שיפור של שיעור הצמיחה הראשוני של צמחים חקלאיים באמצעות שדות מגנטיים סטטיים
Summary
The goal of this protocol is to demonstrate the acceleration of the initial growth rate of plants by applying static magnetic fields with no external energy.
Abstract
מכשירים אלקטרוניים וחוטי מתח גבוה לגרום שדות מגנטיים. שדה מגנטי של 1,300-2,500 גאוס (0.2 טסלה) היה מוחל על צלחות פטרי המכילות זרעי גן בלזם (תיגע balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. Japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. Perviridis), ו Mescluns (שחליים sativum ). יישמנו מגנטים מתחת לצלחת התרבות. במהלך 4 ימי יישום, צפינו כי אורך גבעול השורש גדל. הקבוצה לייחס שדה מגנטי (n = 10) הראתה פי 1.4 מהר יותר בקצב הצמיחה בהשוואה לקבוצת הביקורת (n = 11) בסך של 8 ימים (p <0.0005). שיעור זה גבוה ב -20% מזה שדווח במחקרים קודמים. הקווים מורכבים טובולין לא היה חיבור נקודות, אבל נקודות חיבור להתרחש על פי בקשה של מגנטים. זה מראה הבדל מוחלט מהשלט, כלומר הסדרים חריגים. עם זאת, את הסיבה המדויקת עדיין לא ברורה. מיל אלהאולטס של שיפור צמיחה של החלת מגנטים מראה כי אפשר לשפר את קצב הצמיחה, להגדיל את התפוקה, או לשלוט במהירות של נביטה של צמחים על ידי החלת שדות מגנטיים סטטיים. כמו כן, שדות מגנטיים יכולים לגרום לשינויים פיסיולוגיים בתאי צמח והוא יכול לגרום לצמיחה. לכן, גירוי עם שדה מגנטי יכול להיות השפעה אפשרית הדום לאלה של דשנים כימיים, כלומר השימוש בדשנים ניתן להימנע מכך.
Introduction
נביטה היא הצמיחה של צמח שגורם להיווצרות של השתיל 1. בתנאים מסוימים, נביטת זרעים מתחילה ואת הרקמות העובריות לחדש את הצמיחה. זה מתחיל עם הידרציה לזרע כדי להפעיל אנזימים עבור נביטה. זרעים יכולים להיגרם לנבוט במבחנה (בצלחת פטרי או מבחנה) 1,2.
שדות מגנטיים סטטיים הם כוחות מיוחדים שגורמים תנועות של מולקולות עם חיובים יוניים בדרך של כוח לורנץ 3,4. הכח לורנץ נוצר כאשר מהלכים אובייקט מיונן או לדין בשל עבירה לפי שדה מגנטי. כל חומר נוצר עם אטומים אשר מורכבים של אלקטרונים ופרוטונים. כאשר השדות המגנטיים להיות נוכחים, בין אם זה הוא סטטי או לסירוגין, זה משפיע על התנועה של החומר טעון. זה חל גם על צמחים ובעלי מולקולות מים, אשר משפיעה על מצב המולקולה התאי. במחקר קודם, סלילים אלקטרומגנטיים שימשוכדי ליצור שדות מגנטיים פעמו, והצמחים 'Komatsuna' נבחרו הנושאים 5. במחקר הנוכחי, מגנט שנוצר ושדה מגנטי סטטי שימשו לתת השפעות דומות אך שונות כמו מחקר הרחבת כוח לורנץ.
התדירות של השדה המגנטי, ולא הקוטביות שלה, היא גורם מכריע עבור נביטת צמח. מחקרים קודמים הציעו כי שיעורי נביטת מקסימום היו 20% מהצעת מחיר הבקרה כאשר התדירות של השדה המגנטי הייתה כ -10 הרץ. כאשר השדה הוסר באופן מדרדר, שיעור הצמיחה נפגע 5. יש שדות מגנטיים סטטיים השפעה ניכרת על 6-8 הצמיחה הראשונית, בעיקר על נביטה וצמיחה 6 שורש 7.
במחקר הנוכחי, השתמשנו מגנטים סטטיים לבחון את האפשרות להסדיר את הצמיחה של צמחים חקלאיים באמצעות שדות מגנטיים. בפרט, מטרתנו הייתה דetermine אם תנאים מסוימים של יישום שדה מגנטי יכולים להגדיל את שיעורי צמיחה לרמות גבוהות יותר מאלה המוזכרים בספרות. יתר על כן, אם הנביטה הראשונית של צמחים ניתן להגדיל בהצלחה באמצעות שדה מגנטי, השימוש בדשנים כימיים ניתן להימנע מכך.
Protocol
Representative Results
Discussion
בכל התנאים, מגנטים יש להחיל מתחת לצלחת פטרי. מחקר זה בדק את ההשפעה של שדות מגנטיים על שיעור צמיחה של זרעים כמה מינים חקלאיים, עם דגש על הגן בלזם כנציג של צמחים חקלאיים. למשל, מכתים טובולין בוצע על הגן בלזם להעריך את השינויים המולקולרית ברמת שורש גזע-מבני מייקרו שלד מצבי…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study received supported from the National Research Foundation of Korea (NRF) (2011-0012728). A poster presenting this study was awarded the Best Poster Award by the Korean Society of Applied Biological Sciences (KSABC).
Materials
| Static magnets | JIM | N/A | 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 | N/A | ISO value 400 & aperture F 3.2 |
| Sony Vegas Pro 13.0 | Sony | N/A | N/A |
References
- Martin, F. W. In vitro measurement of pollen tube growth inhibition. Plant Physiol. 49, 924-925 (1972).
- Pfahler, P. L. In vitro germination characteristics of maize pollen to detect biological activity of environmental pollutants. Environ Health Perspect. 37, 125-132 (1981).
- Yao, Z., Tan, X., Du, H., Luo, B., Liu, Z. A high-current microwave ion source with permanent magnet and its beam emittance measurement. Rev Sci Instrum. 79, 073304 (2008).
- Hendrickson, C. L., Drader, J. J., Laude, D. A., Guan, S., Marshall, A. G. Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry in a 20 T resistive magnet. Rapid Commun Mass Spectrom. 10, 1829-1832 (1996).
- Namba, K., Sasao, A., Shibusawa, S. EFFECT OF MAGNETIC FIELD ON GERMINATION AND PLANT GROWTH. Acta Hort. 399, 143-148 (1995).
- Hirota, N., Nakagawa, J., Kitazawa, K. Effects of a magnetic field on the germination of plants. Journals of Applied Physics. 85, 5717-5719 (1999).
- Penuelas, J., Llusia, J., Martinez, B., Fontcuberta, J. Diamagnetic Susceptibility and Root Growth Responses to Magnetic Fields in Lens culinaris, Glycine soja, and Triticum aestivum. Electromagnetic Biology and Medicine. 23, 97-112 (2004).
- Carbonell, M. V., Martinez, E., Amaya, J. M. Stimulation of germination in rice (Oryza Sativa L.) by a static magnetic field. Electro- and Magnetobiology. 19, 121-128 (2000).
- Oakley, R. V., Wang, Y. S., Ramakrishna, W., Harding, S. A., Tsai, C. J. Differential expansion and expression of alpha- and beta-tubulin gene families in Populus. Plant Physiol. 145, 961-973 (2007).
- Hoson, T., Matsumoto, S., Soga, K., Wakabayashi, K. Cortical microtubules are responsible for gravity resistance in plants. Plant Signal Behav. 5, 752-754 (2010).
- Kim, S., Im, W. Static magnetic fields inhibit proliferation and disperse subcellular localization of gamma complex protein3 in cultured C2C12 myoblast cells. Cell Biochem Biophys. 57, 1-8 (2010).
- Benjamini, Y. Opening the Box of a Boxplot. The American Statistician. 42, 257-262 (1988).
