यह प्रोटोकॉल बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रोमेट्री इमेजिंग के साथ संयुक्त पतली फिल्मों (डीजीटी) में डिफ्यूरिव ग्रेडिएंट का उपयोग करके कई लैबिल अकार्बनिक पोषक तत्वों और संदूषक सोल्यूट प्रजातियों के उप-मिमी 2डी दृश्य के लिए एक कार्यप्रवाह प्रस्तुत करता है। स्थलीय पौधों के राइजोसस्फीयर में सोल्यूट के मात्रात्मक मानचित्रण के लिए सोल्यूट सैंपलिंग और हाई-रेजोल्यूशन केमिकल एनालिसिस का विस्तार से वर्णन किया गया है।
हम दो आयामी (2D) दृश्य और प्रयोगशाला के वितरण के परिमाणीकरण के लिए एक विधि का वर्णन करते हैं (यानी, उप-मिलीमीटर (~ 100 माइक्रोन) स्थानिक संकल्प पर पौधों की जड़ों (राइजोस्फीयर’) के निकट मिट्टी में अकार्बनिक पोषक तत्व (उदाहरण के लिए, पी, फे, एमएन) और संदूषक (उदाहरण के लिए, एएस, सीडी, पीबी) सोल्यूट प्रजातियां। विधि पतली फिल्मों (डीजीटी) तकनीक में डिफ्यूरिव ग्रेडिएंट्स द्वारा सिंक-आधारित सोल्यूट नमूने को जोड़ती है, जिसमें लेजर एब्लेशन द्वारा स्थानिक रूप से हल किए गए रासायनिक विश्लेषण के साथ प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ला-आईसीपी-एमएस) को जोड़ा गया है। डीजीटी तकनीक पतले हाइड्रोगेल पर आधारित है जिसमें सजातीय रूप से वितरित विश्लेषण-चयनात्मक बाध्यकारी चरण हैं। उपलब्ध बाध्यकारी चरणों की विविधता सरल जेल निर्माण प्रक्रियाओं का पालन करते हुए विभिन्न डीजीटी जेल प्रकारों की तैयारी के लिए अनुमति देती है। राइजोस्पीयर में डीजीटी जेल तैनाती के लिए, पौधों को फ्लैट, पारदर्शी विकास कंटेनरों (राइजोट्रॉन) में उगाया जाता है, जो मिट्टी में विकसित रूट सिस्टम तक न्यूनतम आक्रामक पहुंच को सक्षम करते हैं। पूर्व-विकास अवधि के बाद, डीजीटी जैल को राइजोसस्फीयर में सीटू सोल्यूट नमूने में रुचि के चयनित क्षेत्रों पर लागू किया जाता है। बाद में, डीजीटी जैल को ला-आईसीपी-एमएस लाइन-स्कैन इमेजिंग का उपयोग करके बाध्य सॉल्यूट्स के बाद के रासायनिक विश्लेषण के लिए वापस लाया जाता है और तैयार किया जाता है। मैट्रिक्स-मिलान जेल मानकों का उपयोग करके 13सी और बाहरी अंशांकन का उपयोग करके आंतरिक सामान्यीकरण का उपयोग करना 2डी सॉल्यूट फ्लक्स के मात्राकरण के लिए आगे की अनुमति देता है। यह विधि मिट्टी-पौधों के वातावरण में बहु-तत्व सोल्यूट फ्लक्स की मात्रात्मक, उप-मिमी स्केल 2डी छवियों को उत्पन्न करने की अपनी क्षमता में अद्वितीय है, जो राइजोस्पायर में सोल्यूट ग्रेडिएंट्स को मापने के लिए अन्य तरीकों के प्राप्त स्थानिक संकल्प से अधिक है। हम स्थलीय पौधों के राइजोस्पीयर में कई एंटिक और एनियोनिक सोल्यूट प्रजातियों की इमेजिंग के लिए विधि का आवेदन और मूल्यांकन प्रस्तुत करते हैं और पूरक सोल्यूट इमेजिंग तकनीकों के साथ इस विधि के संयोजन की संभावना को उजागर करते हैं।
फसल पौधों द्वारा पोषक तत्वों का अधिग्रहण फसल उत्पादकता का निर्धारण करने में एक महत्वपूर्ण कारक है। फसलों द्वारा पोषक तत्वों के कुशल तेज को नियंत्रित करने वाली प्रक्रियाओं का तीव्रता से अध्ययन किया गया है, विशेष रूप से मिट्टी की जड़ इंटरफेस, राइजोस्पायर में पौधों की जड़ों द्वारा पोषक तत्वों की उपलब्धता और पोषक तत्वों के आंतरिककरण को नियंत्रित करने वाले तंत्र, फसल पोषक तत्व अधिग्रहण में उनकी भूमिका के लिए पहचाने जाते हैं। पौधों के पोषक तत्वों के तेज के लिए महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में शामिल हैं: जड़ की ओर पोषक तत्व परिवहन; मिट्टी के पानी और ठोस मिट्टी की सतहों से बंधे प्रजातियों में घुली प्रजातियों के बीच गतिशील सोरपेशन संतुलन; पोषक तत्वों के लिए माइक्रोबियल प्रतियोगिता; मिट्टी के कार्बनिक पदार्थ में निहित पोषक तत्वों का माइक्रोबियल खनिजीकरण; और जड़ सिम्प्लास्म में पोषक तत्वों का आंतरिककरण। अकार्बनिक ट्रेस धातु (oid) संदूषकों का तेज काफी हद तक एक ही तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है।
मिट्टी में पोषक तत्व और संदूषक उपलब्धता, पौधों की मांग और विसारण के आधार पर, राइजोस्पाइयर में अंतर पोषक तत्व पैटर्न देखा जा सकता है। तुलनात्मक रूप से उच्च आंतरिककरण दरों (जैसे, पी, फे, एमएन, जेडएन, आसॅ्, सीडी, पीबी) के साथ दृढ़ता से सोरण तत्वों के लिए, थोक मिट्टी की तुलना में लैबिल (यानी, रिवर्सिबल एसोबेड) तत्व अंश की कमी पाई जाती है, जिसमें कमी क्षेत्र की चौड़ाई अक्सर ≤1मिमीहोती है, जबकि अधिक मोबाइल पोषक तत्वों जैसे कि एन 3-,कमी क्षेत्र कईसेंटीमीटरतक बढ़ सकते हैं। इसके अलावा , अल और सीडी जैसे तत्वों का संचय तब देखा गया है जब उपलब्धता पौधों की तेजदरों से अधिक होजाती है 2,3.
पोषक तत्वों और संदूषक साइकिलिंग में राइजोस्पीव प्रक्रियाओं के महत्व को देखते हुए, उच्च स्थानिक संकल्प पर पौधे उपलब्ध तत्व अंश को मापने के लिए कई तकनीकों को विकसित किया गया है4,5। हालांकि, छोटे पैमाने पर प्रयोगशाला solute वितरण को मापने के लिए कई कारणों के लिए चुनौतीपूर्ण साबित हो गया है । एक बड़ी कठिनाई के लिए बहुत छोटे (कम μL रेंज) मिट्टी की मात्रा का नमूना है और/या जीवित संयंत्र जड़ों के निकट परिभाषित पदों पर porewater राइजोस्फेयर में खड़ी पोषक तत्व ढाल को हल करने के लिए । इस समस्या के समाधान के लिए एक दृष्टिकोण पोरजल नमूनों की निकासी के लिए माइक्रो-सक्शन कप का उपयोग करनाहै 6. इस विधि के साथ, ए गोटलिन, ए हेम और ई. मैट्ज़नर7 ने क्वेरकस रोबर एल रूट्स के आसपास मिट्टी के पापोरवॉटर पोषक तत्वों की सांद्रता को ~ 1 सेमी के स्थानिक संकल्प पर मापा। मिट्टी या मिट्टी के समाधान की μL मात्रा का विश्लेषण करने की एक कठिनाई यह है कि इन छोटे नमूना मात्रा, सभी लेकिन प्रमुख पोषक तत्वों की प्रजातियों की कम सांद्रता के साथ संयोजन में, अत्यधिक संवेदनशील रासायनिक विश्लेषण तकनीकों की आवश्यकता होती है ।
एक वैकल्पिक प्रणाली, जो एक संकल्प पर पोषक तत्वों के ढाल को ~ 0.5 मिमी तक हल करने में सक्षम है, मिट्टी के ब्लॉक की सतह पर एक जड़ चटाई विकसित करना है, जिसमें एक पतली हाइड्रोफिलिक झिल्ली परत जड़ों से मिट्टी को अलग करती है8,9। इस विन्यास में, सॉल्यूट झिल्ली के माध्यम से गुजर सकते हैं और जड़ें मिट्टी से पोषक तत्वों और संदूषकों को ले जा सकती हैं जबकि जड़ से मिट्टी में फैल सकती है। एक घने जड़ परत की स्थापना के बाद, मिट्टी ब्लॉक का नमूना लिया जा सकता है और तत्व अंशों के बाद निकालने के लिए प्राप्त मिट्टी के नमूनों के लिए कटा हुआ जा सकता है। इस तरह, अपेक्षाकृत बड़े क्षेत्र (~ 100 सेमी2)में औसतन एक आयामी पोषक तत्व, और संदूषक ढाल का विश्लेषण किया जा सकता है।
एक और चुनौती लैबिल, पौधे उपलब्ध तत्व अंश के नमूने प्राप्त करना है, क्योंकि अधिकांश रासायनिक मृदा निष्कर्षण तकनीक उन तंत्रों की तुलना में बहुत अलग ढंग से काम करती हैं जिनके द्वारा पौधे पोषक तत्वों और संदूषकों को लेते हैं। कई मिट्टी-निष्कर्षण प्रोटोकॉल में, मिट्टी को भंग और शर्बत तत्व अंश के बीच एक (छद्म-) संतुलन स्थापित करने के उद्देश्य से एक निष्कर्षण समाधान के साथ मिलाया जाता है। हालांकि, पौधे लगातार पोषक तत्वों को आंतरिक बनाते हैं और इसलिए, अक्सर उत्तरोत्तर राइजोस्फीयर मिट्टी को कम करते हैं। यद्यपि संतुलन निष्कर्षण प्रोटोकॉल को मिट्टी परीक्षणों के रूप में व्यापक रूप से अपनाया गया है क्योंकि उन्हें लागू करना आसान है, निकाले गए पोषक तत्व अंश अक्सर पौधे उपलब्ध पोषक तत्व अंश को अच्छी तरह से10,11,12, 13का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं। सिंक विधियां जो पोषक तत्वों के लिए नमूना मिट्टी को लगातार कम करती हैं , को लाभप्रद तरीकों के रूप में प्रस्तावित किया गया है और जड़ तेज प्रक्रियाओं की नकल करके अंतर्निहित पोषक तत्व तेज तंत्र के समान हो सकते हैं10,11,14,15।
ऊपर वर्णित तरीकों के अलावा, वास्तविक इमेजिंग अनुप्रयोग, कई सेमी2 के दृश्य के क्षेत्रों में संकल्प ≤100 माइक्रोन के साथ निरंतर पैरामीटर मानचित्रों को मापने में सक्षम विशिष्ट तत्वों और मिट्टी (जैव) रासायनिक मापदंडों5के लिए विकसित किया गया है। ऑटोरेडियोग्राफी का उपयोग राइजोस्पीयर में तत्व वितरण को चित्रित करने के लिए किया जा सकता है बशर्ते कि उपयुक्त रेडियोआइसोटोप16उपलब्ध हों। प्लानर ऑप्टोड्स महत्वपूर्ण मृदा रासायनिक मापदंडों जैसे पीएचऔर पीएओ217, 18,19और एंजाइम गतिविधि या कुल प्रोटीन वितरण का दृश्य तैयार करने में सक्षम होते हैं, जैसे कि मृदा जाइमोग्राफी20 ,21, 22, 23और/या रूट ब्लॉटिंग विधियां24। जबकि जाइमोग्राफी और ऑटोरेडियोग्राफी एक समय में एक पैरामीटर के माप तक सीमित हैं, प्लानर ऑप्टोड का उपयोग करके पीएच और पीओ2 इमेजिंग समवर्ती रूप से किया जा सकता है। अधिक पारंपरिक रूट मैट तकनीक केवल 1D जानकारी प्रदान करती है, जबकि माइक्रो सक्शन कप बिंदु माप या कम रिज़ॉल्यूशन 2D जानकारी प्रदान करते हैं, हालांकि दोनों दृष्टिकोण बहु-तत्व विश्लेषण के लिए अनुमति देते हैं। हाल ही में, पी डीइल्हार्ट, एट अल25 ने मिट्टी-रूट कोर नमूनों में ~ 100 माइक्रोन के संकल्प पर 2डी कुल बहु-तत्व वितरण को मैप करने के लिए लेजर प्रेरित ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एलआईयूएस) का उपयोग करके एक उपन्यास दृष्टिकोण प्रस्तुत किया, जहां सावधानीपूर्वक प्राकृतिक तत्व वितरण को सावधानीपूर्वक तैयार करने के नमूने द्वारा संरक्षित किया गया था।
उच्च स्थानिक संकल्प पर कई पोषक तत्वों और संदूषक solutes के लक्षित 2D नमूने में सक्षम एकमात्र तकनीक पतली फिल्मों (डीजीटी) तकनीक में विसारक ढाल है, एक सिंक आधारित नमूना विधि है जो एक हाइड्रोजेल परत26,27में एम्बेडेड एक बाध्यकारी सामग्री पर सीटू में लैबिल ट्रेस धातु (loid) प्रजातियों को स्थिर करती है। डीजीटी को तलछट और पानी में लैबाइल सॉल्यूट्स को मापने के लिए एक रासायनिक विशिष्टता तकनीक के रूप में पेश किया गया था, और जल्द ही मिट्टी28में इसके उपयोग के लिए अपनाया गया था। यह उप-मिमी स्केल मल्टी-एलिमेंट सोल्यूट इमेजिंग को सक्षम बनाता है, जिसे शुरू में नदी तलछट29में प्रदर्शित किया गया था, और इसे30, 31, 32, 33में पौधे राइजोस्फेयर में इसके आवेदनकेलिए और विकसित किया गयाहै।
डीजीटी नमूने के लिए, लगभग 3 सेमी x 5 सेमी के आकार की एक जेल शीट को एक पौधे की जड़ पर लागू किया जाता है जो मिट्टी के ब्लॉक की सतह परत में बढ़ रहा है, जिसमें एक हाइड्रोफिलिक झिल्ली मिट्टी से जेल को अलग करती है। संपर्क समय के दौरान, लैबिल पोषक तत्व और/या संदूषक जेल की ओर फैलते हैं और जेल में शामिल बाध्यकारी सामग्री से तुरंत बंधे होते हैं । इस तरह, एक एकाग्रता ढाल, और इस प्रकार जेल की ओर एक निरंतर शुद्ध प्रवाह स्थापित किया जाता है और नमूना समय के दौरान प्रबल होता है। नमूने के बाद, हाइड्रोगेल को हटाया जा सकता है और एक विश्लेषणात्मक रासायनिक तकनीक का उपयोग करके विश्लेषण किया जा सकता है जो स्थानिक रूप से हल किए गए विश्लेषण के लिए अनुमति देता है। इस उद्देश्य के लिए एक अत्यधिक विशिष्ट और अक्सर उपयोग की जाने वाली तकनीक लेजर एब्लेशन है जो प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ला-आईसीपी-एमएस) को जोड़ती है। कुछ शुरुआती अध्ययनों में, माइक्रो पार्टिकल प्रेरित एक्स-रे उत्सर्जन (PIXE) का भी उपयोग किया गयाथा। LA-आईसीपी-एमएस विश्लेषण के साथ संयुक्त डीजीटी नमूना ~ 100 माइक्रोन के स्थानिक संकल्प पर बहु-तत्व रासायनिक इमेजिंग के लिए अनुमति देता है। यदि अत्यधिक संवेदनशील आईसीपी-एमएस तकनीकों (जैसे, क्षेत्र क्षेत्र आईसीपी-एमएस) कार्यरत हैं, तो पता लगाने की असाधारण रूप से कम सीमा प्राप्त की जा सकती है। मक्का15द्वारा जेडएन और सीडी तेज पर लिमिंग के प्रभाव पर एक अध्ययन में, हम प्रति जेल क्षेत्र सीडी के 38 पीजी सेमी-2 का पता लगाने की सीमा के साथ अकांमित मिट्टी में मक्का राइजोस्फीयर में लैबिल सीडी का नक्शा बनाने में सक्षम थे। डीजीटी, प्लानर ऑप्टोड्स, और ज़िमोग्राफी मिट्टी से लक्ष्य तत्व के प्रसार पर एक जेल परत में भरोसा करते हैं, जिसका एक साथ, या लगातार, पौधों के पोषक तत्वों और संदूषक तेज के लिए प्रासंगिक बड़ी संख्या में मापदंडों की छवि के लिए इन तरीकों के संयुक्त अनुप्रयोग के लिए शोषण किया जा सकता है। डीजीटी इमेजिंग के विश्लेषणात्मक रासायनिक पहलुओं के बारे में विस्तृत जानकारी, डीजीटी और अन्य इमेजिंग विधियों के संयोजन की क्षमता पर, और इसके अनुप्रयोगों पर रेफरी34,35में व्यापक रूप से समीक्षा की जाती है।
इस लेख में हम वर्णन करते हैं कि पौधों की खेती, जेल निर्माण, जेल आवेदन, जेल विश्लेषण और छवि पीढ़ी सहित एक असंतृप्त मिट्टी के वातावरण में स्थलीय पौधों की जड़ों पर डीजीटी तकनीक का उपयोग करके एक सोल्यूट इमेजिंग प्रयोग कैसे किया जाए। सभी कदमों को विस्तार से बताया गया है, जिसमें महत्वपूर्ण कदमों और प्रायोगिक विकल्पों पर नोट शामिल हैं ।
यहां प्रस्तुत सोल्यूट इमेजिंग प्रोटोकॉल मिट्टी-पौधों के वातावरण में 2डी पोषक तत्वों और संदूषक प्रवाह की कल्पना और मात्रा निर्धारित करने के लिए एक बहुमुखी विधि है। यह मिट्टी-रूट इंटरफेस पर लैबाइल सोल्यूट प्रजातियों की उप-मिमी स्केल बहु-तत्व छवियों को उत्पन्न करने की अपनी क्षमता में अद्वितीय है, जो राइजोस्पेयर में सोल्यूट ग्रेडिएंट्स को मापने के लिए वैकल्पिक तरीकों के प्राप्त स्थानिक संकल्प से अधिकहै। डीजीटी के सीटू नमूना दृष्टिकोण में लक्षित, ला-आईसीपी-एमएस जैसे अत्यधिक संवेदनशील रासायनिक विश्लेषण विधि के संयोजन में, मिट्टी या इसी तरह के सब्सट्रेट्स में उगाए जाने वाले व्यक्तिगत पौधों की जड़ों के आसपास घुलनशील गतिशीलता की विस्तृत जांच की सुविधा प्रदान करता है। सिंक-आधारित नमूना प्रक्रिया के कारण, प्राप्त छवियां कल्पना वाले सॉल्यूट्स की क्षमता को दर्शाती हैं, और इसलिए उनके पौधे की उपलब्धता10का अनुमान है। यद्यपि सोल्यूट फ्लक्स की विधि-अंतर्निहित माप में पौधे-उपलब्ध पोषक तत्वों के अंशों के रूप में व्याख्याशीलता जैसे काफी फायदे होते हैं, प्रवाह माप पोरवॉटर एकाग्रता माप की तुलना में समझने के लिए बहुत कम सीधे-आगे होते हैं। थोक मिट्टी अनुप्रयोगों में मानक डीजीटी नमूना ज्यामिति (विशेष रूप से उस सेटअप में उपयोग किए जाने वाले 0.8 मिमी-मोटी प्रसार जैल) वास्तविक पोरवॉटर एकाग्रता, सीसोलनऔर एक बल्क डीजीटी माप, सीडीजीटीद्वारा एक समय-औसत पोरवॉटर एकाग्रता अनुमान की तुलना करने के लिए अनुमति देता है, और एक सोल्यूट प्रजातियों की पुनर्आपूर्ति गतिशीलता के बारे में इन मापदंडों की व्याख्या के लिए। हालांकि, इस तरह की तुलना इमेजिंग डीजीटी आवेदन के आधार पर बहुत पतली प्रसार परतों के साथ नहीं की जा सकती है, क्योंकि व्युत्पन्न सीडीजीटी मूल्य अवास्तविक रूप से छोटेहैं। डीजीटी इमेजिंग परिणाम इसलिए हमेशा सरल और व्याख्या करने के लिए जल्दी नहीं होते हैं और अक्सर अधिक पारंपरिक पोरजल एकाग्रता मापों के सीधे तुलनीय नहीं होते हैं।
विधि लागू करते समय, कुछ महत्वपूर्ण चरणों पर सावधानीपूर्वक विचार करने की आवश्यकता होती है, मुख्य रूप से राइजोट्रॉन विकास कंटेनरों को भरने और पानी देने से संबंधित। मिट्टी को राइजोट्रॉन में भरने के दौरान, मिट्टी को बहुत अधिक कॉम्पैक्ट करने से बचना बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि पौधे की जड़ें दृढ़ता से संकुचित मिट्टी में प्रवेश नहीं कर सकती हैं और जड़ विकास बाधित होगा। हमने जड़ों को दृढ़ता से संकुचित मिट्टी से बचने और राइजोट्रॉन विकास कंटेनर के भीतरी किनारों के साथ बढ़ते देखा है, जहां मिट्टी आमतौर पर कम संकुचित होती है। इस मामले में, राइजोट्रॉन के केंद्र में स्थित व्यक्तिगत जड़ें, जहां डीजीटी जैल को आसानी से लागू किया जा सकता है, सफल जेल आवेदन को प्रभावी ढंग से बाधित करते हुए विकसित नहीं हो सकता है। हमारी प्रयोगशाला में, अनुभव से पता चला है कि 1.0-1.4 ग्रामसेमी-3 की सूखी मिट्टी थोक घनत्व बेरोक-टोक जड़ विकास की अनुमति देता है। इसके अलावा, अत्यधिक मृदा कॉम्पैक्टेशन रेडॉक्स-संवेदनशील तत्वों और बायोजियोकेमिक रूप से संबंधित प्रजातियों की घुलनशीलता के बारे में कलाकृतियों का एक संभावित स्रोत भी है। चूंकि कुल पोर की मात्रा कम हो जाती है और पोर व्यास वितरण अत्यधिक संकुचित मिट्टी में कम व्यास की ओर स्थानांतरित हो जाता है, कम हवा से भरे बड़े व्यास पोर की मात्रा उपलब्ध है, जिससे स्थानीय स्तर पर अपचय की स्थिति पैदा हो सकती है। नतीजतन, एमएनIII/IV-औरFeIII-ऑक्साइडको कम किया जा सकता है, जिससे एमएन2 + और Fe2 + फ्लक्स में वृद्धि हुई है । फे-ऑक्साइड का विघटन, जो फॉस्फेट और सूक्ष्म पोषक तत्वों के लिए महत्वपूर्ण सोरपशन साइटें हैं, सोछत और/या सह-उपजी प्रजातियों को मुक्त कर सकते हैं और इस तरह बायोजियोकेमिक रूप से संबद्ध प्रजातियों के कृत्रिम रूप से ऊंचा प्रवाह का कारण बन सकते हैं । अगर ग्रोथ कंटेनरों को बहुत ज्यादा पानी पिलाया जाए तो इसी तरह का मुद्दा उठ सकता है । विकास कंटेनर के शीर्ष पर छोटी मिट्टी की सतह क्षेत्र के माध्यम से वाष्पीकरण कम है और मिट्टी रोपण के बाद कई हफ्तों तक पानी संतृप्त रह सकती है, जिससे रेडॉक्स कलाकृतियां भी हो सकती हैं।
एक अन्य महत्वपूर्ण विचार गढ़े गए एचआर-डीजीटी बाइंडिंग जेल की रासायनिक कार्यक्षमता है। प्रोटोकॉल का पालन करके, बाध्यकारी चरणों के सजातीय वितरण के साथ पतले जैल प्राप्त किए जाते हैं। यदि जैल में अहोमेनेसीय सामग्री वितरण के क्षेत्र हैं (उदाहरण के लिए, जेल में छेद या बाध्यकारी चरणों के समुच्चय) इन क्षेत्रों को हटाने की आवश्यकता है या, यदि बहुत व्यापक है, तो जेल निर्माण प्रोटोकॉल को दोहराया जाना चाहिए। यदि सही ढंग से तैयार किया जाता है, तो जेल को लक्ष्य सोल्यूट प्रजातियों को बांधने में सक्षम होना चाहिए जो तुरंत जेल में फैलते हैं और मात्रात्मक रूप से27,जो विश्लेषण-विशिष्ट जेल बाध्यकारी क्षमता द्वारा निर्धारित किया जाता है। जबकि जेल की क्षमता से अधिक अदूषित मिट्टी में कम समस्याग्रस्त है, इसे धातु-दूषित मिट्टी और खारी मिट्टी के वातावरण में माना जाना चाहिए। जेल बाध्यकारी चरणों का संतृप्ति न केवल मात्रात्मक सॉल्यूट नमूने को ख़राब करेगा, बल्कि जेल में बाध्यकारी चरणों के बीच सोल्यूट्स का पार्श्व प्रसार भी होगा, जिससे छोटे पैमाने पर सॉल्यूट फ्लक्स सुविधाओं का अनिश्चितकालीन स्थानीयकरण होगा। इस प्रकार, यदि लक्षित मृदा वातावरण में बहुत अधिक मात्रा में लैबिल पोषक तत्व/संदूषक प्रजातियों की अपेक्षा की जाती है, तो प्रारंभिक परीक्षण किए जाने चाहिए । अपेक्षित डीजीटी लोडिंग का आकलन करने के लिए, थोक मिट्टी डीजीटी पिस्टन नमूने जिसके बाद जेल एल्यूशन और गीले-रासायनिक विश्लेषण15,49लागू किए जा सकते हैं। यदि आवश्यक हो, तो जेल संपर्क समय को कम करने के लिए डीजीटी तैनाती समय को समायोजित किया जा सकता है और इस प्रकार क्षमता थ्रेसहोल्ड से ऊपर जेल संतृप्ति से बचें। इसके विपरीत, प्रारंभिक परीक्षण भी आवश्यक जेल संपर्क समय और/या ला-आईसीपी-एमएस संवेदनशीलता की पहचान करने के लिए उपयोगी हो सकता है अगर बहुत कम solute loadings की उंमीद कर रहे हैं, जो प्राकृतिक मिट्टी की पृष्ठभूमि के स्तर पर ट्रेस तत्व solutes मानचित्रण के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है15। इसके अलावा, डीजीटी ला-आईसीपी-एमएस अंशांकन मानकों को तैयार करने में जैल की नियंत्रित लोडिंग के माध्यम से अपने प्रायोगिक आवेदन से पहले सही डीजीटी जेल कार्यप्रणाली का सत्यापन किया जाना चाहिए। जेल मानक एक मैट्रिक्स-मिलान संदर्भ जेल एनालिट लोडिंग प्रदान करता है जिसका उपयोग यह आकलन करने के लिए किया जा सकता है कि ला-आईसीपी-एमएस द्वारा निर्धारित नमूना जेल लोडिंग अपेक्षित सीमा के भीतर है या नहीं। यदि एक संकेत प्राप्त करने में असमर्थ है जो गैस और विधि खाली पृष्ठभूमि शोर से अलग है, ऑपरेटर को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि ट्रेस तत्व विश्लेषण के लिए प्रयोगशाला प्रक्रियाओं को लागू किया गया था और सभी प्रोटोकॉल कदम सही ढंग से किए गए थे । कभी-कभी, डीजीटी जेल को गलती से मिट्टी के उजागर, लेजर बीम के बजाय ग्लास प्लेट की ओर सामना करने वाले पक्ष के साथ सॉल्यूट सैंपलिंग के बाद फ़्लिप किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कम सिग्नल तीव्रता होती है और अंतिम सॉल्यूट फ्लक्स छवियों में गलती से फ़्लिप की गई विशेषताएं होती हैं।
ला-आईसीपी-एमएस विश्लेषण के दौरान बड़ी मात्रा में डेटा तैयार किया जाता है, जिसका मूल्यांकन करने में काफी समय लगता है । हमारी प्रयोगशाला में, हम मानक स्प्रेडशीट सॉफ्टवेयर का उपयोग करके अपने लक्षित डेटा आउटपुट प्रारूप के अनुरूप इन-हाउस डेटा मूल्यांकन लिपियों का उपयोग करते हैं। अर्ध-स्वचालित छंटाई और अंशांकन के बाद, ओपन सोर्स, ओपन एक्सेस इमेज एनालिसिस टूल्स (इमेजजे, फिजी50)का उपयोग करके इमेज प्लॉटिंग का आयोजन किया जाता है। यह दृष्टिकोण डेटा छंटाई, मूल्यांकन और प्रस्तुति पर पूर्ण नियंत्रण की अनुमति देता है, जो आवश्यक है क्योंकि एकत्र किए गए डेटा आयताकार के अनुरूप हैं, न कि क्वाड्रेटिक पिक्सेल, जिन्हें उत्पन्न सॉल्यूट मानचित्रों में ठीक से प्रदर्शित करने की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, डेटा प्रोसेसिंग के दौरान, किसी भी पिक्सेल इंटरपोलेशन को सावधानीपूर्वक टाला जाना चाहिए। पिक्सेल इंटरपोलेशन रासायनिक छवियों में चिकनी ढाल की ओर जाता है, जिसके परिणामस्वरूप नरम, अक्सर परिपत्र तत्व वितरण विशेषताएं होती हैं और इसलिए मूल डेटा का अवांछनीय परिवर्तन होता है। पिक्सेल इंटरपोलेशन कई इमेज प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर उत्पादों में री-स्केलिंग और री-फॉर्मेटिंग ऑपरेशंस में एक मानक प्रक्रिया है, लेकिन आमतौर पर अचयनित किया जा सकता है।
अंत में, वर्णित विधि प्राकृतिक मिट्टी-राइजोस्फीयर-प्लांट सिस्टम में पोषक तत्वों और संदूषक गतिशीलता को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण उन्नति है। डीजीटी-केवल अनुप्रयोगों के अलावा, विधि को अन्य, प्रसार आधारित इमेजिंग तकनीकों जैसे प्लानर ऑप्टोड्स3, 33,42,43,48,51और ज़ाइमोग्राफी20,21, 22,23,24के साथ जोड़ा जा सकता है, और अतिरिक्त तत्वों और मिट्टी के मापदंडों को शामिल करने के लिए आगे विकसित किया जा सकता है।
The authors have nothing to disclose.
इस अध्ययन को ऑस्ट्रियाई विज्ञान कोष (एफडब्ल्यूएफ) द्वारा सह-वित्त पोषित किया गया था: P30085-N28 (थॉमस प्रोहास्का) और ऑस्ट्रियाई विज्ञान कोष (एफडब्ल्यूएफ) और फेडरल स्टेट ऑफ लोअर ऑस्ट्रिया: P27571-बीबीएल (जैकब सैंटनर)।
(NH4)2S2O8 (ammonium persulfate; APS) | VWR | 21300.260 | ≥98.0%, analytical reagent |
2-(N-morpholino)-ethanesulfonic acid (MES) | Sigma-Aldrich | M8250-100G | ≥99.5% |
Acrylamide solution | Sigma-Aldrich | A4058-100ML | 40%, for electrophoresis |
Analyte salts | n/a | n/a | Use water soluble analyte salts of analytical grade or higher |
Buechner funnel | VWR | 511-0065 | 13 cm plate diameter |
Chemical equilibrium modelling software | KTH Sweden | n/a | Visual MINTEQ |
Clamp | Local warehouse | n/a | |
Desktop publishing software | Adobe Inc. | n/a | InDesign CS6 |
DGT cross-linker | DGT Research Ltd | n/a | 2%, agarose derivative |
DGT piston sampler | DGT Research Ltd | n/a | 2 cm diameter exposure window |
Digital single-lens reflex (DSLR) camera | Canon Inc. | n/a | Canon EOS 1000D |
Dispersion device | IKA | 3737000 | Ultra-Turrax T10 Basic |
Double-sided adhesive tape | Tesa | 56171 | |
Ethanol | Sigma-Aldrich | 34923 | Puriss. p.a., absolute, ≥99.8% |
Gel blotting paper | Whatman | 10426981 | Blotting Papers, Grade GB005, 20 × 20 cm, 1.5 mm thickness |
Gel drier | UniEquip | n/a | UNIGELDRYER 3545 |
High-pressure microwave system | Anton Paar | n/a | Multiwave 3000 |
HNO3 | VWR | 1.00456.2500P | 65%, ISO for analysis |
Horizontal shaker | GFL | 305 | |
HydroMed D4 | AdvanSource Biomaterials Corp. | n/a | Ether-based hydrophilic urethane |
ICP-MS software | Perkin Elmer | n/a | Syngistix |
Image analysis software | National Institutes of Health (NIH) | n/a | ImageJ Fiji, freely available at https://fiji.sc/ |
Knife-coating device | BYK | 5561 | Single Bar 6″, 0.5 mils |
LA software | Elemental Scientific Lasers | n/a | ActiveView |
LA system | Elemental Scientific Lasers | n/a | NWR193 |
Laminar flow bench | Telstar Laboratory Equipment B.V. | n/a | Class II biological safety cabinet |
Magnetic stirrer | IKA | 0003582400 | C-MAG MS 7 |
Moisture-retaining film | Bemis Company, Inc. | PM999 | Parafilm M, 4" x 250' |
N,N,N’,N’-tetramethylethylenediamine (TEMED) | Sigma-Aldrich | T9281-50ML | BioReagent, suitable for electrophoresis, ~99% |
NaNO3 | Sigma-Aldrich | 229938-10G | 99.995% trace metals basis |
NaOH | Sigma-Aldrich | 1064980500 | Pellets for analysis |
Overhead shaker | GFL | 3040 | |
Perfluoroalkoxy alkane (PFA) vials | Savillex | 200-015-20 | 15 mL Standard Vial, Rounded Interior |
pH meter | Thermo Scientific | 13-644-928 | Orion 3-Star Benchtop pH Meter |
pH probe | Thermo Scientific | 8157BNUMD | Orion ROSS Ultra pH/ATC Triode |
Plastic cutter | DGT Research Ltd | n/a | Use empty cross-linker vials from DGT research Ltd |
Plastic tweezers | Semadeni | 602 | |
Plasticine | Local stationary shop | n/a | non-drying plastic modelling mass based on paraffin wax and bulking agents |
Polycarbonate membrane discs | Whatman | 110606 | Nuclepore Hydrophilic Membrane, 25 mm diameter, 0.2 µm pore size, 10 µm thickness |
Polycarbonate membrane sheet | Whatman | 113506 | Nuclepore Hydrophilic Membrane, 8 × 10 in, 0.2 µm pore size, 10 µm thickness |
Polyethersulfone membrane discs | Pall Corporation | 60172 | Supor 450 Membrane Disc Filters, 25 mm diameter, 0.45 µm pore size, 0.14 mm thickness |
Polyethersulfone membrane sheet | Pall Corporation | 60179 | Supor 450 Membrane Disc Filters, 293 mm diameter, 0.45 µm pore size, 0.14 mm thickness |
PTFE foil | Haberkorn | n/a | 50 µm thickness |
PTFE spacer | Haberkorn | n/a | Variable thicknesses available |
PTFE-coated razor blades | Personna GEM | 62-0178 | Stainless steel single edge blades (coated) |
PTFE-coated Tygon tubing | S-prep GmbH | SP8180 | 0.32 cm inner diameter |
Quadrupole ICP-MS | Perkin Elmer | N8150044 | NexION 2000B |
Quantitative filter paper, 454 | VWR | 516-0854 | Particle retention 12-15 µm |
Spreadsheet software | Microsoft Corporation | n/a | Microsoft Excel 2016 (v16.0) |
Stainless-steel cutter | Local locksmithery | n/a | 2.5 cm diameter |
Suspended particulate reagent-iminodiacetate (SPR-IDA) | Teledyne CETAC Technologies | n/a | 10 µm diameter polystyrene beads, 10 % (w/v) bead suspension |
Transistor-transistor logic (TTL) cable | n/a | n/a | Consult ICP-MS technician to identify a suitable TTL cable for a specific instrument |
Two-volume cell | Elemental Scientific Lasers | n/a | Two-volume cell 1 |
Vinyl electrical tape | 3M | n/a | Scotch Super 33+ |
Water purification system | Termo Electron LED GmbH | n/a | TKA-GenPure |
ZrOCl2 × 8H2O | Alfa Aesar | 86108.30 | 99.9 %, metals basis |