This research was supported by the University of Missouri Research Board (Project CB000519) and the US National Science Foundation (IIA-1430428 to DMC). Nga T. Nguyen was supported by the Vietnam Education Foundation Training Program (Exchange visitor program No. G-3-10180). We also thank Roger Meissen (MU Bond Life Sciences Center) for his assistance and expertise during the video recording and editing sessions.

1. 모종 보육 <ol><li> 애기 장대 종자의 기상 살균 <ol><li> 1.5 ml의 원심 분리기 튜브에 씨앗 (40 ~ 50 mg)을 따르십시오. (~ 50 μl를 적절한 시드 볼륨에 대한 그림 1 참조). 연필로 각각의 튜브 (잉크가 살균 동안 사라질 수있다)을 레이블. 각 레이블 튜브를 배치 데시 케이 터 (13)에 모자를 엽니 다. </li><li> 활성 흄 후드에서 데시 케이 터를 놓고 데시 케이 터의 밸브를 닫습니다. </li><li> 나누어지는 다음 100 250 ㎖의 비커에 표백제의 ㎖ (차아 염소산 나트륨 6.15 %)과는 데시 케이 터에 넣습니다. </li><li> 빠르게 전송 피펫을 사용하여 표백제에 12 M 염산 3ml를 추가합니다. 반응이 빠르게 진행으로 빠르게 데시 케이 터의 덮개를 닫습니다. 살균이 4 시간 (잉크 튜브 마킹 잉크가 사라질 염소 가스의 충분한 양이 생성되었음을 시각적 도움보고)에 대해 수행 할 수있다. 주의 : 염소 가스는 독성; 핸들기능 흄 후드에서 추가 안전 조치와의 잔류. 지역 대리점에 문의하거나 환경 보건 및 안전 부서의 웹 페이지 방문 - 흄 후드 사용하는 화학 물질 안전성 및 지침 미주리 대학 (ESH-MU) 14 : https://ehs.missouri.edu/chem/합니다. </li><li> 15 분 살균 (3.75 시간) 완료되기 전에는 층류 후드를 켜고 70 % 에탄올을 사용하여 표면을 청소합니다. </li><li> 살균 4 시간이 밸브를 연 후, 간단히, 흄 후드 내부의 데시 케이 터의 뚜껑을 제거 표백제를 제거하고 제도적 절차에 따라 처분. 이 단계에서는 염소 가스의 많은 부분을 분리한다. 살균 챔버를 밀봉 층류 후드로 가져온다. 널리 뚜껑을 열고 약 40 분 동안 살균 씨앗을 공기에 쐬다. 이 시간이 지나면 즉시 종자를 사용하거나 건조한 장소에 보관하십시오. 참고 : 씨앗의 증기 상 살균 권장되지만, 다른 방법 스와Alatorre-Cobos 등. 2에 설명 된대로 에탄올, 표백제와 물 채널로 대체 세척 똑같이 효율적입니다. </li></ol></li><li> 씨앗의 발아를위한 문화 미디어 참고 :이 단계에서 제조 된 배양 배지는 ¼ 비타민 (15)와 무라 시게 및 스쿡 (MS)입니다. <ol><li> 450 ml의 탈 이온수 (DI 워터), 0.55 g MS의 미디어 플러스 비타민, 0.3 g의 MES (4 morpholineethanesulfonic 산 수화물) 및 1 L의 유리 비커에 자기 교반 막대를 추가합니다. </li><li> 용해의 NaOH를 사용하여 5.7으로 산도를 조정 한 후 3.5 g의 phytoagar를 추가합니다. 5 분 이상의 용액을 교반하십시오. </li><li> 눈금 실린더에 전체 솔루션을 붓고 500 ml의 DI 물 위로를 추가합니다. 1 L 오토 클레이브 병을 사용하여, 내부에 자기 교반 막대,이 용액을 500ml의 오토 클레이브. </li><li> 용액을 멸균 한 후, 병에 자기 교반기를 사용하여 7-10 분 동안 용액을 교반 하였다. </li><li> 미디어가 냉각되면50 ~ 60 ℃로, 멸균 조건에서 플레이트에 미디어를 부어이 응고 할 수 있습니다. 플레이트는 냉 방에서 나중에 사용하기 위해 저장할 수 있습니다. </li></ol></li><li> 종자 도금 <ol><li> 사용하고 70 % 에탄올로 표면을 청소하기 전에 층류 후드 15 분을 켭니다. 다음 항목이 필요합니다 : 멸균 씨, 필터 종이, 이쑤시개, 미세 테이프와 ¼ MS 판. </li><li> 살균 필터 종이에 멸균 씨앗을 놓습니다. (멸균 물 또는 ¼ MS 미디어를 파고에 의해) 멸균 이쑤시개의 약간 젖은 한쪽 끝. 필터 용지에서 씨앗을 선택하고 다음 미디어 표면에 그들을 배치이 수분 끝을 사용합니다. </li><li> cm 2 당 약 1 시드 (그림 2)의 밀도 판에서 씨앗을 확산. 이어서 플레이트 본체에 부착 된 덮개 판을 유지 세공 테이프를 사용한다. 테이프 이러한 유형의 공기 insid 미기후 간의 가스 교환을 허용하는 동안 오염을 방지하는데 도움접시를 전자. </li><li> 발아하기 전에, 추운 방에서 판에게 이일을 유지하여 계층화 씨는 빛이 덮여있다. </li><li> 층화 한 후, 성장 챔버 또는 최적의 성장 조건 (23 ° C 애기를 들어, 16 시간 조명 / 8 시간 어두운 및 60 % 상대 습도)와 장소에 씨앗을 배치합니다. 모종 10-12일 발아 후 수경 재배를위한 준비가 될 것입니다. 주 : 발아 동안 플레이트의 뚜껑 아래 상당한 응축이있을 수 있고, 익사 방지하기 위해, 과량의 물이 층류 후드에서 무균 조건 하에서 폐기되어야한다. </li></ol></li></ol> 2. 수경 설치 및 이식 과정 <ol><li> 수경 솔루션 주 : 도입부에서 언급 된 바와 같이, 특정 식물 영양소 요구량을 가질 수 애기 성공적 표 1 내지 16에 도시 된 양액와 함께 성장 된 딜러에 따라,..여기 나열된 다른 염은 수분 함량 (수화) 및 한 몰 농도가 일정하게 유지 될 때 양액의 특성에 영향을주지 않는 등의 대안을 이용을 가질 수있다. <ol><li> 다른 병 (표 1)과 멸균 병에 철 - EDTA를 제외한 모든 미량 영양소의 각 다량 영양소의 주식 솔루션을 준비 (0.22 μm의 멤브레인을 사용하여 여과 소독). 솔루션을 혼합 할 때 항상 마지막에 철 - EDTA를 추가합니다. 4 ° C에서 실험 있지만, 오토 클레이브 및 저장에 앞서 10 배 양액을 준비합니다. 사용 또는 양액을 실온에 도달 한 경우에만 영양분을 변경합니다. </li></ol></li><li> 이식 <ol><li> 식물 홀더 및 수경 용기를 준비합니다 <ol><li> 면도날을 사용하여 길이를 따라 실행 발포체에 절개를 (도 3 참조). 공장 당 하나의 플러그를 준비합니다. </li><li> DI 물에 담가 액체 오토 클레이브 발포 튜브 연결합니다. &lt;/ 리&gt; <li> 발포 보드의 너비와 길이는 0.5 ~ 1.0 cm 용기의 크기보다 적은 것을 확인하고, 작은 판에 발포 패널 절단 (도 4 참조). </li><li> 폼 보드에 구멍을 만들 코르크 구멍 뚫는을 사용합니다. 식물의 밀도는 균일 적으로 1 공장 10cm 2 당, 분산되어야한다. 이 밀도는 깔끔하게 서로 분리 공장을 유지합니다; 높은 밀도는 역시 가능하며, 실험의 성공을 방해하지 않을 것이다. 구멍의 크기는 플러그의 크기가 일치하는지 확인 (도 4 참조). </li><li> 영양 용액으로 용기를 입력합니다. 솔루션의 깊이는 루트 개발 (적어도 5cm) 충분히 있는지 확인합니다. 그런 다음 조심스럽게 용액의 표면에 거품 보드를 배치합니다. </li><li> 용액에 산소를 공급하는 공기 펌프 시스템을 설정 (도 5 참조). 참고 : 양액 샘과 수경 용기를 입력전자 날 모종 이식되고있다. 빛으로부터 용기의 측면을 커버하는 조류의 성장을 방지하는 데 도움이 될 것입니다. </li></ol></li><li> 수경 시스템에 판에서 묘목 전송 <ol><li> 부드럽게 매체 판에서 각 모종을 끌어와 폼 튜브 플러그의 절개를 따라 루트를 마련하는 작은 핀셋을 사용합니다. 조심스럽게 다음 다시 수경 컨테이너 보드를 배치 폼 보드에 경종을 들고 폼 튜브를 연결합니다. 적절한 조작을위한 그림 6을 참조하십시오. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. 수경 실험 <ol><li> 양액 교체 및 조작 <ol><li> 양액 대체 <ol><li> 단계 2.1에 설명 된대로 양액을 교체하려면, 신선한 수경 솔루션을 준비합니다. 수경 컨테이너에서 식물을 포함하는 폼 보드를 제거하고 가득 임시 컨테이너에 배치물이나 수경 솔루션입니다. </li><li> 이전 용액 폐기 간단히 DI 물로 세 번 용기를 헹군다. 이 컨테이너에 새로 제조 수경 솔루션을 추가하고 부드럽게 다시 수경 용기에 식물 폼 보드를 놓습니다. 일주일에 두 번 수경 솔루션을 교체합니다. </li></ol></li><li> 수경 솔루션의 영양 성분 변경 <ol><li> 관심있는 요소의 최종 농도를 수정하기 표 1의 수경 액의 조성을 조정한다. 예를 들어, 철 (Fe)의 결핍을 유도의 Fe-EDTA의 농도를 감소 시키도록 수경 액을 수정한다. 비교에 대한 수정없이 수경 전체 (또는 구비) 솔루션을 성장 제어 식물의 집합을 포함한다. </li><li> 독성 요소 양액을 조작, 바람직하게 제 1000 배 농축시켜 원하는 독성 소자의 독립적 원액을 준비한다. 사용하십시오피펫는 1000 배 농축 된 스톡을 사용하여 원하는 최종 농도의 유해 요소 수경 액 스파이크. </li><li> 예를 들어, 위해 0.5 M을 CDCl3이 재고를 준비, 카드뮴의 20 μM 포함 수경 액 3 L을하고, 3 L 수경 용액에 0.5 M을 CDCl3이 주식의 120 μl를 추가합니다. 비교을 CDCl3이없이 수경 재배에서 재배 식물의 컨트롤 집합을 포함합니다. 주의 : 카드뮴, 비소, 납 등의 독성 요소는 인간의 건강과 환경에 매우 위험합니다. 14 지역 대리점에 문의하거나 (https://ehs.missouri.edu/train/chemical.html)를 EHS-MU의 웹 페이지를 방문하시기 바랍니다 실험을 실시하기 전에 환경과 건강 안전 지침. </li></ol></li></ol></li><li> 다음 실험 장비 살균 <ol><li> 거의 모든 재료가 될 수 설정된 수경을 제조하는데 사용다시, 희석 표백제와 다른 부분 (차아 염소산 나트륨 0.6 %)을 청소합니다. </li><li> 표백제로 세척 한 후, 탈 이온수로 철저하게 모든 재료를 씻어. 나중에 사용하기 위해 건조한 장소에 용기, 폼 보드, 수족관 거품 돌을 유지합니다. 폼 플러그는 뿌리를 제거하고 멸균 된 후 재사용 할 준비가되어 있습니다. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>McDowell, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elemental+Concentrations+in+the+Seed+of+Mutants+and+Natural+Variants+of+Arabidopsis+thaliana+Grown+under+Varying+Soil+Conditions.">Elemental Concentrations in the Seed of Mutants and Natural Variants of Arabidopsis thaliana Grown under Varying Soil Conditions.</a> PLoS ONE. 8, 1-11 (2013).</li><li>Alatorre-Cobos, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+improved,+low-cost,+hydroponic+system+for+growing+Arabidopsis+and+other+plant+species+under+aseptic+conditions.">An improved, low-cost, hydroponic system for growing Arabidopsis and other plant species under aseptic conditions.</a> BMC Plant Biol. 14, 69-69 (2014).</li><li>Berezin, I., Elazar, M., Gaash, R., Avramov-Mor, M., Shaul, O., Asao, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Use+of+Hydroponic+Growth+Systems+to+Study+the+Root+and+Shoot+Ionome+of+Arabidopsis+thaliana.">The Use of Hydroponic Growth Systems to Study the Root and Shoot Ionome of Arabidopsis thaliana.</a> Hydroponics - A Standard Methodology for Plant Biological Researches. , (2012).</li><li>Conn, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protocol:+optimising+hydroponic+growth+systems+for+nutritional+and+physiological+analysis+of+Arabidopsis+thaliana+and+other+plants.">Protocol: optimising hydroponic growth systems for nutritional and physiological analysis of Arabidopsis thaliana and other plants.</a> Plant Methods. 9, 4-4 (2013).</li><li>Kopittke, P. M., Blamey, F. P. C., Asher, C. J., Menzies, N. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trace+metal+phytotoxicity+in+solution+culture:+a+review.">Trace metal phytotoxicity in solution culture: a review.</a> J. Exp. Bot. 61, 945-954 (2009).</li><li>Gent, M. P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition+of+hydroponic+lettuce:+effect+of+time+of+day,+plant+size,+and+season.">Composition of hydroponic lettuce: effect of time of day, plant size, and season.</a> J. Sci. Food Agric. 92, 542-550 (2012).</li><li>Gibbs, J., Turner, D. W., Armstrong, W., Darwent, M. J., Greenway, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+to+oxygen+deficiency+in+primary+maize+roots.+I.+Development+of+oxygen+deficiency+in+the+stele+reduces+radial+solute+transport+to+the+xylem.">Response to oxygen deficiency in primary maize roots. I. Development of oxygen deficiency in the stele reduces radial solute transport to the xylem.</a> Funct. Plant Biol. 25, 745-758 (1998).</li><li>Zobel, R. W., Del Tredici, P., Torrey, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+Growing+Plants+Aeroponically.">Method for Growing Plants Aeroponically.</a> Plant Physiol. 57, 344-346 (1976).</li><li>Chang, D. C., Park, C. S., Kim, S. Y., Lee, Y. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+Tuberization+of+Hydroponically+Grown+Potatoes.">Growth and Tuberization of Hydroponically Grown Potatoes.</a> Potato Research. 55, 69-81 (2012).</li><li>Resh, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Hydroponic Food Production : A Definitive Guidebook for the Advanced Home Gardener and the Commercial Hydroponic Grower, Seventh Edition. , 199-292 (2012).</li><li>Sharma, H. K., Chawan, D. D., Daiya, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+different+soil+types+on+plant+growth,+leaf+pigments+and+sennoside+content+in+Cassia+species.">Effect of different soil types on plant growth, leaf pigments and sennoside content in Cassia species.</a> Pharmaceutisch weekblad. 2, 65-67 (1980).</li><li>Strojny, Z., Nowak, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+different+growing+media+on+the+growth+of+some+bedding+plants.">Effect of different growing media on the growth of some bedding plants.</a> Acta horticulturae. 19, 157-162 (2004).</li><li>Bent, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arabidopsis+thaliana+floral+dip+transformation+method.">Arabidopsis thaliana floral dip transformation method.</a> Methods Mol Biol. 2, 87-103 (2006).</li><li>. Chemical Safety Environmental Health and Safety - University of Missouri Available from: <a target="_blank" href="https://ehs.missouri.edu/">https://ehs.missouri.edu/</a> (2013)</li><li>Murashige, T., Skoog, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Revised+Medium+for+Rapid+Growth+and+Bio+Assays+with+Tobacco+Tissue+Cultures.">A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures.</a> Physiol. Plant. 15, 473-497 (1962).</li><li>Lee, D. A., Chen, A., Schroeder, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ars1,+an+Arabidopsis+mutant+exhibiting+increased+tolerance+to+arsenate+and+increased+phosphate+uptake.">ars1, an Arabidopsis mutant exhibiting increased tolerance to arsenate and increased phosphate uptake.</a> Plant J. 35, 637-646 (2003).</li><li>Pii, Y., Cesco, S., Mimmo, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shoot+ionome+to+predict+the+synergism+and+antagonism+between+nutrients+as+affected+by+substrate+and+physiological+status.">Shoot ionome to predict the synergism and antagonism between nutrients as affected by substrate and physiological status.</a> Plant Physiol. Biochem. 94, 48-56 (2015).</li><li>Baxter, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionomics:+studying+the+social+network+of+mineral+nutrients.">Ionomics: studying the social network of mineral nutrients.</a> Curr. Opin. Plant Biol. 12, 381-386 (2009).</li><li>Baxter, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionomics:+The+functional+genomics+of+elements.">Ionomics: The functional genomics of elements.</a> Brief Funct Genomics. 9, 149-156 (2010).</li><li>Salt, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Update+on+plant+ionomics.">Update on plant ionomics.</a> Plant Physiol. 136, 2451-2456 (2004).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

수경 재배에 사용되는 모종의 건강은 수경 실험의 성공에 기여하는 주요 요소 중 하나입니다. 악기, 종자, 및 배지의 살균은 오염의 위험을 감소 시키는데 중요한 역할을하고는 수경 재배 시스템에 이식하기 전에 식물 좋은 시작을 제공한다. 좋은 실험이 설정에 대한 이러한 통제 된 조건 (빛의 세기와 온도)와 오토 클레이브, 흄 후드, 냉 방 (4 ° C), 성장 공간 등의 시설을 갖춘 작업 환경이 필요합니다. 양액의 신선도는 식물 상태를 결정하고, 차례로 수경 실험의 성공 여부를 판정한다. 물이 직접 조명 하에서 빠르게 증발하기 때문에, 염 농도를 전체 용액 부피의 감소로 인해 변경된다; 그러므로 적어도 일주일에 두 번 수경 솔루션을 변경하는 것이 가장 좋습니다. 그러나, 큰, 깊은 용기의 경우지속 시간이 짧은 실험 양액을 교체하는 것이 필요하지 않을 수도 사용되는 공기 펌프 시스템을 갖추고. 애기 장대의 경우, 우리는 더 큰 식물 수용 마젠타 용기 (77mm 폭 X 길이 77mm X 97mm의 높이)하지만, 다른 더 큰 용기가 또한 사용될 수를 사용했다. 식물 영양소에 관심있는 연구자를 들어, 수경 실험은 다른 영양소 가용성 (17) 식물의 표현형과 응답을 테스트 할 수있는 독특한 설정을 제공합니다. 관심의 원소의 농도를 조정하여, 연구자들은 충분 결핍 또는 필수 및 비 필수 영양소의 농도를 독성의 효과를 테스트하기 위해 여러 실험을 설정할 수있다. 토양 기반 시스템에 비해, 수경 재배 시스템은 토양 매개 질병 위험 감소와 함께 설비보다 균일 영양 배지를 제공한다. 또한, 루트 및 촬영 조직 모두 수확 쉽게 분리 될 수있다특정 식물 조직에 대한 자세한 분석을 위해. 대표 섹션에서, 우리는 간단한 수경 시스템이 식물 영양에 대한 자세한 연구를 위해 사용하는 두 가지 예를 소개했다. 첫번째 예에서는, 아연의 농도 구배에 식물을 성장시킴으로써,이 수경 재배 시스템을 사용하는 영양 조성물을 얻을 수 제어 레벨을 설명 할 수 있었다. 여분의 아연은 성장을 방해 하였다 첨가하지 않고 식물이 7 μm의 아연 함께 성장 식물에 비해 성장하면서 7 μm의 아연 함께 성장 식물은, 50 μM의 아연에서 자란 식물에 비해 훨씬 더 적극적으로 성장했다. 이는 식물이 충분한 조건하에 성장시켰다 기간 부분적이었다; 미디어에서 아연의 이전 제거는 강한 아연 결핍 증상을 유도 할 가능성이있다. 동일한 원리를 적용하면, 우리는 식물의 성장을 저해하는 것으로 알려져 비 필수 금속 카드뮴을 이용한 독성을 유도 할 수 있었다. 두 번째에서예, 72 시간 동안 20 μM 카드뮴으로 처리 골-0 뿌리와 새싹의 원소 조성은 ICP-OES에 의해 결정되었다. 우리는 뿌리와 싹 사이의 모든 감지 금속의 차이를 발견했다. 철과 아연은 뿌리에서 더 풍부 발견 동안 매크로 요소는 뿌리를 기준으로 촬영에 높은 농도에서 발견되었다. 카드뮴은 촬영에 비해 뿌리에 더 집중되고, 철, 아연과 비슷한 패턴을 따랐다. 이러한 데이터는 잎과 뿌리는 식물의 ionome 상태에 대한 다른 정보를 제공하기 때문에, 두 조직 전체 플랜트 수준 미네랄 영양 조성물을 이해 별도로 분석해야 개념을 강화. 예컨대 원자 흡수 분광법 (AAS) 또는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICP-MS) 등의 ICP-OES 여러 분광법 외에 또한 식물의 원소 조성 (ionome) 18-20 조직을 측정 할 수있다. hydroponi에서C 실험은 증상과 다른 영양 조건에 응답 식물의 표현형은 더으로 확장 될 수 있는지의 시작을 같은 유전자 발현 (transcriptomics)과 단백질 풍부 (프로테오믹스)로 분석 정교 나타냅니다. 이 -omic 기술은 조직 - 특이 적 방식으로 프로세스를 고려하여 식물의 신진 대사를 통합하는 키입니다.

식물은 태양 1에서 캡처 한 에너지를 사용하여 무기 이온, 물 및 CO 2에서 필요한 모든 대사 산물을 합성 할 수있는 몇 안되는 생물 중입니다. 수경법 또는 고체 배지없이 액체 용액에서 그들의 무기 형태 모든 영양소를 제공함으로써이 사실을 이용한다 식물 성장하는 방법이다. 수경 시스템은 광범위하게 영양 요구 사항과 일부 애기 장대의 요소와 다른 식물 종 2-5의 독성을 탐험 과학자들에 의해 사용되어왔다. 예를 들어, Berezin 등. 3, 코네티컷 등. 4, Alatorre-Cobos 등. 2 미네랄 분석 2-4에 충분한 식물 바이오 매스를 생성, 토마토와 담배 포함 수경 시스템과 여러 식물 종을 사용했다. 수경 재배의 산업 응용 프로그램은 또한 토마토 및 양상추 (6) 등의 작물이 개발되었다. 여기, 우리 오연구, 가능한 방법에 가능한 변화의 맥락에서 수경의 사용을 utline, 그리고 마지막으로 식물의 미네랄 영양을 공부에 관심이 연구소에 대한 쉽게 확장 가능하고 유용 할 수있는 시스템을 제시한다. 수경 시스템은 루트 조직을 쉽게 분리 및 영양 가용성을 정밀하게 제어 할 수 있도록 수경 재배는 토양 기반 시스템에 비해 여러 장점을 제공한다. 토양에서 제거하는 경우, 루트 조직은 종종 기계적으로 조직 손상의 손실을 초래 전단된다. 이 같은 측면 뿌리 루트 털이 미세 루트 구조에 특히 사실이다. 불활성 미립자 매체를 사용하지 않는 수경 시스템은 루트의 덜 침습적 분리를 허용하고 조직을 촬영합니다. 토양 시스템에서 영양분과 토양 매트릭스에 걸쳐 영양소의 생체 이용률의 변화는 토양 내의 미세 환경을 만드는 토양 입자에 결합한다. 이 시간eterogeneity 영양소 또는 다른 분자의 외부 농도의 정밀한 제어를 필요로하는 실험에서 복잡성의 추가 레벨을 추가 할 수 있습니다. 대조적으로, 수경 액은 균일하고 용이하게 실험 과정에 걸쳐 치환 될 수있다. 수경 시스템의 변형 모든 수경 배양 설비에 필수 요소를 전달하기위한 양액에 의존한다. 영양소 외에도 뿌리는 산소의 안정 공급을 필요로한다. 뿌리는 무산소 될 때 그들은 식물 체 (7)의 나머지 부분 및 운송 대사 산물을 차지 할 수 없습니다. 또는 뿌리가 완전히 노출 될 수 있도록하여 산소 공급을 항상 뿌리를 침지하지 않음으로써, 공기 (고전 수경)로 용액을 포화 기준 : 수경 시스템들은 뿌리 산소 및 기타 영양소를 제공하는 방식에 따라 분류 될 수있다 공기 (aeroponics) 8. 수경 재배에서,양액은 사용 전에 공기 포화 자주 변경 또는 공기 연속적 식물 (9)의 라이프 사이클에 걸쳐 용액에 공급 될 수 수있다. 또한, 식물은 불활성 매체 (예를 들면, 암면, 질석, 또는 점토 알갱이)에 성장 및 양액 (10)의 기판을 침지 주기적으로 미디어를 통해 솔루션을 적하 또는하여주기 건조를 습식 할 수있다. aeroponics에서 뿌리 탈수를 방지하기 위해 양액 분무된다. 수경 시스템의 단점 수경 문화 토양 기반 시스템에 비해 분명한 장점을 제공하지만, 데이터를 해석 할 때 인정해야합니다 몇 가지 고려 사항이 있습니다. 예를 들면, 수경 재배 시스템은 비 - 생리 학적으로 볼 수있는 상태에 식물을 노출. 따라서, 표현형 또는 식물 응답은 크기 갔지 다를 수 있습니다 수경 시스템을 이용하여 검출N 식물은 다른 시스템 (예를 들면, 토양, 한천 기반 미디어)에서 재배된다. 이러한 고려 사항은 수경 시스템에 고유하지 않습니다; 식물이 토양 (11, 12)의 다른 유형에서 성장하는 경우, 차동 응답도 관찰 할 수있다. 다음 프로토콜은 실험실에서 수경 시스템을 설정하는 방법에 대한 단계별 지침을 제공합니다. 이 프로토콜은 애기 장대 (Arabidopsis의)에 최적화되어있다; 그러나, 유사하거나 동일한 단계가 다른 종의 성장을 사용할 수있는 경우이다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>For seed sterilization</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bleach</td>
			<td>The Clorox Company</td>
			<td>NA</td>
			<td>The regular bleach</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>www.cloroxprofessional.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A144-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desiccator body</td>
			<td>Nalgene</td>
			<td>D2797 SIGMA</td>
			<td>Marketed by Sigma-Aldrich</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desiccator plate</td>
			<td>Nalgene</td>
			<td>5312-0230</td>
			<td>Marketed by Thermo Scientific</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">For one quarter MS medium preparation</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MES</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>172591000</td>
			<td>4-Morpholineethanesulfonic acid hydrate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Murashige and Skoog (MS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M0404-10L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KOH</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>P250-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phytoagar</td>
			<td>Duchefa Biochemie</td>
			<td>P1003.1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Square plate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>0875711A</td>
			<td>Disposable Petri Dish With Grid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>For seed plating&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter paper</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>1004090</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toothpick</td>
			<td>Jarden Home Brands</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum foil</td>
			<td>Reynolds Wrap</td>
			<td>NA</td>
			<td>Standard aluminum foil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropore tape</td>
			<td>3M Health Care</td>
			<td>19-898-074</td>
			<td>Surgical tape; Marketed by Fisher Scientific</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>For hydroponic solution preparation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KNO3</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>BP368-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KH2PO4</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>P386-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgSO4</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>M63-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ca(NO3)2</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>A0314209</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H3BO3</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>B9645-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MnCl2</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M7634-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZnSO4</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>Z0251-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na2MoO4</td>
			<td>Aldrich</td>
			<td>737-860-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl2</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S271-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CoCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>232696-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeEDTA</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>E6760-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#8220;Stericup &#38; Steritop&#8221; bottle&#160;</td>
			<td>Milipore Corporation</td>
			<td>SCGVU02RE</td>
			<td>Micronutrient container</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>For root wash buffer preparation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>www.milipore.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>A0305456</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP154-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>For hydroponic set up</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclavable foam tube plug</td>
			<td>Jaece Industries Inc.</td>
			<td>L800-A</td>
			<td>Identi-Plugs fit to holes with 2R=6-13mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Foam Board</td>
			<td>Styrofoam Brand&#160; Dow</td>
			<td>ESR-2142</td>
			<td>Thickness is 1/2 inches</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cork borer</td>
			<td>Humboldt</td>
			<td>H-9662</td>
			<td>Cork Borer Sets with Handles, , Plated Brass Set of 6, 3/16&#34; to 1/2&#34; OD Size</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air pump</td>
			<td>Aqua Culture</td>
			<td>MK-1504</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td colspan="2">Marketed by Wal-mart Stores, Inc.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Airline tubing and aquarium bubble stones</td>
			<td>Aqua Culture</td>
			<td>Tubing: 928/25-S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Marketed by Wal-mart Stores, Inc.</td>
			<td>Stone: ASC-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Other</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A995-4</td>
			<td>Reagent Alcohol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cadmium Chloride (CdCl2)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>10108-64-2</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

hydroponics: a versatile system to study nutrient allocation and plant responses to nutrient availability and exposure to toxic elements

수경 시스템은 식물 생물학 연구를위한 표준 방법의 하나로서 이용되었고, 또한 양상추와 토마토 등 여러 작물에 대한 상업 생산에 사용된다. 식물 연구 커뮤니티 내에서 다양한 수경 시스템은 생물과 비 생물 적 스트레스에 대한 식물의 반응을 연구하기 위해 설계되었습니다. 여기에서 우리는 쉽게 식물의 미네랄 영양에 대한 연구를 추구에 관심 실험실에서 구현 될 수있는 수경 프로토콜을 제시한다. 이 프로토콜은 상세 설정 수경 시스템 성공적인 실험 식물 물질의 제조를 설명한다. 이 프로토콜에 설명 된 자료의 대부분은 수경 실험 설정이 저렴하고 편리하게, 과학 공급 회사 외부에서 찾을 수 있습니다. 영양소 매체 때 그대로 RO 잘 제어되어야하고 여기서 수경 성장 시스템의 사용 상황에서 가장 유리한OTS는 다운 스트림 애플리케이션에 수확해야합니다. 우리는 또한 필수 영양소와 독성이 아닌 필수 요소 모두에 식물 응답을 유도하기 위해 수정 될 수있는 방법을 양분 농도를 보여줍니다.

이 섹션에서, 여기서 설명하는 수경 재배 시스템을 사용하여 두 종류의 실험의 결과를 제시한다. 첫 번째 실험에서, 영양 용액을 아연의 상이한 농도를 얻기 위해 수정되었다. 또한 독성 원소 카드뮴 비 치사 농도 (도 7)를 추가하여 양액 변성. 두 번째 실험에서는 유도 뿌리 수경 액 함유 카드뮴 (도 8)에서 자라는 식물의 잎의 원소 조성을 측정하는 광 플라즈마 발광 분석법 (ICP-OES) 한 결합 사용. 이 실험은 별도의 뿌리와 잎을 얻는 효과를 나타낸다. 실험 1 애기 모종 (골-0) (PR)에 기재된 수경 재배 시스템에서 성장시켰다otocol 1 및 2 식물 다른 아연 농도 (도 7A-B) 또는 카드뮴의 비 치사 농도 (도 7C)로 처리되기 전에 3주 총 성장시켰다 단계. 여분의 아연이없는 식물도 7 μM 아연 2+와 함께 성장하는 식물에 비해 성장을 지연 보여 첨가하면서 엿새 동안은 후 처리, 높은 아연 농도 (&gt; 42 μM)에서 성장 식물, 독성을 내지 Zn에 의한 성장 지연 보였다. 7 그림도 보여줍니다 카드뮴 (그림 7C)에 노출 된 식물의 일반적인 촬영 성장의 감소, 뿌리 성장 및 백화 잎 증상. 실험 2 이주 후 단계 1 및 2에 기재된 바와 같이 골 0 식물이 성장하고, 변경 전 (구비) 용액 20 μM C​​D를 포함하는 수경 용액 80 ㎖로 대체되었다. 72시간 후S는 뿌리 조직을 20mM의​​ 트리스 (PH 8.0), 5 mM의 EDTA 80 ml를 함유하는 새로운 용기에 식물 전체 폼 보드를 전송하여 세척 하였다. 이 솔루션은 뿌리의 표면에 결합 된 중금속을 제거합니다. 식물은 5 분 동안 회전 진탕에 EDTA 함유 용액에서 배양 하였다. EDTA 용액을 DI 물 80 ml로 변경하고, 식물을 추가로 5 분 동안 회전 진탕 기에서 인큐베이션 하였다. DI 물이 세정 공정은 두 번 반복 하였다. DI 물과 식물을 세척 한 후, 잎과 뿌리 조직은 독립적 수확 및 ICP-OES 1 처리. 8 잎의 원소 조성 뿌리, 다른 것을 보여줍니다 곳 잎 조직에서 다량 영양소 (칼슘, K, Mg를) 뿌리에 비해 더 높은 농도로 존재한다. 한편, 예컨대 아연 및 철과 같은 미량 우선적 뿌리에 축적된다. 비 필수 요소 카드뮴의 농도는 하이였다<html> 뿌리 gher은 촬영에 비교했다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54317/54317fig1.jpg" /> 애기 씨의 그림 1. 기상 살균. 1.5 ml의 원심 분리기 튜브 당 애기 씨의 (A) 금액. (B) 살균을위한 준비 튜브 랙 홀더에 열려 모자와 씨앗, 잉크 표시 캡에 포함되는 하나의 튜브를 포함하는 튜브. (C) 살균 건조기, 뚜껑 내부에 설치하고 밸브를 폐쇄. (D) 이전과 살균 후 잉크 마크의 강한 색으로 시드 멸균 공정에 포함 된 튜브의 뚜껑에 잉크 마크. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54317/54317fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 파일 / ftp_upload / 54317 / 54317fig2.jpg &quot;/&gt; 그림 2. 종자 도금 단계는. (A) 씨는 도금하기 전에 멸균 종이에 배치됩니다. 멸균 이쑤시개는이 단계에서 필요하다. (B) 약간 중간 플레이트 측의 매체 또는 물 이쑤시개 끝 젖은. (C) 씨앗은 MS 판을 ¼로 이동합니다. (D) 씨의 이상적인 밀도가 ≈1 씨 / cm 2. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54317/54317fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54317/54317fig3.jpg" /> 그림 양액의 모종을 보유하는 데 사용 3. 폼 플러그. 거품 튜브 플러그의 절반에 절개 수경 재배에 판에서 이식시 종묘를 유지하는 데 도움이됩니다.<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54317/54317fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54317/54317fig4.jpg" /> 도 4 폼 보드 제제. (A) 다량의 발포체 기판을 준비하기 전에, 용기 크기 템플릿 폼 보드의 크기를 확인한다. 폼 보드의 중심에 만든 두 개의 작은 구멍은 잡고 핀셋을 사용하여 폼을 처리하기 쉽게합니다. (B- C) 코르크 구멍 뚫는는 폼 보드에 구멍을 만드는 데 사용됩니다. (D) 폼 보드에 생성 된 거품 튜브 플러그와 홀 사이의 적절한 맞춤을 선택합니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54317/54317fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> . 평면도 (A)와 사이드 뷰 (B)에서 수경 실험 그림 5. 에어 펌프 설정 번호는 표시 : 1 - 펌프 공급 공기를; 2 - 공기 흐름을 제어하는​​ 밸브 시스템과 공기 펌프를 연결하는 플라스틱 배관; 3 - 밸브 시스템; 4, 5 - 포기에 대한 거품 돌 밸브 시스템을 연결하는 플라스틱 튜브; 6, 7 -. (물고기 탱크 판매) 거품 돌 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54317/54317fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/54317/54317fig6.jpg" /> 그림 6. 수경 시스템에 모종을 전송. (A)는 중간 판에서 묘목을 위해 핀셋을 사용합니다. (B) 묘목 루를 배치거품 튜브 플러그의 절개를 따라 t. (C) 폼 보드에 거품 튜브 플러그를 삽입합니다. 준비 모종와 (D) 완성 된 폼 보드 설정이 양액에 배치 할 수 있습니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54317/54317fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/54317/54317fig7.jpg" /> 도 7 영양소 솔루션의 결핍 또는 요소의 독성 효과를 테스트하기 위해 수정 될 수 사주 된 수경이 6일 처리 후의 아라비돕시스 성장 :. (AB) 식물로 성장 0, 7, 14, 21, 28, 35, 42, 및 아연 50 μM. 함께 성장 식물에 비해 높은 아연 농도 (&gt; 42 μM) 쇼 지연 성장 (독성) 아연이없는 식물도 지연 보여 첨가하면서 성장 (영양 결핍)에서 성장 식물<html> 7 μM 아연 2+. (C) 식물 (사진 카드뮴 노광 6 일 후 찍은) 양액의 부재 (왼쪽) 또는 20 μM 카드뮴의 존재하에 성장. 카드뮴 노출 백화을 유도하고 성장을 감소시킨다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54317/54317fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 8" src="/files/ftp_upload/54317/54317fig8.jpg" /> 식물의 뿌리와 새싹의 그림 8. 원소 조성은 수경 재배. 필수 미량 영양소는 아연과 철의 뿌리에 더 집중하는 동안 싹이 뿌리에 비해 다량 영양소 (칼슘, K, 마그네슘)을 포함한다. 마찬가지로 비 필수 요소 카드뮴 우선적 뿌리에 축적된다. 오차 막대는 95 % 신뢰 구간 (N = 14, 싹 및 N = 9, 뿌리)을 나타낸다._upload / 54317 / 54317fig8large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <table><tbody><tr><td> 영양소의 종류 </td><td> 소금 / 시약 </td><td> 수경 용액의 농도 </td><td> 단위 </td></tr><tr><td> 다량 영양소 </td><td> 3 알것 </td><td> 1.250 </td><td> 밀리미터 </td></tr><tr><td> 다량 영양소 </td><td> KH 2 PO 4 </td><td> 0.625 </td><td> 밀리미터 </td></tr><tr><td> 다량 영양소 </td><td> 황산 </td><td> 0.500 </td><td> 밀리미터 </td></tr><tr><td> 다량 영양소 </td><td> CA (NO 3) 2 </td><td> 0.500 </td><td> 밀리미터 </td></tr><tr><td> 미량 영양소 </td><td> H 3 BO 3 </td><td> 17.500 </td><td> μM </td></tr><tr><td> 미량 영양소 </td><td> MnCl 2 </td><td> 5.500 </td><td> μM </td></tr&gt; <tr><td> 미량 영양소 </td><td> ZnSO 4 </td><td> 0.500 </td><td> μM </td></tr><tr><td> 미량 영양소 </td><td> 나 2을 MoO 4 </td><td> 0.062 </td><td> μM </td></tr><tr><td> 미량 영양소 </td><td> 염화나트륨 2 </td><td> 2.500 </td><td> μM </td></tr><tr><td> 미량 영양소 </td><td> 의 CoCl2 </td><td> 0.004 </td><td> μM </td></tr><tr><td> 미량 영양소 </td><td> FeEDTA </td><td> 12.500 </td><td> μM </td></tr></tbody></table> 수경 솔루션 영양소 표 1. 효과적인 농도.

Watch this Scientific Journal Video about Hydroponics: A Versatile System to Study Nutrient Allocation and Plant Responses to Nutrient Availability and Exposure to Toxic Elements at JoVE.com

Hydroponics: A Versatile System to Study Nutrient Allocation and Plant Responses to Nutrient Availability and Exposure to Toxic Elements

Here, we present an easy-to-follow protocol to establish a successful hydroponic system for plant nutrition studies. This protocol has been extensively tested in Arabidopsis and can easily be adapted to other plant species to study specific nutritional requirements or the effect of non-essential elements on plant growth and development.

수경법, • 다목적 시스템은 유해 요소에 영양소 가용성 및 노출에 영양 할당 및 플랜트 응답을 공부하기

Hydroponic systems have been utilized as one of the standard methods for plant biology research and are also used in commercial production for several ...

hydroponics-versatile-system-to-study-nutrient-allocation-plant

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Biology

31.4K 조회수.  University of Missouri, Columbia. Here, we present an easy-to-follow protocol to establish a successful hydroponic system for plant nutrition studies. This protocol has been extensively tested in Arabidopsis and can easily be adapted to other plant species to study specific nutritional requirements or the effect of non-essential elements on plant growth and development.

비디오: Hydroponics: A Versatile System to Study Nutrient Allocation and Plant Responses to Nutrient Availability and Exposure to Toxic Elements

Testing Visual Sensitivity to the Speed and Direction of Motion in Lizards

Testing visual sensitivity in any species provides basic information regarding behaviour, evolution, and ecology. However, testing specific features of the visual system provide more empirical evidence for functional applications. Investigation into the sensory system provides information about the sensory capacity, learning and memory ability, and establishes known baseline behaviour in which to gauge deviations (Burghardt, 1977). However, unlike mammalian or avian systems, testing for learning and memory in a reptile species is difficult. Furthermore, using an operant paradigm as a psychophysical measure of sensory ability is likewise as difficult. Historically, reptilian species have responded poorly to conditioning trials because of issues related to motivation, physiology, metabolism, and basic biological characteristics. Here, I demonstrate an operant paradigm used a novel model lizard species, the Jacky dragon (Amphibolurus muricatus) and describe how to test peripheral sensitivity to salient speed and motion characteristics. This method uses an innovative approach to assessing learning and sensory capacity in lizards. I employ the use of random-dot kinematograms (RDKs) to measure sensitivity to speed, and manipulate the level of signal strength by changing the proportion of dots moving in a coherent direction. RDKs do not represent a biologically meaningful stimulus, engages the visual system, and is a classic psychophysical tool used to measure sensitivity in humans and other animals. Here, RDKs are displayed to lizards using three video playback systems. Lizards are to select the direction (left or right) in which they perceive dots to be moving. Selection of the appropriate direction is reinforced by biologically important prey stimuli, simulated by computer-animated invertebrates.

Testing visual sensitivity in lizards using an operant conditioning paradigm that employs video playback of random-dot kinematograms and computer-generated invertebrates.

도마뱀의 운동의 속도와 방향에 시각 민감도 테스트

Testing visual sensitivity in any species provides basic information regarding behaviour, evolution, and ecology. However, testing specific features of ...

연구

생물학

Chemotactic Response of Marine Micro-Organisms to Micro-Scale Nutrient Layers

The degree to which planktonic microbes can exploit microscale resource patches will have considerable implications for oceanic trophodynamics and biogeochemical flux. However, to take advantage of nutrient patches in the ocean, swimming microbes must overcome the influences of physical forces including molecular diffusion and turbulent shear, which will limit the availability of patches and the ability of bacteria to locate them. Until recently, methodological limitations have precluded direct examinations of microbial behaviour within patchy habitats and realistic small-scale flow conditions. Hence, much of our current knowledge regarding microbial behaviour in the ocean has been procured from theoretical predictions. To obtain new information on microbial foraging behaviour in the ocean we have applied soft lithographic fabrication techniques to develop 2 microfluidic devices, which we have used to create (i) microscale nutrient patches with dimensions and diffusive characteristics relevant to oceanic processes and (ii) microscale vortices, with shear rates corresponding to those expected in the ocean. These microfluidic devices have permitted a first direct examination of microbial swimming and chemotactic behaviour within a heterogeneous and dynamic seascape. The combined use of epifluorescence and phase contrast microscopy allow direct examinations of the physical dimensions and diffusive characteristics of nutrient patches, while observing the population-level aggregative response, in addition to the swimming behaviour of individual microbes. These experiments have revealed that some species of phytoplankton, heterotrophic bacteria and phagotrophic protists are adept at locating and exploiting diffusing microscale resource patches within very short time frames. We have also shown that up to moderate shear rates, marine bacteria are able to  fight the flow  and swim through their environment at their own accord. However, beyond a threshold high shear level, bacteria are aligned in the shear flow and are less capable of swimming without disturbance from the flow. Microfluidics represents a novel and inexpensive approach for studying aquatic microbial ecology, and due to its suitability for accurately creating realistic flow fields and substrate gradients at the microscale, is ideally applicable to examinations of microbial behaviour at the smallest scales of interaction.  We therefore suggest that microfluidics represents a valuable tool for obtaining a better understanding of the ecology of microorganisms in the ocean.

The fabrication of microfluidic channels and their implementation in experiments for studying the chemotactic foraging behaviour of marine microbes within a patchy nutrient seascape and the swimming behaviour of bacteria within shear flow are described.

마이크로 스케일 영양소 레이어에 해양 미생물의 Chemotactic 응답

The degree to which planktonic microbes can exploit microscale resource patches will have considerable implications for oceanic trophodynamics and ...

Imaging Mismatch Repair and Cellular Responses to DNA Damage in Bacillus subtilis

Both prokaryotes and eukaryotes respond to DNA damage through a complex set of physiological changes. Alterations in gene expression, the redistribution of existing proteins, and the assembly of new protein complexes can be stimulated by a variety of DNA lesions and mismatched DNA base pairs. Fluorescence microscopy has been used as a powerful experimental tool for visualizing and quantifying these and other responses to DNA lesions and to monitor DNA replication status within the complex subcellular architecture of a living cell. Translational fusions between fluorescent reporter proteins and components of the DNA replication and repair machinery have been used to determine the cues that target DNA repair proteins to their cognate lesions in vivo and to understand how these proteins are organized within bacterial cells. In addition, transcriptional and translational fusions linked to DNA damage inducible promoters have revealed which cells within a population have activated genotoxic stress responses. In this review, we provide a detailed protocol for using fluorescence microscopy to image the assembly of DNA repair and DNA replication complexes in single bacterial cells. In particular, this work focuses on imaging mismatch repair proteins, homologous recombination, DNA replication and an SOS-inducible protein in Bacillus subtilis. All of the procedures described here are easily amenable for imaging protein complexes in a variety of bacterial species.

Imaging Mismatch Repair and Cellular Responses to DNA Damage in Bacillus subtilis

A detailed protocol is described for imaging the real time formation of DNA repair complexes in Bacillus subtilis cells.

이미징 불일치 복구 및 DNA의 손상 세포 응답 바실러스 subtilis</em

Both prokaryotes and eukaryotes respond to DNA damage through a complex set of physiological changes. Alterations in gene expression, the redistribution ...

RNAi Screening to Identify Postembryonic Phenotypes in C. elegans

C. elegans has proven to be a valuable model system for the discovery and functional characterization of many genes and gene pathways1. More sophisticated tools and resources for studies in this system are facilitating continued discovery of genes with more subtle phenotypes or roles. 
Here we present a generalized protocol we adapted for identifying C. elegans genes with postembryonic phenotypes of interest using RNAi2. This procedure is easily modified to assay the phenotype of choice, whether by light or fluorescence optics on a dissecting or compound microscope. This screening protocol capitalizes on the physical assets of the organism and molecular tools the C. elegans research community has produced. As an example, we demonstrate the use of an integrated transgene that expresses a fluorescent product in an RNAi screen to identify genes required for the normal localization of this product in late stage larvae and adults. First, we used a commercially available genomic RNAi library with full-length cDNA inserts. This library facilitates the rapid identification of multiple candidates by RNAi reduction of the candidate gene product. Second, we generated an integrated transgene that expresses our fluorecently tagged protein of interest in an RNAi-sensitive background. Third, by exposing hatched animals to RNAi, this screen permits identification of gene products that have a vital embryonic role that would otherwise mask a post-embryonic role in regulating the protein of interest. Lastly, this screen uses a compound microscope equipped for single cell resolution.

RNAi Screening to Identify Postembryonic Phenotypes in C. elegans

We describe a sensitized method to identify postembryonic regulators of protein expression and localization in C. elegans using an RNAi-based genomic screen and an integrated transgene that expresses a functional, fluorescently tagged protein.

에 Postembryonic Phenotypes을 식별하기 위해 RNAi 심사 C. elegans</em

C. elegans has proven to be a valuable model system for the discovery and functional characterization of many genes and gene pathways1. More sophisticated ...

Gap Junctional Intercellular Communication: A Functional Biomarker to Assess Adverse Effects of Toxicants and Toxins, and Health Benefits of Natural Products

This protocol describes a scalpel loading-fluorescent dye transfer (SL-DT) technique that measures intercellular communication through gap junction channels, which is a major intercellular process by which tissue homeostasis is maintained. Interruption of gap junctional intercellular communication (GJIC) by toxicants, toxins, drugs, etc. has been linked to numerous adverse health effects. Many genetic-based human diseases have been linked to mutations in gap junction genes. The SL-DT technique is a simple functional assay for the simultaneous assessment of GJIC in a large population of cells. The assay involves pre-loading cells with a fluorescent dye by briefly perturbing the cell membrane with a scalpel blade through a population of cells. The fluorescent dye is then allowed to traverse through gap junction channels to neighboring cells for a designated time. The assay is then terminated by the addition of formalin to the cells. The spread of the fluorescent dye through a population of cells is assessed with an epifluorescence microscope and the images are analyzed with any number of morphometric software packages that are available, including free software packages found on the public domain. This assay has also been adapted for in vivo studies using tissue slices from various organs from treated animals. Overall, the SL-DT assay can serve a broad range of in vitro pharmacological and toxicological needs, and can be potentially adapted for high throughput set-up systems with automated fluorescence microscopy imaging and analysis to elucidate more samples in a shorter time.

This protocol describes a scalpel loading-fluorescent dye transfer technique that measures intercellular communication through gap junction channels. Gap junctional intercellular communication is a major cellular process by which tissue homeostasis is maintained and disruption of this cell signaling has adverse health effects.

갭 접합부 세포 간 통신 : 천연 제품의 독성 물질과 독소의 반작용을 평가하기위한 기능성 바이오 마커, 보건 혜택

This protocol describes a scalpel loading-fluorescent dye transfer (SL-DT) technique that measures intercellular communication through gap junction ...

Magnetic-Activated Cell Sorting Strategies to Isolate and Purify Synovial Fluid-Derived Mesenchymal Stem Cells from a Rabbit Model

Mesenchymal stem cells (MSCs) are the main cell source for cell-based therapy. MSCs from articular cavity synovial fluid could potentially be used for cartilage tissue engineering. MSCs from synovial fluid (SF-MSCs) have been considered promising candidates for articular regeneration, and their potential therapeutic benefit has made them an important research topic of late. SF-MSCs from the knee cavity of the New Zealand white rabbit can be employed as an optimized translational model to assess human regenerative medicine. By means of CD90-based magnetic activated cell sorting (MACS) technologies, this protocol successfully obtains rabbit SF-MSCs (rbSF-MSCs) from this rabbit model and further fully demonstrates the MSC phenotype of these cells by inducing them to differentiate to osteoblasts, adipocytes, and chondrocytes. Therefore, this approach can be applied in cell biology research and tissue engineering using simple equipment and procedures.

This article presents a simple and economic protocol for the straightforward isolation and purification of mesenchymal stem cells from New Zealand white rabbit synovial fluid.

마그네틱 활성화 전략을 분리 하 고 정화 활 액 액체 파생 된 중간 엽 줄기 세포는 토끼 모델에서 정렬 셀

Mesenchymal stem cells (MSCs) are the main cell source for cell-based therapy. MSCs from articular cavity synovial fluid could potentially be used for ...

Split Green Fluorescent Protein System to Visualize Effectors Delivered from Bacteria During Infection

Bacteria, one of the most important causative agents of various plant diseases, secrete a set of effector proteins into the host plant cell to subvert the plant immune system. During infection cytoplasmic effectors are delivered to the host cytosol via a type III secretion system (T3SS). After delivery into the plant cell, the effector(s) targets the specific compartment(s) to modulate host cell processes for survival and replication of the pathogen. Although there has been some research on the subcellular localization of effector proteins in the host cells to understand their function in pathogenicity by using fluorescent proteins, investigation of the dynamics of effectors directly injected from bacteria has been challenging due to the incompatibility between the T3SS and fluorescent proteins.
Here, we describe our recent method of an optimized split superfolder green fluorescent protein system (sfGFPOPT) to visualize the localization of effectors delivered via the bacterial T3SS in the host cell. The sfGFP11 (11th &#946;-strand of sfGFP)-tagged effector secreted through the T3SS can be assembled with a specific organelle targeted sfGFP1-10OPT (1-10th &#946;-strand of sfGFP) leading to fluorescence emission at the site. This protocol provides a procedure to visualize the reconstituted sfGFP fluorescence signal with an effector protein from Pseudomonas syringae in a particular organelle in the Arabidopsis and Nicotiana benthamiana plants.

Fluorescent protein-based approaches to monitor effectors secreted by bacteria into host cells are challenging. This is due to the incompatibility between fluorescent proteins and the type-III secretion system. Here, an optimized split superfolder GFP system is used for visualization of effectors secreted by bacteria into the host plant cell.

녹색 형광 단백질 박테리아에서 감염 하는 동안 전달 하는 이펙터를 시각화 하기 위해 시스템을 분하시오

Bacteria, one of the most important causative agents of various plant diseases, secrete a set of effector proteins into the host plant cell to subvert the ...

Profiling of H3K4me3 Modification in Plants using Cleavage under Targets and Tagmentation

Epigenomic regulation at the chromatic level, including DNA and histone modifications, behaviors of transcription factors, and non-coding RNAs with their recruited proteins, lead to temporal and spatial control of gene expression. Cleavage under targets and tagmentation (CUT&#38;Tag) is an enzyme-tethering method in which the specific chromatin protein is firstly recognized by its specific antibody, and then the antibody tethers a protein A-transposase (pA-Tn5) fusion protein, which cleaves the targeted chromatin in situ by the activation of magnesium ions. Here, we provide our previously published CUT&#38;Tag protocol using intact nuclei isolated from allortetraploid cotton leaves with modification. This step-by-step protocol can be used for epigenomic research in plants. In addition, substantial modifications for plant nuclei isolation are provided with critical comments.

Cleavage under targets and tagmentation (CUT&amp;Tag) is an efficient chromatin epigenomic profiling strategy. This protocol presents a refined CUT&amp;Tag strategy for the profiling of histone modifications in plants.

표적 및 태비네이션 하에서 절단을 사용하는 식물에서의 H3K4me3 수정 프로파일링

Epigenomic regulation at the chromatic level, including DNA and histone modifications, behaviors of transcription factors, and non-coding RNAs with their ...

Combining Clearing and Fluorescence Microscopy for Visualising Changes in Gene Expression and Physiological Responses to Plasmodiophora brassicae

Infection of Brassica crops by the soilborne protist Plasmodiophora brassicae leads to gall formation on the underground organs. The formation of galls requires cellular reprogramming and changes in the metabolism of the infected plant. This is necessary to establish a pathogen-oriented physiological sink toward which the host nutrients are redirected. For a complete understanding of this particular plant-pathogen interaction and the mechanisms by which host growth and development are subverted and repatterned, it is essential to track and observe the internal changes accompanying gall formation with cellular resolution. Methods combining fluorescent stains and fluorescent proteins are often employed to study anatomical and physiological responses in plants. Unfortunately, the large size of galls and their low transparency act as major hurdles in performing whole-mount observations under the microscope. Moreover, low transparency limits the employment of fluorescence microscopy to study clubroot disease progression and gall formation. This article presents an optimized method for fixing and clearing galls to facilitate epifluorescence and confocal microscopy for inspecting P. brassicae-infected galls. A tissue-clearing protocol for rapid optical clearing was used followed by vibratome sectioning to detect anatomical changes and localize gene expression with promoter fusions and reporter lines tagged with fluorescent proteins. This method will prove useful for studying cellular and physiological responses in other pathogen-triggered structures in plants, such as nematode-induced syncytia and root knots, as well as leaf galls and deformations caused by insects.

Combining Clearing and Fluorescence Microscopy for Visualising Changes in Gene Expression and Physiological Responses to Plasmodiophora brassicae

The present protocol describes an optimized method for the histological observation of galls induced by Plasmodiophora brassicae. Vibratome sections of hypocotyls are cleared before fluorescence imaging to study the involvement of transcription factors and phytohormones during disease progression. This protocol overcomes resin embedding limitations, enabling in planta visualization of fluorescent proteins.

Plasmodiophora brassicae에 대한 유전자 발현 및 생리적 반응의 변화를 시각화하기 위해 투명화와 형광 현미경을 결합

Infection of Brassica crops by the soilborne protist Plasmodiophora brassicae leads to gall formation on the underground organs. The formation of galls ...

Laser Ablation and Intravital Microscopy to Study Intestinal Remodeling

Investigating intestinal recovery in vivo is an exquisite technical challenge. A lack of longitudinal imaging protocols has prevented deeper insights into the cell and tissue scale dynamics that orchestrate intestinal regeneration. Here, we describe an intravital microscopy method that locally induces tissue damage at the single crypt scale and follows the regenerative response of the intestinal epithelium in living mice. Single crypts or larger intestinal fields were ablated by a high-intensity multiphoton infrared laser in a time- and space-controlled manner. Subsequent long-term repetitive intravital imaging enabled the tracking of the damaged areas over time and allowed for the monitoring of crypt dynamics during tissue recovery over a period of multiple weeks. Crypt remodeling events such as crypt fission, fusion, and disappearance were observed in the neighboring tissue upon laser-induced damage. This protocol enables the study of crypt dynamics both in homeostatic and pathophysiological settings, such as aging and tumor initiation.

Here, we present a method to obtain images of the intestine upon laser-induced wounding. By exposing the mouse intestine to a multiphoton laser, the loss of a single or multiple crypt(s) is induced locally. By repeatedly imaging the damaged area over months, the real-time dynamics of intestinal recovery is captured.

장 리모델링을 연구하기 위한 레이저 절제 및 생체 내 현미경 검사

Investigating intestinal recovery in vivo is an exquisite technical challenge. A lack of longitudinal imaging protocols has prevented deeper insights into ...