Abstract
dispositivos electrónicos y cables de alta tensión inducen campos magnéticos. Un campo magnético de Gauss 1,300-2,500 (0.2 Tesla) se aplicó a placas de Petri que contienen semillas de bálsamo del jardín (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), y Mescluns (Lepidium sativum ). Se aplicaron los imanes bajo la placa de cultivo. Durante los 4 días de la aplicación, se observó que la longitud del tallo y la raíz aumentado. El grupo sometido a un tratamiento de campo magnético (n = 10) mostró un 1,4 veces más rápido ritmo de crecimiento en comparación con el grupo control (n = 11) en un total de 8 días (p <0,0005). Esta tasa es 20% superior a la reportada en estudios previos. Las líneas complejas de tubulina no tienen puntos de conexión, pero los puntos de conexión se producen de la aplicación de imanes. Esto muestra completa diferencia del control, lo que significa arreglos anormales. Sin embargo, la causa exacta no está clara. estas resULTS de mejora del crecimiento de la aplicación de imanes sugieren que es posible mejorar la tasa de crecimiento, aumentar la productividad, o controlar la velocidad de germinación de las plantas mediante la aplicación de campos magnéticos estáticos. Además, los campos magnéticos pueden causar cambios fisiológicos en las células vegetales y pueden inducir el crecimiento. Por lo tanto, la estimulación con un campo magnético puede tener posibles efectos que son similares a las de los fertilizantes químicos, lo que significa que el uso de fertilizantes puede ser evitado.
Introduction
La germinación es el crecimiento de una planta que da lugar a la formación de la planta de semillero 1. Bajo ciertas condiciones, la germinación de semillas comienza y los tejidos embrionarios reanudar el crecimiento. Comienza con la hidratación de la semilla con el fin de activar las enzimas para la germinación. Las semillas pueden ser inducidos a germinar in vitro (en una placa de Petri o tubo de ensayo) 1,2.
Los campos magnéticos estáticos son fuerzas especiales que provocan movimientos de las moléculas con cargas iónicas por medio de la fuerza de Lorentz 3,4. se forma una fuerza de Lorentz cuando ionizados o cargados objeto se mueve bajo un campo magnético. Cada material se formó con los átomos que están compuestos de electrones y protones. Cuando los campos magnéticos se hacen presentes, ya sea estática o alterna, que afecta a la circulación de material cargado. Esto también se aplica a las plantas y las moléculas de agua, que afecta a la condición molécula intracelular. En un estudio anterior, se utilizaron bobinas electromagnéticaspara generar campos magnéticos pulsados, y las plantas 'komatsuna' fueron elegidos como los temas 5. En el presente estudio, el imán genera campos magnéticos estáticos se utilizan para dar un efecto similar pero diferente como un estudio de la expansión de la fuerza de Lorentz.
La frecuencia del campo magnético, en lugar de su polaridad, es un factor crucial para la germinación de las plantas. Estudios anteriores han sugerido que las tasas de germinación máximas fueron 20% más alto que el control cuando la frecuencia del campo magnético fue de aproximadamente 10 Hz. Cuando el campo se quita de forma retrógrada, la tasa de crecimiento se deteriora 5. Los campos magnéticos estáticos tienen un efecto considerable en el 6-8 inicial de crecimiento, principalmente en la germinación y crecimiento de las raíces 6 7.
En el presente estudio, hemos utilizado los imanes estáticos para examinar la posibilidad de regular el crecimiento de plantas agrícolas mediante el uso de campos magnéticos. En particular, el objetivo fue determine si ciertas condiciones de aplicación del campo magnético podría aumentar las tasas de crecimiento a niveles más altos que los mencionados en la literatura. Además, si la germinación inicial de las plantas se puede incrementar con éxito utilizando un campo magnético, el uso de fertilizantes químicos se puede evitar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Ajustes iniciales
- Especies de plantas agrícolas
- Uso del jardín Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), y Mescluns (Lepidium sativum) semillas.
NOTA: Impatiens balsamina (bálsamo del jardín o Rose Balsam) es una especie nativa de la India; algunos miembros también se encuentran en Myanmar. Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis o komatsuna) es una variante de la misma especie que el nabo común. El mastuerzo (Lepidium sativum) es un tipo de hierba que se taxonómicamente relacionado con el berro y la mostaza. Tienen sabores y aromas similares, para los que se utilizan comercialmente 5,7.
- Uso del jardín Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), y Mescluns (Lepidium sativum) semillas.
- Los cultivos de plantas
- Cultura Jardín Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), y mezclums (Lepidium sativum) semillas en un 100 mm de diámetro (100 pi) placa de Petri. Asegúrese de que una placa contiene sólo un tipo de especie.
- Para las condiciones de cultivo, colocar las semillas en una toalla de celulosa. Sumergir la toalla y semillas en agua destilada tres veces. Medir y confirmar que el laboratorio de interior RT es de 18-25 ° C, con una humedad que oscila de 65-75% (por favor, compruebe la sección 3.1.2).
- Por número de semillas, cultivo de 10 ± 1 semillas de bálsamo del jardín, 50 ± 10 semillas de Mizuna, 330 ± 20 semillas de Komatsuna, y 380 ± 20 semillas de Mescluns. Use condiciones idénticas medidas como 18-25 ° C, con una humedad que oscila de 65-75% (por favor, compruebe la sección 2.1.1).
NOTA: Todos los experimentos se realizaron en condiciones de interior con la humedad regulado y rango de temperatura en el laboratorio. La humedad y la temperatura no era estática, pero siempre y cuando las condiciones idénticas para tratar el imán y el grupo control.
2. Cultura de cuatro plantas agrícolas
- Procedimiento experimental
- Siga la Sección 1.2.3) para las especies de plantas y las condiciones de cultivo en los grupos control y aplicado imán.
- Aplicar tres imanes de 1750 ± 350 Gauss (10.000 Gauss = 1 Tesla) en la parte inferior de las placas de 100 pi de Garden Balsam. Durante la aplicación, asegúrese de que los tres imanes no están en contacto directo con las semillas, y se separan por la parte inferior de plástico de la placa de Petri. La distancia directa entre las semillas y los imanes debe ser de 2-4 mm. Aplicar los imanes de 168 horas (7 días) durante cuatro plantas agrícolas.
- Siguiendo todos los pasos de forma idéntica en 2.1.2), se aplican dos imanes, uno (N orientados hacia los lados hacia arriba) en el lado S imán superior y otra (hacia arriba) en la parte inferior de la placa de cultivo de bálsamo del jardín.
NOTA: Los postes se aplican de manera diferente en Garden Balsam. Sin embargo, la orientación de polos no se considera como un factor crucial en este estudio para alteraciones del crecimiento, como todos los entornos son idénticos excepto por la direccióndel flujo magnético. El propósito de N y S aplicación polos para bálsamo del jardín era para ver su capacidad práctica en su uso en los campos, donde la orientación de polos podría ser difícil de manejar.
3. La tinción de tubulina Jardín Balsam
- Aplicaciones de imán con Regulado Condición Luz
- Coloque dos imanes (polo N hacia arriba) parte inferior de la placa de 100 mm durante 48 horas, utilizando las condiciones en el paso 1.2.2.
NOTA: Para la modificación de la luz, las placas de cultivo fueron colocados en un estante de plástico en la incubadora. Incubadora se utilizó para la intercepción de la luz y la temperatura se mantiene a 25 ° C durante 48 horas en ambientes oscuros. Con el tiempo, esta condición no se utilizó en este experimento debido a las altas variaciones en la longitud de crecimiento.
- Coloque dos imanes (polo N hacia arriba) parte inferior de la placa de 100 mm durante 48 horas, utilizando las condiciones en el paso 1.2.2.
- La tinción de plantas
- Fijar la totalidad de impatiens SPP planta de flor doble, (incluyendo el tronco y las raíces) crecido en idénticas condiciones con la etapa 3.1.2) en 4% de paraformaldehído y 0,1 Mtampón de fosfato (pH 7,4) durante 15 min.
- Retirar la muestra impatiens y sumergirse durante 2 horas en tampón de bloqueo (2% de suero de caballo / 1% de albúmina de suero bovino / 0,1% de Triton X-100 en PBS, pH 7,5). Lavar la muestra impatiens por inmersión con PBS durante 15 min.
- Para inmunotinción doble, incubar la muestra con el anticuerpo primario, anti-tubulina alfa (1: 1.000), O / N a 4 ° C.
- Retire la muestra y sumergir las muestras una vez con PBS durante 10 min para lavar. Uso conjugado con FITC anti-IgG de ratón (1: 400) como el anticuerpo secundario e incubar durante 2 horas a 25 ° C.
- Sumergir la muestra en PBS y de cubre toda la muestra en la parte inferior de la placa de 24 pocillos. Obtención de imágenes mediante un microscopio de fluorescencia convencional para observar la orientación de la tubulina (λ = 550 nm, magnificado a 100X, 200X y 400X).
NOTA: En este caso, el grupo tratado imán (n = 10) y controles (n = 11) se confirmaron para Garden Balsam (Impatiens balsamina) solamente, que se cultiva en condiciones de no-oscuros.
4. Métodos de Recogida de Datos
- Lapso de tiempo Creación de crecimiento de las plantas Cuatro Agrícola
- Fotografía de la planta a intervalos de 10 min, mediante el establecimiento de obturador para auto (esto se puede hacer en cualquier cámara digital). Ajuste la abertura a F 3.2 y el valor ISO 400.
- Recoger 700-900 imágenes durante 7-10 días. Conectar la cámara con los cables eléctricos ya batería puede estar agotada.
- Arrastre las imágenes haciendo clic y colocar cada imagen cronológicamente bajo la línea de transmisión de creación de películas con el software (ver materiales y equipos de mesa). Póngalo en una línea de streaming en duraciones iguales de 0,045 a 0,05 seg para cada película en un total de 30-40 seg. La hora de llegada a fin de que no haya espacios oscuros con la selección de la cada imagen en un orden cronológico.
- Después del paso 4.1.3, haga clic en el botón de reproducción en el software para asegurar la película compilado en un lapso de tiempo de diapositivas de vídeo de 30-40 segundos y haga clic en Procesar y guardar en formato .avi o .mpeg. Para el tamaño de markers, utilice cuartos de Canadá, un penique americano, y una regla de centímetros en el lado de la foto.
- Realizar la prueba t y el diagrama de caja para el análisis estadístico 11,12.
NOTA: Los grupos de resúmenes de cinco números se utilizaron para calcular el límite inferior (L) valor como Q1 - [1,5 × (Q3 - Q1)] y el límite superior (H) valor como Q3 + [1.5 × (Q3 - Q1) ]. Este enfoque se incorporó en el paso 1.2.2 para la recolección de datos de longitud 11. Los valores de L y H muestran el área 99% de las parcelas T-distribución, lo que significa que los puntos de datos observados fuera de este rango pueden ser considerados valores atípicos. Los diagramas de caja y la t de Student-test se utilizaron para analizar las diferencias en las alturas de las plántulas 12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tinción de tubulina mostró dispersa o estructuras adelgazado en las plantas cultivadas en presencia del imán en comparación con el control (Figura 2). Por otra parte, los estudios de 7 días de lapso de tiempo con las plantas agrícolas, incluidas Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis) y Mescluns (Lepidium sativum) indicaron que un imán campo magnético estático deriva aumenta el crecimiento inicial de estas plantas (Figura 3).
Estos resultados sugieren que el grupo expuesto a un campo magnético tuvo un cambio notable crecimiento (Figura 1). Las plantas que crecen en ambientes oscuros no mostraron ninguna diferencia, lo que sugiere que sólo la condición existente luz era aplicable en un experimento de lapso de tiempo de 7 días. Tres plantas agrícolas representativas fueron utilizados en este estudio, pero podría haber sido utilizado más plantas. Cultivos y otras plantas pueden ser investigados utilizandoel mismo protocolo. En estudios previos, la tasa de crecimiento se incrementó en 20%, mientras que los presentes resultados mostraron un aumento de 1,4 veces, que es 40%. Por lo tanto, la aplicación de un imán con el campo magnético estático fue más eficaz que la aplicación de pulsos magnéticos alternos.
Determinar el efecto de un campo magnético puede ser complicado, ya que cualquier estructura molecular con carga eléctrica puede estar influenciada 3,4. El campo magnético estático parecía influir en la tasa de crecimiento inicial de bálsamo jardín en un tejido de celulosa torre cultivadas. El valor fue estadísticamente significativa y era de aproximadamente 1,4 veces la tasa de crecimiento del control. Tubulina es esencial para el mantenimiento de estructura de la planta durante la elongación celular y el crecimiento 9.
Figura 1. Crecimiento de jardín Balsam. (A) El crecimiento de bálsamo del jardín tratada con un campo magnético estático en condiciones de oscuridad era marginal; Sin embargo, las plantas crecieron más rápidamente cuando se expone a la luz (la única imagen representativa se muestra). (B) Cuando se expone a la luz, el día 3, la diferencia de altura fue estadísticamente significativa (p <0,01, de dos caras t-test). (C) la altura de cada planta individual fue superior hasta el día 7 (**: límite superior del error estándar de medición). Condiciones de oscuridad no indujeron ninguna diferencia, lo que indica que los efectos del campo magnético podrían estar asociados con las hormonas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. tinción de tubulina de jardín Balsam y laaumentar la tasa de crecimiento de jardín Balsam después de la aplicación de un campo magnético. (A) Jardín Balsam mostró una distribución dispersa de la estructura de la tubulina, cuando se aplica un campo magnético. Este hallazgo indica que las estructuras de proteínas de crecimiento-arrestar como tubulina (y posiblemente actina) se ven afectadas por los campos magnéticos estáticos. (B) La tasa de crecimiento media fue de 1,4 veces mayor que la del control, y la altura media fue mayor en el grupo tratado con el campo magnético. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Un campo magnético facilitó el crecimiento de Mescluns (Lepidium sativum, frente) y Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis). La semilla supplato de petri complementada fue tratado con un campo magnético de 1.750 ± 350 Gauss y se observan durante 7 días con un intervalo de lapso de tiempo de 10 min. El vídeo de lapso de tiempo se redujo a 15 fragmentos de 11 horas cada uno. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Vídeo complementaria 1: Timelapse Crecimiento del bálsamo del jardín (Impatiens balsamina) Un bálsamo del jardín (Impatiens balsamina) de semillas complementado placa de Petri se trató con un campo magnético de 1.750 ± 350 Gauss y luego se observan durante 7 días con un intervalo de tiempo-lapso de 10. min. El video fue reorganizado en una película de 30 minutos. Por favor, haga clic aquí para ver el vídeo. (Haga clic aquí para descargar.)
Complementario de video. 2: Comparación del crecimiento de 3 plantas cultivadas por triplicado Mizuna (. Brassica rapa var japonica), Komatsuna (. Brassica rapa var perviridis), y mezclum (Lepidium sativum) semillas se muestran en un diámetro de 100 mm (100 pi ) Placa de Petri. En condiciones idénticas a las del bálsamo del jardín, las tres especies se evaluaron por separado, que reveló que el efecto del imán se observa ampliamente en las plantas agrícolas. Por favor, haga clic aquí para ver el vídeo. (Haga clic aquí para descargar.)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
En todas las condiciones, los imanes deben aplicarse bajo la placa de Petri. Este estudio examinó la influencia de los campos magnéticos sobre la tasa de crecimiento de las semillas de varias especies agrícolas, con especial atención en bálsamo del jardín como representante de plantas agrícolas. Por ejemplo, la tinción de tubulina se realizó sobre el Garden Balsam para evaluar los cambios en el nivel molecular en la raíz y el tallo micro-estructuras esqueléticas que sugiere la influencia del campo magnético en la proliferación de longitud. Tanto los polos N y S del imán se aplicaron en un largo plazo (7-10 d) estudio de seguimiento utilizando bálsamo del jardín. Otras tres especies, Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), y mezclum (Lepidium sativum), se trataron con imanes orientados N polos. Este fue verificar además que el campo magnético estático en sí, no los polos, fue un factor importante en la mejora de crecimiento inicial. Además, aumentando el número de especies proporciona soporte paramás amplia aplicabilidad de la facilitación del crecimiento inicial imán derivados de plantas agrícolas.
Muchos factores, tales como la nutrición, la humedad, la temperatura y la luz, pueden afectar la tasa de crecimiento de las plantas 3. Cada uno de ellos se mantuvo constante en todos los tratamientos. Suplemento alimenticio fue excluido por solamente el cultivo en agua de triple destilación. En primer lugar, controlamos luz de los experimentos se llevaron a cabo inicialmente en bálsamo del jardín en una incubadora en condiciones de oscuridad. Los patrones de crecimiento en el ambiente oscuro diferían de las de la luz ambiente. Por lo tanto, hemos llevado a cabo experimentos posteriores bajo condiciones de luz (utilizando cantidades idénticas de luz en todos los grupos experimentales). Para la tinción de tubulina, el bálsamo del jardín se cultiva bajo condiciones controladas (agua de triple destilación, la temperatura 18-25 ° C, humedad 65% -75%). Otros experimentos del 7-10-d estudio de seguimiento tenían idénticas condiciones "nulos: no hay" condiciones de nutrición a los utilizados con Garden Balsam (agua triplemente destilada, temperatura 18-25 ° C, humedad 65% -75%). Con respecto a la aplicación del imán, se utilizó una estrategia en la cual estamos cuantitativamente aumentado el número de especies y la duración de la aplicación del imán para investigar más a fondo si los campos magnéticos tienen un efecto de crecimiento que facilitan la universal sobre plantas agrícolas que no se limita a determinadas especies. Esta idea fue investigada utilizando bálsamo del jardín (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis) y Mescluns (Lepidium sativum).
La base molecular de este fenómeno se aclaró parcialmente por los experimentos de tinción tubulina 9-11, pero se necesita más investigación para el uso práctico. aplicación magnético precisa puede ser limitado en ambientes húmedos debido a la erosión del propio imán. Los campos magnéticos mejorar físicamente el crecimiento de plantas agrícolas. Sin embargo, this no prueba que el contenido nutricional también se incrementa. Un análisis más detallado de los contenidos químicos de las plantas debe llevarse a cabo con el fin de determinar si el uso de campos magnéticos tiene un efecto similar a la de un fertilizante. Esto también podría ser evaluado en entornos en los que se proporcionan los nutrientes, así como las condiciones de nutrientes nulo usando agua destilada que se emplea en el presente estudio. Además de la calidad (tipo, intensidad, etc.) y la cantidad de imanes aplicados, el costo puede ser otro problema que complica este tipo de aplicaciones. Puede ser costoso para aplicar numerosos imanes a lo largo de un campo de cultivo entero.
Nuestros hallazgos sugieren que la aplicación de campo magnético estático acelera la velocidad de germinación y crecimiento inicial de varias especies de plantas cultivadas. Estos hallazgos demuestran que un campo magnético estático tiene un efecto significativo sobre el crecimiento de la planta, especialmente la germinación 6 y la raíz de crecimiento 7 de las plantas.Estudios anteriores han sugerido que las tasas de germinación máximas fueron 20% más alta cuando la frecuencia del campo magnético fue de aproximadamente 10 Hz 5-6. Sólo durante 4 d de aplicación de un campo magnético, la longitud del tallo y la raíz aumentado. El grupo sometido a un tratamiento de campo magnético (n = 10) mostró un 1,4 veces mayor tasa de crecimiento que el grupo de control (n = 11) en un total de 8 d (p <0,0005). Esta tasa fue 20% mayor que la encontrada en estudios anteriores que utilizan un campo magnético pulsado 6-9.
Teniendo en cuenta estos resultados, la expresión y regulación génica también deberían estudiarse en futuros experimentos de aclaración de los posibles mecanismos que subyacen a las respuestas observadas a los campos magnéticos 10. Nuestros hallazgos sugieren que la aplicación de un campo magnético podría aumentar la tasa de crecimiento de los cultivos, lo que podría ayudar a hacer frente a problemas de alimentación y la pobreza en todo el mundo. Además, la aplicación de un campo magnético podría ser útilreducir el uso de fertilizantes químicos.
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. Opening the Box of a Boxplot. The American Statistician. 42, 257-262 (1988).
