Method Article

Topraksız: A yönlü Sistemi Toksik Elements Besin Uygunluk ve Pozlama Besin Tahsis ve Bitki Cevapları Eğitim için

DOI:

10.3791/54317

⸱

July 13th, 2016

 ,  , 
1Division of Plant Sciences, C.S. Bond Life Sciences Center, University of Missouri, Columbia

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada, bitki besleme çalışmaları için başarılı bir hidroponik sistem kurmak için takip etmesi kolay bir protokol sunuyoruz. Bu protokol Arabidopsis'te kapsamlı bir şekilde test edilmiştir ve belirli beslenme gereksinimlerini veya esansiyel olmayan elementlerin bitki büyümesi ve gelişimi üzerindeki etkisini incelemek için diğer bitki türlerine kolayca uyarlanabilir.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hidroponik sistemleri, bitki biyoloji araştırmaları için standart yöntemlerden biri olarak kullanılmıştır ve marul ve domates gibi çeşitli bitkileri, ticari üretiminde kullanılır. Bitki araştırma topluluğu içinde, çok sayıda hidroponik sistemler biyotik ve abiyotik streslere bitki yanıtları incelemek için dizayn edilmiştir. Burada kolayca bitki mineral beslenme ile ilgili çalışmalarına devam ilgilenen laboratuvarlarda uygulanabilecek bir hidroponik protokol mevcut.

Bu protokol, ayrıntılı bir şekilde ayarlamak hidroponik sistemi ve başarılı deneyler için bitki malzemesinin hazırlanmasını tarif etmektedir. Bu protokol açıklanan malzemelerin çoğu hidroponik deneyler için kurmak daha az pahalı ve kullanışlı hale bilimsel tedarik şirketleri dışında bulunabilir.

Besleyici madde ortamı zaman bozulmadan ro de kontrol edilmesi gerekir ve burada bir hidrofonik büyüme sisteminin kullanılması durumlarında en avantajlıots downstream uygulamalar için hasat edilmesi gerekir. Ayrıca asal besin özleri ve toksik olmayan unsurların her iki bitki yanıt indükleme değiştirilebilir kadar besin konsantrasyonu göstermektedir.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bitkiler güneş 1 yakalanan enerji kullanarak inorganik iyonları, su ve CO 2 gerekli tüm metabolitleri sentezleyebilirler birkaç organizmalar arasında yer almaktadır. Hidroponik veya katı ortam olmayan bir sıvı çözelti içinde, anorganik bir şekilde, tüm besin sağlayarak bu gerçeğinden yararlanır büyüyen bitkilerin bir yöntemdir. Hidroponik sistemler yoğun beslenme ve aynı zamanda bazı Arabidopsis'te elemanları ve diğer bitki türlerinin 2-5'in toksisite keşfetmek için bilim adamları tarafından kullanılmaktadır. Örneğin, Berezin vd. 3, Conn ve diğ. 4, ve Alatorre-Cobos ve ark., 2 maden analizi 2-4 için yeterli bitki biyokütle oluşturmak için, domates ve tütün dahil hidroponik sistemleri ve çeşitli bitki türlerini kullanılır. Hidroponik endüstriyel uygulamaları aynı zamanda, domates ve marul 6 ​​gibi ekinler için geliştirilmiştir. Burada, biz oaraştırma, mevcut yöntemler olası değişimlerin bağlamında hidroponik kullanımını utline ve nihayet bitki mineral beslenme eğitimi ile ilgilenen araştırma laboratuarları için kolayca ölçeklenebilir ve yararlı olabilir bir sistem sunuyoruz.

Hidroponik sistemler kök dokusunun kolay ayrılması ve besin durumu hassas kontrolü için izin

Topraksız toprak bazlı sistemlere göre pek çok avantaj sunar. topraktan çıkarılır aktardığınızda, kök dokusu genellikle mekanik olarak doku veya hasar kaybına neden makaslanmış. Bu tür yan kökler ve kök tüyleri gibi ince kök yapıları için özellikle doğrudur. inert partiküler medyayı kullanmak yok Hidrofonik sistemler kök daha az invazif bir ayrılık izin ve dokuları ateş.

Toprak sistemlerinde, besinlerin toprak matrisi boyunca besin biyoyararlanım değişiklikleri toprağın içinde mikro-ortamlar oluşturarak toprak parçacıklarının bağlamak. bu heterogeneity besin veya diğer moleküllerin dış konsantrasyonuna bağlı bir hassas kontrol gerektiren deneylerde ekstra bir karmaşıklık düzeyi ekleyebilirsiniz. Bunun aksine, hidroponik çözeltisi homojendir ve kolay bir deney süresince ikame edilmiş olabilir.

Hidroponik sistemlerin varyantları

Tüm hidroponik kültürlerin bitki temel unsurları sunmak için bir besin solüsyonu güveniyor. besin ek olarak, kökler, aynı zamanda bir oksijen sürekli bir kaynağı gerekir. Kökleri oksijensiz hale geldiğinde onlar bitki gövdesinin 7 geri kalanına ve taşıma metabolitleri almak mümkün değildir. Ya da kökleri tamamen maruz izin vererek oksijen sunumunu her zaman kökleri daldırarak tarafından değil, hava (klasik hidroponik) ile çözüm doyurarak: Hidrofonik sistemleri, köklerine oksijen ve diğer besin teslim şekline göre sınıflandırılabilir hava (aeroponi) 8. Topraksız olarak,besleyici çözelti kullanımı öncesinde, hava ile doyurulmuş ve sık sık değiştirilir veya havasının bitki 9 ömrü boyunca çözelti içinde temin edilebilir olabilir. Alternatif olarak, bitkiler, aynı zamanda atıl ortam (örneğin, kaya yünü, vermikulit, ya da kil topaklar) üzerinde büyümüş ve besleyici çözelti 10 alt-tabakanın daldırılması periyodik ortam aracılığıyla çözelti damlatma veya döngülerinin kuru ıslak tabi tutulabilir. aeroponi içinde, kökler kuruma önlemek için, besleyici çözelti püskürtülür.

Hidroponik sistemlerin dezavantajları

Topraksız kültürler toprak tabanlı sistemlere göre net avantajlar sunuyoruz rağmen, veriler yorumlanırken kabul edilmesi gereken bazı hususlar vardır. Örneğin, hidroponik sistemler olmayan fizyolojik olarak görülebilir koşullara bitkiler maruz kalmaktadır. Bu nedenle, fenotipleri veya bitki yanıtları büyüklük whe değişebilir hidroponik sistemler kullanılarak tespitn bitkiler alternatif sistemlerin (örneğin, toprak veya agar-tabanlı medya) yetiştirilmektedir. Bu düşünceler hidroponik sistemler için benzersiz değildir; Bitkiler toprak 11,12 farklı yetiştirilen halinde ayırıcı tepkileri de gözlenebilir.

Aşağıdaki protokol laboratuvarda bir hidroponik sistem kurmak için nasıl adım adım yönergeler sağlar. Bu protokol Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) için optimize edilmiştir; Bununla birlikte, benzer ya da aynı adımları diğer türlerin büyümesini kullanılabilecek bazı durumlarda.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Fide Kreş

  1. Arabidopsis tohumu buhar fazlı sterilizasyon
    1. 1.5 ml santrifüj tüpleri içine tohumları (40-50 mg) dökün. (~ 50 ul uygun tohum hacmi için Bkz: Şekil 1). kalem ile her tüp (mürekkep sterilizasyon sırasında kaybolup olabilir) etiketleyin. Her etiketli tüp yerleştirin desikatörde 13 içine, açık kap.
    2. Etkin bir davlumbaz desiccator yerleştirin ve desikatörde en vanasını kapatın.
    3. Kısım daha sonra 100, 250 ml'lik bir cam kaba ağartıcı mi (NaClO 6.15%) ve kurutma cihazı içine yerleştirin.
    4. Çabuk Bir transfer pipeti kullanarak, ağartıcıya 12 M hidroklorik asit 3 ml ekleyin. Reaksiyon hızla ilerler kısa sürede desikatörde kapağını kapatın. Sterilizasyon 4 saat (mürekkepli bir tüp işaretleme ve mürekkep kaybolup klor gazının yeterli bir miktarı elde edildiği görselleştirmek için yardımcı görme) devam etmesine izin verir.
      DİKKAT: Klor gazı toksiktir; sapfonksiyonel bir davlumbaz ekstra güvenlik önlemleri ile kalıntıları. Yerel makamlara başvurun ya Çevre Sağlığı ve Güvenliği Bölümü web sayfasını ziyaret - davlumbaz kullanarak kimyasal güvenliği ve kılavuzlar için Missouri Üniversitesi (ESH-MU) 14: https://ehs.missouri.edu/chem/.
    5. On beş dakika sterilizasyon (3.75 saat) tamamlanmadan önce, bir laminer akış kaputu açmak ve% 70 etanol kullanarak yüzeyi temizleyin.
    6. Sterilizasyon 4 saat vanasını açtıktan sonra, kısaca, davlumbaz içinde desikatörde kapağını kaldırmak ağartıcı kaldırmak ve kurumsal prosedürlere göre ortadan kaldırın. Bu adım klor dumanı büyük bir bölümünü yayınlayacak. sterilizasyon haznesi Seal ve laminer akış kaputu getirmek. yaygın kapağı açın ve yaklaşık 40 dakika sterilize tohumları havalandırmak. Bu süreden sonra, hemen tohum kullanmak ya da kuru bir yerde saklayın.
      Not: tohumların Kerosinli sterilizasyon tavsiye ama diğer yöntemler suAlatorre-Cobos ve ark., 2'de tarif edildiği gibi, etanol, çamaşır suyu ve su ile CH gibi alternatif yıkama eşit verimlidir.
  2. Tohumlar çimlenme için kültür ortamı
    Not: Bu adımda, hazırlanan kültür ortamı ¼ vitaminler 15 Murashige ve Skoog (MS) 'dir.
    1. 450 ml deiyonize edilmiş su (DI su), 0.55 g, MS ortamı artı vitaminler, 0.3 g MES (4-morpholineethanesulfonic asit hidrat) ve 1 L'lik bir cam kabın içine, bir manyetik karıştırma çubuğu ile ekleyin.
    2. Çözündürün ve NaOH kullanılarak 5.7 pH ayarlamak ve daha sonra, 3.5 gr phytoagar ekleyin. 5 dakika daha çözüm karıştırmaya devam edin.
    3. dereceli silindir içine bütün çözüm dökün ve 500 ml DI su kadar ekleyin. 1 L'lik bir otoklav tüpüyle, içindeki manyetik bir karıştırma çubuğuna sahip olan bu 500 ml solüsyon otoklava.
    4. Çözelti otoklav sonra, şişe, manyetik bir karıştırıcı kullanılarak 7-10 dakika boyunca çözelti karıştırıldı.
    5. Medya soğuduktan sonra50-60 ° C, steril koşullar altında plakalara ortamı dökün ve katılaşmaya sağlar. Plakalar soğuk odada daha sonra kullanılmak üzere saklanabilir.
  3. tohum kaplama
    1. kullanımı ve% 70 etanol ile yüzeyi temizlemek için önce laminer akış kaputu 15 dakika açın. aşağıdaki öğeler gereklidir: steril tohumlar, filtre kağıdı, kürdan, mikrogözenek bant ve ¼ MS plakaları.
    2. steril filtre kağıdı üzerinde, steril tohum yerleştirin. (Steril su ile veya ¼ MS ortamı alay) tarafından steril kürdan hafif ıslak bir ucu. filtre kağıdı tohum almak ve sonra medya yüzeyine onları koymak için bu nemli ucunu kullanın.
    3. Cm2 başına yaklaşık 1 tohum (Şekil 2) bir yoğunlukta plaka boyunca tohumlarını yaymak. Sonra plaka gövdesine bağlı plaka kapağı tutmak için mikro-gözenekli bandı kullanın. Bandın Bu tip hava ve insid mikroklima arasındaki gaz alışverişini izin verirken kirlenmesini önlemeye yardımcı olurplaka e.
    4. Çimlenme önce soğuk oda plakaları iki gün tutarak tabakalandırmak tohumlar ışıktan kaplı.
    5. Tabakalaşma sonra bir büyütme odası içinde ya da uygun büyüme koşullarında (23 ° C Arabidopsis için, 16 saat ışık / 8 saat karanlık ve% 60 nispi nem) ile bir yerde tohum yerleştirin. Fideler 10-12 gün çimlenme sonrası hydroponics için hazır olacaktır.
      Not: çimlenme sırasında levhanın kapağı altında önemli ölçüde yoğuşma olabilir, boğulma önlemek için fazla su, bir laminar akış başlığı içinde steril koşullar altında atılmalıdır.

2. Topraksız Kurulum ve Nakli Süreci

  1. hidroponik çözüm
    Not: Girişte belirtildiği gibi, bitkiler özel beslenme gereksinimleri olabilir Arabidopsis başarıyla Tablo 1'de 16'da gösterilen besin solüsyonu ile yetiştirilen olmuştur tedarikçiler bağlı..Burada yer alan tuzlar su içeriği (hidrate) ve sürece molarite sabit tutulduğu besleyici çözelti özelliklerini etkilemez Bu alternatifleri olabilir.
    1. Farklı şişe (Tablo 1) ve steril bir şişe içinde, Fe-EDTA dışında tüm mikro her makro besinin stok çözelti hazırlayın (0.22 um membranlar kullanılarak süzme ile sterilize). karıştırma solüsyonu her zaman son Fe-EDTA ekleyin. 4 ° C'de bir deney, ancak otoklav ve mağaza önceden 10x besleyici çözelti hazırlayın. Kullanın veya besin solüsyonu oda sıcaklığına ulaştığında sadece besin değiştirin.
  2. Fide
    1. Bitki tutucu ve hidroponik kapları hazırlayın
      1. Bir jilet kullanarak uzunluğu boyunca çalışan, köpük bir kesi yapmak (bakınız Şekil 3). bitki başına bir fiş hazırlayın.
      2. DI suya batırılmış Sıvı otoklav köpük tüp fişleri.
      3. Köpük kurullarının genişliği ve uzunluğu 0.5-1.0 cm kabın büyüklüğüne göre daha az olduğundan emin olun, daha küçük panoları içine köpük paneli Kes (Şekil 4).
      4. Köpük gemide delik oluşturmak için bir mantar delici kullanın. Bitkilerin yoğunluğu eşit ideal 1 bitki 10 cm 2 başına dağıtılmalıdır. Bu yoğunluk düzgünce birbirinden ayrılmış bitkilerin tutacak; yüksek yoğunlukların ancak mümkündür ve deneylerin başarıya engel olmaz. Deliklerin boyutu fişler boyutunu aynı olduğundan emin olun (bakınız Şekil 4).
      5. besin çözeltisi ile kaplar doldurun. çözümün derinliği kök gelişimi (en az 5 cm) için yeterli olduğundan emin olun. Sonra dikkatlice çözümün yüzeyine köpük panoları yerleştirin.
      6. Çözelti içine oksijen sağlamak için hava pompası sistemi kurmak (Şekil 5).
        Not: besin çözeltisi sam ile hidroponik kap doldurune gün fidan nakledilen ediliyor. ışıktan kabın tarafını kaplayan yosun büyümesini önlemek için yardımcı olacaktır.
    2. Hidroponik sisteme plakalardan Fide transferi
      1. nazikçe levha dışında her fide çekin ve köpük tüp fişinin kesi boyunca kök bırakmaya küçük cımbız kullanın. Dikkatlice sonra tekrar hidroponik kaba kurulu koyun köpük tahta içine fide tutma köpük tüpü takın. Uygun manipülasyon için bakınız Şekil 6.

3. Hidroponik Deneyler

  1. Besin çözüm değiştirme ve manipülasyon
    1. Besin çözüm değiştirme
      1. Adım 2.1 'de açıklandığı gibi besin çözeltisi değiştirmek için, taze hidroponik solüsyon hazırlanır. Topraksız kaptan bitkiler içeren köpük kartını çıkarın ve dolu bir geçici kaba koyunsu veya hidroponik çözüm.
      2. Eski çözüm atın kısa DI su ile üç kez kap yıkayın. Bu kabın içine taze hazırlanmış hidroponik çözüm ekleyin ve yavaşça hidroponik kabın içine bitkiler ile köpük tahta yerleştirin. Haftada iki kez hidroponik çözüm değiştirin.
    2. Hidroponik çözümün besin kompozisyonunu değiştirerek
      1. Ilgilenilen bir elemanın nihai konsantrasyon değiştirmek için, Tablo 1 'de gösterilen hidroponik çözeltisinin bileşimi ayarlayın. Örneğin, demir (Fe) noksanlığına neden Fe-EDTA konsantrasyonu azaltmak için hidroponik çözüm değiştirmek için. Karşılaştırma için herhangi bir değişiklik olmadan hidroponik tam (ya da dolu) çözeltisi üzerine yetiştirilen kontrol bitkileri, bir dizi içerir.
      2. toksik element ile besin çözeltisi işlemek için, öncelikle tercihen 1,000x konsantre istenen toksik element bağımsız bir stok çözeltisi hazırlamak. Kullanınpipet 1,000x konsantre stok kullanılarak istenen nihai konsantrasyonda toksik element ile hidroponik çözüm başak.
      3. Örneğin, sırayla 0.5 M CDCh 2 stok hazırlamak kadmiyum 20 uM ihtiva hidrofonik çözelti 3 L yapmak ve 3 L hidrofonik çözelti içine 0.5 M CDCh 2 stokunun 120 ul ekle. Karşılaştırma için CDC 2 olmadan hydroponics yetişen bitkilerin kontrol seti bulunmaktadır.
        DİKKAT: Bu tür kadmiyum, arsenik ve kurşun gibi zehirli elementler insan sağlığı ve çevre için çok tehlikelidir. 14 yerel yetkililere başvurun veya (https://ehs.missouri.edu/train/chemical.html) EHS-MU web sayfasını ziyaret edin deneyler öncesinde çevre ve sağlık güvenliği kurallarına için.
  2. Bir sonraki deneyler için Enstrüman sterilizasyon
    1. Gibi neredeyse tüm malzeme olabilir kurmak hidroponik hazırlamak için kullanılanyeniden, sulandırılmış çamaşır suyu ile farklı bölümlerini (NaClO% 0,6) temizleyin.
    2. çamaşır suyu ile durulandıktan sonra, Dİ su ile iyice tüm malzemeleri yıkayın. ileride kullanmak üzere kuru bir yerde kapları, köpük panoları ve akvaryum kabarcık taşları tutun. Köpük fişleri kök sökmek ve otoklava sonra yeniden kullanım için hazır.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu bölümde, burada açıklanan hidroponik sistemi kullanılarak deneyler iki tip sonuçları sunulmaktadır. İlk deneyde, besleyici çözelti çinko farklı konsantrasyonları elde etmek için değiştirildi. Biz de zehirli eleman kadmiyum öldürücü olmayan konsantrasyonlarda (Şekil 7) ekleyerek besin çözeltisi güncellenmiştir. İkinci deneyde, tümevarımsal kökleri ve hidroponik solüsyon içeren kadmiyum (Şekil 8) yetiştirilen bitkilerin yaprakları element bileşimini ölçmek için plazma optik emisyon spektrometresi (ICP-OES) 1 birleştiğinde kullandık. Bu deney, ayrı ayrı kökleri ve yaprakları elde avantajlarını göstermektedir.

Deney 1

Arabidopsis fideleri (Col-0) pr açıklanan topraksız sistemde yetiştirilmiştirotocol 1 ve 2 bitkiler farklı çinko konsantrasyonları (Şekil 7A-B) veya kadmiyum bir öldürücü olmayan konsantrasyonda (Şekil 7C) ile muamele edilmeden önce 3 haftalık bir toplam büyümeye bırakılmıştır adımları tekrarlayın. Ekstra çinko olmadan bitkiler de 7 uM Zn 2+ ile yetiştirilen bitkiler ile karşılaştırıldığında büyüme gecikmeli göstermek ekledi iken Altı gün tedavi sonrası, yüksek çinko konsantrasyonlarının (> 42 uM) yetiştirilen bitkiler, toksisite Zn nedeniyle büyüme gecikmeli gösterdi. Şekil 7 de gösterir kadmiyum (Şekil 7C) maruz kalan bitkilerin tipik sürgün büyüme hızındaki düşüşün, kök büyümesi ve klorotik yaprak belirtileri.

Deney 2

İki hafta sonra, adım 1 ve 2 de tarif edildiği gibi Col-0 bitki yetiştirildi, modifiye edilmemiş (dolu) solüsyonu 20 uM CD içeren hidrofonik çözelti 80 ml ile değiştirildi. 72 saat sonras, kök dokuları Tris, 20 mM (pH 8.0) ve 5 mM EDTA, 80 ml içeren yeni bir kaba bitkiler ile bütün köpük tahta aktarılarak yıkanmıştır. Bu çözelti, kök yüzeyine bağlanmış ağır metalleri kaldırır. Bitkiler 5 dakika için bir döner sallayıcı üzerinde EDTA içeren çözelti içinde kuluçkalanmıştır. EDTA çözeltisi daha sonra Dİ su 80 ml ile ikame edilmiş ve bitkiler, 5 dakika daha döner çalkalayıcıda inkübe edildi. DI suyla Bu durulama işlemi iki kez tekrar edilmiştir. DI su ile bitkiler durulandıktan sonra, yaprak ve kök dokuları, bağımsız olarak toplandı ve ICP-OES 1 işlendi. 8 yaprak elementel kompozisyon, kökleri, farklı olduğunu göstermektedir burada yaprak dokusundaki makro-besleyiciler (Ca, K, Mg) köklerine oranla daha yüksek bir konsantrasyonda mevcut bulunmaktadır. Diğer yandan, Zn ve Fe gibi mikrobesinler tercihli köklerde biriktirilir. esas olmayan eleman kadmiyum konsantrasyonu yüksek olduğu bulunmuştur Köklerde Gher sürgünler ile karşılaştırıldığında.

figure-results-1
Arabidopsis tohumu Şekil 1. Buhar fazlı sterilizasyon. 1.5 ml santrifüj tüplerine göre Arabidopsis tohum (A) miktarı. (B) sterilizasyon için hazır tüp raf tutucu açık kapakları tohum, bir mürekkep işaretli kapakta yer almaktadır ile bir tüp içeren tüpler. (C) Sterilizasyon bir kurutucu, kapağın içinde kurmak ve vana kapalı. (D) öncesi ve sterilizasyon sonrasında mürekkep işareti güçlü rengi ile tohum sterilizasyon sürecine dahil bir tüpün kapağı üzerinde mürekkep işareti. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

dosyaları / ftp_upload / 54317 / 54317fig2.jpg "/>
Şekil 2. Tohum kaplama adımı. (A) Tohumlar kaplama önce sterilize kağıt üzerine yerleştirilir. Steril bir kürdan bu aşama için gereklidir. (B) Hafif ve orta plaka tarafında medya veya su ile kürdan sonuna ıslatın. (C) Tohumlar, MS plakaları ¼ taşınır. (D) tohum ideal yoğunluğudur ≈1 tohum / cm2. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-2
Şekil besin çözeltisi fidan tutmak için kullanılan 3. Köpük fişi. Köpük tüpü fişinin yarısında bir kesi suda bitki yetiştirme plakalardan nakli sırasında fide tutma yardımcı olur.Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-3
Şekil 4. Köpük tahta hazırlanması. (A) büyük miktarlarda köpük panoların hazırlanması önce konteyner boyutu ile şablon köpük kurulu boyutunu kontrol edin. Köpük kurulu merkezinde yapılan iki küçük delikler o tutun ve cımbız kullanarak köpük ele almak daha kolay olduğundan emin olun. (B- C) mantar delici köpük gemide delik oluşturmak için kullanılır. (D) köpük gemide oluşturulan köpük tüp fişi ve delikler arasındaki uygun bir uyum kontrol edin. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.


. Üst görünümü (A) ve yan görünüm (B) hidroponik deney için Şekil 5. Hava pompası ayar numaraları gösterir: 1 - pompa besleyen hava; 2 - hava akışını kontrol etmek için bir supap sistemi hava pompası bağlayarak, plastik boru; 3 - valf sistemi; 4 ve 5 - havalandırma için kabarcık taşlarla valf sistemi bağlayan plastik boru; 6 ve 7 -. (Balık tankları için satılır) kabarcık taşları bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-4
Şekil 6. hidroponik sistem fidelerin aktarılması. (A) orta kalınlıkta levha dışında bir fide almak için cımbız kullanın. (B) fide roo yerleştirinKöpük tüpü fişindeki kesi boyunca t. (C) köpük tahta içine köpük tüp fişini takın. Hazır fide ile (D) tamamlanmış bir köpük tahta ayarı besin çözeltisi üzerine yerleştirilmek için. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-5
Şekil 7. besleyici çözeltiler eksikliği ya da elemanların toksik etkilerini test etmek için değiştirilebilir 4 haftalık hidroponik Muameleden 6 gün sonra Arabidopsis yetiştirilir. (AB) bitkileri ile yetiştirilen 0, 7, 14, 21, 28, 35, 42, ve Zn 50 uM. ile yetiştirilen bitkiler ile karşılaştırıldığında yüksek Zn (> 42 uM) göstermek gecikmeli büyüme (toksisite) Zn olmadan bitkiler de gecikmeli göstermek ekledi ise büyüme (besin eksikliği) yetiştirilen bitkiler 7 uM Zn 2+. (C) Bitkiler (resim CD maruz 6 gün sonra alınmıştır) besleyici çözelti yokluğunda (sol) veya 20 uM Cd varlığında büyütülür. Kadmiyum poz klorozu neden olur ve büyümeyi azaltır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-6
Bitkilerden elde edilen kökler ve sürgünlerin Şekil 8. Element bileşim olup hidroponokal biçimde büyütülmüştür. Gerekli mineralleri çinko ve demir kökleri daha konsantre ise saplar, kökler göre daha fazla makro besinleri (Ca, K, Mg) ihtiva etmektedir. Benzer olmayan temel unsur kadmiyum tercihen kökleri birikir. Hata çubukları,% 95'lik güven aralıklarını (n = 14, sürgünler ve n = 9, kökler) temsil eder._upload / 54317 / 54317fig8large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Besin türü Tuz / Reaktif Topraksız çözelti içinde konsantre birim
makrobesin 3 KNO 1.250 mM
makrobesin KH 2 PO 4 0.625 mM
makrobesin MgSO 4 0.500 mM
makrobesin Ca (NO 3) 2 0.500 mM
Mikronutrient H 3 BO 3 17.500 iM
Mikronutrient MnCl2 5.500 iM
Mikronutrient ZnSO 4 0.500 iM
Mikronutrient Na 2 MoO 4 0.062 iM
Mikronutrient NaCl2 2.500 iM
Mikronutrient CoCl2 0.004 iM
Mikronutrient FeEDTA 12.500 iM

Topraksız çözeltide besinlerin Tablo 1. Etkili konsantrasyonu.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Topraksız için kullanılan fidan sağlık bir hidroponik deney başarısına katkıda bulunan başlıca faktörlerden biridir. aletleri, tohum ve kültür ortamı sterilizasyon da kontaminasyon riskini azaltmada önemli bir rol oynamaktadır ve bu hidroponik sisteme nakledilen önce bitkiler için iyi bir başlangıç ​​sağlar. İyi bir deneysel kurmak için bu tür kontrollü koşullar (ışık yoğunluğu ve sıcaklık) bir otoklav, davlumbaz, soğuk oda (4 ° C), ve büyüme alanı olarak tesisleri ile bir çalışma ortamı gereklidir.

besin çözeltisi tazelik de bitki sağlığını belirler ve buna bir hidroponik deney başarısını belirler. Su, doğrudan ışık altında daha hızlı buharlaşır bu yana, tuzların konsantrasyonu toplam çözüm hacminin azalmasına bağlı olarak değişecektir; bu nedenle haftada en az iki kez hidroponik çözüm değiştirmek için en iyisidir. Ancak, büyük, derin kaplarda isesüresi kısa olan deneyler için besin çözeltisi yerine gerekli olmayabilir kullanıldığı bir hava pompası sistemi ile donatılmıştır. Arabidopsis durumda, daha büyük bir bitki karşılamak için Magenta kaplarında (77 mm genişliğinde x 77 mm uzunluk x 97 mm yükseklik) ancak diğer daha büyük kaplar da kullanılabilir kullanılan unutmayın.

Bitki besin ilgilenen araştırmacılar için, hidroponik deneyler farklı besin durumu 17 bitki fenotipleri ve yanıtları test etmek için benzersiz bir ortam sağlamaktadır. ilgi elemanlarının konsantrasyonlarını manipüle ederek, araştırmacılar yeterlilik, eksiklik veya gerekli ve elzem olmayan besinlerin toksik konsantrasyonlarda etkilerini test etmek için farklı denemeler kurabilirsiniz. toprak tabanlı sisteme göre, hidroponik sistem toprak kaynaklı hastalıklar daha az risk ile bitkiler için daha homojen besin ortamı sağlar. Buna ek olarak, kök ve filiz dokularda toplandı ve kolaylıkla ayrılabilirBelirli bitki dokularında daha fazla analizler için.

temsili bölümde, basit bir hidroponik sistem Bitki beslemede daha detaylı çalışmalar için kullanıldığı iki örnek tanıttı. İlk örnekte, bir çinko konsantrasyonu gradyanı üzerinde büyüyen bitkiler tarafından, bu hidroponik sistem kullanılarak besin kompozisyonu elde edilebilir kontrol seviyesini göstermek için başardık. Ekstra Zn bodur edildi eklendi olmadan bitkiler 7 uM Zn ile yetiştirilen bitkiler ile karşılaştırıldığında büyüdü ise 7 uM Zn ile yetiştirilen bitkiler, 50 uM Zn yetiştirilen bitkilere göre çok daha güçlü bir şekilde büyüdü. Bu durum, bitkiler yeterli koşullar altında büyümeye bırakılmıştır zaman uzunluğuna bir parçası olduğu; medyadan Zn önceki çıkarılması güçlü çinko eksikliği belirtileri ikna etmek olasıdır. Aynı ilkesini uygulayarak, biz bitki büyümesini bozduğu bilinmektedir gerekli olmayan metal, kadmiyum, kullanarak toksisite neden başardık.

SaniyedeÖrnek, 72 saat boyunca 20 uM Cd ile muamele Col-0 kökleri ve sürgünlerin element bileşimi ICP-OES ile belirlenmiştir. Biz kökleri ve sürgünler arasında algılanan tüm metallerde farklılıklar bulundu. çinko ve demir köklerinde daha bol bulunan ise makro elemanları, kökler göre sürgünler daha yüksek konsantrasyonlarda bulundu. Kadmiyum sürgünler oranla kökleri daha konsantre olma, demir ve çinko benzer bir seyir izledi. Bu veriler yaprakları ve kökleri bitkinin ionome durumu hakkında farklı bilgi vermek ve bu nedenle her iki dokular bütün bitki düzeyinde mineral beslenme ve kompozisyon anlamak için ayrı ayrı analiz edilmesi gerekir fikrini güçlendirmektedir. Böyle Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi (AAS) ya da İndaktif Plazma Kütle Spektrometresi (ICP-MS) olarak ICP-OES birkaç spektroskopik yöntemler yanısıra bitkinin element bileşimi (ionome) 18-20 dokular ölçmek için kullanılabilir.

Bir hydroponi içindec deney, belirtileri ve farklı besin koşullara yanıt bitkilerin fenotipleri daha içine uzatılabilir ne olabilir başlangıcı gibi gen ifadesinin (transkriptomiks) ve protein bolluğu (proteomik) olarak analiz özenli temsil etmektedir. Bu -omic teknikler dokuya özel bir şekilde işlemleri dikkate alınarak bitki metabolizmasının entegre anahtarlarıdır.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu araştırma, Missouri Üniversitesi Araştırma Kurulu (Proje CB000519) ve ABD Ulusal Bilim Vakfı (IIA-1430428 - DMC) tarafından desteklenmiştir. Nga T. Nguyen, Vietnam Eğitim Vakfı Eğitim Programı (Değişim ziyaretçi programı No. G-3-10180) tarafından desteklenmiştir. Ayrıca video kayıt ve düzenleme oturumları sırasındaki yardımı ve uzmanlığı için Roger Meissen'e (MU Bond Yaşam Bilimleri Merkezi) teşekkür ederiz.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Tohum sterilizasyonu için
BleachClorox CompanyNANormal ağartıcı
www.cloroxprofessional.com
Hidroklorik asitFisher ScientificA144-500
Kurutucu gövdesiNalgeneD2797 SIGMASigma-Aldrich
Desiccator plakasıNalgenetarafından pazarlanmaktadır5312-0230Thermo Scientific
Bir çeyrek için MS orta hazırlık
MESAcros Organics1725910004-Morfolineetansülfonik asit hidrat
Murashige ve Skoog (MS)Sigma-AldrichM0404-10L
KOHFisher ScientificP250-500
PhytoagarDuchefa BiochemieP1003.1000
Kare plakaFisher Scientific0875711AIzgaralı Tek Kullanımlık Petri Kabı
Tohum kaplama için 
Filtre kağıdıWhatman1004090
KürdanJarden Ev MarkalarıNA
Alüminyum folyoReynolds WrapNAStandart alüminyum folyo
Mikro gözenekli bant3M Health Care19-898-074Cerrahi bant; Fisher Scientific
Hidroponik çözelti hazırlama için
KNO3Fisher Scientific BP368-500
KH2PO4Fisher BilimselP386-500
MgSO4Fisher ScientificM63-500
Ca(NO3)2Acros OrganicsA0314209
H3BO3SigmaB9645-500G
MnCl2Sigma-AldrichM7634-100G
ZnSO4SigmaZ0251-100G
Na2MoO4Aldrich737-860-5G
NaCl2Fisher ScientificS271-1
CoClSigma-Aldrich232696-5G
FeEDTASigmaE6760-100G
" Stericup & Steritop" şişe Milipore CorporationSCGVU02REMikro besin kabı
www.milipore.com
Kök yıkama tamponu hazırlığı için
EDTAAcros OrganicsA0305456
TrisFisher ScientificBP154-1
Hidroponik kurulum için
Otoklavlanabilir köpük tüp tapasıJaece Sanayi A.Ş.L800-AIdenti-Fişler 2R = 6-13 mm
Köpük Levha ileStrafor Markası  DowESR-2142Kalınlık 1/2 inç
Mantar deliciHumboldtH-9662Saplı Mantar Delici Setleri, 6'lı Kaplama Pirinç Set, 3/16 "ila 1/2" OD Boyutu
Hava pompasıSu KültürüMK-1504
Hava pompasıWal-mart Stores, Inc. tarafından pazarlanmaktadır.
Havayolu boru ve akvaryum kabarcık taşlarıSu KültürüBoruları: 928 / 25-S
Taş: ASC-1
Diğer
EtanolFisher ScientificA995-4Reaktif Alkol
Kadmiyum Klorür (CdCl2)Sigma-Aldrich10108-64-2
tarafından pazarlanmaktadır deliklere fit Wal-mart Stores, Inc. tarafından pazarlanan havayolu boru ve akvaryum kabarcık taşları

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. McDowell, S. C., et al. Elemental Concentrations in the Seed of Mutants and Natural Variants of Arabidopsis thaliana Grown under Varying Soil Conditions. PLoS ONE. 8, 1-11 (2013).
  2. Alatorre-Cobos, F., et al. An improved, low-cost, hydroponic system for growing Arabidopsis and other plant species under aseptic conditions. BMC Plant Biol. 14, 69-69 (2014).
  3. Berezin, I., Elazar, M., Gaash, R., Avramov-Mor, M., Shaul, O. The Use of Hydroponic Growth Systems to Study the Root and Shoot Ionome of Arabidopsis thaliana. Hydroponics - A Standard Methodology for Plant Biological Researches. Asao, T. , InTech. ISBN: 978-953-51-0386-8 (2012).
  4. Conn, S. J., et al. Protocol: optimising hydroponic growth systems for nutritional and physiological analysis of Arabidopsis thaliana and other plants. Plant Methods. 9, 4-4 (2013).
  5. Kopittke, P. M., Blamey, F. P. C., Asher, C. J., Menzies, N. W. Trace metal phytotoxicity in solution culture: a review. J. Exp. Bot. 61, 945-954 (2009).
  6. Gent, M. P. N. Composition of hydroponic lettuce: effect of time of day, plant size, and season. J. Sci. Food Agric. 92, 542-550 (2012).
  7. Gibbs, J., Turner, D. W., Armstrong, W., Darwent, M. J., Greenway, H. Response to oxygen deficiency in primary maize roots. I. Development of oxygen deficiency in the stele reduces radial solute transport to the xylem. Funct. Plant Biol. 25, 745-758 (1998).
  8. Zobel, R. W., Del Tredici, P., Torrey, J. G. Method for Growing Plants Aeroponically. Plant Physiol. 57, 344-346 (1976).
  9. Chang, D. C., Park, C. S., Kim, S. Y., Lee, Y. B. Growth and Tuberization of Hydroponically Grown Potatoes. Potato Research. 55, 69-81 (2012).
  10. Resh, H. M. Hydroponic Food Production : A Definitive Guidebook for the Advanced Home Gardener and the Commercial Hydroponic Grower, Seventh Edition. , CRC Press. 199-292 (2012).
  11. Sharma, H. K., Chawan, D. D., Daiya, K. S. Effect of different soil types on plant growth, leaf pigments and sennoside content in Cassia species. Pharmaceutisch weekblad. 2, 65-67 (1980).
  12. Strojny, Z., Nowak, J. S. Effect of different growing media on the growth of some bedding plants. Acta horticulturae. 19, 157-162 (2004).
  13. Bent, A. Arabidopsis thaliana floral dip transformation method. Methods Mol Biol. 2, 87-103 (2006).
  14. Chemical Safety Environmental Health and Safety - University of Missouri. , University of Missouri. Available from: https://ehs.missouri.edu/ (2013).
  15. Murashige, T., Skoog, F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiol. Plant. 15, 473-497 (1962).
  16. Lee, D. A., Chen, A., Schroeder, J. I. ars1, an Arabidopsis mutant exhibiting increased tolerance to arsenate and increased phosphate uptake. Plant J. 35, 637-646 (2003).
  17. Pii, Y., Cesco, S., Mimmo, T. Shoot ionome to predict the synergism and antagonism between nutrients as affected by substrate and physiological status. Plant Physiol. Biochem. 94, 48-56 (2015).
  18. Baxter, I. Ionomics: studying the social network of mineral nutrients. Curr. Opin. Plant Biol. 12, 381-386 (2009).
  19. Baxter, I. Ionomics: The functional genomics of elements. Brief Funct Genomics. 9, 149-156 (2010).
  20. Salt, D. E. Update on plant ionomics. Plant Physiol. 136, 2451-2456 (2004).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Hydroponic SystemNutrient AllocationPlant ResponsesNutrient AvailabilityToxic ElementsSeed SterilizationHydroponic SolutionFoam Board SetupAeration SystemElemental Analysis

Related Articles