Bu yöntem sürekli 13 C ve üniforma veya diferansiyel bitki doku etiketleme için 15 N izotop etiketleme odasını kurmak ve işletmek için nasıl açıklar. Metabolik ve Andropogon gerardii yapısal etiketleme Temsilcisi sonuçları tartışılmıştır.
Bitki malzemeden ekosistemi ile nadir kararlı izotopları izleme ekosistem süreçleri konusunda en duyarlı bilgi sağlar; CO küçük ölçekli kararlı izotop biyomarkere 2 tozlar ve toprak organik madde oluşumu sondalama. 18 O veya 2 H biyokimyasal dönüşümler sırasında karmaşık sitokiyometrik ilişkileri hakkında daha fazla bilgi ortaya çıkarmak için potansiyele sahip, 15 N ile örneğin 13 C gibi birden fazla kararlı izotopları birleştirilmesi. Izotop etiketli bitki materyali çöp ayrıştırma ve toprak organik madde oluşumu 1-4 çeşitli çalışmalarda kullanılmıştır. Bu ve diğer çalışmalardan, ancak bitki malzemesinin yapı parçaları farklı mikrobiyal kullanımı ve uzun süreli depolama 5-7 karbon açısından metabolik bileşenleri (örneğin,. Sızabilir düşük molekül ağırlıklı bileşikler) 'den davranır belirgin hale gelmiştir. Yapısal ve metabolik bileşenleri çalışma yeteneğiayrı ekosistem biyojeokimyasal çalışmaların ön planda ilerleyen için yeni ve güçlü bir araç sağlar. Burada, 13 ° C ve düzgün bir bitki boyunca işaretlenmiş veya farklı olarak, yapısal ve metabolik tesis bileşenlerinin etiketlenmiş, ya 15 N etiketli bitki maddesinin üretilmesi için bir yöntem açıklanmaktadır.
Burada, biz sürekli 13 C ve çeşitli araştırma ihtiyaçlarını karşılamak için değiştirilebilir 15 N etiketleme odasının yapımını ve işletmesini mevcut. Diferansiyel etiketleme hasattan önce oda hafta büyüyen bitkilerin çıkarılması ile elde edilirken üniform etiketli bitki malzemesi, hasat fide sürekli etiketi ile üretilir. Büyüyen andropogon Temsilcisi sonuçları Kaw hedeflenen seviyelerde verimli etiket bitki materyali için sistemin yeteneğini göstermek gerardii. Bu yöntem sayesinde biz 4.4 Atom% 13 C ve 6.7 atom% 15 <ile bitki materyali üretti/ Sup> N üniforma bitki etiket veya diferansiyel kadar 1.29 atom% 13 C ve 0.56 atom göre% etiketli malzeme, metabolik ve (sırasıyla sıcak su ile çıkarılabilir ve sıcak su kalan bileşenleri) yapısal bileşenler 15 N. Zorluklar bir hava geçirmez 13 başarılı bitki üretimi için C-CO 2 atmosfer uygun sıcaklık, nem, CO 2 konsantrasyonu ve ışık seviyelerini korumaya yalan. Bu bölme açıklaması etkili ekosistem biojeokimyasal bisiklet üzerinde yapılan deneylerde kullanılmak üzere eşit veya farklı olarak çoklu-izotop etiketli bitki materyali üretmek için yararlı bir araştırma aracı temsil eder.
Bitki-toprak-atmosfer süreçlerinin dinamiklerini anlamak doğru tahmin için ne denli önemli olduğunu küresel karbon (C) ve azot (N) mevcut ve gelecekteki çevresel koşullar altında döngüleri işlevi. Kararlı izotoplar bitki-toprak-atmosfer C ve N bisiklet kantitatif çalışmalarda güçlü araçlardır. Bitki malzemeden ekosistemi ile nadir kararlı izotopları izleme biyojeokimyasal bisiklet çalışmalarda hassas bilgileri sağlayan, CO 2 tozlar ve örneğin 4,8,9 sondalama küçük ölçekli kararlı izotop biyomarkere toprak organik madde oluşumu. 15 N etiketleme ya da örneğin 2, H ya da bitki dokusunda 18 O gibi diğer stabil izotoplar ile 13 C etiketleme birleştiren bir üst algılama, bitki ve toprak biyokimya akuple çalışmalarda kullanım için izlenebilir, henüz karmaşık alt-tabaka üretmektedir. Eşit veya farklı şekilde yapısal ve metabolik bitki materyali reklam etiket yeteneğiC ve N ekosistemler ile bisiklet ile ilgili karmaşık soruları için ds daha fazla yeteneği. C ve N muhasebe kantitatif çalışmalarda izotop işaretli bitki materyali kullanmanın yararı, ancak, 13 ° C ve iki eşit ya da farklı şekilde etiketlenmiş 15 N etiketli materyal üretmek için bağlıdır.
İzotop etiketleme bitki C ve N asimilasyon 10, 11 ve tahsisi rhizodeposition 12 adresleme çalışmalarında kullanılmıştır. Düzgün 13 C ve 15 N etiketli bitki materyali çöp ayrıştırma 1,4 çalışmaları için karmaşık bir etiketli yüzey sağlar, toprak organik madde oluşumu 2,6, toprak CO 2 toprak besin ağı 13 inceleyen emisyonları 4, ve toprak C çalışmaları kalış süreleri 2,14. Etiketli bitki materyali 13 C etiketli Biochar kullanan çalışmalar da eskiden gözardı hakkında yeni bilgiler açığa başlıyorToprak karakter havuzları 15. 15 N, 2 H, ve 18 O etiketleme su ve gübre tedavi ile elde etmek için nispeten kolay olsa da, meydan 13 C-CO 2 fiksasyonu yoluyla muntazam 13 C etiketli bitki materyali üretiminde bulunmaktadır.
Kapalı bir odasında vadeye kadar fide sürekli izotop etiketleme bitki boyunca üniforma izotop etiketleme üretir. Tekrarlanan darbe etiketleme 16 ve yapraklara uygulama ya da 17,18 emme gibi başka yöntemler de eşit izotop işaretli bitki materyali, ne de C-spesifik bileşiklerin açık diferansiyel etiketlenmesi (örneğin, metabolik genel yapısal) 19 üretmezler. Izotop etiketleme edilmesinde önemli bir husus nedeniyle, etiketlemede kullanılan nadir izotop olarak zenginleştirilmiş bileşikler yüksek maliyetine bağlı olarak, verimlilik etiketleme. Sürekli 13 C etiketleme son 2-4,20 olarak kullanılmış olmasına rağmen, bizim bilgimize göre yokyüksek etiketleme verimliliği ve miktarı ve izotop etiketleme tekdüzelik doğru kontrolü delil ile sürekli bir etiketleme odasının yayınlanan detaylı teknik açıklama.
Çöp ayrışma ve toprak ön üzerinde organik madde oluşumu, araştırma, metabolik bitki malzemesi (örneğin sızabilir, kararsız, düşük molekül ağırlıklı bileşikler) ve yapısal bitki malzemesi (yani. Lignin, selüloz, hemiselüloz) mikrobik açısından farklı işlenir kavramdır verimliliği, toprak organik madde oluşumu ve uzun vadeli toprak C depolama 5-7 kullanın. Diferansiyel yapısal ve metabolik bileşenleri etiketli bitki materyali, bu nedenle, çöp ayrışma ve toprak organik madde oluşumu araştırma ilerleyen bir araçtır. Çift izotoplar ile Diferansiyel etiketleme bir çoklu-havuzu izotop techniqu kullanarak ekosistemi ile ayrı ayrı yapısal ve metabolik bileşenlerinin izleme sağlar21. e.
Sızdırmaz şekilde kapalı bir bölmede 13 ° C ve izotoplar ile sürekli izotop etiketleme bitki verimliliğini ve izotop etiketleme verimliliği maksimize etmek için fizyolojik koşulları bitki dikkat gerektirir. Gündüz sıcaklık yükselmeleri hava geçirmez bir odaya büyüyen zaman bitki zarar görmesini önlemek için kontrol edilmelidir. Nem ve sıcaklık optimal bir dizi açık bitki stoma ve CO 2 alımını 22 korumak için gereklidir. Işık kullanılabilirliğini en aza indirir ve meclisli yapıya zarar verebilir odasının duvarlarının nem nedeni sisleme, Yüksek seviyeleri. Pahalı ağır izotop etiketli bileşikleri ile çalışırken (örneğin, toprak organik madde ile çömlekçilik gelen) odasından doğal zenginliği izotoplar ortadan kaldırılması ve dış havaya maruziyetin önlenmesi ile etiketleme verimliliği izotop dikkatli bir değerlendirme önemlidir.
Burada, bina ve işletme a için bir yöntem mevcutFertilizasyon ve 15 N etiketleme iken muntazam işaretlenmiş veya farklı seviyelerinde yapısal olarak etiketlenmiş ve metabolik bileşeni vardır, ya bitki malzemesinin üretimi için sürekli bir çift 13 ° C ve 15 N izotop etiketleme odası. 13C etiketleme, odacık düzeyde kontrol edilir tek pot düzeyde kontrol edilir. Örnek sonuçlar büyüme mevsimi boyunca sıcaklık, nem, ve CO2 konsantrasyonunu kontrol etmek için bu yöntemin yeteneğini göstermek için gösterilmiştir. Büyüyen Andropogon gerardii sonuçları, Kaw da düzgün ya da farklı olarak etiketlenmiş bitki materyali üretmek için bu yöntemin yeteneğini göstermek. Açıklanan özel odası tasarımı ve işletme düzeni farklı bitki türleri büyümesi, hem de 2 H ya da 18 O etiketleme uyum sağlamak için modifiye edilebilir.
Sürekli bir izotop etiketleme bölmesi için bu tasarım muntazam ve diferansiyel olarak 13 ° C üretilmesi için kullanılmış ve 15 N A etiketlenmiştir sonraki arazi ve laboratuar deneyleri için gerardii. Operasyonun üç büyüyen mevsimlerde, odası başarıyla sıcaklık, nem, ve parametreler içinde CO 2 konsantrasyonları (Şekil 2) korumuştur. Sıcaklık kontrol sisteminin güvenilirliği yüksek güneş hava geçirmez odasında aşırı ısınmaya neden olabilir yaz zirve sırasında önemlidir. Büyüyen bitkilerin terlemesi nedeniyle aşırı nemin giderilmesi bu bitki stoma fotosentez alımı 22 ve suyun yoğunlaşma ışık geçişini engelleyen ya da odasının yapısına zarar vermez açık kalmasını sağlar.
Irga yazılım tarafından CO 2 konsantrasyonunun yakın sürekli izleme sürekli muhafazaBitkilerin 13 C etiketi bu odacık içinde büyüyen ise. A. nedeniyle yüksek fotosentez etkinliğe gerardii bu odada yetişen, CO 2 fotosentetik aktivitesi 360 ppm, yaklaşık olarak 15-20 dakika kadar CO2 konsantrasyonları çekti yoğun büyüme mevsiminin gündüz saatlerinde sıklıkla sistem içine enjekte edilmiştir. Ve ölçme zenginleştirilmiş ve düzgün bitki dokusu etiketlemesi için büyüme mevsimi boyunca, kontrollü 4.4 atom% 13 C bir atmosfer için izin verilen doğal bolluk 13 C-CO 2 tank. 13 C-CO2 üretimi de 13 C-sodyum karıştırılması ile elde edilebilir bikarbonat ya da 13 C-sodyum karbonat ve hidroklorik asit, sistem ancak bu tür daha karmaşık ve daha fazla izleme ve bakım gerektirir, bu yüzden biz 13 C-CO 2 gazı kullanmanızı öneririz. CO 2 conce izlenmesi için önemli bir hususturBir Irga kullanarak ntrations 13 C-CO 2 ölçerken infrared analizörü duyarlılık üçte ikisini kaybetmek olduğunu. Bizim 4.4% 13 C-CO 2 karışım için yaklaşık% 2.9 ppm Bu küçümsenmesi bizim için büyük bir endişe değil, ama yüksek 13 C düzeylerinin 27 de etiketleme zaman daha önemli bir sorun haline gelebilir.
A. gerardii yıllık tallgrass graminoid tür kır ılık bir mevsimdir. Bu odasının tasarımı A. için optimize edilmiştir gerardii üretim (Şekil 1). Odasının büyüklüğü ve yüksekliği A en fazla yükseklik verimlilik dikkate alınarak seçildi alanında gerardii, hem de gelecek için deneyler, arzu edilen bitki biyokütle üretimi için. A. gerardii alanında 24,25 sınırlıdır ve hafif olduğu bilinmektedir. Dış düzeyleri 26 ile karşılaştırıldığında bir sera içinde PAR 30-47% oranında azalmış olabilir. Yana Fabrikamızdas, bir sera içinde bir akrilik cam bölmesi içinde büyütüldü, PAR sınırlaması, endişe oldu. Açıldığında, floresan ışıkları bu ışık duyarlı türlerde verimliliği artırmak için yardımcı olabilir ki,% 9,5 oranında odasının içinde PAR arttı. Boyut, aydınlatma, besin talepleri, sıcaklık duyarlılığı ve toprak nemi gibi bitkilerin belirli fizyolojik ihtiyaçlarının diğer türleri büyümek için bu odası tasarımı kullanırken dikkatli bitkiler için en uygun yetiştirme koşullarını korumak için uygun olmalıdır.
Örneğin 10 atom,% 13 C-2, CO ve 98 atom% 15 N-KNO 3, etiketleme verimliliği gibi pahalı izotopik olarak etiketlenmiş bileşikler, çalışırken önemli bir husustur. Bu bölme tasarım odasını sızdırmaz ve hava sızıntısını içine en aza indirmek için tüm çabaları yaparak ve odasının 13 C etiketleme optimize eder. Bu bölme, büyüme mevsimi sırasında açılan hiçbir zaman, daha sonra 13 ° C etiketin hiçbiriodasından ed CO 2 atmosfere dışarı sızdırılmış. CO 2 gece solunum sırasında kurmak büyüyen bitkilerin zarar görünmüyor ve hızlı gündoğumu (Şekil 2) sonra alınır. Diferansiyel etiketleme sırasında, odasının kısaca diferansiyel etiketli tencere kaldırmak için açıldı ama bu sürekli olarak etiketli bitkiler (Tablo 1) hedeflenen 4.4 atom% 13 C etiketleme sulandırmak görünmedi. 13. C etiketleme de dışarı fırçalama ile optimize edildi ilk atmosferik hava sızdırmaz üzerine odacık içinde sıkışıp. Atmosferik CO 2 bir ilk fırçalama yapılmadan bölmenin ilgili ön testler sırasında, bitki üretilen geç yaprak göre üretilen ilk yaprak seyreltilmiş bir 13 ° C düzeyine sahip ölçüldü. Odasına kapanması üzerine atmosferik CO 2 ilk bodur sürekli 13 C etiketleme için izin vererek bu sorunu ortadan kaldırmak için görünürVadeye kadar fide. Kum, vermikülit, ve kil bir toprak içermeyen dolgu karışımı bakımı da doğal zenginliği toprak solunumu ile CO 2 kirlenme ortadan kaldırır. Sistemden toprağın ortadan kaldırılması, farklı bitki türleri özgü olabilir ki, dikkatli bir döllenme ve aşılama konuları gerektirir. 6.7 atomu,% 15 N (Tablo de oldukça etiketli bitki materyali üretilen hedef 7 atom% 15 N Hoegland çözeltisi ile 15 N markalama 1). Hedeflenen 15 N etiketten hafif bir seyreltme dolgu karışımı ya da doğal toprak aşılamadan bir miktar doğal zenginliği N neden olabilir.
Bileşiklerin biyosentezi esnasında 13 ° C (ya da 15 N) doğal ayrımcılık kinetik parçalama ve sentezlenmiş bileşikleri istatistiksel olmayan izotop dağılımının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu nedenle, C durumunda, ikincil ürünler (örneğin, lipidlerBirinci ürün (karbonhidratlar) ile karşılaştırıldığında, fenol bileşikleri) genel olarak 13 ° C içinde tüketilmiştir. Sıcak su ekstreleri ile eşit etiketli bitkileri (Tablo 1, sıcak su artıklarının atomu,% 13 C hafif bir fark görülebileceği gibi bitkiler, zenginleştirilmiş bir atmosfer içinde 13 ° C yetiştirildiği, bu doğal 13 ° C de devam ayrım görünmektedir .) Bu doğal kinetik fraksiyonasyon zenginleşmesine karşılaştırıldığında çok küçük ve etiketleme tekdüzelik ödün vermez.
Yapısal ve metabolik bitki dokularının Diferansiyel etiketleme çöp ayrıştırma, mikrobiyal ekoloji ve toprak organik madde oluşumu ileri çalışmalar için potansiyeli olan yeni bir tekniktir. 13 ° C ve sıcak su ekstreleri ve sıcak su kalıntıları 15 N, en az bir fark, önemli bir 13 ° C arasında bir seyreltme ve sızabilir 15 N göstermektediryapısal bitki malzemesinin (sıcak su artıkları) moleküler ağırlıklı bileşikler (sıcak su ekstreleri) diferansiyel etiketleme (P <0.005), 7, 14, ve 22 gün sonra. Bitki dokularının bu ayırıcı etiketleme bir ekosistem yoluyla ayrı ayrı yapısal ve metabolik bileşenlerin kaderini izlemek için kullanılabilir. 13 C diferansiyel etiketleme 15 N diferansiyel etiketleme daha aşırı idi. 13 C-CO 2 etiketli atmosferden bitkiler çıkarırken 15 N etiket yine de uzun bir süre için saksı karışımı kalır ve 15 N seyreltme daha yavaş oluşur, ancak bu, 13 C seyreltme doğrudan doğruya bağlı olabilir. 15 N daha köklü diferansiyel etiketleme, bir odasının dışında büyüme son haftalarda önce doğal zenginliği gübreleme su ile tencere yıkama düşünebilirsiniz.
Bu sürekli 13 tasarımı ve işletilmesi <Tekdüze veya diferansiyel, metabolik ve yapısal, bitki dokusu etiketlenmesi için / sup> C ve 15 N etiketleme sistemi ileri araştırmalar için izotopik olarak etiketlenmiş bir bitki malzemesinin üretilmesi için yeni bir yöntem sağlamaktadır. Bu odasının tasarımı ve işletme bilgilerini 4.4 atom% 13 C,% 7 atom A'nın 15 N etiketlenmesi için seçilmiştir gerardii, ancak diğer bitki türleri ve izotop etiketleme seviyelerine uygun olabilir. Burada açıklanan büyüme koşulları, ilgi konusu özel bitki türlerinin büyüklüğü, sıcaklık, nem, ışık, su ve besin taleplerine göre uyarlanmış olmalıdır. 18 O ya da 2 H Etiket aynı zamanda, sulama sisteminde kullanılan su etiketlenmesi ile elde edilebilir. Burada anlatılan sistemi üniforma zorlukları birçok adresleri ve bitki materyali 13 C etiketleme diferansiyel. Bu temel odası tasarımı zarf için son derece etiketli bitki materyali üretmek için diğer araştırma grupları tarafından kullanılabilirekosistem Biyojeokimya çalışmaları dengelenmelidir.
The authors have nothing to disclose.
Colorado State Üniversitesi Bitki Büyüme Kolaylığı ve EcoCore analitik tesisine ve bu projede yardımcı birçok öğrenci ve öğretmenlere özel teşekkürler. Bu çalışma, USDA Ulusal Bursu İhtiyaçları NSF DEB hibe # 0918482, ve toprak ekoloji araştırma için Cotrufo-Hoppess fonu tarafından finanse edilmektedir.
40 in Remote Tower Fan | Living Accents | FS10-S3R-A | |
42 in Electric Tower Fan with remote control | LASKO | 2559 | |
Mr. Slim Split-type air conditioner | Mitsubishi Electric | R410A | |
Electronic 24 hr time switches | Intermatic | ET100C | Operates Fluorescent Light System |
iSeries Humidity and Temp Controller | Omega | CHiTH-i8DV33-5-El | |
Solid State Relay | Omega | SSRL240 | |
CKR Series Solid State Relay | Crydon | ||
Solenoid Coils | Dayton | 6X543 | |
GasHound CO2 Analyzer | LI-COR | LI-800 | |
Dehumidifier | Dayton | 1DGX4 | |
Specialty gas regulator | Airgas | CGA 580 | |
T5 Hight Output Commercial Fluorescent Light System | Hydro Farm | FLT48 | |
Air pump | Thermo Scientific | 420-1901 | |
Masterflex Cartridge Pump HeadSystem | Cole Parmer | 7553-70 | |
1900 Series Network Switch | Catalyst | ||
Profile Porus Ceramic Top Dressing | Greens Grade | ||
Industrial Quartz 40 mesh | Unimin | 4095 | |
Mycorrhizae Professional Growing Medium | ProMix | ||
Vermiculite and Perlite | Thermo-Ran | C633 | |
Potassium Nitrate- 15N 98 atom % | Sigma-Aldrich | 335134 | |
Carbon-13C Dioxide 10 atom % | Sigma-Aldrich | 600180 | |
Medical grade CO2 | Airgas | ||
Regulator | Airgas | CGA 350 | |
4 in box fans | Grainger | ||
Masterflex PharMed BPT Tubing | Cole Parmer | HV-06508-24 |