रेडियोसक्रिय लेसरों के साथ पौधों में खनिज पोषक तत्व और विषैले पदार्थ के अपशिष्टों मापने
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
पोषक तत्वों और विषैले पदार्थ के तेज और वितरण जोरदार संयंत्र विकास प्रभावित करते हैं. तदनुसार, अंतर्निहित परिवहन प्रक्रियाओं की जांच विशेष रूप से पोषण अनुकूलन और पर्यावरणीय तनाव के संदर्भों में, संयंत्र जीव विज्ञान में अनुसंधान और कृषि विज्ञान 1,2 के एक प्रमुख क्षेत्र का गठन किया है (जैसे, नमक तनाव, अमोनियम विषाक्तता). पौधों में अपशिष्टों की माप के लिए तरीकों के बीच मुख्य काफी 1950 के दशक में विकसित किया गया था जो रेडियोआइसोटोपिक ट्रेसर, का उपयोग और आज व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाता है (3, उदा देखें). ऐसे MIFE (प्रवाह अनुमान आयन microelectrode) और एस आई इ टी (स्कैनिंग आयन चयनात्मक इलेक्ट्रोड तकनीक), और के उपयोग के रूप में इस तरह के ऊतकों में जड़ मध्यम और / या संचय, आयन चयनात्मक हिल microelectrodes के उपयोग से पोषक तत्व की कमी की माप के रूप में अन्य तरीकों, आयन चयनात्मक फ्लोरोसेंट रंगों, भी व्यापक रूप से लागू कर रहे हैं, लेकिन नेट फ्लू का पता लगाने के लिए अपनी क्षमता में सीमित कर रहे हैंXES (यानी, बाढ़ और तपका के बीच अंतर). radioisotopes का उपयोग करते हैं, दूसरी ओर, शोधकर्ता गतिज मापदंडों को हल करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है जो यूनिडायरेक्शनल अपशिष्टों को अलग और यों अद्वितीय क्षमता है, की अनुमति देता है (उदाहरण के लिए, कश्मीर मीटर और वी मैक्स), और क्षमता में अंतर्दृष्टि प्रदान, ऊर्जा, परिवहन व्यवस्था के तंत्र, और विनियमन,. रेडियोअनुरेखक साथ बनाया यूनिडायरेक्शनल प्रवाह माप विपरीत दिशा में प्रवाह अधिक है जहां शर्तों के तहत विशेष रूप से उपयोगी हैं, और intracellular पूल का कारोबार तेजी से 4. पता लगाया आइसोटोप एक ही तत्व की एक और आइसोटोप की एक पृष्ठभूमि के खिलाफ मनाया जाता है क्योंकि इसके अलावा, radiotracer तरीकों, (नीचे, 'चर्चा' देखें) माप कई अन्य तकनीकों के विपरीत, काफी उच्च सब्सट्रेट सांद्रता के तहत आयोजित करने की अनुमति दे.
यहाँ, हम यूनिडायरेक्शनल और एन के रेडियोआइसोटोपिक माप के लिए विस्तृत कदम प्रदानबरकरार पौधों में ईटी खनिज पोषक तत्वों की अपशिष्टों और विषैले पदार्थ. जोर प्रवाह पोटेशियम (K +) की माप, एक संयंत्र macronutrient 5, और अमोनिया / अमोनियम पर किया जाएगा (एनएच 3 / एनएच 4 +), तथापि, जैसे उच्च सांद्रता (पर जब वर्तमान विषैला होता है जो एक और macronutrient, 1 10 मिमी) 2. हम radioisotopes 42 + K (टी 1/2 = 12.36 घंटा) और 13 राष्ट्रीय राजमार्ग 3/13 एनएच 4 + टी (1/2 = 9.98 मिनट), क्रमशः, मॉडल प्रणाली जौ की अक्षुण्ण पौध में (Hordeum vulgare एल का प्रयोग करेंगे .), दो प्रमुख प्रोटोकॉल का विवरण में: ट्रेसर तपका (श्रेणियों) द्वारा प्रत्यक्ष बाढ़ (डीआई) और पूरक विश्लेषण. हम इस लेख बस एक प्रोटोकॉल प्रदर्शन करने के लिए आवश्यक कदम का वर्णन करता है कि शुरू से ध्यान देना चाहिए. प्रत्येक तकनीक का जहां उपयुक्त हो, गणित और सिद्धांत का संक्षिप्त विवरण प्रदान की है, लेकिन विस्तृत कर रहे हैं प्रदर्शनियोंपृष्ठभूमि और सिद्धांत विषय 4,6-9 पर कई महत्वपूर्ण लेख में पाया जा सकता है. महत्वपूर्ण बात है, इन प्रोटोकॉल अन्य पोषक तत्वों / विषैले पदार्थ के विश्लेषण के प्रवाह के लिए मोटे तौर पर हस्तांतरणीय हैं (उदाहरण के लिए, 24 ना +, 22 ना +, 86 आरबी +, 13 नं 3 -) और अन्य प्रजातियों के पौधे को, कुछ निरंतर साथ यद्यपि (नीचे देखें) . हम भी रेडियोधर्मी सामग्री के साथ काम कर रहे सभी शोधकर्ताओं उनकी संस्था के विकिरण सुरक्षा नियामक के माध्यम से व्यवस्था एक लाइसेंस के तहत काम करना चाहिए कि महत्व पर जोर.
Protocol
Representative Results
Discussion
उपरोक्त उदाहरण में प्रदर्शन के रूप में, radiotracer विधि Planta में पोषक तत्वों और विषैले पदार्थ की यूनिडायरेक्शनल अपशिष्टों को मापने का एक शक्तिशाली साधन है. 1 एनएच 3 तांता शायद जो 225 μmol जी -1 घंटा <sup…
Declarações
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 |
Referências
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