Bitki çözünür Protein ve sindirilebilir karbonhidrat içeriği, Mısır (Zea mays) kullanarak bir suret olarak miktarının
Summary
Burada açıklanan protokoller bir açık ve ulaşılabilir metodoloji çözünür protein ve bitki dokularında sindirilebilir (yapısal olmayan) karbonhidrat içeriği ölçmek için sağlar. Bu iki bitki macronutrients ölçmek için yetenek bitki fizyolojisi, beslenme ekoloji, bitki-otobur etkileşimleri ve gıda-web ekoloji alanlarında ilerlemek için önemli etkileri vardır.
Abstract
Temel veri otobur için bir kaynak olarak bitki kalite anlaması için yaygın olarak kullanılır. Ancak, aynı anda her yerde biomolecules karbon, azot içeren bitki savunma bileşikleri ve species-specific korelasyon azot ve bitki protein içeriği tüm arasında varyasyon varlığı bu çıkarımlar doğruluğunu sınırı. Ve ayrıca, bitki üzerinde araştırma odaklı/veya otobur Fizyoloji gerektiren korelasyon kullanarak elde değil doğruluk düzeyine Genelleştirilmiş. Burada sunulan yöntemleri doğrudan bitki çözünür proteinler ve sindirilebilir karbonhidrat, en yakın hayvan fizyolojik performans bağlı iki bitki macronutrients ölçmek için net ve hızlı bir iletişim kuralı araştırmacılar sunuyoruz. Protokoller de karakterize Renkölçer deneyleri kesin ve tekrarlanabilir sonuçlar sağlamak için en iyi duruma getirilmiş özel bitki sindirim adımları ile birleştirin. Farklı dokular bu deneyleri değişimini algılamak için hassasiyet gösteriyor ki Mısır bizim analizlerini çözünür protein ve sindirilebilir karbonhidrat içeriği birden çok kayma ölçekler arasında bitki. Bunlar bölgeler ve bitki türleri ve çeşitleri arasında büyüyen bitki arasında farklılıklar içerir, aynı zamanda içinde-doku türü farklılıkları ve aynı doku içinde bile pozisyonel farklılıklar bitki. Çözünür protein ve sindirilebilir karbonhidrat içeriği ile temel veri birleştirerek bitki mineral beslenme bitki fizyolojik işlemleri ile bağlamak için yeni fırsatlar bitki biyoloji sağlar potansiyeline sahiptir. Bu analizler de çözünür protein ve besin ekoloji, bitki-otobur etkileşimleri ve sırayla fizyolojisi ve ekolojik araştırma artıracaktır gıda-web dinamikleri, çalışma için sindirilebilir karbonhidrat verilerini oluşturmak yardımcı olur.
Introduction
Bitki Biyokütle hemen hemen tüm karasal gıda-ağları temelini oluşturur. Bitki kökleri sistemleri aracılığıyla topraktan besin öğeleri kazanmak ve güneş ışığında biomolecules sentezlemek için onların yaprak dokuları kullanmak. Özellikle, karbon ve azot karbonhidratlar, proteinler (amino asitleri oluşur) oluşturmak için kullanılır ve bitki biyokütle (Bu içinde terim “macronutrient” N gibi toprak öğeleri sık sık başvurduğu fizyolojisi bitki olması gerekmektedir için gerekli lipidler inşa P, K ve S, ancak, bu kağıt bu terim biomolecules, proteinler, karbonhidratlar ve yağlar gibi sevk edecektir). Otobur bitki materyali tüketmek zaman bitki dokularda bulunan macronutrients kurucu onların parçaya ayrılmış ve sonra tüketici fizyolojik süreçleri çevirirdi. Bu şekilde, bitki macronutrients daha yüksek sipariş ekolojik etkileşimleri ve gıda-web dinamikleri için önemli sonuçları ile birlikte tüketici fizyolojisi üzerinde güçlü bir etkisi var.
Hayvanlar alemi arasında en çok hayatta kalma ve üreme performansı1‘ e bağlı macronutrients çözünür protein ve sindirilebilir karbonhidrat vardır. Ayrıca, hayvanlarının çoğu aktif olarak kendi fizyolojik talepleri1,2karşılamak için bu iki macronutrients onların alımını düzenleyen. Bu sırayla beslenme davranışı yönlendirir özellikle şeker ve amino asitleri konsantrasyonları bitki dokularda algılamak böcek otobur için geçerlidir. Sonuç olarak, çözünür protein bitki ve sindirilebilir karbonhidrat içeriği bitki böcek etkileşimleri evriminde güçlü bir rol oynamıştır.
Veri bitki çözünür protein ve sindirilebilir karbonhidrat içeriği nispeten nadirdir (ama bkz.6,7,8,9,10,11), orada iken bir üstünlüğü veri bitki elemental içerik (karbon, azot ve fosfor) kullanılabilir. Oyun elemanları bir birincil rolü bitki mineral beslenme3,4,5‘ te büyük ölçüde olmasıdır. Öğeleri ölçülür, korelasyon çözünür protein ve sindirilebilir karbonhidrat miktarını tahmin için kullanılan, ama doğru hesaplamalar kez elde etmek zordur. Örneğin, karbon tüm organik bileşikler ubiquitously bulunduğundan karbon bitki sindirilebilir karbonhidrat içeriği bir göstergesi olarak kullanmak mümkün değildir. Elemental azot ve bitki çözünür protein içeriği arasında güçlü bir ilişki var ve jeneralize azot protein dönüştürme faktörlerini sık sık kullanılmaktadır. Ancak, azot protein dönüşümler Genelleştirilmiş dönüşüm kullanımı büyük olasılıkla yapmak son derece species-specific12,13,14,15, olduğuna dair güçlü bir kanıt yoktur yanlış. Bu nedenle, azot protein dönüştürme faktörleri genellikle hassas, özellikle otobur beslenme çalışmaları için gerekli ölçüde değildir. Ayrıca, N içeren bitki allelochemicals, alkoloidler ve çoğu kez otobur için toksik glucosinolates gibi varlığı bu dönüşümleri yıkmak.
Burada, çözünür proteinler ve bitki dokularında sindirilebilir karbonhidrat konsantrasyon ölçmek için iki kimyasal deneyleri sunuyoruz. Bu deneyleri ayrı olarak sunulur, ancak bu onlar aynı anda aynı bitki örnekleri analiz etmek için bitki macronutrients daha kapsamlı bir analizini gerçekleştirmek için kullanılması önerilmektedir. Her ikisi de benzer yöntemleri, miktar tarafından absorbans takip bir ayıklama adım oluşan istihdam. Bitki örnek hazırlık da her iki analizleri tandem çalıştırmak kolaylaştıran her iki protokoller için aynıdır. Bu deneyleri programı-değil kök kendi yenilik–dan onlar büyük, itimat gibi (Bradford, Jones, Dubois) biz düzenlenen bir açık ve takip etmek kolay köklü Renkölçer deneyleri16,17,18, ama burada Bu yöntemlerin daha karanlık bitki özel ayıklama teknikleri17,19 ile bir araya getiren bu deneyleri uygulanması için bitki ilgili alanları daha erişilebilir hale getirmek için iletişim kuralı.
Her iki deneyleri için bitki macronutrients ilk fiziksel olarak buz gibi lyophilizing ve bitki materyali taşlama ayıklanır. Çözünür protein tayini için daha fazla kimyasal ayıklama17,19 vortexing ve NaOH çözüm örnekleri Isıtma birkaç tur üzerinden yapılır. Coomassie parlak mavi G-250, kullanan tanınmış Bradford tahlil daha sonra çözünür proteinler ve polipeptitler 3000-5000 Dalton16,17arasında ölçmek için kullanılır. Bu tahlil Mikroplaka başına 1-20 µg toplam proteinler arasında bir algılama mesafesi de vardır veya < 25 µg/mL, ama değil ölçü birimi serbest amino asitleri. Ayıklama adım sindirilebilir karbonhidrat testin Smith et al. seyreltik asit yöntemini temel alır 20 ve çözünür şekerler, nişasta ve fructosan- ama değil yapısal karbonhidratlar izolasyonu için sağlar. Fenol sülfürik asit miktar yöntemi Dubois ve ark. alınır 18 ve tüm mono-, oligo-ve polisakkaritler (yanı sıra metil türevleri) ölçer. Bu tahlil belirli şekerler ölçmek, ama burada toplam sindirilebilir karbonhidrat içeriği bir göstergesi olarak kullandığımız (Smith et al. bkz: 20 daha ayrıntılı analiz için). Birlikte, bu deneyleri Eko-Fizyoloji ve otobur performans, önemli veri kaynak kalite karasal gıda-ağları üssünde sağlayan bitki güçlü bağlı iki macronutrients ölçü. Bu protokoller sunulması bitki macronutrient veri kümeleri nesil bitki fizyolojisi, otobur beslenme ekoloji ve bitki-otobur etkileşimleri daha kapsamlı bir anlayış elde etmek için teşvik etmektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Köklü Renkölçer deneyleri etkili bitki özel ayıklama iletişim kuralları ile birleştirerek, aşağıda gösterildiği deneyleri bitki çözünür protein ve sindirilebilir karbonhidrat içeriği ölçmek için makul ve doğru bir yöntem sağlar. Nasıl bu protokollerin bir suret gösterildiği gibi Mısır kullanarak bizim sonuçları farklı biyolojik ilgili kayma ölçekler arasında hassas ölçümler elde etmek için kullanılabilir. Örneğin, biz bitki çözünür protein ve sindirilebilir karbonhidrat iç…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Sayesinde tüm kim Mısır alan koleksiyonları ile yardımcı olması bizim ortak çalışanlar, Dominic Reisig ve Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi’nde Dan Mott ve Pat Porter Texas A & M Üniversitesi’nde Lubbock, TX de dahil olmak üzere. İçin teşekkür ederiz Fiona Clissold iletişim kuralları en iyi duruma getirmek için yardımcı ve düzenlemeleri bu el yazması için sağlamak için. Bu eser kısmen Texas A tarafından desteklenmiştir & M C. Everette Salyer Bursu (Entomoloji bölüm) ve biyoteknoloji Risk değerlendirmesi hibe programı rekabetçi No 2015-33522-24099 ABD Tarım Bakanlığı izni (gaz için verilmiştir ve STB).
Materials
| microplate reader (spectrophotometer) | Bio-Rad | Model 680 XR | |
| Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent concentrate | Bio-Rad | #5000006 | 450mL |
Referenzen
- Simpson, S. J., Raubenheimer, D. . The Nature of Nutrition: A Unifying Framework from Animal Adapation to Human Obesity. , (2012).
- Behmer, S. T. Insect herbivore nutrient regulation. Annual Review of Entomology. 54, 165-187 (2009).
- Epstein, E. Mineral nutrition of plants: mechanisms of uptake and transport. Annual Review of Plant Physiology. 7 (1), 1-24 (1956).
- Chapin, F. S. The mineral nutrition of wild plants. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 11 (1), 233-260 (1980).
- Marschner, H. . Marschner’s Mineral Nutrition of Higher Plants. , (1956).
- Stieger, P. A., Feller, U. Senescence and protein remobilization in leaves of maturing wheat plants grown on waterlogged soil. Plant and Soil. 166, 173-179 (1994).
- Li, R., Volenec, J. J., Joern, B. C., Cunningham, S. M. Seasonal changes in nonstructural carbohydrates, protein, and macronutrients in roots of alfalfa, red clover, sweetclover, and birdsfoot trefoil. Crop Science. 36, 617-623 (1996).
- Sánchez, E., Rivero, R. M., Ruiz, J. M., Romero, L. Changes in biomass, enzymatic activity and protein concentration in roots and leaves of green bean plants (Phaseolus vulgaris L. cv. Strike) under high NH4NO3 application rates. Scientia Horticulturae. 99, 237-248 (2004).
- Lenhart, P. A., Eubanks, M. D., Behmer, S. T. Water stress in grasslands: Dynamic responses of plants and insect herbivores. Oikos. 124, 381-390 (2015).
- Machado, A. R., Arce, C. C. M., Ferrieri, A. P., Baldwin, I. T., Erb, M. Jasmonate-dependent depletion of soluble sugars compromises plant resistance to Manduca sexta. New Phytologist. 207, 91-105 (2015).
- Deans, C. A., Behmer, S. T., Fiene, J., Sword, G. A. Spatio-temporal, genotypic, and environmental effects of plant soluble protein and digestible carbohydrate content: implications for insect herbivores with cotton as an exemplar. Journal of Chemical Ecology. 42 (11), 1151-1163 (2016).
- Boisen, S., Bech-Andersen, S., Eggum, B. O. A critical view of the conversion factor 6.25 from total nitrogen to protein. Acta Agriculturae Scandinavica. 37, 299-304 (1987).
- Ezeagu, I. E., Petzke, J. K., Metges, C. C., Akinsoyinu, A. O., Ologhobo, A. D. Seed protein contents and nitrogen-to-protein conversion factors for some uncultivated tropical plant seeds. Food Chemistry. 78, 105-109 (2002).
- Izhaki, I. Influence of nonprotein nitrogen on estimation of protein from total nitrogen in fleshy fruits. Journal of Chemical Ecology. 19, 2605-2615 (1993).
- Mossé, J. Nitrogen to protein conversion factor for ten cereals and six legume or oilseeds. A reappraisal of its definition and determination. Variation according to species and seed protein content. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 38, 18-24 (1990).
- Bradford, M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry. 72 (1-2), 248-254 (1976).
- Jones, C. G., Hare, J. D., Compton, S. J. Measuring plant protein with the Bradford assay. Journal of Chemical Ecology. 15 (3), 979-992 (1989).
- Dubois, M., Gilles, K. A., Hamilton, J. K., Rebers, P. A., Smith, F. Colormetric method for determination of sugars and related substances. Analytical Biochemistry. 28, 350-358 (1956).
- Clissold, F. J., Sanson, G. D., Read, J. The paradoxical effects of nutrient ratios and supply rates on an outbreaking insect herbivore, the Australian plague locust. Journal of Animal Ecology. 75, 1000-1013 (2006).
- Smith, D., Paulsen, G. M., Raguse, C. A. Extraction of total available carbohydrates from grass and legume tissue. Plant Physiology. 39 (6), 960-962 (1964).
- Cui, S. W. . Food carbohydrates: Chemistry, physical properties, and applications. , (2005).
- Chow, P. S., Landhäusser, S. M. A method for routine measurements of total sugar and starch content in woody plant tissues. Tree Physiology. 24 (10), 1129-1136 (2004).
- Masuko, T., Minami, A., Iwasaki, N., Majima, T., Nishimura, S. I., Lee, Y. C. Carbohydrate analysis by a phenol-sulfuric acid method in microplate format. Analytical Biochemistry. 339 (1), 69-72 (2005).
- Foley, W. J., McIlwee, A., Lawler, I., Aragones, L., Woolnough, A. P., Berding, N. Ecological applications of near infrared reflectance spectroscopy- a tool for rapid, cost-effective prediction of the composition of plant and animal tissues and aspects of animal performance. Oecologia. 116 (3), 292-305 (1998).
- Kokaly, R. F. Investigating a physical basis for spectroscopic estimates of leaf nitrogen concentration. Remote Sensing of Environment. 75 (2), 153-161 (2001).
- Schulz, H., Baranska, M. Identification and quantification of valuable plant substances by IR and Raman spectroscopy. Vibrational Spectroscopy. 43 (1), 13-25 (2007).
- Cozzolino, D., Morón, A. The potential of near-infrared reflectance spectroscopy to analyse soil chemical and physical characteristics. The Journal of Agricultural Science. 140, 65-71 (2003).
- Simpson, S. J., Sword, G. A., Lorch, P. D., Couzin, I. D. Cannibal crickets on a forced march for protein and salt. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (11), 4152-4156 (2006).
- Lihoreau, M., Buhl, J., Sword, G. A., Raubenheimer, D., Simpson, S. J. Nutritional ecology beyond the individual: a conceptual framework for integrating nutrition and social interactions. Ecology Letters. 18 (3), 273-286 (2015).
- Deans, C. A., Behmer, S. T., Tessnow, A., Tamez-Guerra, P., Pusztai-Carey, M., Sword, G. A. Nutrition affects insect susceptibility to Bt. Scientific Reports. 7, 39705 (2017).
