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的可视化14c标记的植物内气体固定

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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

目的:研究RRIS的疗效14C成像,标准来源14C是由点滴准备的141.8 Bq (0.5 Bq/mm)聚苯乙烯薄片上的c标记蔗糖2)至14,800 Bq (4500 Bq/mm2).在3 ~ 60 min的积分时间内测量薄片上的斑点,然后在RRIS(实时RI成像系统)和IP使用中评估测定的最小限度和上限14C标准点,以同样的方式描述RRIS的发展(章。4).当积累时间较短时,RRIS中的最小测定限低于IP中的最小测定限。活度之间的线性关系14C和RRIS得到的信号强度用标准进行评价。活度数之间呈良好的线性关系14C和RRIS和IP得到的信号强度(数据未显示)。表中列出了RRIS和IP方法测量的最小和上限以及动态范围5.1
表5.1

RRIS的属性和IP14C成像

3分钟

5分钟

10分钟

15分钟

30分钟

60分钟

RRIS

最小限度(Bq/mm2

4

2

2

1

1

1

上限(Bq/mm2

1×103.

1×103.

1×103.

1×103.

1×103.

1×103.

确定范围

2×102

5×102

5×102

1×103.

1×103.

1×103.

知识产权

最小限度(Bq/mm2

8

4

2

2

1

1

上限(Bq/mm2

4×103.

4×103.

2×103.

1×103.

2×102

2×102

确定范围

5×102

1×103.

1×103.

5×102

2×102

5×102

下一步是比较植物样本的图像,提供14C-labeled有限公司2气体,由RRIS和IP获取。用于成像的样本是一种苗拟南芥(Col-0)在培养液中培养38天,开花,豆荚发育。14C-labeled有限公司2是通过混合产生的14c标记的碳酸氢钠(2-5 MBq)和乳酸,装在1.5 mL小瓶中,带隔膜盖,配有注射器针头。该植物被放置在一个聚丙烯袋中,袋口用粘土密封,并连接一根管子。那么,5mbq的14有限公司2通过注射器将小瓶中产生的气体引入袋中24小时(图1)。5.1).为了将样品固定在Cs(Tl)I闪烁体所在的FOS上,我们使用了硅橡胶片,并在FOS上覆盖了聚苯硫醚薄膜,以防止污染14C。
图5.1

成像的14有限公司2RRIS的气体固定[1].(一个14有限公司2气体是通过混合产生的14c标记的碳酸氢钠(2-5 MBq)和乳酸,并供应到覆盖植物样品的聚丙烯袋。(b) RRIS的大纲。在FOS的黑盒子里准备了一个植物,图像由计算机监控

首先,提供的植物图片14有限公司2通过RRIS和IP采集气体,并对图像进行比较。RRIS和IP的暴露时间相同。这些图像在分辨率、数据深度和对比度等质量上存在差异,特别是在具有复杂形态的位置,如花(图。5.2).RRIS和IP成像质量差异的主要原因是分辨率不同。RRIS的分辨率约为70 dpi,而IP的分辨率为500 dpi,是RRIS的7倍多。此外,植物的固定方法也会造成图像质量的差异。植物被紧密地固定在卡带中的IP上进行曝光,而在RRIS的情况下,植物被相对松散地固定在自由/开源软件上,使用磁带在成像期间允许生长。总之,IP图像的质量高于RRIS图像,特别是在复杂形态的位置,如花。
图5.2

14IP和RRIS获取的拟南芥图像[1].五项兆贝可14有限公司2在萌发38天后,供气24 h。A和B是IP和RRIS分辨率分别约为500和70 dpi的图像。IP图像分辨率高的原因之一是,植物可以紧紧地固定在IP上,在磁带中进行曝光

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。

数字5.3显示RRIS获得的信号强度与实际测量到的放射性之间的关系。图中显示的结果表明14在某些组织中发现C信号强度不是线性的。成熟的叶、花、角果和茎等厚的组织,没有显示出两者之间的相关性14C活动和图像强度。这些结果表明,难以量化14在两种成像方法(IP和RRIS)中使用放射自显影技术的厚样品中由于自吸收而产生的C活性。另一方面,有可能量化14利用RRIS测定幼叶和成熟叶中C的活性。当我们将RRIS强度与IP的PSL值进行比较时,大多数组织:成熟的叶片、花、角果和茎保持线性。结果表明,虽然自我吸收得到了证实,但RRIS和IP拍摄的图像似乎显示了相同的图像14C剖面,说明IP图像可以补偿RRIS图像。
图5.3

校准的14RRIS获取拟南芥组织图像中的C活性[1].(一个14C强度与放射性计数;(b) a中较低计数的放大;c: IP得到的PSL值与RRIS得到的图像强度的关系

作为一个例子14C成像14有限公司2气体固定,14简要介绍拟南芥的C图像。在这种情况下,14c标记蔗糖是植物光合作用的初始代谢产物,以叶面施肥的形式由叶片提供。数字5.4显示连续的RRIS图像14C在30天生拟南芥植株提供14测定时从植株莲座上提取c标记的蔗糖(1.85 MBq/500 μL)。虽然必须考虑到自我关注,但倾向于14C随时间的积累可以观察到,因为当组织中的成像区域固定时,C的变化14该区域的C信号表示蔗糖量的相对变化。然后,对整个植物在这个阶段和进一步老化的样品进行IP图像采集。数字5.5是拟南芥植株培养30和60天后不同生长阶段的IP图像。这两个数字都显示出……的趋势14C的积累,如蔗糖同化产物在成熟组织和关节部位的积累。由于很难分辨角果的详细分布,因此收获了豆荚,而分布14C是调查。开花2 ~ 3 d后,幼豆荚呈均匀积累14C在纵向上受IP。但是,积累量较高14C在开花7天后在荚果中较高的位置通过IP观察(数据未显示)。
图5.4

的一个例子14拟南芥c -蔗糖图像(1)[2].1.85 MBq/500 μL的14将c -蔗糖溶液施于萌发30天后的拟南芥莲座叶上。连续的14植物C图像通过RRIS获取。融合时间为15 min / h。在图像采集过程中,灯被关闭

图5.5

的例子14拟南芥c -蔗糖图像(2)[2].1.85 MBq/500 μL的14拟南芥莲座叶在萌发30 (A)和60 (B)天后施用c -蔗糖溶液

5.2成像的14有限公司2气固

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。

数字5.6的24小时内信号强度的变化14有限公司2天然气供应。的数量14主茎中c标记代谢物含量极低,主茎上部几乎没有信号。相反,在侧茎的尖端,量14c标记代谢物持续积累,表明莲座叶是向侧茎提供光合产物的主要来源器官。这一结果令人惊讶:尽管在主茎中存在库组织,如发达的花和角果,但库的主要部分在次茎中。然而,在这些图像中,没有观察到韧皮部沿着连接基茎和主茎周围的尖端区域的筛管流动。
图5.6

连续的画面14C光合产物固定后14有限公司2拟南芥气体[3.].(植物的照片和连续的图片14C-labeled代谢物运动。14有限公司2向43日龄植株的莲座叶提供14c - photosynthates通过RRIS可视化。成像积累时间设为15 min。比例尺:2 cm)

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

为了验证上述假设,对萌发后30天的幼苗进行了相同的试验。因此,光合产物的运动与43日龄植株不同。当14有限公司2将气体引入莲座丛叶,莲座丛叶产生的光合产物优先转移到主茎尖(图1)。5.7).从莲座叶向各茎段的韧皮部流动方向在基部发生变化,并受茎段年龄的影响。
图5.7

14拟南芥c -光合作用的运动14有限公司2气体被供应到不同的组织[3.].连续的画面14C光合产物显示后/时供应14有限公司2莲座叶,整株或花序。序列图像由RRIS获取。14有限公司2气体以脉冲(A)或连续(B)方式提供。每帧成像时间为15分钟。比例尺:20 mm

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。

如图所示。5.8时,光合产物优先向主茎尖转移14有限公司2气体从玫瑰花供应24小时。然而,14连续24小时内,侧茎尖C积累量线性增加14有限公司2而在大约12小时后,主茎尖端的增加速率低于侧茎14有限公司2煤气由全厂供应,增加在14主茎尖和侧茎尖的C信号相似。
图5.8

的优先路线14拟南芥主茎或侧茎的c -光合作用运动[3.].14有限公司2在脉冲(A)和连续(B)条件下向莲座叶、整株或花序供气。A和b的roi分别为主茎尖(蓝色)和侧茎尖(红色),C在茎叶(C1和C2)上设置2个roi,侧茎设置3个roi。D:两片茎生叶和侧茎尖。优惠转让14主要茎尖的c -光合产物表现为14有限公司2气体供给以莲座叶为主,花序供给则以枝尖为主

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。

接下来的分析是确定产生光合产物的组织为角锥提供了碳源。如图所示设置感兴趣区域(ROI)。5.9,角锥从植株的下部到上部编号为Si1至Si4。当14有限公司2脉冲向莲座叶供气1 h14各角部C含量均增加。的14C信号也随着角锥位置由低到高而增加,即年轻角锥积累的量较高。这表明,角果的C源来源于莲座叶。另一方面,当14有限公司2气体以脉冲的形式供给花序14各角锥的C量均随时间的延长而减少,各角锥间C量差异不大。这个结果,说明14当莲座叶的光合产物含C时,角果中的C含量略有下降14C,表明光合产物几乎没有从角果到其他组织的任何运动,并表明损失14腹角C可能是由于呼吸作用。脉冲电源14有限公司2整个植株的气体表明,即使光合产物是由莲座叶提供的,数量14C在较老的角果中减少。有持续供应的14有限公司2气到花序,气到14在所有被测的角骨中C的含量都增加了。这表明,主茎的光合产物,包括茎叶或角果,可以供给幼角果。
图5.9

的优先路线14拟南芥c -光合产物向角果的运动[4].14有限公司2将气体脉冲(1小时)注入莲座叶、整株或嫩枝(花序)。就投篮而言,14有限公司2煤气持续供应。roi在时间上以Si1 ~ Si4为主干的侧位分布。有一个偏好14从莲座提供c -光合产物的转运途径

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

获得14包括根系在内的全株C图像,收获后经RRIS成像后置于IP上。数字5.10这是之后工厂的放射自照14有限公司2供气时间为1小时。如图所示14植株地上部分C信号的分布与RRIS分析结果一致。IP获取的根图像,在RRIS中没有获得的根图像,也表明了在14C信号的相对差在14有限公司2供气地点,从莲座叶或花序。图中红色和蓝色箭头。5.10分别在图片和x线片上标出根部。有人指出,没有14时观察根的C像14有限公司2气体只供给植株的地上部分,而不是莲座叶,如根签名中的蓝色箭头所示。然而,当14有限公司2气体被供给到莲座叶,量较高14C在根部的表现比向整个植株供气时明显。结果表明,莲座是根系的主要碳源。因此,固定在花序中的光合产物似乎只在花序内部进行运输、代谢和积累。
图5.10

的优先路线14拟南芥c标记代谢物转移到根部[3.].的14经RRIS成像后获得c标记的代谢产物IP分布图像,其中14有限公司2气体以脉冲(1小时)的形式注入到莲座、整株或花序中。在每一个14有限公司2供气方法,灰度图像由IP ()及照片(正确的)所示。比例尺:20mm。箭头表示根。当14有限公司2煤气供应给了玫瑰花,14c标记的代谢物优先转移到根14在根中未观察到c标记的代谢物(蓝色箭头),当气体由花序提供时

5.3大豆植物光合产物的运动14有限公司2被提供的

利用RRIS对拟南芥co2气体固定过程以及光合产物的定位进行了可视化14C-labeled天然气供应。下一个实验是利用大豆植物来观察光合产物的运动。因为大豆比拟南芥大得多,所以更容易供应14有限公司2气体进入特定组织,并研究光合产物如何从一个组织转移到其他组织。为此,大豆植物(大豆.cv, Enrei)在16 h L/8 h D、光/暗条件下的植物细胞培养液中培养。首先,14有限公司2萌发后40天,整株脉冲供气30 min。的14C信号在发育成熟的叶片间分布均匀,说明每片叶片光合30 min产生的光合产物数量相近。数字5.11是一个IP获得的工厂的图像。没有14在根中观察到C信号,表明叶片产生的大部分光合产物仍停留在光合作用发生的位置;因此,它没有被转移到根部。
图5.11

14c -光合产物在大豆植株中的分布[5].14有限公司2在发芽40天后,整株大豆备气30 min。然后,将植物暴露在IP(成像板)上30分钟。a:植物图片;b: IP图像的x光片。的14C光合产物均匀分布在展开叶片中;然而,14根中未观察到C信号

由于扩张三叶叶片的光合产物数量相近,所以选择20日龄植株的第一片三叶,和14有限公司2气体仅供给这些叶片30 min。然后,分析光合产物向其他组织的运动,从减少14来自这些叶子的C信号。数字5.12中显示更改14供气后8小时内的C信号。结果表明,原始三叶叶片产生的光合产物随着时间的推移逐渐减少,约4 h后趋于稳定。处理叶片相对强度的下降曲线表明,在8 h内,韧皮部大部分光合产物的转移运动似乎停止。
图5.12

14大豆叶片中c -光合产物的转移方式[5].14有限公司2配制气体,给予三叶30 min;然后进行实时成像(RRIS)。利用RRIS连续图像的辐射强度监测三叶叶的辐射强度。a:原理图14有限公司2供气给三叶;b三叶叶片相对放射性强度随时间的变化曲线

利用同一生长阶段的植物,14有限公司2气体供给所选组织30分钟,并运动14C像经RRIS观察至治疗后8 h。从三叶叶片,代谢物优先转移到最年轻的组织,并积累在那里。然而,当14有限公司2气体只供给最年轻的叶片,包括分生组织,该组织产生的光合产物留在这个位置,几乎不移动到其他组织(图。5.13).光合产物从三叶叶向最年轻组织的优先运动被显示出来,与三叶叶发育的位置不同(数据未显示)。一株植物在不同发育阶段有多种组织;因此,通过光合产物的转移促进幼龄组织的生长是产生植物结构的重要来源。
图5.13

14大豆植物c -光合产物的运动[5].的14有限公司2在萌发20天后,将气体注入三叶30min,利用RRIS监测光合产物的运动。之后显示顺序图像14有限公司2天然气供应。14有限公司2第一(a, b)和第三(c)三叶供气。每个成像帧的累积时间设置为15分钟。信号强度使用伪颜色分配(白色代表最高强度)

光合产物从三叶向幼嫩组织的运动较早14有限公司2供气30 min,但如上所示,光合产物从地上部分到根部的运动要比到年轻组织的运动慢得多。的14供油30分钟后,根系未表现出C信号14有限公司2气体(图。5.11).由于光合产物在根系中移动和积累需要较长的时间,因此无花果。5.14显示了连续供应24小时后由IP拍摄的整个工厂的图像14有限公司2气体。因为叶子提供了14有限公司2由于剩余的气体比其他组织发出更高的辐射14c标记的化合物,当整个植物暴露在相同的IP时,图像的背景水平增加。因此,处理后的叶片与植株分离,用不同的IPs对切下的叶片和植株其余部分进行图像采集。图中以箭头表示这些三叶植物的原始生长位置。IP图像显示14有限公司2气体供应给扩张的三叶叶片,大部分光合产物优先移动到最年轻的组织,只有少量的光合产物移动到根或其他组织,而三叶叶片的位置无关。路径偏好与RRIS显示的相同。然而,当14有限公司2气体被供应给最年轻的组织,在这个位置产生的所有光合产物都留在了这个位置,而没有观察到向其他组织(包括根)移动。从幼龄组织的光合产物转移几乎检测不到。
图5.14

大豆植物的光合产物谱[5].24小时后14有限公司2对三叶叶和幼嫩组织的供气,植株暴露于IP。a、b和c中最上面的数字是与下面每个IP图像(d、e和f)相对应的工厂图片。14有限公司2向扩张的三叶叶(a、b、d和e)和最年轻的组织(c和f)提供气体。为了减少IP图像的背景噪声,处理过的叶片与植株断开,暴露在不同的IP (d - f),叶片连接的位置用箭头表示

另一个问题是什么来源的光合产物供给豆荚。为确定光合产物从叶片向发育荚果运动的方向,选取萌发55天后的植株。然后,14有限公司2在离豆荚较近的位置向生长的三叶提供30分钟的气体。从RRIS和IP得到的累积图像如图所示。5.15.在吊舱的例子中,碳从14有限公司2成熟的三叶叶片中气体优先转移到最近的荚果中,且在8h后气体积累量仍在增加14有限公司2天然气供应。虽然在植株上发育了多个荚果,但在较高位置发育的荚果虽然比最近的荚果更年轻,但没有观察到光合产物的积累。然而,在豆荚生长的组织下面显示有少量的光合产物积累14有限公司2气体从叶和根中供给。
图5.15

大豆植物从叶子到豆荚的光合作用运动[5].14有限公司2在萌发55天后,将气体注入大豆植株的扩张三叶叶片,并对其进行分析14通过RRIS获得c -光合产物随时间的运动。在连续拍摄图像后,工厂暴露在一个IP。为降低背景噪声,将处理过的组织断开,暴露于不同的IPs。断开连接的位置用箭头(b和c)表示。

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

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。

RRIS图像14根中的C表示到达143 h后,包括侧根在内的根尖区域的光合产物c标记14有限公司2被提供。此后,积累1412 h后,根尖c标记的光合产物含量增加14在微rris下观察到主根尖的光合产物c标记。2周生拟南芥植株在12小时内根系伸长率为5.1±0.4 (SD) mm。因此,图中所示的根尖段。5.16推测为新发育的组织14c标记的光合产物是光合产物的库。
图5.16

的向下运动的形象化14从叶到根的c标记代谢物[3.].(一个)样本盖上聚乙烯袋的示意图,以备进行14有限公司2天然气供应。(b)的连续影像14大rris摄c标记代谢物运动。(c)连续拍摄宏观rris图像后,得到的微观rris图像为14根(根尖、成熟区和侧根)的代谢产物c标记。(1):灰度图像;(2):伪彩色图像;(3):分布剖面14c标记的代谢物在根。比例尺= 100mm。14C信号在主根尖约200和800 μm处较高

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。

14有限公司2气体供应时间有限,成像显示14C代谢物固定后发生移动。如预期的,数量14C在水稻和玉米叶片中持续下降(图;5.17).水稻植株的下降规律表明,各叶片单位面积光合能力和光合产物下降速度基本一致。在玉米的情况下,老叶表现出更快的下降14c标记的光合产物,这似乎是由代谢产物从叶子转移到其他组织,包括根,以及从组织的损失造成的14有限公司2通过呼吸气体。由于光合产物流量随发育阶段的变化而变化,这一结果不能作为讨论不同植物间光合产物减少模式差异的理由。然而,水稻植株叶片中光合产物的类似减少表明,水稻植株本身处于比玉米植株更年轻的发育阶段。
图5.17

大尺度成像14植物中c -光合产物的运动[6].(照片和连续的图像14使用Lumineard-C闪烁体(170 × 750 mm)对(a) 40日龄水稻和(b) 70日龄玉米进行光合作用。比例尺:100mm。时间的14(C)水稻和(d)玉米的运动。roi的个数从新叶到老叶设置)

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。

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  1. 1.农业与生命科学研究生院东京大学Bunkyo-ku日本

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