). Семя вирplemented Петри обрабатывали магнитным полем 1,750 ± 350 Гс и наблюдали в течение 7 дней с покадровой интервалом в 10 мин. Замедленная видео был сокращен до 15 фрагментов 11 ч каждый. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Дополнительное видео 1: Рост Timelapse из сада бальзама (Impatiens бальзамическая) а Сад бальзам (Impatiens бальзамическая) семян , дополненной Петри обрабатывали магнитным полем 1,750 ± 350 Гс , а затем наблюдали в течение 7 дней с покадровой интервалом 10. минимум Видео было переставить в 30 мин пленке. Пожалуйста , нажмите сюда , чтобы просмотреть это видео. (Щелкните правой кнопкой мыши для загрузки.)
Дополнительное видео 2:. Сравнение роста 3 -х растений , выращенных в трех экземплярах Mizuna (. Brassica рапа вар японикой), Komatsuna (. Brassica рапа вар perviridis) и Mesclun (Lepidium посевного) Семена показаны в диаметре 100 мм (100 р ) Чашка Петри. При одинаковых условиях с теми сад бальзама, три вида были оценены отдельно, который показал , что действие магнита широко наблюдается в сельскохозяйственных растений. Пожалуйста , нажмите сюда , чтобы просмотреть это видео. (Щелкните правой кнопкой мыши для загрузки.)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
В любых условиях, магниты должны быть применены под чашку Петри. Это исследование исследовали влияние магнитных полей на скорость роста семян для нескольких сельскохозяйственных видов, с акцентом на Садовом бальзама в качестве представителя сельскохозяйственных растений. Например, тубулина окрашивание проводили на Garden бальзаму для оценки изменений на молекулярном уровне в корне и стебле скелетные микроструктур, предполагающие влияние магнитного поля в пролиферации длины. Оба полюса N и S магнита были применены в долгосрочной перспективе (7-10 г) Последующее исследование с использованием сада бальзамом. Три других видов, Mizuna (Brassica рапа вар. Японикой), Komatsuna (Brassica рапа вар. Perviridis) и Mesclun (Lepidium посевного), обрабатывали N-полюсных ориентированных магнитов. Это должно было дополнительно проверить, что статическое магнитное поле само, а не полюса, является главным фактором в начальном повышении роста. Кроме того, увеличение числа видов обеспечивает поддержкуболее широкое применение магнита, полученных первоначального облегчения роста в сельскохозяйственных растений.
Многие факторы, такие как питание, влажность, температура и свет, может влиять на скорость роста растений 3. Каждый из них был проведен постоянным по всей процедуры. Пищевая добавка была исключена только культивированием в тройном дистиллированной воде. Сначала мы контролировали световых экспериментов были первоначально выполнены на Садовом бальзама в инкубаторе в условиях низкой освещенности. модели роста в темной окружающей среде отличались от тех, в легкой среде. Поэтому мы провели последующие эксперименты в условиях недостаточной освещенности (с использованием одинаковых количеств света во всех экспериментальных группах). Для окрашивания тубулина, Садовое бальзама выращивали в контролируемых условиях (тройной дистиллированной воды, температура 18-25 ° C, влажность 65% -75%). Другие опыты последующие исследования 7-10-й не имели идентичные "нулевые условия: нет питания" условия для тех, которые используются с Garden бальзама (тройной дистиллированной воды, температура 18-25 ° С, влажность 65% -75%). Что касается применения магнита, мы использовали стратегию, в которой мы количественно увеличили количество видов и продолжительности применения магнита для дальнейшего изучения ли магнитные поля имеют универсальный ростовой эффект на облегчение сельскохозяйственных растений, не ограничивается определенными видами. Эта идея была исследована с помощью сада бальзам (Impatiens бальзамическая), Mizuna (Brassica рапа вар. Джапоника), Komatsuna (Brassica рапа вар. Perviridis) и Mescluns (Lepidium посевного).
Молекулярная основа этого явления была частично выяснены в опытах тубулина окрашивания 9-11, но дальнейшее исследование необходимо для практического использования. Точная магнитное приложение может быть ограничено во влажной среде вследствие эрозии самого магнита. Магнитные поля физически усиления роста сельскохозяйственных растений. Тем не менее, Тхиs не доказывает, что содержание питательных веществ также возрастает. Дальнейший анализ химического состава растений должно проводиться для того, чтобы определить, является ли использование магнитных полей эффект, подобный тому, что из удобрений. Это также может быть оценена в средах, в которых находятся питательные вещества, а также питательных-нулевых условиях с использованием дистиллированной воды, которые были использованы в настоящем исследовании. В дополнение к качеству (тип, интенсивность и т.д.), а также количество используемых магнитов, стоимость может быть еще одной проблемой усложняя таких приложений. Это может быть дорого, чтобы применить многочисленные магниты на протяжении всей области растениеводства.
Наши результаты показывают, что статическое магнитное поле приложение ускоряет всхожесть и начальный темп роста нескольких культивируемых видов растений. Эти результаты показывают , что статическое магнитное поле оказывает существенное влияние на рост растений, особенно прорастание 6 и 7 корня роста растений.Предыдущие исследования показали, что максимальные скорости передачи прорастание были на 20% выше , когда частота магнитного поля была приблизительно 10 Гц 5-6. В течение всего 4 сут применения магнитного поля, стебель и корень длина увеличена. Группа подвергается обработке магнитного поля (п = 10) показали 1,4 раза выше темпы роста, чем сделал контрольную группу (п = 11) в общей сложности 8 дней (р <0,0005). Этот показатель составил 20% выше , чем в предыдущих исследованиях, выполненных с использованием импульсного магнитного поля 6-9.
Учитывая эти данные, экспрессию генов и регулирования также должны быть изучены в будущих экспериментах для выяснения возможных механизмов , стоящих за наблюдаемыми ответов на магнитных полях 10. Наши результаты показывают, что применение магнитного поля может привести к увеличению темпов роста сельскохозяйственных культур, которые потенциально могли бы способствовать решению проблем продовольственной и бедности во всем мире. Кроме того, применение магнитного поля может быть полезнымсократить использование химических удобрений.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Static magnets | JIM | 2000Gauss | |
| 2% horse serum/1% bovine serum albumin/0.1% Triton X-100 | Sigma-Aldrich | Merged with 55514 | Blocking buffer |
| Primary antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-8035 | a-Tubulin |
| Secondary antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-2010 | FITC-conjugated anti-mouse IgG |
| time lapse photographic techniques | Manually controlled | ISO value 400 & aperture F 3.2 | |
| Sony Vegas Pro 13.0 | Sony |
References
- Martin, F. W. In vitro measurement of pollen tube growth inhibition. Plant Physiol. 49, 924-925 (1972).
- Pfahler, P. L. In vitro germination characteristics of maize pollen to detect biological activity of environmental pollutants. Environ Health Perspect. 37, 125-132 (1981).
- 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).
- 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).
- Namba, K., Sasao, A., Shibusawa, S. EFFECT OF MAGNETIC FIELD ON GERMINATION AND PLANT GROWTH. Acta Hort. 399, 143-148 (1995).
- Hirota, N., Nakagawa, J., Kitazawa, K. Effects of a magnetic field on the germination of plants. Journals of Applied Physics. 85, 5717-5719 (1999).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hoson, T., Matsumoto, S., Soga, K., Wakabayashi, K. Cortical microtubules are responsible for gravity resistance in plants. Plant Signal Behav. 5, 752-754 (2010).
- 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).
- Benjamini, Y.
