मौलिक इमेजिंग के लिए वेटलैंड रूट्स और राइजोस्फीयर को संरक्षित करने की एक विधि
Summary
हम एक मॉडल प्रजाति के रूप में चावल(Oryza sativa एल.) का उपयोग कर वेटलैंड वातावरण से नमूना, संरक्षण, और अनुभाग बरकरार जड़ों और आसपास के राइजोस्फीयर मिट्टी के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं। एक बार संरक्षित होने के बाद, नमूने का विश्लेषण मौलिक इमेजिंग तकनीकों का उपयोग करके किया जा सकता है, जैसे सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे फ्लोरेसेंस (एक्सआरएफ) रासायनिक नमूना इमेजिंग।
Abstract
जड़ें बड़े पैमाने पर अपनी मिट्टी के वातावरण के साथ बातचीत करते हैं लेकिन जड़ों और आसपास के राइजोसस्फेयर के बीच ऐसी बातचीत की कल्पना करना चुनौतीपूर्ण है। वेटलैंड पौधों का राइजोस्पेयर रसायन विशेष रूप से जड़ों से थोक मिट्टी तक खड़ी ऑक्सीजन ढाल के कारण कब्जा करना चुनौतीपूर्ण है। यहां एक प्रोटोकॉल का वर्णन किया गया है जो स्लैम-फ्रीजिंग और फ्रीज सुखाने के माध्यम से वेटलैंड पौधों की जड़ संरचना और राइजोस्फेयर रसायन को प्रभावी ढंग से संरक्षित करता है। स्लैम-फ्रीजिंग, जहां नमूना तरल नाइट्रोजन के साथ पूर्व-ठंडा तांबे के ब्लॉकों के बीच जमे हुए है, जड़ क्षति और नमूना विरूपण को कम करता है जो फ्लैश-फ्रीजिंग के साथ हो सकता है, जबकि अभी भी रासायनिक विशिष्टता परिवर्तनों को कम करता है। जबकि नमूना विरूपण अभी भी संभव है, कई नमूनों को जल्दी से और न्यूनतम लागत के साथ प्राप्त करने की क्षमता संतोषजनक नमूने प्राप्त करने और इमेजिंग समय को अनुकूलित करने की क्षमता बढ़ाती है। आंकड़े बताते हैं कि यह विधि चावल की जड़ों और लोहे के सजीले टुकड़े से जुड़े राइजोस्फीयर में कम आर्सेनिक प्रजातियों के संरक्षण में सफल है। इस विधि को विभिन्न प्रकार के आर्द्रभूमि वातावरण में पौधे-मिट्टी संबंधों के अध्ययन के लिए अपनाया जा सकता है जो ट्रेस-एलिमेंट साइकिलिंग से लेकर फाइटोरेमेडिएशन अनुप्रयोगों तक एकाग्रता की अवधि है।
Introduction
जड़ें और उनके राइजोस्फेयर गतिशील, विषम और गंभीर रूप से यह समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं कि पौधे खनिज पोषक तत्वों और संदूषकों को कैसे प्राप्त करते हैं1,2,3। जड़ें प्राथमिक मार्ग हैं जिसके द्वारा पोषक तत्व (जैसे, फास्फोरस) और संदूषक (जैसे, आर्सेनिक) मिट्टी से पौधों की ओर जाते हैं और इस प्रकार इस प्रक्रिया को समझने से खाद्य मात्रा और गुणवत्ता, पारिस्थितिकी तंत्र के कामकाज और फाइटोरेमेडिएशन के निहितार्थ होते हैं। हालांकि, जड़ें पोषक तत्वों के अधिग्रहण की जरूरतों के जवाब में बढ़ते हुए अंतरिक्ष और समय में गतिशील होती हैं और वे अक्सर कार्य, व्यास और संरचना (जैसे, पार्श्व जड़ें, साहसिक जड़ें, रूट बाल)2में भिन्न होती हैं। रूट सिस्टम की विषमता का अध्ययन सेलुलर से पारिस्थितिकी तंत्र स्तर तक और लौकिक तराजू पर प्रति घंटा से दशकीय तक स्थानिक तराजू पर किया जा सकता है। इस प्रकार, जड़ों और उनके आसपास की मिट्टी, या राइजोसस्फीयर की गतिशील और विषम प्रकृति, समय के साथ राइजोस्फेयर रसायन पर कब्जा करने के लिए चुनौतियां बन गई है। इस चुनौती के बावजूद, इस महत्वपूर्ण पौधे-मिट्टी संबंधों की विशेषता के लिए उनकी मिट्टी के वातावरण में जड़ों का अध्ययन करना अनिवार्य है।
वेटलैंड पौधों की राइजोफेयर रसायन विशेष रूप से जांच करना चुनौतीपूर्ण है क्योंकि थोक मिट्टी से जड़ों तक मौजूद ऑक्सीजन ढाल, जो अंतरिक्ष और समय में बदलते हैं। क्योंकि जड़ों को फिर से उड़ने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, वेटलैंड के पौधों ने एरेन्चिमा4,5बनाकर आर्द्र भूमि मिट्टी की कम ऑक्सीजन स्थितियों के अनुकूल हो गए हैं। एरेन्चिमा कॉर्टिकल ऊतकों को खोखला कर दिया जाता है जो शूटिंग से जड़ों तक फैलते हैं, जिससे पौधे के माध्यम से हवा के प्रसार को जड़ों में ले जाया जाता है। हालांकि, इस हवा में से कुछ जड़ों के कम उप-र्णित भागों में राइजोस्पेयर में लीक हो जाते हैं, विशेष रूप से पार्श्व रूट जंक्शनों के पास, कम परिपक्व रूट टिप्स और विस्तार क्षेत्र6,7,8,9। यह रेडियल ऑक्सीजन लॉस वेटलैंड पौधों के राइजोसिस्फीयर में एक ऑक्सीकृत क्षेत्र बनाता है जो राइजोसिफेयर (बायो-जियो) रसायन विज्ञान को प्रभावित करता है और कम थोक मिट्टी10,11,12से अलग है। वेटलैंड राइजोस्फेयर और जड़ों में पोषक तत्वों और संदूषकों के भाग्य और परिवहन को समझने के लिए, विश्लेषण के लिए रासायनिक रूप से कम थोक मिट्टी, ऑक्सीकृत राइजोस्फीयर और आर्द्रभूमि पौधों की जड़ों को संरक्षित करना महत्वपूर्ण है। हालांकि, क्योंकि थोक मिट्टी में कम मिट्टी के घटक होते हैं जो ऑक्सीजन के प्रति संवेदनशील होते हैं, जड़ और मिट्टी संरक्षण के तरीकों को जड़ संरचनाओं को संरक्षित करना चाहिए और ऑक्सीजन-संवेदनशील प्रतिक्रियाओं को कम करना चाहिए।
पौधों के ऊतकों को ठीक करने और इमेजिंग के लिए अल्ट्रास्ट्रक्चर को संरक्षित करने के लिए विधियां मौजूद हैं, लेकिन उन तरीकों को वेटलैंड मिट्टी में बढ़ती जड़ों को रासायनिक रूप से संरक्षित करने के लिए लागू नहीं किया जा सकता है। जांच के लिए जहां केवल संयंत्र कोशिकाओं के भीतर मौलिक वितरण वांछित है, पौधों को आम तौर पर हाइड्रोपोनिक रूप से उगाया जाता है और जड़ों को आसानी से समाधान से हटाया जा सकता है, उच्च दबाव ठंड के तहत तय किया जा सकता है और प्रतिस्थापन को फ्रीज किया जा सकता है और उच्च-संकल्प माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (नैनोसिम्स), इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, और सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे फ्लूसेंस (एस-एक्सआरएफ) विश्लेषण13, विश्लेषण 13,सहित विभिन्न इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए अनुभागित किया जा सकता है 14,15. वेटलैंड की जड़ों के बाहर फे पट्टिका की जांच करने के लिए, इन हाइड्रोपोनिक अध्ययनों को कृत्रिम रूप से समाधान 16 में फे पट्टिका गठन को प्रेरित करना चाहिए, जो सीटू17,18,19,20में फे पट्टिका गठन और संबद्ध तत्वों के वितरण और खनिज संरचना की विषमता का सटीक प्रतिनिधित्व नहीं करता है। वेटलैंड मिट्टी और जुड़े सूक्ष्मजीवों को फ्रीज-स्कोरिंग21के साथ संरक्षित करने के लिए विधियां मौजूद हैं, लेकिन इस तकनीक के साथ जड़ें प्राप्त करना मुश्किल है। मिट्टी और उनके राइजोस्फेरिक रसायन में बढ़ती जड़ों की कल्पना करने के लिए वर्तमान तरीकों में दो प्राथमिक माप प्रकार होते हैं: मौलिक प्रवाह और कुल मौलिक एकाग्रता (और विशिष्टता)। पूर्व को आम तौर पर पतली फिल्मों (डीजीटी)22, 23, 24में डिफ्यूरिव ग्रेडिएंट का उपयोग करके मापाजाताहै, जिसमें मिट्टी को एक प्रयोगशाला सेटिंग में पौधों के विकास का समर्थन करने के लिए राइजोबॉक्स में रखाजाताहै और मिट्टी में प्रयोगशाला में प्रयोगशाला तत्वों को एक बाध्यकारी परत में फैलाना होता है। इस बाध्यकारी परत को ब्याज के प्रयोगशाला तत्वों को निर्धारित करने के लिए चित्रित किया जा सकता है। यह तकनीक जड़ों और राइजोसस्फीयर24, 25, 26, 27केबीच संबंधों को सफलतापूर्वक चित्रित कर सकती है, लेकिन रूट-बाउंडिंग से कलाकृतियां राइजोबॉक्स में पौधों को उगाने से मौजूद हो सकती हैं, और रूट इंटीरियर के बारे में जानकारी डीजीटी के साथ कैप्चर नहीं की जाती है। उत्तरार्द्ध में जड़ों और राइजोस्पायर का नमूना शामिल है, नमूने को संरक्षित करना, और सीधे नमूना अनुभाग पर मौलिक वितरण का विश्लेषण करना शामिल है। वेटलैंड संयंत्र की जड़ों और उनके आसपास के राइजोस्पीयर के इस पर्यावरणीय नमूने के लिए, नमूना तैयार करने से कलाकृतियों से बचने के लिए सावधानीपूर्वक नमूना हैंडलिंग की आवश्यकता होती है।
यहां एक प्रोटोकॉल का वर्णन किया गया है जो स्लैम-फ्रीजिंग और फ्रीज सुखाने द्वारा वेटलैंड पौधों की जड़ संरचनाओं और राइजोस्फीयर रसायन को प्रभावी ढंग से संरक्षित करता है। फ्लैश-फ्रीजिंग ऑक्सीजन संवेदनशील सॉल्यूट्स के परिवर्तनों को काफी धीमा कर सकता है लेकिन जड़ों को नुकसान पहुंचा सकता है और जब नमूने सूख जाते हैं तो जुड़ाव हो सकता है। हालांकि, स्लैम-फ्रीजिंग जहां नमूना तांबे के ब्लॉकों के बीच जमे हुए है तरल नाइट्रोजन के साथ पूर्व ठंडा जड़ क्षति और नमूना विरूपण28को कम करता है । संरक्षित नमूनों को तब एक एपॉक्सी राल में एम्बेडेड किया जाता है जो20,29 के रूप में संरक्षित करता है और उनके राइजोसस्फेयर मिट्टी के भीतर जड़ों की इमेजिंग के लिए काटा और पॉलिश किया जा सकता है। इस रिपोर्ट में नमूनों का विश्लेषण एस-एक्सआरएफ केमिकल स्पेक्सेशन इमेजिंग ने पतली सेक्शनिंग के बाद किया । हालांकि, अन्य इमेजिंग तकनीकों का भी उपयोग किया जा सकता है, जिसमें लेजर एब्लेशन-प्रेरक रूप से प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ला-आईसीपी-एमएस), कण प्रेरित एक्स-रे उत्सर्जन (PIXE), माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (सिम्स), और लेजर प्रेरित ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी (LIBS) इमेजिंग शामिल हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह पत्र एक स्लैम-फ्रीजिंग तकनीक का उपयोग करके वेटलैंड संयंत्र जड़ों के संरक्षित थोक मिट्टी + राइजोस्फीयर प्राप्त करने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करता है जिसका उपयोग मौलिक इमेजिंग और/या रासायनिक नमू?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों को डेलावेयर विश्वविद्यालय और Brookhaven राष्ट्रीय प्रयोगशाला के बीच सहयोग का समर्थन करने के लिए Seyfferth और Tappero के लिए एक संयुक्त बीज अनुदान स्वीकार करते हैं । इस शोध के कुछ हिस्सों में नेशनल सिंक्रोट्रॉन लाइट सोर्स II के एक्सएफएम (4-बीएम) बीमलाइन का इस्तेमाल किया गया, जो कॉन्ट्रैक्ट नंबर एक के तहत ब्रुकहेवन नेशनल लेबोरेटरी द्वारा विज्ञान के डीओ कार्यालय के लिए संचालित विज्ञान उपयोगकर्ता सुविधा के अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) कार्यालय है । डीई-एससी0012704।
Materials
| Copper blocks | McMaster Carr | 89275K42 | |
| Diamond blade | Buehler | 15 LC, 102 mm x 0.3 mm | operation speed: 225 rpm |
| Epoxy forms | Struers | 40300085 | FixiForm |
| Epoxy | Epotek | 301-2FL | |
| Superglue | Loctite | 404 | |
| Thin sectioning machine | Buehler | PetroThin | |
| Wet saw | Buehler | IsoMet 1000 |
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