Medindo Fluxos de nutrientes minerais e substâncias tóxicas em plantas com Traçadores Radioativos

A absorção e distribuição dos nutrientes e toxinas influenciar fortemente o crescimento da planta. Assim, a investigação de processos de transporte subjacentes constitui uma importante área de pesquisa em biologia de plantas e ciências agrárias ^1,2, especialmente nos contextos de otimização nutricional e estresse ambiental (por exemplo, estresse salino, a toxicidade de amônio). O chefe entre os métodos para a medição de fluxos em plantas é o uso de traçadores radioisótopos, que foi desenvolvido de forma significativa na década de 1950 (ver, por exemplo, ³⁾ e continua a ser amplamente utilizado hoje. Outros métodos, como a medição de esgotamento dos nutrientes do meio de raiz e / ou acumulação nos tecidos, o uso de microeletrodos vibrando íon-seletivo, tais como Mife (microeletrodos ion estimativa de fluxo) e SIET (varredura técnica do eletrodo íon-seletivo), e uso de corantes fluorescentes íon-seletivo, também são amplamente aplicadas, mas são limitados em sua capacidade de detectar gripe netxes (isto é, a diferença entre o influxo e de efluxo). A utilização de radioisótopos, por outro lado, permite que o investigador a capacidade única para isolar e quantificação dos fluxos unidireccionais, que pode ser usada para resolver os parâmetros cinéticos (por exemplo, K _M e V _max), e fornecer informações sobre a capacidade, energética, mecanismos e regulação, dos sistemas de transporte. Medições de fluxos unidirecionais feitos com radiofármacos são particularmente úteis em condições onde o fluxo na direção oposta é alta, eo volume de negócios de pools intracelulares é rápida ^4. Além disso, métodos de radiofármaco permite que as medições sejam realizadas sob concentrações bastante elevadas de substrato, ao contrário de muitas outras técnicas (ver "Discussão", abaixo), porque o isótopo traçado observa-se contra um fundo de outro isótopo do mesmo elemento.

Aqui, nós fornecemos instruções detalhadas para a medição de radioisótopos unidirecional e net fluxos de nutrientes minerais e substâncias tóxicas em plantas intactas. A ênfase será feita na medição de fluxo de potássio (K ^+), um macronutriente planta ^5, e de amoníaco / amónio (NH ₃ / NH ₄ ^+), que é um outro macronutriente, no entanto, tóxicos quando presente em concentrações elevadas (por exemplo, 1 10 mM) ^2. Vamos usar os radioisótopos ⁴² K ⁺ (t = 12,36 _meia hr) e ¹³ NH _^3/13 NH ₄ ⁺ (t _1/2 = 9,98 min), respectivamente, em plântulas intactas do sistema modelo de cevada (Hordeum vulgare L .), na descrição de dois protocolos principais: influxo directa (DI) e análise compartimental por efluxo do marcador (CATE). Devemos notar desde o início que este artigo simplesmente descreve as etapas necessárias para realizar cada protocolo. Sempre que necessário, breves explicações sobre cálculos e teoria são fornecidos, mas detalhadas exposições de cada técnica'S de fundo e teoria pode ser encontrada em vários artigos importantes sobre o assunto ^4,6-9. É importante ressaltar que estes protocolos são amplamente transferíveis ao fluxo análise de outros nutrientes / tóxicos (por exemplo, ^{24 de} Na ^+, Na ^{+ 22, 86} Rb ^{+, 13} NO ₃ ^-) e outras espécies de plantas, embora com algumas ressalvas (veja abaixo) . Ressaltamos também a importância de que todos os pesquisadores que trabalham com materiais radioativos devem trabalhar sob uma licença organizadas através ionizante regulador de segurança de radiação de sua instituição.