Abstract
電子デバイスおよび高電圧線は磁場を誘起します。 1,300-2,500ガウス（0.2テスラ）の磁場はガーデンバルサム（ ホウセンカ）、水菜（ カブのVAR。ジャポニカ ）、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）、およびMescluns（Lepidiumマメの種子を含むペトリ皿に塗布し、 ）。我々は、培養皿の下に磁石を適用しました。アプリケーションの4日間、我々は茎と根の長さが増加したことを観察しました。磁場処理（N = 10）にかけ基が8日（p <0.0005）の合計で対照群（n = 11）と比較して増殖の1.4倍速い速度を示しました。この速度は、以前の研究で報告されたものよりも20％高いです。チューブリンの複雑なラインが点を接続する必要はありませんでしたが、接続点は、磁石の適用時に発生します。これは異常な配置を制御手段からの完全な違いを示しています。しかし、正確な原因は不明のままです。これらの解像度磁石を適用した成長促進のultsは、成長速度を高める生産性を向上させる、又は静磁界を印加することにより、植物の発芽の速度を制御することが可能であることを示唆しています。また、磁場は、植物細胞における生理学的変化を引き起こすことができ、成長を誘導することができます。したがって、磁場による刺激は、肥料の使用を避けることができることを意味し、化学肥料のものに類似している可能性の効果を有することができます。
Introduction
発芽は、苗1の形成をもたらす植物の成長です。特定の条件下で、種子発芽が始まり、胚組織は成長を再開します。それは、発芽のための酵素を活性化するために、種子に水分補給を開始します。種子は、1,2-（ペトリ皿または試験管内） インビトロで発芽するように誘導することができます。
静磁界は、ローレンツ力3,4を介してイオン電荷を有する分子の動きを引き起こす特殊部隊です。ローレンツ力は、イオン化されたまたは荷電物体が磁場の下に移動したときに形成されます。すべての材料は、電子とプロトンから構成されている原子とともに形成されています。磁場が存在なると、それは静的または交互であるか否か、それは、荷電物質の移動に影響を与えます。これはまた、細胞内分子の状態に影響を与える、植物や水の分子に適用されます。以前の研究では、電磁コイルを使用しましたパルス磁場を生成し、そして「コマツナ'植物を対象5として選択しました。本研究では、磁石は、静磁場がローレンツ力の拡大研究と同様、異なる効果を与えるために使用した生成しました。
磁場の周波数ではなく、その極性、植物の発芽のための重要な因子です。以前の研究では、磁場の周波数は約10Hzであった場合、最大発芽率が対照よりも20％高かったことが示唆されています。フィールドは、逆行性の方法で除去されたとき、成長速度は5損なわれました。静磁場は、主に発芽6と根の成長7に、初期成長6-8に大きな影響を持っています。
本研究では、磁場を用いて、農業植物の成長を調節する可能性を調べるために、静的な磁石を使用します。特に、我々はDに向けました磁界印加の特定の条件は、文献に記載されたものよりも高いレベルまで成長速度を増大させることができるかどうかetermine。植物の最初の発芽が正常磁場を用いて増加させることができる場合にはまた、化学肥料の使用を回避することができます。
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Protocol
1.初期設定
- 農業植物種
- 利用ガーデンバルサム（ ホウセンカ）、水菜（ カブのVAR。ジャポニカ ）、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）、およびMescluns（Lepidiumマメ ）の種子。
注： ホウセンカ （ガーデンバルサムやローズバルサム）がインドへの種のネイティブです。少数のメンバーはまた、ミャンマーに位置しています。コマツナ（ カブの VAR。perviridisまたは小松菜）は、共通のカブと同じ種の変異体です。ガーデンクレス（Lepidiumマメ）は分類学的にクレソンとマスタードに関連しているハーブの一種です。彼らは、商業的に5,7を利用しているために同様の風味と香りを持っています。
- 利用ガーデンバルサム（ ホウセンカ）、水菜（ カブのVAR。ジャポニカ ）、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）、およびMescluns（Lepidiumマメ ）の種子。
- 植物培養
- 文化ガーデンバルサム（ ホウセンカ）、水菜（ カブのVAR。ジャポニカ ）、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）、およびメスクラン直径100mm（100パイ）ペトリ皿内の（Lepidiumマメ ）の種子。一方のプレートは、種の一種類のみが含まれていることを確認してください。
- 培養条件については、セルロースタオルの上の種子を置きます。三重蒸留水にタオルや種子を浸し。測定し、65から75%の範囲の湿度で、屋内ラボRTは18-25℃であることを確認してください（セクション3.1.2をご確認ください）。
- 種子の数、文化ガーデンバルサムの10±1シード、水菜の50±10種、コマツナの330±20種、およびMesclunsの380±20種子。湿度が（セクション2.1.1をご確認ください）65から75パーセントの範囲で、18から25°Cのように測定された同一の条件を使用してください。
注：全ての実験は、実験室で調整された湿度と温度範囲で、室内の条件で実施しました。湿度と温度は静的ではありませんでしたが、磁石処理群とコントロールのための同一の条件を提供しました。
四農業植物の2.文化
- 実験手順
- 制御と磁石塗布群で植物や文化状況の種のためのセクション1.2.3）に従います。
- ガーデンバルサム100パイ皿の底に1750±350ガウス（10,000ガウス= 1テスラ）の3磁石を適用します。適用中、3磁石は、種子と直接接触していない、とペトリ皿のプラスチック底で分離されていることを確認してください。種子や磁石間の直線距離2-4 mmでなければなりません。 4農業植物のための168時間（7日）のための磁石を適用します。
- ）同一の2.1.2のすべてのステップに続いて、庭のバルサム培養プレートの底にトップと他の磁石（面したS側の二つの磁石、上方1（面したN側）上方）を適用します。
注：極はガーデンバルサムで異なって適用されます。すべての環境が方向を除いて同一であるしかし、極向きは、成長の変化のために、本研究における重要な要素として考慮されていません磁束。ガーデンバルサムのためのNとS極アプリケーションの目的は、磁極の向きが管理するのは難しいかもしれないフィールドでそれを使用して、その実用的な能力を、参照することでした。
ガーデンバルサムの3チューブリン染色
- 規制ライト条件付きマグネット応用
- 、48時間100ミリメートルプレートの底を（N極が上を向く）ステップ1.2.2で条件を使用して、2つの磁石を配置します。
注：光の改変は、培養皿をインキュベーターにプラスチック棚に置きました。インキュベータは、光の傍受に使用され、暗い環境下で48時間、25℃の温度を維持しました。最終的に、この条件は、成長の長さの高い変動にこの実験で使用されませんでした。
- 、48時間100ミリメートルプレートの底を（N極が上を向く）ステップ1.2.2で条件を使用して、2つの磁石を配置します。
- 植物の染色
- 4％パラホルムアルデヒドおよび0.1 Mのステップ3.1.2）と同一の条件で成長させた（茎と根を含む）全体インパチェンスSPP二重花植物を、修正リン酸緩衝液（pH7.4）で15分間。
- （PBS、pH7.5中の2％ウマ血清/ 1％ウシ血清アルブミン/ 0.1％トリトンX-100）ホウセンカのサンプルを除去し、ブロッキング緩衝液中で2時間浸します。 15分間、PBSで浸漬することにより、インパチェンスサンプルを洗ってください。
- 二重免疫染色のために、一次抗体と共にサンプルをインキュベート、抗アルファチューブリン（1：1,000）、O / N、4°Cで。
- サンプルを取り外し、洗浄するために10分間、PBSで一度サンプルを浸します。使用FITC結合抗マウスIgG：二次抗体として（1 400）、25℃で2時間インキュベートします。
- PBSでサンプルを浸し、24ウェルプレートの底にサンプル全体をスリップカバーしています。チューブリンの方向を観察するために、従来の蛍光顕微鏡を用いて画像を取得する（λ= 550nmで、100X、200Xおよび400Xに拡大）。
注：この場合、磁石は、処置群（n = 10）および対照（N = 11）、唯一のガーデンバルサム（ ホウセンカ ）のために確認された非暗条件下で増殖させました。
4.データの収集方法
- 四農業植物成長のタイムラプス作成
- （これは任意のデジタルカメラで行うことができます）autoにシャッターを設定することで、10分間隔で植物を撮影。 400にF 3.2の絞りとISO値を設定します。
- 7-10日間700から900の写真を収集します。バッテリーが消耗することができたので、電線とカメラを接続します。
- （資機材の表を参照）映画制作ソフトウェアでストリーミングラインの下に時系列の各画像をクリックするとドロップすることで画像をドラッグします。 30-40秒のフィルムの合計にそれぞれに対して0.045から0.05秒の同じ持続時間でストリーミングラインの上に置きます。年代順に各画像を選択するとは、暗いギャップがないように確認してください。
- ステップ4.1.3の後、30-40秒タイムラプスビデオスライドにコンパイルされたムービーを確保し、レンダリングをクリックし.MPEGまたは.AVI形式で保存するためのソフトウェアで再生ボタンをクリックします。サイズミリアンペアのためのrkers、写真の側にカナダ四半期、アメリカのペニー、およびセンチの定規を使用しています。
- 統計解析11,12 に対するt検定とボックスプロットを実行します。
注：5-数要約のグループQ1として下限値（L）の値を計算するために使用した - [1.5×（Q3 - Q1）]と上限（H）の値Q3 + [1.5×（ - Q1 Q3）など]。このアプローチは、長さ、データ収集11ステップ1.2.2に組み込まれました。 L及びHの値はこの範囲外で観察されたデータ点は外れ値とみなすことができることを意味し、T-分布プロットの99％の領域を示します。苗12の高さの差を分析するために使用された-testボックスプロットおよびスチューデントのt。
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Representative Results
チューブリン染色は、分散または制御（ 図2）と比較して、磁石の存在下で生育した植物で構造体を薄く示しました。また、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）とMescluns（Lepidiumマメ ）などの農業用植物と7日の時間経過の研究では、静磁場を誘導された磁石がこれらの植物（ 図3）の初期成長を増大させることが示されました。
これらの結果は、磁場に曝露群は顕著な成長の変化（ 図1）を有していたことを示唆しています。暗い環境下で成長した植物は光のみ既存の状態が7日タイムラプス実験に適用可能であることが示唆された、任意の違いを示しませんでした。 3つの代表的な農業用植物は、本研究で使用されたが、多くの植物が使用されてきた可能性があります。作物および他の植物を用いて調査することができます同じプロトコル。本結果は、40％で1.4倍の増加を示したのに対し、以前の研究では、成長率は、20％増加しました。したがって、静磁場を有する磁石の応用は、磁気パルスを交互に適用よりも有効でした。
電荷を有する任意の分子構造は、3,4影響され得るので、磁場の効果を決定することは、複雑であることができます。静磁場を培養セルロース塔組織にホウセンカの初期の成長速度に影響を与えるように見えました。値は統計的に有意であったとコントロールの約1.4倍の成長率でした。チューブリンは、細胞の伸長および増殖9中植物構造を維持するために不可欠です。
ガーデンバルサムの1成長図。 >（A）ガーデンバルサムの成長が暗い条件で静磁場で処理が限界でした。光（図示のみ代表画像）に暴露されたときしかし、植物がより速く成長しました。 （B）光にさらされると、3日目に、高さの差が（p <0.01、両側のt検定）統計的に有意でした。 （：測定の標準誤差の上限**）（C）個々の植物の高さが7日目まで高かったです。暗い場所では磁場の影響がホルモンと関連し得ることを示す、任意の違いを誘発しなかった。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
ガーデンバルサムと図 2. チューブリン染色磁場を印加したときに磁場を印加した後庭バルサムの成長速度の増加。（A）ガーデンバルサムは、チューブリン構造の分散分布を示しました。この知見は、（おそらくアクチンと）チューブリンなどの増殖抑制タンパク質構造は静磁場の影響を受けていることを示しています。 （B）の平均成長率は対照のそれよりも高い1.4倍であり、平均の高さは、磁場で処理した群で高かった。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図3.磁場がMesclunsの成長（Lepidiumマメ、前面）とコマツナ（ カブの VAR。perviridis）を容易にした。シードSUPplementedシャーレは1,750±350ガウスの磁場で処理し、10分の時間経過間隔を7日間観察しました。タイムラプスビデオは11時間ごとの15の断片に切断した。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
補足ビデオ1：ガーデンバルサムの成長タイムラプス（ ホウセンカ ）Aガーデンバルサム（ ツリフネソウbalsamina）の種子をペトリ皿が1750±350ガウスの磁場で処理し、次いで10のタイムラプス間隔で7日間観察した補足しました分。ビデオは30分のフィルムに再配置されました。 このビデオを見るにはこちらをクリックしてください。 （ダウンロードするには、右クリックします。）
補足動画2：三連で成長した3植物の成長の比較水菜（ カブのVARジャポニカ。）、コマツナ（ カブのVAR perviridis。）、及びメスクラン（Lepidiumマメ ）種子を直径100mm（100パイに示されています。 ） ペトリ皿。ガーデンバルサムの条件と同一の条件の下では、3種は、磁石の効果は広く農業の植物で観察されることが明らかになっており、別々に評価した。 このビデオを見るにはこちらをクリックしてください。 （ダウンロードするには、右クリックします。）
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Discussion
すべての条件では、磁石は、ペトリ皿の下に適用されるべきです。この研究は、農業植物の代表としてガーデンバルサムに焦点を当てて、いくつかの農業の種の種の成長率に対する磁場の影響を調べました。例えば、チューブリン染色は、ルート内の分子レベルの変化を評価し、長増殖の磁界の影響を示唆している骨格の微小構造幹するガーデンバルサムで行いました。両方の磁石のN極とS極は、長期（7-10 d）のガーデンバルサムを使用してフォローアップ研究で適用しました。三他の種、水菜（ カブのVAR。ジャポニカ ）、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）、およびメスクラン（Lepidiumマメ）は 、N極指向磁石で処理しました。これにより、静磁場自体ではなく、極は、初期の成長促進の主な要因であったことを確認するためでした。さらに、種の数を増加させるためのサポートを提供します農業植物中の磁石由来の初期成長促進のより広い適用性。
このような栄養、湿度、温度、光などの多くの要因が、植物の成長3の速度に影響を与える可能性があります。これらのそれぞれは、治療全体で一定に保持しました。栄養補助食品は、唯一のトリプル蒸留水で培養することにより除外されました。まず最初に、暗条件下でインキュベーター内ガーデンバルサム上で実施した光の実験のために制御されます。暗い環境での成長パターンは、光環境のものとは異なっていました。したがって、我々は（すべての実験群での光の同一の量を使用して）光の条件の下で、その後の実験を行いました。チューブリン染色のために、ガーデンバルサムは、制御された条件（三重蒸留水、温度18-25°C、湿度65％-75％）の下で成長させました。ジョージア州で使用されるものに条件：7-10-dのフォローアップ調査の他の実験は、同一の「ノー栄養ヌル条件」を持っていましたRDENバルサム（三重蒸留水、温度18-25°C、湿度65％-75％）。我々は定量的に、さらに磁場が特定の種に限定されるものではなく、農業植物のユニバーサル成長促進効果を持っているかどうかを調査するために種の数と磁石のアプリケーションの持続時間を増加させ、前記磁石のアプリケーションに関しては、我々は戦略を使用します。このアイデアは、庭のバルサム（ ホウセンカ）、水菜（ アブラナ属ラパVAR。ジャポニカ ）、コマツナ（ カブのVAR。perviridis）とMescluns（Lepidiumマメ）を用いて調べました。
この現象の分子的基礎は、部分的にチューブリン染色実験9-11によって明らかになったが、更なる調査が実用化のために必要とされます。正確な磁気アプリケーションは、磁石自体の浸食により湿気の多い環境でも制限することができます。磁場は、物理的、農業植物の成長を高めます。しかし、THIsが栄養成分も増加することを証明していません。植物の化学的内容のさらなる分析は、磁場の使用は、肥料と同様の効果を有するかどうかを決定するために行われるべきです。これは、本研究で使用した蒸留水を用いて栄養分が設けられている環境、ならびに栄養ヌル条件で評価することができます。適用された磁石の質（種類、強度など）および量に加えて、コストがこのようなアプリケーションを複雑に別の問題であることができます。全体の作物のフィールド全体に多数の磁石を適用するために高価なことができます。
我々の発見は、静磁場印加が発芽率およびいくつかの栽培植物種の初期の成長速度を加速することを示唆しています。これらの知見は、静磁場が植物の成長、特に発芽6及び植物の根の成長7に有意な効果を有していることを示しています。以前の研究では、磁場の周波数は約10ヘルツ5-6たときに最大発芽率が20％高かったことが示唆されています。磁場の印加のみ4日間の間に、茎と根の長さは増加しました。磁場処理（N = 10）に付し、グループ8 D（p <0.0005）の合計で1.4倍、対照群が行ったよりも成長速度（N = 11）を示しました。この速度は、パルス磁場6-9を使用していた以前の研究で見つかったものより20％高かったです。
これらの知見を考慮すると、遺伝子発現および調節はまた、磁界10に観察された反応の背後にある潜在的なメカニズムの解明のために将来の実験で検討されるべきです。我々の調査結果は、磁場の印加は、潜在的に世界的な食料と貧困の問題に対処するのに役立つ可能性があり、作物の成長率を、高めることができることを示唆しています。また、磁場の適用はに役に立つかもしれません化学肥料の使用を減らします。
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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
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