Abstract
Dispositivi elettronici e cavi ad alta tensione inducono campi magnetici. Un campo magnetico di 1,300-2,500 Gauss (0,2 Tesla) è stata applicata a piastre di Petri contenenti semi di Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), e Mescluns (Lepidium sativum ). Abbiamo applicato magneti sotto il piatto di cultura. Durante i 4 giorni di applicazione, abbiamo osservato che il fusto e della radice la lunghezza aumentata. Il gruppo sottoposto a trattamento campo magnetico (n = 10) ha mostrato un 1,4 volte più veloce tasso di crescita rispetto al gruppo di controllo (n = 11) in un totale di 8 giorni (p <0,0005). Questo tasso è superiore del 20% rispetto a quello riportato in studi precedenti. Le linee complesse tubulina non hanno punti di collegamento, ma punti di collegamento si verificano al momento della domanda di magneti. Questo dimostra completa differenza dal controllo, che significa arrangiamenti anormali. Tuttavia, la causa esatta rimane poco chiaro. questi resULT di valorizzazione crescita di applicare magneti suggeriscono che è possibile migliorare il tasso di crescita, aumentare la produttività, o controllare la velocità di germinazione di piante applicando campi magnetici statici. Inoltre, i campi magnetici possono causare cambiamenti fisiologici nelle cellule vegetali e possono indurre la crescita. Pertanto, la stimolazione con un campo magnetico può avere effetti che sono simili a quelli di concimi chimici, il che significa che l'uso di fertilizzanti può essere evitato.
Introduction
La germinazione è la crescita di una pianta che provoca la formazione della piantina 1. In determinate condizioni, la germinazione del seme inizia e tessuti embrionali riprendere la crescita. Si inizia con idratazione al seme per attivare gli enzimi per la germinazione. Semi possono essere indotte a germinare in vitro (in una capsula di Petri o provetta) 1,2.
I campi magnetici statici sono forze speciali che causano movimenti di molecole con cariche ioniche a titolo della forza di Lorentz 3,4. forza di Lorentz si forma quando un oggetto ionizzati o cariche si muove sotto un campo magnetico. Ogni materiale è formato con atomi che sono composti da elettroni e protoni. Quando campi magnetici diventano presenti, se è statico o alternata, colpisce il movimento del materiale caricato. Questo vale anche per piante e molecole di acqua, che colpisce la condizione molecola intracellulare. In uno studio precedente, sono stati utilizzati bobine elettromagneticheper generare campi magnetici pulsati, e le piante 'Komatsuna' sono stati scelti come i soggetti 5. Nel presente studio, magnete generato campi magnetici statici sono stati usati per dare un effetti simili ma diversi da uno studio espansione della forza di Lorentz.
La frequenza del campo magnetico, piuttosto che la sua polarità, è un fattore cruciale per la germinazione delle piante. Precedenti studi hanno suggerito che i tassi massimi germinazione erano superiori del 20% rispetto al controllo quando la frequenza del campo magnetico era di circa 10 Hz. Quando il campo è stato rimosso in maniera retrograda, il tasso di crescita è stata compromessa 5. I campi magnetici statici hanno un effetto considerevole sul 6-8 crescita iniziale, in primo luogo sulla germinazione 6 e la radice della crescita 7.
Nel presente studio, abbiamo utilizzato magneti statici per esaminare la possibilità di regolare la crescita delle piante agricole utilizzando i campi magnetici. In particolare, abbiamo voluto determine se certe condizioni di applicazione del campo magnetico potrebbe aumentare i tassi di crescita a livelli più elevati rispetto a quelli citati in letteratura. Inoltre, se la germinazione iniziale delle piante può essere aumentata con successo utilizzando un campo magnetico, l'uso di fertilizzanti chimici può essere evitato.
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Protocol
1. Impostazioni iniziali
- Specie di piante agricole
- Usa Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), e Mescluns (Lepidium sativum) semi.
NOTA: Impatiens balsamina (Giardino balsamo o Rose Balsam) è una specie originaria dell'India; alcuni membri si trovano anche in Myanmar. Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis o Komatsuna) è una variante della stessa specie, come la rapa comune. Crescione inglese (Lepidium sativum) è un tipo di erba che è tassonomicamente legato al crescione e senape. Hanno sapori simili e profumi, per le quali sono commercialmente utilizzati 5,7.
- Usa Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), e Mescluns (Lepidium sativum) semi.
- Culture di piante
- Culture Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), e Mescluns (Lepidium sativum) semi in un diametro di 100 mm (100 PI) capsula di Petri. Assicurarsi che una piastra contiene un solo tipo di specie.
- Per le condizioni di coltura, mettere i semi su un asciugamano di cellulosa. Immergere la spugna e semi in acqua distillata tripla. Misurare e confermare che il laboratorio interno RT è 18-25 ° C, con umidità che vanno 65-75% (si prega di consultare la sezione 3.1.2).
- Per il numero di semi, la cultura di 10 ± 1 Sementi di Balsam, 50 ± 10 semi di Mizuna, 330 ± 20 semi di Komatsuna, e 380 ± 20 semi di Mescluns. Utilizzare condizioni identiche misurato come 18-25 ° C, con umidità che vanno 65-75% (si prega di consultare la sezione 2.1.1).
NOTA: Tutti gli esperimenti sono stati condotti su condizioni interne con l'umidità regolamentato e range di temperatura in laboratorio. L'umidità e temperatura non era statica, ma purché le condizioni identiche per magnete gruppo trattato e di controllo.
2. Cultura di quattro impianti agricoli
- Procedura sperimentale
- Seguire la sezione 1.2.3) per le specie di condizioni dell'impianto e della cultura nel controllo e magnete gruppo applicata.
- Applicare tre magneti di 1,750 ± 350 Gauss (10.000 Gauss = 1 Tesla) nella parte inferiore dei 100 piatti pi per Garden Balsam. Durante l'applicazione, assicurano che i tre magneti non sono in contatto diretto con i semi, e sono separati dal fondo di plastica della capsula di Petri. La distanza tra i semi diretta e magneti dovrebbe essere di 2-4 mm. Applicare magneti per 168 ore (7 giorni) per quattro piante agricole.
- Seguendo tutti i passi identicamente a 2.1.2), applicare due magneti, uno (rivolta verso l'alto lato N) sul lato superiore e altro magnete (rivolta verso l'alto S) sul fondo della piastra di coltura Garden Balsam.
NOTA: I pali sono applicate in modo diverso a Garden Balsam. Tuttavia, l'orientamento polo non è considerato un fattore cruciale in questo studio per alterazioni di crescita, come tutti gli ambienti sono identiche tranne per la direzionedel flusso magnetico. Lo scopo di N e S applicazione poli per Garden Balsam è stato quello di vedere la sua capacità pratica nel suo utilizzo nei campi, in cui l'orientamento polo potrebbe essere difficile da gestire.
3. tubulina colorazione di Garden Balsam
- Le applicazioni magnetiche con regolamentato Condizione Luce
- Inserire due magneti (N polo positivo in alto) inferiore della piastra di 100 mm per 48 ore, utilizzando le condizioni al punto 1.2.2.
NOTA: Per modifica di luce, i piatti di coltura sono stati posti su un ripiano di plastica in incubatrice. Incubatore è stato utilizzato per l'intercettazione della luce e temperatura mantenendo a 25 ° C per 48 ore in ambienti scuri. Infine, tale condizione non è stato utilizzato in questo esperimento a causa di forti variazioni di lunghezza crescita.
- Inserire due magneti (N polo positivo in alto) inferiore della piastra di 100 mm per 48 ore, utilizzando le condizioni al punto 1.2.2.
- La colorazione delle piante
- Fissare l'intero Impatiens SPP impianto fiore doppio, (tra cui stelo e radici) coltivate su identiche condizioni con il punto 3.1.2) in paraformaldeide al 4% e 0,1 Mtampone fosfato (pH 7,4) per 15 min.
- Rimuovere il campione Impatiens ed immergere per 2 ore in tampone di bloccaggio (2% siero di cavallo / 1% di siero albumina bovina / 0,1% Triton X-100 in PBS, pH 7,5). Lavare il campione impatiens immergendo con PBS per 15 min.
- Per il doppio immunocolorazione, incubare il campione con l'anticorpo primario, anti-alfa tubulina (1: 1.000), O / N a 4 ° C.
- Rimuovere il campione ed immergere i campioni una volta con PBS per 10 minuti per lavare. Utilizzare FITC-coniugato anti-IgG di topo (1: 400) come anticorpo secondario e incubare per 2 ore a 25 ° C.
- Immergere il campione in PBS e coprire scivolare tutto il campione in fondo a 24 pozzetti. Ottenere immagini utilizzando un microscopio a fluorescenza convenzionali per osservare l'orientamento tubulina (λ = 550 nm, ingrandita a 100X, 200X e 400X).
NOTA: In questo caso, il gruppo magnete trattati (n = 10) e controlli (n = 11) sono stati confermati per Garden Balsam (Impatiens balsamina) soltanto, coltivate in condizioni non-scuri.
Metodi 4. Data Collection
- Creazione Time-lapse della crescita Quattro piante agricole
- Fotografare l'impianto ad intervalli di 10 min, impostando otturatore per auto (questo può essere fatto in qualsiasi fotocamera digitale). Impostare l'apertura a F 3.2 e il valore ISO 400.
- Raccogliere 700-900 immagini per 7-10 giorni. Collegare la fotocamera con i fili elettrici da batteria potrebbe essere esaurita.
- Trascinare le immagini facendo clic e rilasciando ogni foto in ordine cronologico sotto la linea di streaming con il software moviemaking (vedi Materiali e attrezzature tabella). Mettilo su una linea di flusso in uguali durate di 0,045-0,05 sec per ciascuna in un totale pellicola di 30-40 sec. Verificare in modo che non ci siano spazi scuri con la selezione del ogni immagine in un ordine cronologico.
- Dopo il punto 4.1.3, fare clic sul pulsante di riproduzione nel software per assicurare la-movie compilato in un 30-40 secondi time-lapse video di presentazione e fare clic su di rendering e salvare .mpeg o in formato .avi. Per dimensioni markers, utilizzare Canadian trimestre, un Penny americano, e un righello centimetri sul lato della foto.
- Eseguire t-test e la trama di dialogo per l'analisi statistica 11,12.
NOTA: Gruppi di sintesi di cinque numeri sono stati usati per calcolare il limite inferiore (L) valore Q1 - [1.5 × (Q3 - Q1)] e il più alto limite di (H) valore Q3 + [1,5 × (Q3 - Q1) ]. Questo approccio è stato incorporato nel passo 1.2.2 per la raccolta dati di lunghezza 11. I valori di L e H mostrano la zona il 99% degli appezzamenti T-distribuzione, il che significa valori anomali che i punti dati osservati al di fuori di questo intervallo può essere considerato. Trame Box e t di Student-test sono stati utilizzati per analizzare le differenze nelle altezze di piantine 12.
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Representative Results
Tubulina colorazione mostrato disperso o strutture diluito in piante coltivate in presenza del magnete rispetto al controllo (Figura 2). Inoltre, gli studi time-lapse 7 giorni con piante agricole tra cui Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis) e Mescluns (Lepidium sativum) hanno indicato che un magnete derivato campo magnetico statico aumenta la crescita iniziale di queste piante (Figura 3).
Questi risultati suggeriscono che il gruppo esposto ad un campo magnetico ha un cambiamento notevole crescita (Figura 1). Le piante coltivate in ambienti bui non hanno mostrato alcuna differenza, suggerendo che solo la condizione esistente luce era applicabile in un esperimento di time-lapse di 7 giorni. Tre piante agricole rappresentative sono stati utilizzati in questo studio, ma più piante avrebbero potuto essere utilizzati. Colture e altre piante possono essere studiati mediantelo stesso protocollo. In studi precedenti, il tasso di crescita è aumentato del 20%, mentre i risultati attuali hanno mostrato un aumento di 1,4 volte, che è 40%. Pertanto, l'applicazione di un magnete con il campo magnetico statico è risultato più efficace l'applicazione di impulsi magnetici alternati.
Determinare l'effetto di un campo magnetico può essere complicato perché qualsiasi struttura molecolare con carica elettrica può essere influenzata 3,4. Il campo magnetico statico sembrava influenzare il tasso di crescita iniziale del giardino balsamo in un tessuto di cellulosa torre in coltura. Il valore era statisticamente significativa ed è stata di circa 1,4 volte il tasso di crescita del controllo. Tubulina è essenziale per mantenere la struttura dell'impianto durante l'allungamento e la crescita cellulare 9.
Figura 1. La crescita del Garden Balsam. (A) La crescita del Garden Balsam trattato con un campo magnetico statico in condizioni di oscurità era marginale; tuttavia, le piante cresciute più rapidamente quando esposto alla luce (unico quadro rappresentativo mostrata). (B) quando esposto alla luce, il giorno 3, la differenza di altezza è risultata statisticamente significativa (p <0.01, su due lati t-test). (C) l'altezza di ogni singolo impianto è stato superiore fino al giorno 7 (**: limite superiore di errore standard per la misurazione). Condizioni di oscurità non ha indotto alcuna differenza, indicando che gli effetti del campo magnetico potrebbe essere associato con gli ormoni. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2. tubulina colorazione del Garden Balsam e laaumento del tasso di crescita del Garden Balsam dopo l'applicazione di un campo magnetico. (A) Garden Balsam mostrato una distribuzione dispersa di struttura tubulina quando un campo magnetico è stato applicato. Questa scoperta indica che strutture proteiche crescita arresto come tubulina (e forse actina) sono influenzati da campi magnetici statici. (B) Il tasso di crescita medio è stato di 1,4 volte superiore a quello del controllo, e l'altezza media era più alta nel gruppo trattato con il campo magnetico. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 3. Un campo magnetico ha facilitato la crescita di Mescluns (Lepidium sativum, anteriore) e Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis). Il sup semesere realizzata capsula di Petri è stata trattata con un campo magnetico di 1.750 ± 350 Gauss e osservato per 7 giorni con un intervallo di time-lapse di 10 min. Il time-lapse video è stato tagliato a 15 frammenti di 11 ore ciascuno. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Il video supplementare 1: Crescita timelapse di Garden Balsam (Impatiens balsamina) A Garden Balsam (Impatiens balsamina) semi integrato capsula di Petri è stata trattata con un campo magnetico di 1.750 ± 350 Gauss e poi osservato per 7 giorni con un intervallo di time-lapse di 10. min. Il video è stato riarrangiato in un film di 30 minuti. Clicca qui per visualizzare questo video. (Tasto destro del mouse per scaricare).
Supplementare Video 2:. Confronto della crescita di 3 piante coltivate in triplice copia Mizuna (. Brassica rapa var japonica), Komatsuna (. Brassica rapa var perviridis), e Mesclun (Lepidium sativum) semi sono mostrati in un diametro di 100 mm (100 PI ) Piastra di Petri. In condizioni identiche a quelle del Garden Balsam, le tre specie sono stati valutati separatamente, che ha rivelato che l'effetto del magnete è ampiamente osservato nelle piante agricole. Cliccate qui per vedere il video. (Tasto destro del mouse per scaricare).
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Discussion
In tutte le condizioni, i magneti devono essere applicati sotto la capsula di Petri. Questo studio ha esaminato l'influenza dei campi magnetici sul tasso di crescita di semi per diverse specie agricole, con particolare attenzione alla Garden Balsam come rappresentante di piante agricole. Per esempio, tubulina colorazione è stata eseguita su Garden Balsam valutare i cambiamenti a livello molecolare in radice e gambo micro-strutture scheletriche suggeriscono influenza del campo magnetico nella proliferazione lunghezza. Sia le N e S poli del magnete sono stati applicati in un lungo periodo (7-10 d) studio di follow-up utilizzando Garden Balsam. Altre tre specie, Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), e Mesclun (Lepidium sativum), sono stati trattati con N-poli magneti orientati. Questo per verificare ulteriormente che il campo magnetico statico stesso, non i poli, è un fattore importante nel miglioramento crescita iniziale. Inoltre, aumentando il numero di specie fornisce il supporto perpiù ampia applicabilità della facilitazione crescita iniziale magnete-derivati nelle piante agricole.
Molti fattori, quali l'alimentazione, l'umidità, la temperatura e la luce, potrebbero influenzare il tasso di crescita delle piante 3. Ognuno di questi è tenuta costante attraverso trattamenti. Integratore alimentare è stata esclusa solo da coltura in acqua a tripla distillazione. In primo luogo abbiamo controllato per luce esperimenti sono stati inizialmente su Garden Balsam in un incubatore in condizioni di oscurità. modelli di crescita per l'ambiente scuro differivano da quelle della luce ambiente. Pertanto, abbiamo condotto esperimenti successivi in condizioni di luce (utilizzando identiche quantità di luce in tutti i gruppi sperimentali). Per la colorazione tubulina, il Garden Balsam è stato coltivato in condizioni controllate (acqua distillata tripla, temperatura 18-25 ° C, umidità 65% -75%). Altri esperimenti del 7-10-d studio di follow-up avevano identici "condizioni di zero: nessun nutrizione" le condizioni a quelli utilizzati con Garden Balsam (acqua distillata tripla, temperatura di 18-25 ° C, umidità 65% -75%). Per quanto riguarda l'applicazione del magnete, abbiamo usato una strategia in cui abbiamo quantitativamente aumentato il numero di specie e la durata dell'applicazione del magnete di approfondire se i campi magnetici hanno un effetto di crescita-facilitare universale sulle piante agricole che non è limitata ad alcune specie. Questa idea è stata studiata usando Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis) e Mescluns (Lepidium sativum).
Le basi molecolari di questo fenomeno è stato parzialmente chiarito dagli esperimenti tubulina colorazione 9-11, ma sono necessarie ulteriori indagini per l'uso pratico. applicazione magnetica precisa può essere limitata in ambienti umidi causa erosione del magnete stesso. I campi magnetici fisicamente migliorare la crescita delle piante agricole. Tuttavia, this non prova che il contenuto nutrizionale aumenta anche. Ulteriori analisi del contenuto chimico delle piante dovrebbe essere condotto per determinare se l'uso di campi magnetici ha un effetto simile a quello di un fertilizzante. Ciò può anche essere valutata in ambienti in cui sono previsti i nutrienti, nonché le condizioni di nutrienti nullo utilizzando acqua distillata che sono stati impiegati nel presente studio. Oltre alla qualità (tipo, intensità, etc.) e la quantità di magneti applicati, il costo può essere un altro problema complicare tali applicazioni. Può essere costoso applicare numerosi magneti durante un intero campo di coltura.
I nostri risultati suggeriscono che l'applicazione statica campo magnetico accelera il tasso di germinazione e tasso di crescita iniziale di diverse specie vegetali coltivate. Questi risultati dimostrano che un campo magnetico statico ha un effetto significativo sulla crescita delle piante, in particolare la germinazione 6 e la crescita delle radici delle piante 7.Precedenti studi hanno suggerito che i tassi massimi germinazione superavano del 20% quando la frequenza del campo magnetico era di circa 10 Hz 5-6. Durante solo 4 d di applicazione di un campo magnetico, il gambo e la radice lunghezza aumentata. Il gruppo sottoposto ad un trattamento di campo magnetico (n = 10) ha mostrato un 1,4 volte maggiore tasso di crescita rispetto al gruppo di controllo (n = 11) in un totale di 8 d (p <0,0005). Questo tasso è stata superiore del 20% rispetto a quello trovato in studi precedenti che hanno usato un campo magnetico pulsato 6-9.
Alla luce di questi risultati, l'espressione genica e la regolazione dovrebbero essere studiati nei futuri esperimenti di chiarimento dei potenziali meccanismi alla base delle risposte osservate a campi magnetici 10. I nostri risultati suggeriscono che l'applicazione di un campo magnetico potrebbe aumentare il tasso di crescita delle colture, che potrebbero aiutare ad affrontare problemi alimentari e la povertà nel mondo. Inoltre, l'applicazione di un campo magnetico potrebbe essere utileridurre l'uso di fertilizzanti chimici.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Static magnets | JIM | 2000Gauss | |
| 2% horse serum/1% bovine serum albumin/0.1% Triton X-100 | Sigma-Aldrich | Merged with 55514 | Blocking buffer |
| Primary antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-8035 | a-Tubulin |
| Secondary antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-2010 | FITC-conjugated anti-mouse IgG |
| time lapse photographic techniques | Manually controlled | ISO value 400 & aperture F 3.2 | |
| Sony Vegas Pro 13.0 | Sony |
References
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