Here, we present an easy-to-follow protocol to establish a successful hydroponic system for plant nutrition studies. This protocol has been extensively tested in Arabidopsis and can easily be adapted to other plant species to study specific nutritional requirements or the effect of non-essential elements on plant growth and development.
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।
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।
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।
The authors have nothing to disclose.
This research was supported by the University of Missouri Research Board (Project CB000519) and the US National Science Foundation (IIA-1430428 to DMC). Nga T. Nguyen was supported by the Vietnam Education Foundation Training Program (Exchange visitor program No. G-3-10180). We also thank Roger Meissen (MU Bond Life Sciences Center) for his assistance and expertise during the video recording and editing sessions.
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 |
For root wash buffer preparation | www.milipore.com | ||
EDTA | Acros Organics | A0305456 | |
Tris | Fisher Scientific | BP154-1 | |
For hydroponic set up | |||
Autoclavable foam tube plug | Jaece Industries Inc. | L800-A | Identi-Plugs fit to holes with 2R=6-13mm |
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 | |
Marketed by Wal-mart Stores, Inc. | |||
Airline tubing and aquarium bubble stones | Aqua Culture | Tubing: 928/25-S | |
Marketed by Wal-mart Stores, Inc. | Stone: ASC-1 | ||
기타 | |||
Ethanol | Fisher Scientific | A995-4 | Reagent Alcohol |
Cadmium Chloride (CdCl2) | Sigma-Aldrich | 10108-64-2 |