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हीड्रोपोनिक्स: एक बहुमुखी प्रणाली का अध्ययन करने के लिए पोषक तत्वों की उपलब्धता और विषाक्त तत्वों के संपर्क में पोषक तत्व आबंटन और संयंत्र प्रतिक्रियाओं

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Nguyen, N. T., McInturf, S. A., Mendoza-Cózatl, D. G. Hydroponics: A Versatile System to Study Nutrient Allocation and Plant Responses to Nutrient Availability and Exposure to Toxic Elements. J. Vis. Exp. (113), e54317, doi:10.3791/54317 (2016).

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Abstract

Hydroponic सिस्टम संयंत्र जीव विज्ञान अनुसंधान के लिए मानक तरीकों में से एक के रूप में उपयोग किया गया है और यह भी सलाद और टमाटर सहित कई फसलों के लिए वाणिज्यिक उत्पादन में किया जाता है। संयंत्र अनुसंधान समुदाय के भीतर, कई hydroponic सिस्टम जैविक और अजैविक दबावों के लिए संयंत्र प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए डिजाइन किया गया है। यहाँ हम एक हाइड्रोपोनिक प्रोटोकॉल आसानी से संयंत्र खनिज पोषण पर पढ़ाई में दिलचस्पी प्रयोगशालाओं में लागू किया जा सकता है कि प्रस्तुत करते हैं।

इस प्रोटोकॉल hydroponic प्रणाली में विस्तार से सेट अप और सफल प्रयोगों के लिए संयंत्र सामग्री की तैयारी का वर्णन है। सामग्री इस प्रोटोकॉल में वर्णित के अधिकांश वैज्ञानिक आपूर्ति कंपनियों के बाहर पाया जा सकता है, हाइड्रोपोनिक प्रयोगों के लिए सेट अप कम खर्चीला है और सुविधाजनक बना रही है।

एक हाइड्रोपोनिक विकास प्रणाली के उपयोग की स्थिति में सबसे लाभप्रद है जहां पोषक तत्व मीडिया जब बरकरार ro अच्छी तरह से नियंत्रित किया जा करने की जरूरत है औरओटीएस बहाव के अनुप्रयोगों के लिए काटा जा करने की जरूरत है। हम यह भी प्रदर्शन कैसे पोषक तत्वों की सांद्रता दोनों आवश्यक पोषक तत्वों और विषाक्त गैर जरूरी तत्वों को संयंत्र प्रतिक्रियाओं को प्रेरित करने के लिए संशोधित किया जा सकता है।

Introduction

पौधों कुछ जीवों कि अकार्बनिक आयनों, पानी और सीओ 2 ऊर्जा सूर्य से कब्जा कर लिया 1 का उपयोग करने से सभी आवश्यक चयापचयों संश्लेषण कर सकते हैं शामिल हैं। हीड्रोपोनिक्स बढ़ती पौधों की एक विधि है कि के साथ या ठोस मीडिया के बिना एक तरल समाधान में पोषक तत्वों के सभी प्रदान करके इस तथ्य का लाभ लेता है, उनके अकार्बनिक रूप में है। Hydroponic सिस्टम बड़े पैमाने पर पोषक तत्वों की आवश्यकताओं और भी Arabidopsis में कुछ तत्वों और अन्य पौधों की प्रजातियों 2-5 की विषाक्तता की खोज के लिए वैज्ञानिकों द्वारा इस्तेमाल किया गया है। उदाहरण के लिए, Berezin एट अल। 3, Conn एट अल। 4, और Alatorre-Cobos एट अल। 2 hydroponic सिस्टम और टमाटर और तंबाकू सहित कई पौधों की प्रजातियों का इस्तेमाल किया, खनिज विश्लेषण 2-4 के लिए पर्याप्त बायोमास संयंत्र उत्पन्न करते हैं। हीड्रोपोनिक्स के औद्योगिक अनुप्रयोगों में भी इस तरह टमाटर और सलाद के रूप में 6 फसलों के लिए विकसित किया गया है। यहाँ, हम ओअनुसंधान, उपलब्ध तरीकों में संभव रूपांतरों के संदर्भ में हीड्रोपोनिक्स का उपयोग utline, और अंत में एक प्रणाली है कि आसानी से अनुसंधान संयंत्र खनिज पोषण अध्ययन करने में रुचि प्रयोगशालाओं के लिए स्केलेबल और उपयोगी हो सकता है प्रस्तुत करते हैं।

Hydroponic सिस्टम जड़ ऊतक की आसान जुदाई और पोषक तत्वों की उपलब्धता के सटीक नियंत्रण के लिए अनुमति

हीड्रोपोनिक्स मिट्टी आधारित प्रणाली पर कई लाभ प्रदान करता है। जब मिट्टी से हटा दिया, जड़ ऊतक अक्सर यंत्रवत् ऊतक या नुकसान का नुकसान हो sheared है। इस तरह के पार्श्व जड़ों और जड़ बाल रूप में ठीक जड़ संरचनाओं के लिए विशेष रूप से सच है। Hydroponic प्रणाली है कि एक निष्क्रिय कण मीडिया का उपयोग नहीं करते रूट की एक कम आक्रामक जुदाई की अनुमति है और ऊतकों को गोली मार।

मिट्टी प्रणालियों में, पोषक तत्वों के रूप में मिट्टी मैट्रिक्स भर में पोषक तत्वों की bioavailability परिवर्तन मिट्टी के भीतर सूक्ष्म वातावरण बनाने मिट्टी के कणों के लिए बाध्य। यह जeterogeneity पोषक तत्वों या अन्य अणुओं के बाहरी एकाग्रता पर एक सटीक नियंत्रण की जरूरत के प्रयोगों में जटिलता के एक अतिरिक्त स्तर जोड़ सकता है। इसके विपरीत, हाइड्रोपोनिक समाधान सजातीय है और आसानी से प्रयोग के पाठ्यक्रम में बदला जा सकता है।

Hydroponic सिस्टम के वेरिएंट

सभी हाइड्रोपोनिक संस्कृतियों एक पोषक तत्व समाधान पर भरोसा संयंत्र के लिए आवश्यक तत्व देने के लिए। पोषक तत्वों के अलावा, जड़ें भी ऑक्सीजन की एक सतत आपूर्ति की जरूरत है। जब जड़ें ऑक्सीजन में कमी हो जाते हैं वे संयंत्र शरीर 7 के आराम करने के लिए और परिवहन चयापचयों अप लेने में असमर्थ हैं। Hydroponic सिस्टम कैसे वे जड़ों को ऑक्सीजन और अन्य पोषक तत्वों देने के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है: एयर (शास्त्रीय हीड्रोपोनिक्स) के साथ समाधान saturating, हर समय जड़ों जलमग्न नहीं द्वारा ऑक्सीजन वितरण, या जड़ों को पूरी तरह से अवगत कराया जा करने की अनुमति देकर हवा (aeroponics) 8। हीड्रोपोनिक्स में,पोषक तत्व समाधान हवा इसके उपयोग के लिए पहले से संतृप्त किया जा सकता है और अक्सर बदल गया है, या हवा लगातार संयंत्र 9 के जीवन चक्र पर समाधान में आपूर्ति की जा सकती। वैकल्पिक रूप से, पौधों को भी निष्क्रिय मीडिया (जैसे, रॉकवूल, vermiculite, या मिट्टी छर्रों) पर हो गई है और मीडिया के माध्यम से समाधान टपकता या पोषक तत्व समाधान 10 में सब्सट्रेट जलमग्न समय समय से गीला शुष्क चक्र के अधीन किया जा सकता है। aeroponics में, जड़ों सुखाना को रोकने के लिए पोषक तत्व समाधान के साथ छिड़काव किया जाता है।

Hydroponic सिस्टम का नुकसान

हालांकि हाइड्रोपोनिक संस्कृतियों मिट्टी आधारित सिस्टम पर स्पष्ट लाभ प्रदान करते हैं, वहाँ कुछ विचार है कि जब डेटा की व्याख्या को स्वीकार किया जाना चाहिए रहे हैं। उदाहरण के लिए, hydroponic सिस्टम की स्थिति है कि गैर-शारीरिक रूप में देखा जा सकता है के लिए पौधों का पर्दाफाश। इसलिए, phenotypes या संयंत्र प्रतिक्रियाओं hydroponic सिस्टम का उपयोग कर परिमाण whe में भिन्न हो सकते हैं का पता चलाn पौधों वैकल्पिक प्रणालियों (जैसे, मिट्टी या आगर-आधारित मीडिया) में बड़े हो रहे हैं। ये विचार hydroponic सिस्टम के लिए अद्वितीय नहीं कर रहे हैं; अंतर प्रतिक्रियाएं भी मनाया जा सकता है, तो पौधों को मिट्टी 11,12 के विभिन्न प्रकारों में बड़े हो रहे हैं।

निम्नलिखित प्रोटोकॉल कैसे एक प्रयोगशाला में एक hydroponic प्रणाली स्थापित करने पर कदम दर कदम निर्देश प्रदान करता है। इस प्रोटोकॉल Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) के लिए अनुकूलित किया गया है; हालांकि, इसी तरह या कुछ मामलों में समान कदम अन्य प्रजातियों विकसित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

Protocol

1. अंकुर नर्सरी

  1. Arabidopsis बीज की भाप चरण नसबंदी
    1. 1.5 मिलीलीटर अपकेंद्रित्र ट्यूब में बीज (40-50 मिलीग्राम) डालो। (उचित बीज की मात्रा के लिए चित्रा 1 देखें, ~ 50 μl)। पेंसिल के साथ प्रत्येक ट्यूब (स्याही नसबंदी के दौरान दूर फीका हो सकता है) लेबल। प्रत्येक लेबल ट्यूब प्लेस, खुले टोपी, एक desiccator 13 में।
    2. एक सक्रिय धूआं हुड में desiccator रखें और desiccator के वाल्व को बंद करें।
    3. विभाज्य एक 250 मिलीलीटर बीकर में ब्लीच की 100 मिलीलीटर (NaClO 6.15%) और फिर desiccator में जगह है।
    4. जल्दी ब्लीच एक हस्तांतरण पिपेट का उपयोग करने के लिए 12 एम हाइड्रोक्लोरिक एसिड के 3 मिलीलीटर जोड़ें। जल्दी desiccator का ढक्कन बंद के रूप में प्रतिक्रिया के लिए तेजी से आगे बढ़ता है। नसबंदी 4 घंटा (स्याही के साथ एक ट्यूब अंकन और स्याही दूर नहीं हो पाती कल्पना करने के लिए कि क्लोरीन गैस के लिए पर्याप्त मात्रा में उत्पन्न किया गया है में मदद करता है देखने के) के लिए आगे बढ़ने की अनुमति दें।
      चेतावनी: क्लोरीन गैस विषैला होता है; संभालनाएक कार्यात्मक धूआं हुड में अतिरिक्त सुरक्षा सावधानियों के साथ अपने अवशेषों। स्थानीय अधिकारियों से संपर्क करें या पर्यावरणीय स्वास्थ्य और सुरक्षा विभाग के वेबपेज पर जाएँ - एक धूआं हुड प्रयोग करने के लिए रासायनिक सुरक्षा और दिशा निर्देशों के लिए मिसौरी विश्वविद्यालय (ESH-यू) 14: https://ehs.missouri.edu/chem/।
    5. पंद्रह मिनट पहले नसबंदी पूरा (3.75 घंटा), एक लामिना का प्रवाह हुड पर बारी और सतह 70% इथेनॉल का उपयोग कर साफ।
    6. बाद नसबंदी के 4 घंटा वाल्व खोलने, संक्षेप में धूआं हुड के अंदर desiccator का ढक्कन हटा दें, ब्लीच को हटा दें, और संस्थागत प्रक्रियाओं के अनुसार यह निपटाने। यह कदम क्लोरीन धुएं का एक बड़ा हिस्सा जारी करेंगे। नसबंदी कक्ष को सील करने और लामिना का प्रवाह हुड के लिए इसे लाने। ढक्कन व्यापक रूप से खोलें और लगभग 40 मिनट के लिए निष्फल बीज aerate। इस समय के बाद, तुरंत बीज का उपयोग करें या एक सूखी जगह में स्टोर।
      नोट: बीज की भाप चरण नसबंदी की सिफारिश की है, लेकिन अन्य तरीकों सुAlatorre-Cobos एट अल। 2 में वर्णित के रूप में इथेनॉल, ब्लीच और पानी के साथ चर्चा के रूप में वैकल्पिक washes समान रूप से कुशल हैं।
  2. बीज अंकुरण के लिए संस्कृति मीडिया
    नोट: इस चरण में तैयार संस्कृति मीडिया ¼ विटामिन 15 के साथ Murashige और Skoog (एमएस) है।
    1. 450 मिलीलीटर विआयनीकृत पानी (डि पानी), 0.55 छ एमएस मीडिया प्लस विटामिन, 0.3 ग्राम एमईएस (4-morpholineethanesulfonic एसिड हाइड्रेट), और एक 1 एल कांच बीकर में एक चुंबकीय हलचल बार जोड़ें।
    2. भंग और NaOH का उपयोग 5.7 पीएच को समायोजित और फिर 3.5 ग्राम phytoagar जोड़ें। 5 मिनट के लिए समाधान सरगर्मी रखें।
    3. एक स्नातक की उपाधि प्राप्त सिलेंडर में पूरे समाधान डालो और 500 मिलीलीटर के लिए डि पानी जोड़ें। चुंबकीय हलचल पट्टी के अंदर के साथ इस 500 मिलीलीटर समाधान आटोक्लेव, एक 1 एल autoclavable बोतल का उपयोग कर।
    4. बाद समाधान autoclaved किया गया है, बोतल में चुंबकीय उत्तेजक का उपयोग कर 7-10 मिनट के लिए समाधान हलचल।
    5. बाद मीडिया ठंडा हो गया50-60 डिग्री सेल्सियस के लिए, बाँझ शर्तों के तहत प्लेटों में मीडिया डालना और यह जमना। प्लेट्स ठंड कमरे में बाद में उपयोग के लिए भंडारित किया जा सकता है।
  3. बीज चढ़ाना
    1. लामिना का प्रवाह हुड में 15 मिनट का उपयोग और 70% इथेनॉल के साथ सतह को साफ करने से पहले चालू करें। निम्नलिखित मदों के लिए आवश्यक हैं: बाँझ बीज, फिल्टर पेपर, toothpicks Micropore टेप और ¼ एमएस प्लेटें।
    2. एक बाँझ फिल्टर पेपर पर बाँझ बीज रखें। एक बाँझ दंर्तखोदनी (बाँझ पानी के साथ या ¼ एमएस मीडिया poking द्वारा) का थोड़ा गीला एक छोर। फिल्टर पेपर से बीज लेने के लिए और फिर उन्हें मीडिया की सतह पर बिछाने के लिए इस moisturized अंत का प्रयोग करें।
    3. 2 सेमी के अनुसार लगभग 1 बीज (चित्रा 2) के घनत्व पर थाली भर के बीज बिखरा हुआ है। फिर थाली ढक्कन प्लेट शरीर से जुड़ी रखने के लिए Micropore टेप का उपयोग करें। टेप के इस प्रकार है, जबकि हवा और microclimate insid के बीच गैस विनिमय की अनुमति के प्रदूषण को रोकने में मदद करता हैप्लेट ई।
    4. अंकुरण से पहले, ठंडे कमरे में प्लेटें दो दिन रखकर विभक्त बीज प्रकाश से कवर किया।
    5. स्तरीकरण के बाद, एक विकास कक्ष में या इष्टतम विकास की स्थिति (23 डिग्री सेल्सियस, 16 घंटा प्रकाश / 8 घंटा अंधेरे और 60% Arabidopsis के लिए सापेक्ष आर्द्रता) के साथ एक जगह में बीज जगह है। Seedlings हीड्रोपोनिक्स 10-12 दिनों के अंकुरण के बाद के लिए तैयार हो जाएगा।
      नोट: अंकुरण के दौरान वहाँ थाली के ढक्कन के नीचे महत्वपूर्ण संक्षेपण हो सकता है, डूबने को रोकने के लिए, अतिरिक्त पानी एक लामिना का प्रवाह हुड में बाँझ शर्तों के तहत खारिज किया जाना चाहिए।

2. Hydroponic सेटअप और प्रत्यारोपण की प्रक्रिया

  1. hydroponic समाधान
    नोट: के रूप में परिचय में उल्लेख किया है, पौधों विशिष्ट पोषण आवश्यकताओं को हो सकता Arabidopsis सफलतापूर्वक पोषक तत्व समाधान तालिका 1 16 में दिखाया गया है के साथ हो गई है आपूर्तिकर्ताओं पर निर्भर करता है,।।यहाँ सूचीबद्ध लवण अलग पानी की मात्रा (हाइड्रेटेड) और ऐसे विकल्प का उपयोग कर के रूप में लंबे समय के रूप molarity लगातार आयोजित किया जाता है पोषक तत्व समाधान के गुणों को प्रभावित नहीं करता है हो सकता है।
    1. विभिन्न बोतलों (तालिका 1) और एक बाँझ बोतल में फे-EDTA के अलावा सभी सूक्ष्म पोषक तत्वों में प्रत्येक macronutrient का जायजा समाधान तैयार (0.22 माइक्रोन झिल्ली का उपयोग निस्पंदन द्वारा बाँझ)। जब समाधान मिश्रण हमेशा आखिरी में फे-EDTA जोड़ें। 4 डिग्री सेल्सियस पर प्रयोग लेकिन आटोक्लेव और दुकान के अग्रिम में एक 10x पोषक तत्व समाधान तैयार है। का प्रयोग करें या पोषक तत्वों केवल जब पोषक तत्व समाधान कमरे के तापमान पर पहुँच गया है बदल जाते हैं।
  2. रोपाई
    1. संयंत्र धारक और हाइड्रोपोनिक कंटेनर तैयार
      1. फोम में एक चीरा, इसकी लंबाई एक रेजर ब्लेड का उपयोग कर के साथ चल रहा है (चित्रा 3 देखें)। संयंत्र प्रति एक प्लग तैयार करें।
      2. तरल-आटोक्लेव फोम ट्यूब प्लग डि पानी में भिगो। </ Li>
      3. छोटे बोर्डों में फोम पैनल कट, कि चौड़ाई और फोम बोर्ड की लंबाई 0.5-1.0 सेमी कंटेनर के आकार की तुलना में कम कर रहे हैं सुनिश्चित कर रही है (चित्रा 4 देखें)।
      4. फोम बोर्ड पर छेद बनाने के लिए एक काग बोरर का प्रयोग करें। पौधों का घनत्व समान रूप से वितरित किया जाना चाहिए, आदर्श 10 2 सेमी प्रति 1 संयंत्र। यह घनत्व पौधों बड़े करीने से एक दूसरे से अलग रखना होगा, उच्च घनत्व हालांकि संभव हो रहे हैं और प्रयोगों की सफलता में बाधा नहीं होगी। सुनिश्चित करें कि छेद के आकार के प्लग के आकार से मेल खाता है (चित्रा 4 देखें)।
      5. पोषक तत्व समाधान के साथ कंटेनर भरें। सुनिश्चित करें कि समाधान की गहराई जड़ विकास (कम से कम 5 सेमी) के लिए पर्याप्त है सुनिश्चित करें। तो ध्यान से समाधान की सतह पर फोम बोर्ड जगह है।
      6. (चित्रा 5) एयर पंप प्रणाली समाधान में ऑक्सीजन प्रदान करने के लिए सेट करें।
        नोट: पोषक तत्व समाधान सैम के साथ हाइड्रोपोनिक कंटेनर में भरेंई दिन पौध प्रत्यारोपित किया जा रहा है। प्रकाश से कंटेनर के पक्ष कवर काई वृद्धि को रोकने में मदद मिलेगी।
    2. प्लेटों से hydroponic प्रणाली को अंकुर हस्तांतरण
      1. छोटी चिमटी का प्रयोग धीरे मध्यम थाली से बाहर प्रत्येक अंकुर खींचने के लिए और फोम ट्यूब प्लग का चीरा साथ जड़ रखना। ध्यान से फोम बोर्ड में अंकुर पकड़े तो बोर्ड वापस हाइड्रोपोनिक कंटेनर के लिए जगह फोम ट्यूब प्लग। उचित हेरफेर के लिए चित्रा 6 देखें।

3. Hydroponic प्रयोगों

  1. पोषक तत्व समाधान प्रतिस्थापन और हेरफेर
    1. पोषक तत्व समाधान प्रतिस्थापन
      1. पोषक तत्व समाधान की जगह, ताजा हाइड्रोपोनिक समाधान 2.1 चरण में वर्णित के रूप में तैयार करते हैं। फोम युक्त पौधों बोर्ड हाइड्रोपोनिक कंटेनर से निकालें और एक अस्थायी से भरे कंटेनर में जगहपानी या हाइड्रोपोनिक समाधान।
      2. पुराने समाधान त्यागें, संक्षेप में कंटेनर कुल्ला डि पानी के साथ तीन बार। इस कंटेनर में हौसले से तैयार हाइड्रोपोनिक समाधान जोड़ें और धीरे हाइड्रोपोनिक कंटेनर में वापस पौधों के साथ फोम बोर्ड जगह है। एक सप्ताह में दो बार हाइड्रोपोनिक समाधान बदलें।
    2. हाइड्रोपोनिक समाधान के पोषक तत्व संरचना को बदलने
      1. तालिका 1 में दिखाया हित के एक तत्व के अंतिम एकाग्रता को संशोधित करने के लिए हाइड्रोपोनिक समाधान की रचना को समायोजित करें। उदाहरण के लिए, प्रेरित लोहा (Fe) की कमी, फे-EDTA की एकाग्रता में कमी करने के लिए हाइड्रोपोनिक समाधान संशोधित करने के लिए। तुलना के लिए पूर्ण (या परिपूर्ण) हाइड्रोपोनिक समाधान पर हो नियंत्रण पौधों का एक सेट, किसी भी संशोधन के बिना, को शामिल करें।
      2. एक जहरीले तत्व के साथ पोषक तत्व समाधान में हेरफेर करने के लिए, पहली वांछित जहरीले तत्व की एक स्वतंत्र शेयर समाधान, अधिमानतः 1,000x केंद्रित तैयार करते हैं। का उपयोगपिपेट वांछित अंतिम एकाग्रता 1,000x केंद्रित शेयर का उपयोग करने पर जहरीले तत्व के साथ हाइड्रोपोनिक समाधान स्पाइक के लिए।
      3. उदाहरण के लिए, क्रम में हाइड्रोपोनिक कैडमियम की 20 माइक्रोन से युक्त समाधान के 3 एल बनाने के लिए, एक 0.5 एम CdCl 2 शेयर तैयार है, और 3 एल हाइड्रोपोनिक समाधान में 0.5 एम CdCl 2 शेयर के 120 μl जोड़ें। तुलना के लिए CdCl 2 बिना हीड्रोपोनिक्स पर बड़े पौधों की एक नियंत्रण सेट शामिल करें।
        सावधानी: इस तरह के कैडमियम, आर्सेनिक और नेतृत्व के रूप में विषाक्त तत्वों को मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण के लिए बहुत खतरनाक हैं। स्थानीय अधिकारियों से संपर्क करें या (https://ehs.missouri.edu/train/chemical.html) EHS-म्यू के वेबपेज पर जाएँ कृपया 14 प्रयोगों का आयोजन करने से पहले पर्यावरण और स्वास्थ्य सुरक्षा के दिशा निर्देशों के लिए।
  2. अगले प्रयोगों के लिए साधन नसबंदी
    1. के रूप में लगभग सभी सामग्री हाइड्रोपोनिक स्थापित किया जा सकता तैयार करने के लिए इस्तेमाल कियापुन: उपयोग, पतला ब्लीच के साथ अलग-अलग हिस्सों (NaClO 0.6%) साफ।
    2. ब्लीच के साथ rinsing के बाद, डि पानी के साथ अच्छी तरह से सभी सामग्री कुल्ला। भविष्य में उपयोग के लिए एक सूखी जगह में कंटेनर, फोम बोर्ड, और मछलीघर बुलबुला पत्थर रखें। फोम प्लग जड़ों को दूर करने और autoclaved होने के बाद पुन: उपयोग करने के लिए तैयार हैं।

Representative Results

इस खंड में, प्रयोगों के दो प्रकार, यहाँ वर्णित हाइड्रोपोनिक प्रणाली का उपयोग करने के परिणाम प्रस्तुत कर रहे हैं। पहले प्रयोग में, पोषक तत्व समाधान जस्ता के विभिन्न सांद्रता प्राप्त करने के लिए संशोधित किया गया था। हम यह भी (चित्रा 7) जहरीले तत्व कैडमियम की गैर घातक सांद्रता जोड़कर पोषक तत्व समाधान संशोधित। दूसरे प्रयोग में, हम उपपादन प्लाज्मा ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी OES) 1 मिलकर इस्तेमाल जड़ों और हाइड्रोपोनिक समाधान युक्त कैडमियम (8 चित्रा) में बड़े पौधों की पत्तियों की मौलिक रचना को मापने के लिए। इस प्रयोग के लिए अलग से जड़ों और पत्तियों प्राप्त करने के फायदे को दिखाता है।

प्रयोग 1

Arabidopsis पौध (कर्नल-0) पीआर में वर्णित hydroponic प्रणाली में बड़े हो रहे थेotocol चरण 1 और 2 संयंत्रों अलग जस्ता सांद्रता (चित्रा 7A-बी) या कैडमियम की एक गैर घातक एकाग्रता (चित्रा 7) के साथ इलाज किया जा रहा से पहले 3 सप्ताह के कुल के लिए विकसित करने के लिए अनुमति दी गई। छ: दिन इलाज के बाद, उच्च जस्ता सांद्रता (> 42 माइक्रोन) के कम से बड़े पौधों, विषाक्तता Zn के कारण विकास में देरी, जबकि अतिरिक्त जिंक के बिना पौधों गयी यह भी पता चलता विकास 7 सुक्ष्ममापी Zn + 2 के साथ बड़े पौधों की तुलना में देरी दिखाया। चित्रा 7 भी पता चलता है जड़ विकास शूटिंग के विकास में कमी, और chlorotic पत्ती लक्षण कैडमियम (चित्रा 7) के संपर्क में पौधों के ठेठ।

प्रयोग 2

चरण 1 और 2 में वर्णित के रूप में दो सप्ताह के बाद कर्नल -0 पौधों बड़े हो रहे थे, गैर संशोधित (परिपूर्ण) समाधान हाइड्रोपोनिक युक्त 20 माइक्रोन सीडी समाधान के 80 मिलीलीटर के साथ बदल दिया गया था। 72 घंटे के बादएस, जड़ ऊतकों Tris 20 मिमी (8.0 पीएच) और 5 मिमी EDTA के 80 मिलीग्राम से युक्त एक नए पोत के लिए पौधों के साथ पूरे फोम बोर्ड के हस्तांतरण से धोया गया। यह समाधान जड़ की सतह के लिए बाध्य भारी धातुओं को हटा देगा। पौधों 5 मिनट के लिए एक रोटरी प्रकार के बरतन पर EDTA युक्त समाधान में incubated रहे थे। EDTA समाधान तो डि पानी की 80 मिलीलीटर की जगह थी और पौधों के लिए एक अतिरिक्त 5 मिनट के लिए रोटरी प्रकार के बरतन पर incubated रहे थे। डि पानी के साथ यह rinsing कदम दो बार दोहराया गया था। डि पानी के साथ पौधों rinsing के बाद, पत्ती और जड़ ऊतकों स्वतंत्र रूप से काटा गया और आईसीपी OES 1 के लिए कार्रवाई की। चित्रा 8 से पता चलता है कि पत्तियों की मौलिक रचना जड़ों से अलग है जहां macronutrients (सीए, कश्मीर, और मिलीग्राम) पत्ती के ऊतकों में जड़ों की तुलना में उच्च एकाग्रता में मौजूद हैं। दूसरी ओर, इस तरह के Zn और फे के रूप में सूक्ष्म पोषक तत्वों preferentially जड़ों में जमा कर रहे हैं। गैर जरूरी तत्व कैडमियम की एकाग्रता हाय होना पाया गया जड़ों में gher गोली मारता है की तुलना में।

आकृति 1
चित्रा 1. Arabidopsis बीज की भाप चरण नसबंदी। (ए) के अनुसार 1.5 मिलीलीटर अपकेंद्रित्र ट्यूब Arabidopsis बीज की मात्रा। (बी) ट्यूब रैक धारक में खुला नसबंदी के लिए तैयार टोपी के साथ बीज, के साथ एक स्याही में अंकित टोपी पर शामिल किया गया है एक ट्यूब युक्त ट्यूबों। (सी) बंध्याकरण एक desiccator, ढक्कन के अंदर स्थापित किया है और वाल्व बंद कर दिया। (डी) एक ट्यूब से पहले और नसबंदी के बाद स्याही के निशान की मजबूत रंग के साथ बीज नसबंदी प्रक्रिया में शामिल के ढक्कन पर स्याही के निशान। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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चित्रा 2. बीज चढ़ाना कदम है। (ए) के बीज निष्फल कागज पर चढ़ाना पहले रखा जाता है। एक निष्फल दंर्तखोदनी भी इस कदम के लिए आवश्यक है। (बी) थोड़ा मध्यम प्लेट के किनारे पर मीडिया या पानी के साथ दंर्तखोदनी के अंत गीला। (सी) के बीज एमएस प्लेटों ¼ के लिए ले जाया जाता है। (डी) ≈1 बीज / 2 सेमी। बीजों का एक आदर्श घनत्व है यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. फोम पोषक तत्व समाधान में पौध धारण करने के लिए इस्तेमाल किया प्लग। फोम ट्यूब प्लग के आधे पर एक चीरा प्लेटों से हीड्रोपोनिक्स के लिए रोपाई के दौरान अंकुर पकड़े मदद करता है।यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4. फोम बोर्ड तैयार करना। (ए) बड़ी मात्रा में फोम बोर्ड तैयार करने से पहले कंटेनर आकार के साथ टेम्पलेट फोम बोर्ड के आकार की जाँच करें। फोम बोर्ड के केंद्र में बना दो छोटे छेद के लिए यह आसान है पकड़ और चिमटी का उपयोग कर फोम को संभालने के लिए बनाते हैं। (बी सी) एक काग छिद्रक फोम बोर्ड पर छेद बनाने के लिए प्रयोग किया जाता है। (डी) फोम ट्यूब प्लग और छेद फोम बोर्ड पर बनाया बीच उचित फिट की जाँच करें। यहाँ यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।


। चित्रा (ए) शीर्ष दृश्य और (बी) ओर देखने से हाइड्रोपोनिक प्रयोग के लिए 5. एयर पंप सेटिंग संख्या से संकेत मिलता है: 1 - पंप की आपूर्ति हवा; 2 - प्लास्टिक टयूबिंग वाल्व प्रणाली हवा के प्रवाह को नियंत्रित करने के साथ हवा पंप को जोड़ने; 3 - वाल्व प्रणाली; 4 और 5 - प्लास्टिक टयूबिंग वातन के लिए बुलबुला पत्थरों के साथ वाल्व प्रणाली को जोड़ने; 6 और 7 -। बुलबुला पत्थर (मछली टैंक के लिए बेचा) यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6 हाइड्रोपोनिक प्रणाली के लिए पौध स्थानांतरण। (ए) मध्यम थाली से बाहर एक अंकुर लेने के लिए चिमटी का प्रयोग करें। (बी) के अंकुर रू की जगहफोम ट्यूब प्लग पर चीरा साथ टी। (सी) फोम बोर्ड में फोम ट्यूब प्लग डालें। तैयार पौध के साथ (डी) एक पूरा फोम बोर्ड की स्थापना के पोषक तत्व समाधान पर रखा जाएगा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
चित्रा 7. पोषक तत्व समाधान की कमी या तत्वों के जहरीले प्रभाव का परीक्षण करने के लिए संशोधित किया जा सकता 4 सप्ताह पुराने हाइड्रोपोनिकली 6 दिन के इलाज के बाद Arabidopsis उगाया:। (एबी) के पौधों के साथ उगाया 0, 7, 14, 21, 28, 35, 42, और Zn के 50 माइक्रोन। साथ बड़े पौधों की तुलना में उच्च सांद्रता Zn (> 42 माइक्रोन) के शो में देरी विकास (विषाक्तता), जबकि Zn बिना पौधों जोड़ा भी देरी वृद्धि दिखा (पोषक तत्वों की कमी) से बढ़ी पौधों 7 सुक्ष्ममापी Zn 2+। (सी) पौधों अनुपस्थिति (बाएं) या पोषक तत्व समाधान में 20 माइक्रोन के सीडी की उपस्थिति में वृद्धि हुई है (चित्र सीडी जोखिम के 6 दिन बाद लिया गया था)। कैडमियम जोखिम हरिद्रोग लाती है और विकास को कम करता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आंकड़ा 8
पौधों से जड़ों और शूटिंग के 8 चित्रा मौलिक रचना हाइड्रोपोनिकली वृद्धि हुई है। जबकि आवश्यक सूक्ष्म पोषक तत्वों में जिंक और लोहे की जड़ों में अधिक ध्यान केंद्रित कर रहे हैं मार अधिक macronutrients (सीए, कश्मीर, मिलीग्राम) जड़ों की तुलना में होते हैं। इसी तरह गैर जरूरी तत्व कैडमियम preferentially जड़ों में जमा है। त्रुटि सलाखों 95% विश्वास अंतराल (एन = 14, गोली मारता है और एन = 9, जड़ों) का प्रतिनिधित्व करते हैं।_upload / 54317 / 54317fig8large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

पोषक तत्व का प्रकार साल्ट / अभिकर्मक हाइड्रोपोनिक समाधान में एकाग्रता इकाई
macronutrient KNO 3 1.250 मिमी
macronutrient के.एच. 2 4 पीओ 0.625 मिमी
macronutrient MgSO 4 0.500 मिमी
macronutrient सीए (NO 3) 2 0.500 मिमी
सूक्ष्म पोषक तत्वों की एच 3 बो 3 17.500 सुक्ष्ममापी
सूक्ष्म पोषक तत्वों की MnCl 2 5.500 सुक्ष्ममापी सूक्ष्म पोषक तत्वों की ZnSO 4 0.500 सुक्ष्ममापी
सूक्ष्म पोषक तत्वों की ना 2 Moo 4 0.062 सुक्ष्ममापी
सूक्ष्म पोषक तत्वों की सोडियम क्लोराइड 2 2.500 सुक्ष्ममापी
सूक्ष्म पोषक तत्वों की CoCl 2 0.004 सुक्ष्ममापी
सूक्ष्म पोषक तत्वों की FeEDTA 12.500 सुक्ष्ममापी

तालिका 1 हाइड्रोपोनिक समाधान में पोषक तत्वों की प्रभावी एकाग्रता।

Discussion

हीड्रोपोनिक्स के लिए इस्तेमाल किया पौध के स्वास्थ्य के लिए एक हाइड्रोपोनिक प्रयोग की सफलता के लिए योगदान प्रमुख कारकों में से एक है। यंत्र, बीज, और संस्कृति मीडिया के बंध्याकरण भी संक्रमण के जोखिम को कम करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं और इससे पहले कि वे हाइड्रोपोनिक प्रणाली में प्रतिरोपित कर रहे हैं संयंत्रों के लिए एक अच्छी शुरुआत प्रदान करते हैं। के लिए एक अच्छा प्रयोगात्मक की स्थापना इस तरह के एक आटोक्लेव, धूआं हुड, कोल्ड रूम (4 डिग्री सेल्सियस), और स्थिति नियंत्रित (प्रकाश की तीव्रता और तापमान) के साथ विकास के स्थान के रूप में सुविधाओं के साथ एक काम के माहौल आवश्यक है।

पोषक तत्व समाधान की ताजगी भी संयंत्र स्वास्थ्य निर्धारित करता है और बदले में एक हाइड्रोपोनिक प्रयोग की सफलता निर्धारित करता है। चूंकि पानी प्रत्यक्ष प्रकाश व्यवस्था के तहत तेजी से evaporates, लवण की एकाग्रता कुल समाधान मात्रा की कमी के कारण बदल जाएगा; इसलिए यह हाइड्रोपोनिक समाधान के लिए एक सप्ताह में कम से कम दो बार बदलने के लिए सबसे अच्छा है। हालांकि, अगर बड़े, गहरे कंटेनरोंएक हवाई पंप प्रणाली का इस्तेमाल कर रहे हैं यह आवश्यक नहीं हो सकता है कि प्रयोगों की अवधि में कम कर रहे हैं के लिए पोषक तत्व समाधान की जगह के साथ सुसज्जित है। ध्यान दें कि Arabidopsis के मामले में हम मैजेंटा वाहिकाओं (77 मिमी चौड़ाई x 77 मिमी लंबाई x 97 मिमी ऊंचाई), लेकिन अन्य, बड़ा कंटेनर भी इस्तेमाल किया जा सकता का इस्तेमाल किया बड़े पौधों को समायोजित करने के लिए।

संयंत्र पोषक तत्वों में रुचि शोधकर्ताओं के लिए, हाइड्रोपोनिक प्रयोगों के लिए एक अनूठा विभिन्न पोषक तत्वों की उपलब्धता से 17 संयंत्र phenotypes और प्रतिक्रियाओं का परीक्षण करने के लिए सेटिंग प्रदान करते हैं। ब्याज के तत्वों की सांद्रता से छेड़छाड़, शोधकर्ताओं प्रचुरता, कमी, या आवश्यक और गैर जरूरी पोषक तत्वों की विषाक्त सांद्रता के प्रभाव का परीक्षण करने के लिए विभिन्न प्रयोगों सेट कर सकते हैं। मिट्टी आधारित प्रणाली की तुलना में, hydroponic प्रणाली मिट्टी जनित रोगों के कम जोखिम के साथ पौधों के लिए एक अधिक सजातीय पोषक तत्व माध्यम प्रदान करता है। इसके अलावा, दोनों जड़ और गोली मार ऊतकों काटा और आसानी से अलग किया जा सकताविशिष्ट संयंत्र के ऊतकों पर आगे के विश्लेषण के लिए।

प्रतिनिधि खंड में, हम दो उदाहरण है जिसमें एक साधारण hydroponic प्रणाली संयंत्र पोषण के बारे में अधिक विस्तृत अध्ययन के लिए इस्तेमाल किया गया था की शुरुआत की। पहले उदाहरण में, एक जस्ता एकाग्रता ढाल पर पौधों से बढ़ के द्वारा, हम नियंत्रण है कि इस प्रणाली का उपयोग कर हाइड्रोपोनिक पोषक तत्व संरचना पर प्राप्त किया जा सकता है के स्तर को वर्णन करने में सक्षम थे। 7 सुक्ष्ममापी Zn साथ बड़े पौधों जबकि पौधों 7 सुक्ष्ममापी Zn के साथ हो संयंत्रों की तुलना में वृद्धि हुई बिना अतिरिक्त Zn गयी अवरुद्ध कर रहे थे, 50 माइक्रोन के Zn में बड़े पौधों की तुलना में बहुत अधिक तेजी से बढ़ी है। इस बार पौधों पर्याप्त शर्तों के तहत विकसित करने के लिए अनुमति दी गई की लंबाई के कारण भाग में था; मीडिया से Zn के पहले हटाने मजबूत जिंक की कमी के लक्षण के लिए प्रेरित करने की संभावना है। एक ही सिद्धांत लागू है, हम गैर जरूरी धातु, कैडमियम, जो पौधों की वृद्धि को ख़राब करने के लिए जाना जाता है का उपयोग कर विषाक्तता के लिए प्रेरित करने में सक्षम थे।

सेकंड मेंउदाहरण के लिए, 72 घंटे के लिए 20 माइक्रोन सीडी के साथ इलाज किया कर्नल -0 जड़ों और शूटिंग के मौलिक रचना आईसीपी OES द्वारा निर्धारित किया गया था। हम जड़ों और शूटिंग के बीच सभी का पता चला धातुओं में अंतर पाया गया। जबकि लोहा और जस्ता जड़ों में अधिक प्रचुर मात्रा में पाए गए मैक्रो-तत्व, गोली मारता जड़ों के सापेक्ष में उच्च सांद्रता में पाए गए। कैडमियम एक पैटर्न लोहा और जस्ता के लिए इसी तरह का पालन किया, गोली मारता है की तुलना में जड़ों में अधिक ध्यान केंद्रित किया जा रहा है। इन आंकड़ों का विचार है कि पत्तियों और जड़ों संयंत्र के ionome स्थिति के बारे में विभिन्न जानकारी प्रदान करते हैं और इसलिए दोनों के ऊतकों पूरे संयंत्र स्तर पर खनिज पोषण और संरचना को समझने के लिए अलग से विश्लेषण करने की आवश्यकता को सुदृढ़। इस तरह के परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (आस) या Inductively मिलकर प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी एमएस) के रूप में आईसीपी OES कई स्पेक्ट्रोस्कोपी तरीकों के अलावा भी संयंत्र की मौलिक रचना (ionome) 18-20 ऊतकों को मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

एक hydroponi मेंग प्रयोग, लक्षण और विभिन्न पोषक तत्वों की शर्तों का जवाब पौधों की phenotypes क्या अधिक में बढ़ाया जा सकता है की शुरुआत का प्रतिनिधित्व करते हैं इस तरह के जीन अभिव्यक्ति (transcriptomics) और प्रोटीन बहुतायत (प्रोटिओमिक्स) के रूप में विश्लेषण करती है सविस्तार। ये -omic तकनीक एक ऊतक विशेष ढंग से प्रक्रियाओं पर विचार करके इस संयंत्र चयापचय को एकीकृत करने के लिए कुंजी हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
For seed sterilization
Bleach The Clorox Company NA The regular bleach
www.cloroxprofessional.com
Hydrochloric acid Fisher Scientific A144-500
Desiccator body Nalgene D2797 SIGMA Marketed by Sigma-Aldrich
Desiccator plate Nalgene 5312-0230 Marketed by Thermo Scientific
For one quarter MS medium preparation
MES Acros Organics 172591000 4-Morpholineethanesulfonic acid hydrate
Murashige and Skoog (MS) Sigma-Aldrich M0404-10L
KOH Fisher Scientific P250-500
Phytoagar Duchefa Biochemie P1003.1000
Square plate Fisher Scientific 0875711A Disposable Petri Dish With Grid
For seed plating 
Filter paper Whatman 1004090
Toothpick Jarden Home Brands NA
Aluminum foil Reynolds Wrap NA Standard aluminum foil
Micropore tape 3M Health Care 19-898-074 Surgical tape; Marketed by Fisher Scientific
For hydroponic solution preparation
KNO3 Fisher Scientific  BP368-500
KH2PO4 Fisher Scientific P386-500
MgSO4 Fisher Scientific M63-500
Ca(NO3)2 Acros Organics A0314209
H3BO3 Sigma B9645-500G
MnCl2 Sigma-Aldrich M7634-100G
ZnSO4 Sigma Z0251-100G
Na2MoO4 Aldrich 737-860-5G
NaCl2 Fisher Scientific S271-1
CoCl Sigma-Aldrich 232696-5G
FeEDTA Sigma E6760-100G
“Stericup & Steritop” bottle  Milipore Corporation SCGVU02RE Micronutrient container
www.milipore.com
For root wash buffer preparation
EDTA Acros Organics A0305456
Tris Fisher Scientific BP154-1
For hydroponic setup
Autoclavable foam tube plug Jaece Industries Inc. L800-A Identi-Plugs fit to holes with 2R = 6-13 mm
Foam Board Styrofoam Brand  Dow ESR-2142 Thickness is 1/2 inches
Cork borer Humboldt H-9662 Cork Borer Sets with Handles, , Plated Brass Set of 6, 3/16" to 1/2" OD Size
Air pump Aqua Culture MK-1504
Air pump Marketed by Wal-mart Stores, Inc.
Airline tubing and aquarium bubble stones Aqua Culture Tubing: 928/25-S
Airline tubing and aquarium bubble stones Marketed by Wal-mart Stores, Inc. Stone: ASC-1
Other
Ethanol Fisher Scientific A995-4 Reagent Alcohol
Cadmium Chloride (CdCl2) Sigma-Aldrich 10108-64-2

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References

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