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摘要

在根系运动的情况下,使用Super-HARP相机发现了一个非常有趣的现象,它使根系在黑暗中运动的可视化。

虽然对植物的第一个数据表明,有害影响是生长抑制,但毒性的第一个影响是在生长抑制发生之前停止根系的旋转运动。

当环境发生化学变化时,虽然根尖的绕转停止了,但根尖能够伸长,有趣的是,过了一段时间,根尖又恢复了运动。以水稻根尖为例,水稻根尖的移动周期约为50分钟。然而,这种运动在提供铝离子后停止了。恢复根尖运动所需的时间与铝离子浓度有关。目前还不清楚是什么触发了牙根尖的恢复运动。

关键字

竖琴的相机 回旋运动 根运动 移动角 运动周期 艾尔

8.1生长过程中的根运动(HARP相机在黑暗中拍摄的图像)

旋转是一种植物生长器官的旋转运动,被认为是内源性节律过程的结果。根有规律的自主旋转运动是由于在细胞或组织水平上的振荡器在根的两侧生长的不同。然而,导致旋转的机制仍不清楚。特别是由于缺乏成像工具,在黑暗条件下无法获得根的旋转图像。由于光会影响根系的生理活动,例如诱导光合作用,因此需要开发能在黑暗条件下看到根系的设备。因为我们可以使用由日本NHK广播技术研究所开发的超级竖琴相机,我们可以在黑暗中看到根的旋转。

水培养培养水稻植株4天幼苗,在植物加速器外设置super-HARP相机,通过玻璃窗口获取植株根部图像(图2)。8.1).以1 min为间隔获取根图像,每幅图像积累4 s。培养室保持黑暗,根系生长行为在隔壁房间进行监测。用计算机对相机拍摄的水稻图像进行分析,计算出根长和根尖角。数字8.2展示了一个由Super-HARP相机拍摄的示例图像。虽然房间很暗,但样品的彩色图像显示的分辨率很高。
图8.1

在黑暗中使用Super-HARP照相机的根成像系统示意图[1].将一株水稻秧苗置于装有0.2 mM氯化钙的玻璃容器上部2解决方案。用Super-HARP摄像机记录根系生长过程,所有设备在黑暗中维持在大约300 pmol/m的水平2/ s(0.02勒克斯)。由于这个房间是在黑暗中,根的生长方式从隔壁的房间被监测

图8.2

Super-HARP照相机拍摄的水稻根系生长图像的一个例子[1].彩色图像间隔1 min,累计4 s

发现弯曲是在根的同一区域即延伸区开始的。根系伸长速率保持恒定,有规律的节律运动,呈现固定的角度。根在控制溶液中生长时的连续图像如图所示。8.3.一次根尖旋转大约需要50分钟。
图8.3

由Super-HARP照相机拍摄的水稻根系旋转的图像[1].(一个)测量根尖与根伸长方向之间的夹角。(b)用Super-HARP相机连续拍摄pH为4.5的对照溶液中生长的根系图像。弯曲始于根部的同一区域,即延伸区上部。根据获得的一系列图像分析了根长和根尖旋转角度。的白色的酒吧所有图像都是1mm吗

而铝溶液处理后,根尖旋转角度减小,根尖恢复运动(图1)。8.4).随着铝浓度的增加,根系旋转的时间受到抑制,即根系恢复旋转运动的时间增加。当AlCl3.浓度增加到50 μM时,即使在7h后也没有观察到旋转运动的恢复。5.0 μM铝处理可以抑制根尖旋转,但不抑制根尖伸长(图3)。8.5).这一结果提供了一个有趣的建议,即这种新的抑制根尖弯曲的现象在较低的铝浓度下发生,而不是先前在铝毒性研究中报道的抑制根尖伸长。这是植物根系对铝胁迫早期反应的一个新阶段。
图8.4

铝对根尖环度的影响[1].(一个),(b),(c)和(d)分别为0、5、10和50 μM Al时,呈现出旋转曲线。(1)表示控制时间(2h);(1 *)表示溶液更新后的控制期(2h);(2)表示周期衰落期;(3.)表示周期停止的时间。每个图中的0h表示更新解决方案的时间。旋转角度由连续视频图像的最大表观振荡来计算。含5 μM AlCl3.,最大旋转角度减小,在不改变伸长速率的情况下,根再次旋转一段时间

图8.5

通过图像分析计算根伸长[1].相对根长可以反映根的伸长,当铝处理0 h时,根的相对根长为0 mm。在5.0-μM铝处理下,根尖弯曲受到抑制,但没有明显抑制根的生长,这表明对根尖弯曲的抑制比根系伸长的抑制更早。绕行一段时间后恢复的原因尚不清楚

众所周知,铝离子诱导胼胝质产生,作为一个最早的反应,破坏质膜和抑制根伸长。我们的研究表明,抑制根尖卷曲发生在胼胝质产生之前,其次是抑制根伸长。

整个根系运动受植物激素平衡的控制,生长素具有细胞延伸作用,可能在根系发育中起核心作用。由于生长素可以延伸根细胞,因此推测生长素的定位产生环化。作为替代方案,讨论了一些环境条件,包括某些金属离子诱导环化的可能性。

在含有非均匀养分的土壤结构中,绕曲对根系的有效发育起着重要作用。具有旋转的根尖,使根能够选择适当的方向,平稳地伸展。由于缺乏工具,在黑暗中研究根的运动是极其困难的。本研究中使用的Super-HARP相机允许在黑暗条件下获取大约300 pmol/m的图像2/s,其他光学设备无法获取图像。因此,使用Super-HARP相机观察根系生长比任何其他方法在黑暗中研究根系活动都要好。

补充材料

484736 _1_en_8_moesm1_esm.zip (86 kb)
Supplement.zip (87 kb)

参考书目

  1. 1.
    杨海林,西山H, Tanoi K, Ohya T, Nihei N, Tanioka K, Nakanishi TM(2004)用一种新型的超级harp(高增益雪崩冲击非晶光导体)相机揭示了黑暗中铝对根绕转的影响。植物与细胞生理45:35 - 356CrossRef谷歌学者

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©作者(s) 2021

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作者和联系

  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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