Distribución de agua de Xylem en plantas leñosas visualizada con un microscopio electrónico de barrido crio-

Kenichi Yazaki; Mayumi  Y. Ogasa; Katsushi Kuroda; Yasuhiro Utsumi; Peter Kitin; Yuzou Sano

doi:10.3791/59154

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Artículo de método

Distribución de agua de Xylem en plantas leñosas visualizada con un microscopio electrónico de barrido crio-

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DOI:

10.3791/59154

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20 de junio de 2019

Kenichi Yazaki¹ , Mayumi Y. Ogasa² , Katsushi Kuroda³ , Yasuhiro Utsumi⁴ , Peter Kitin⁵ , Yuzou Sano⁶

¹Department of Plant Ecology, Forestry and Forest Products Research Institute (FFPRI), ²Kansai Research Center, Forestry and Forest Products Research Institute (FFPRI), ³Department of Wood Properties and Processing, Forestry and Forest Products Research Institute (FFPRI), ⁴Faculty of Agriculture, Kyushu University, ⁵Department of Bacteriology, University of Wisconsin, ⁶Research Faculty of Agriculture, Hokkaido University

En este artículo

Resumen

Observar la distribución del agua dentro del xilema proporciona información significativa sobre la dinámica del flujo de agua en las plantas leñosas. En este estudio, demostramos el enfoque práctico para observar la distribución de agua de xilema in situ mediante el uso de un criostato y crio-SEM, que elimina los cambios más recientes en el estado del agua durante la preparación de la muestra.

Resumen

Una criounidad de microscopio electrónico de barrido instalada (crio-SEM) permite la observación de muestras a temperaturas bajo cero y se ha utilizado para explorar la distribución de agua en tejidos vegetales en combinación con técnicas de fijación de congelación utilizando nitrógeno líquido (LN₂). Sin embargo, para las especies leñosas, los preparados para observar la superficie de corte transversal de xilema implican algunas dificultades debido a la orientación de las fibras de madera. Además, una mayor tensión en la columna de agua en los conductos de xilema puede ocasionalmente causar cambios artígrados en la distribución del agua, especialmente durante la fijación y recolección de la muestra. En este estudio, demostramos un procedimiento eficiente para observar la distribución de agua dentro del xilema de plantas leñosas in situ mediante el uso de un criostato y crio-SEM. Al principio, durante la recolección de muestras, la medición del potencial de agua de xilema debe determinar si hay alta tensión en los conductos de xilema. Cuando el potencial de agua de xilema es bajo (< aprox. 0,5 MPa), se necesita un procedimiento de relajación de tensión para facilitar una mejor preservación del estado del agua en conductos de xilema durante la fijación por congelación de la muestra. A continuación, se une un collar estanco alrededor del tallo del árbol y se llena con LN₂para la fijación de congelación del estado del agua de xylem. Después de la cosecha, se debe tener cuidado de asegurar que la muestra se conserve congelada mientras se completan los procedimientos de preparación de la muestra para la observación. Se emplea un criostato para exponer claramente la superficie transversal de xilema. En las observaciones crio-SEM, se requiere un ajuste de tiempo para el grabado en congelación para eliminar el polvo de escarcha y acentuar el borde de las paredes celulares en la superficie de visualización. Nuestros resultados demuestran la aplicabilidad de las técnicas crio-SEM para la observación de la distribución de agua dentro de xilemas a nivel celular y subcelular. La combinación de crio-SEM con técnicas de observación in situ no destructivas mejorará profundamente la exploración de la dinámica de flujo de agua de las plantas leñosas.

Introducción

La disponibilidad de recursos hídricos (es decir, precipitación, contenido de agua del suelo) determina estrictamente la mortalidad y la distribución geográfica de las especies vegetales, ya que necesitan absorber el agua del suelo y transportarla a las hojas para la producción fotosintética. Las plantas deben mantener su sistema de transporte de agua bajo suministros de agua fluctuantes. En particular, las plantas leñosas generan altas tensiones en sus conductos a lo largo de los arroyos de transpiración, ya que, en algunos casos, necesitan sostener su corona más de 100 m sobre el suelo. Para mantener las columnas de agua bajo tan alta presión negativa, los conductos....