放射性トレーサーで植物にミネラル栄養素や毒性物質のフラックスを測定する
Summary
In planta measurement of nutrient and toxicant fluxes is essential to the study of plant nutrition and toxicity. Here, we cover radiotracer protocols for influx and efflux determination in intact plant roots, using potassium (K+) and ammonia/ammonium (NH3/NH4+) fluxes as examples. Advantages and limitations of such techniques are discussed.
Abstract
Unidirectional influx and efflux of nutrients and toxicants, and their resultant net fluxes, are central to the nutrition and toxicology of plants. Radioisotope tracing is a major technique used to measure such fluxes, both within plants, and between plants and their environments. Flux data obtained with radiotracer protocols can help elucidate the capacity, mechanism, regulation, and energetics of transport systems for specific mineral nutrients or toxicants, and can provide insight into compartmentation and turnover rates of subcellular mineral and metabolite pools. Here, we describe two major radioisotope protocols used in plant biology: direct influx (DI) and compartmental analysis by tracer efflux (CATE). We focus on flux measurement of potassium (K+) as a nutrient, and ammonia/ammonium (NH3/NH4+) as a toxicant, in intact seedlings of the model species barley (Hordeum vulgare L.). These protocols can be readily adapted to other experimental systems (e.g., different species, excised plant material, and other nutrients/toxicants). Advantages and limitations of these protocols are discussed.
Introduction
栄養素や毒物の取り込みと分布が強く、植物の成長に影響を与える。したがって、基本的な輸送プロセスの研究は、特に栄養の最適化と環境ストレス（ 例えば 、塩ストレス、アンモニウム毒性）の文脈で、植物生物学や農学1,2の研究の主要な領域を構成している。植物中のフラックスを測定するための方法の中で最高経営責任者は、1950年代に大幅に開発された放射性同位体トレーサーを使用することである（ 例えば 、3を参照）、今日広く使用され続けています。そのような根培地および/または組織への蓄積から栄養枯渇の測定などMIFE（微小電極イオン磁束推定）とSIET（イオン選択性電極法をスキャン）のようなイオン選択性振動マイクロ電極の使用、の使用などの他の方法は、イオン選択性蛍光色素は、広く適用されるが、正味のインフルエンザを検出する能力が制限されているXES（ すなわち 、流入と流出の差）。放射性同位体の使用は、一方で、研究者は動力学的パラメーターを解決するために使用することができる一方向性フラックスを分離し、定量化するユニークな能力を可能にする（ 例えば 、K MおよびV max）は 、容量への洞察を提供し、エネルギー論、交通システムのメカニズム、および規制、。放射性トレーサーで作られた単方向フラックス測定は反対方向に磁束が高く、細胞内プールの代謝回転が急速4である条件の下で特に有用である。トレースされた同位体は、同じ要素の別の同位体を背景に観察されているため、また、放射性トレーサーの方法は、（以下に、「ディスカッション」を参照）の測定は、多くの他の技術とは異なり、かなり高い基質濃度下で行うことを可能にする。
ここでは、単方向であり、nの放射性同位体を測定するための詳細な手順を提供完全な植物ミネラル栄養素や毒物のらフラックス。重点が存在する場合、高濃度（ 例えば 、1〜において、カリウム（K +）のフラックス測定に有毒植物主要栄養素5、アンモニア/アンモニア（NH 3 / NH 4 +）、しかし、別の主要栄養素を説明する10ミリモル）2。私たちは、モデル系の大麦（ オオムギ L の無傷の苗に、それぞれ、NH 4 +（T 1/2 = 9.98分）の放射性同位元素42 K +（T 1/2 = 12.36時間）と13 NH 3月 13日を使用します。）、2主要プロトコルの説明において：トレーサー流出（CATE）による直接流入（DI）とコンパートメント解析。私たちは、この記事は、単純に各プロトコルを実行するために必要な手順を説明し、最初から注意してください。計算と理論の適切な、簡潔な説明が提供される場合、各技術の詳細な博覧会の背景と理論は対象4,6-9上のいくつかの重要な論文に記載されています。重要なことは、これらのプロトコルは他の栄養素/毒物の分析をフラックスに広く譲渡する（ 例えば 、24のNa +、22 Na +の、86のRb +、13 NO 3 – ）および他の植物種に、いくつかの注意事項ではあるが（下記参照） 。また、放射性物質を扱うすべての研究者が機関の電離放射線安全·レギュレータを介して配置されたライセンスの下で働かなければならない重要性を強調。
Protocol
Representative Results
Discussion
上記の例で示したように、放射性トレーサー法が植物体に栄養素や毒性物質の単方向のフラックスを測定する強力な手段である。 図1は 、NH 3流入は225マイクロモルgの-1時間-1、おそらくあるの過剰に達することができることを示していますこれまでプラントシステム13に報告された最高善意の膜貫通フラックスが、唯一のネットフラ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Natural Sciences and Engineering Council of Canada (NSERC), the Canada Research Chair (CRC) program, and the Canadian Foundation for Innovation (CFI).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Gamma counter | Perkin Elmer | Model: Wallac 1480 Wizard 3" | |
| Geiger-Müller counter | Ludlum Measurements Inc. | Model 3 survey meter | |
| 400-mL glass beakers | VWR | 89000-206 | For pre-absorption, absorption, and desorption solutions |
| Glass funnel | VWR | 89000-466 | For efflux funnel |
| Large tubing | VWR | 529297 | For efflux funnel |
| Medium tubing | VWR | 684783 | For bundling |
| Small tubing | VWR | 63013-541 | For aeration |
| Aeration manifold | Penn Plax Air Tech | vat 5.5 | To control/distribute pressurized air into solutions |
| Glass scintillation vials | VWR | 66022-128 | For gamma counting |
| Glass centrifuge tubes | VWR | 47729-576 | For spin-drying root samples |
| Kimwipes | VWR | 470173-504 | For spin-drying root samples |
| Dissecting scissors | VWR | 470001-828 | |
| Forceps | VWR | 470005-496 | |
| Low-speed clinical centrifuge | International Equipment Co. | 76466M-4 | For spin-drying root samples |
| 1-mL pipette | Gilson | F144493 | |
| 10-mL pipette | Gilson | F144494 | |
| 1-mL pipette tips | VWR | 89079-470 | |
| 10-mL pipette tips | VWR | 89087-532 | |
| Analytical balance | Mettler toledo | PB403-S/FACT |
Riferimenti
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