摘要
我们的目标不仅是我们可以提供营养液的元素,还包括二氧化碳气体,以可视化固定过程和被吸收碳在植物中的移动。这是我们使用实时RI成像系统(RRIS)研究的另一个亮点。有趣的结果是,被吸收的碳的路线是不同的,取决于固定发生的地方。拟南芥光合作用后的代谢产物大部分转移到主节间尖端和根14有限公司2气体是固定的,光合产物产生于莲座叶,而大部分代谢产物移动到枝节间的顶端,几乎不移动到根14有限公司2除莲座叶外,气体供应于植株的地上部分。有趣的是,它可以可视化和追踪进行固定的组织14有限公司2气体,即碳,可以从组织的固定位置追踪到组织的形成。然而,尤其是在……的情况下14C成像时,应仔细进行图像分析,因为β射线在组织中自吸收。图像14有限公司2在大约50厘米高的大样品中气体固定,引入塑料闪烁体,并对水稻和玉米的气体同化过程进行可视化。
关键字
14C 14有限公司2 14有限公司2天然气供应 实时有限公司2气体固定形象 光合作用的产物运动图像 光合作用的产物转移路线 韧皮部分区 大米 玉米 拟南芥 大规模成像5.1RRIS的性能14C成像
RRIS的属性和IP14C成像
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β射线能量从14C是低;因此,自我专注的影响不可忽视。由于自吸收的主要影响因素是样品的厚度,因此在对图像进行分析之前,首先研究了自吸收对RRIS信号检测效率的影响。测量不同组织的放射性,并将β射线计数与图像强度进行比较。24小时后14有限公司2供给植物,植物组织如叶、角果、茎、花等被分离,而放射性14用液体闪烁计数器(ALOKA LSC-6100)计数每个组织中的C,持续2分钟。对于计数中的淬火效应,已知活性为14将C作为内标添加到每个样本中,并对计数进行校正。
5.2成像的14有限公司2气固
后14有限公司2气体通过光合作用固定,代谢产物通过韧皮部流动转移到其他组织。这意味着,当组织应用14有限公司2选择固定气体,追踪光合产物的运动,就可以分析组织之间的库源关系。为了研究这种关系,14有限公司2行气体固定成像。
5.2.143日龄植物影像
为了可视化光合产物的流动,14有限公司2拟南芥莲座叶在生长43天后供气。莲座叶采用1.2 μm厚聚乙烯包覆。14有限公司2将气体引入袋子中,在光敏光子加速器中照射24小时。然后,向上运动14c标记的光合产物通过RRIS可视化。
供试植株发育良好,主茎有成熟的角果,侧茎比主茎发育较年轻的组织。由于初级光合产物优先积累在侧茎,因此可以认为,在茎幼时,莲座丛叶是碳源器官,但在开花后,茎中必要的碳源由角果、茎和茎叶产生的光合产物提供。为了验证这一假设,研究人员对一株年轻的植物进行了同样的实验。
5.2.2年轻的样本成像
相比之下,在数量上没有差异14C在主茎和侧茎的顶端检测14有限公司2整个秧苗都有煤气供应。然而,当14有限公司2气体供应给植株的地上部分,除了莲座叶14侧茎的C强度高于主茎,与莲座丛的C强度相反。5.7).这一观察结果表明,除了莲座叶外,还有一个源器官向侧茎提供光合产物。
为了确定侧茎的潜在源器官是否为花序,14有限公司2气体仅以1小时的脉冲向花序供气。结果是14侧茎尖C信号强度远高于主茎尖C信号强度,且这一高强度的C信号在侧茎尖明显高于主茎尖14侧尖C信号持续24小时,提示14主茎产生的C代谢物不断向侧茎运输。对于莲座丛叶产生的光合产物,在脉冲供应后观察到优先转移到主茎尖14有限公司2天然气,类似于连续供应产生的气体。
5.2.3图像分析的光合产物转移路线
分析光合产物的转移途径、变化14绘制主茎尖和侧茎尖C信号。在连续14有限公司2供气、光合产物运动方向不同,根据气体固定部位、莲座丛和没有莲座丛的地上部分,光合产物积累的路径和组织也不同。
当14有限公司2脉冲供气1 h14C信号增加与时相似14有限公司2除花序供气外,其他供气均为连续供气。光合产物供给明显向侧茎尖移动,侧茎尖积累的光合产物量是主茎尖的2倍以上。高14脉冲供应使侧茎段C信号强度保持不变,花序连续供应期间C信号强度稳定增加14除莲座丛叶外,主茎中产生的c标记的光合产物不断被运输到侧茎。尽管光合产物的运动路径因生产部位的不同而不同14有限公司2总的来说,供气给全株时,幼嫩植株各组织间的固气积累量差异不显著。
为了更详细地分析除莲座叶外,植株地上部分产生光合产物的途径,绘制了茎叶和侧茎尖。的14侧茎茎叶中C信号减弱,但总信号强度降低14茎叶和侧茎尖中的C保持不变(图2)。5.8摄氏度).这一观察可能表明,茎叶也作为一个碳源的侧茎尖,尽管数量14侧茎尖区域(包括茎尖和茎叶)的c -光合产物含量保持不变。
与油菜种子相比,油菜种子开花后莲座叶随茎叶光合作用的增强而下降。拟南芥的莲座叶在开花后虽然没有凋落,但在莲座叶发育的最大扩张后,光合活性逐渐下降,甚至在莲座叶衰老后,还会持续一段时间出现角果,表明拟南芥茎叶或角果产生的光合产物具有重要作用,这与油菜种子植物类似。
5.2.4光合产物的全植物图像
5.3大豆植物光合产物的运动14有限公司2被提供的
有趣的是,在荚果发育的生长阶段,扩张的三叶叶产生的主要碳源光合产物主要不是供应给有分生组织的最年轻组织,而是供应给最近的荚果。结果表明,在豆荚发育过程中,大部分光合产物并没有转移到较远的距离。
5.4光合产物向根部向下运动
当14有限公司2气体被供给了玫瑰结叶,14发现c标记的光合产物被运输到根部。5.10).为了显示根内的汇聚组织,成像的向下运动14之后进行c标记的光合产物14有限公司2仅对拟南芥幼苗地上部分供气,拟南芥幼苗为开花前的幼株。植物在0.4%结冷胶和全营养培养液中生长,培养皿中有几个气孔。然后将植物的根放在结冷胶上,在聚乙烯薄片(厚度:10 μm)上进行成像。将FOS上的植株垂直放置,每隔1 h拍照15 min,用100 μmol/m的发光二极管灯照射植株2/s)在图像采集周期之间45分钟。
的结果14c标记的光合产物优先积累在尖端区域,这与研究结果一致芸苔属植物显著在此过程中,叶片产生的光合产物被转移到分生组织的根部区域(Dennis et al. 2010)。此前,利用羧基荧光素(CF)染料对拟南芥单个子叶观察了其根尖周围韧皮部的卸载活动(Oparka et al. 1994)。根据共聚焦激光扫描显微镜拍摄的连续CF图像,作者认为位于根尖后200-700 μm的原始韧皮部在韧皮部卸载和随后的侧向运输中起作用。与此建议相符,高14利用微rris检测主根尖远端200和800 μm处的C信号强度(图;5.16).这个区域,现在被认为是根系的主要库组织,可以认为是从顶端分生组织的中部延伸到延伸区开始的部分。
5.514有限公司2大型植物的固定
RRIS是利用光纤板(FOS)开发的,在其上沉积CsI (Tl)闪烁体,将辐射转化为光。但是,闪烁体尺寸固定在10 × 10 cm,太小,无法观察整个植株。为此,我们使用了一种塑料闪烁体Lumineard-C来成像14植物中c标记的光合产物的运动(见第三章)。4,教派。4.2.6).对塑料闪烁体的性能进行了研究,证明了塑料闪烁体的适用性14植物C成像。为了研究光合产物的长距离运输,该系统可以可视化14当植株长时,c标记的光合产物在芽和根之间的运动。
一株40天大的稻苗(栽培稻l .简历。(Nipponbare)和70日龄玉米幼苗(玉米以商业化杂交甜玉米L.)为研究对象,分析了植物光合产物的运动规律。在16 h L/8 h D、光/暗条件下培养。水稻和玉米植株的地上高度分别约为550 mm和400 mm。14有限公司2气体是通过混合产生的14c标记碳酸氢钠和乳酸装入1.5 mL小瓶,带隔膜盖。每株用聚乙烯袋密封。然后,用一根管子将小瓶和袋子连接起来14有限公司2把气体装进袋子里。4 MBq和8 MBq分别施于水稻和玉米幼苗90和120 min。后14有限公司2气体供应后,将装置从袋子中取出,固定在用2 μm厚的铝片覆盖的Lumineard-C (170 × 750 mm)上,并放置在一个大的黑暗盒中。在盒子中,在15分钟光照期后,关闭15分钟,在黑暗期进行成像。影像学检查持续至治疗后24小时。
5.6总结与进一步讨论
在对RRIS成像系统性能的研究中,发现可以对运动轨迹进行追踪14C在植物组织中。这意味着可以追踪光合作用、碳固定和光合产物运动的过程14有限公司2气体固定在植物组织中。然而,由于β射线自吸收的影响,成像结果必须仔细分析14C不可忽视。考虑到所有这些条件,研究结果如下。
拟南芥同化后光合产物运动路线的可视化14有限公司2植物组织中的气体揭示了关于流动的新发现。图像显示,代谢产物的转移途径依赖于产生光合产物的原始组织。由于光合产物是通过韧皮部流动的,所以也可以通过追踪的信号来追踪韧皮部流动14除了光合产物如何转移外,还可以分析韧皮部划分的位置和时间。
值得注意的是,这些源库关系随着植物各组织的发育而随时间发生变化。在拟南芥的例子中,正如我们所预期的那样,我们发现,当茎年轻时,玫瑰丛叶是源器官,但在开花后,茎中必要的碳源由角果、茎和茎叶产生的光合产物提供。这意味着,随着植物整个组织的发育,展开的叶片对其他组织的支持作用也会发生变化。
上述结果是分析光合产物运动的一个例子,但在连续的图像中也有大量的信息;因此,通过在图像中设置合适的ROI(感兴趣区域),可以更详细地分析光合产物的运动。对我们来说,能够追踪光合产物并根据可见的固定碳确定分生组织中产生了哪些组织是令人惊奇的。然而,为了进一步分析新生成的组织和光合产物韧皮部卸除的动态,需要改进micro-RRIS来提供光条件下的标记气体,特别是用于实时成像。
在大豆植株的情况下,可以看到在最年轻的组织中有大量的光合产物积累,这与其他植株的情况类似。当光合产物流向荚果时,虽然叶片间光合产物产量处于同一水平,但被同化的碳优先从三叶向最近的荚果转移。众所周知,豆荚产生了适合种子生长的最佳条件,比如高浓度的CO2豆荚内气体和高光合活性。虽然吊舱的自吸收性很高,但随着成像系统设备的进一步开发,CO的可视化2在吊舱里放气体是可能的。
为了观察更大的样本,我们使用了塑料闪烁体Lumineard,这样就可以观察到光合产物在叶片中的运动。如前所述,虽然自我专注14当仔细选择分析组织时,C值较高,尤其是节间C值较高14C被仔细地考虑在内,这是可能跟踪光合作用的运动在植物,特别是植物生长在土壤中。综上所述,在宏观和微观RRIS中检测气态放射性核素可以极大地提高RRIS的多功能性。
参考书目
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4.杉田R(2014)博士论文。图片来源:东京大学谷歌学者
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