Informácie

Aké sú mikroskopické mechanizmy vetvenia rastlín?

Aké sú mikroskopické mechanizmy vetvenia rastlín?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Dlho som sa nečinne zaujímal o to, ako sa pri vývoji na mikroskopickej úrovni určuje tvar zložitého organizmu. Nedávno som si uvedomil, že rastliny by mohli byť dobrým miestom na to, aby sme sa tomu začali snažiť porozumieť, pretože štruktúra dokonca aj pomerne zložito vyzerajúcej rastliny môže byť niekedy opísaná niekoľkými jednoduchými spôsobmi správania. Tu je niekoľko príkladov.

  1. Moje rastliny reďkovky majú jedinú základňu, z ktorej vyrastajú všetky listy. Po prvých dvoch semenných listoch vyrastie niekoľko veľkých drsných listov, ktoré všetky zostupujú do rovnakého bodu. Žiadne iné vetvenie sa nikdy neuskutoční.

  2. Moje rastliny hrachu majú len jednu dlhú stonku, na ktorej vyrastajú v pravidelných intervaloch súmerné páry listov. Príležitostne sa na báze páru listov vytvorí ministopka, nikdy nie dlhšia ako 3 alebo 4 páry listov, zakončená „pazúrom“ troch úponkov. Väčšinu času sa jedna z troch úponkov opäť rozdelí na tri (vždy tá, ktorá je zarovnaná s „vrchom“ stonky, ako je určené orientáciou listov).

  3. Moja rastlina feniklu má hrubé základy na stonkách, z ktorých každá presahuje niekoľko centimetrov pred začiatkom vetvenia. Vtedy sa v pravidelných intervaloch rozvetvuje na symetrické páry lístkov, ktoré sa vetvia rovnako. Tieto listy tretej vrstvy sa rozvetvujú v pravidelných intervaloch striedať strany a vždy sú presne štyri vrstvy vetvenia nič viac a nič menej.

  4. Moje rastliny bazalky sa zdajú byť zhruba schopné rásť vetvy na akomkoľvek výhodnom mieste, bez pevných pravidiel alebo geometrického správania ako ostatné príklady.

Vyštudoval som matematiku a všetky moje vedomosti z biológie siahajú až do strednej školy. Vždy som bol zmätený tým, ako je DNA prezentovaná ako „zoznam proteínov“, keď je jasne taká dynamická a nie statická: každý typ bunky produkuje len niektoré z týchto proteínov a tieto proteíny môžu zase určiť, aké proteíny sú to deti. produkovať, myslím, a to môže vytvoriť bohatú (nelineárnu) hierarchiu diferenciácie tkanív z lineárneho zoznamu.

Pre skutočne zložitý organizmus, akým je cicavec, myslím, že naše chápanie toho, ako sa DNA aktualizuje, je fenomenologické (tj vieme povedať, že gén X koreluje s makroskopickým znakom Y, aj keď netušíme, aké signálne mechanizmy sú za tým a ktorá bunka typy produkujú relevantný proteín a kedy.)

Ale platí to aj pre rastliny, alebo máme hlbšie pochopenie toho, aké bielkoviny odlišujú napríklad štyri typy stonky feniklovej rastliny a prečo každý typ môže produkovať len ten ďalší? Myslím si, že jednoduché zvieratá ako huby, háďatká a cnidaria by boli pravdepodobne rovnako užitočné ako rastliny (alebo viac ako), ale ako záhradník vidím tieto geometrie rastlín každý deň a som nimi fascinovaný.

Vie niekto o dobrej referencii, knihe alebo online, kde sa diskutuje o týchto témach? Som v poriadku s niečím, čo je trochu mimo mojej technickej hĺbky - uprednostním zložitú odpoveď pred neúplnou.

EDIT: Listová architektúra je tiež zaujímavá a pravdepodobne na určitej úrovni neoddeliteľná od architektúry pobočiek, ale zameral som sa na stonky a vetvy pravdepodobne preto, že nemám terminológiu, aby som zmysluplne opísal architektúry listov.


Druhy biológie

Grécke slová bios a logos sú pôvodom termínu &ldquobiológia&rdquo. Bios znamená život a logos znamená štúdium. Biológia je teda veda, ktorá študuje život a živé organizmy. Organizmus znamená živú entitu, ktorá má jednu bunku, ako sú baktérie, alebo niekoľko buniek, ako sú rastliny, huby a zvieratá. Biológia študuje tieto živé organizmy a chemické procesy, fyzikálnu štruktúru, fyziologické mechanizmy, molekulárne interakcie, evolúciu a vývoj. Biologická veda sa môže zdať veľmi zložitá, ale niektoré špecifické zjednocujúce koncepty ju spájajú do jednej konzistentnej oblasti. Biológia špecifikuje bunku ako základnú jednotku života, gény ako základnú jednotku dedičnosti a evolúciu ako generátor, ktorý poháňa tvorbu a zánik druhov.


Obsah

Klasifikácia živočíšneho tkaniva Edit

Existujú štyri základné typy živočíšnych tkanív: svalové tkanivo, nervové tkanivo, spojivové tkanivo a epitelové tkanivo. [5] [9] Všetky živočíšne tkanivá sa považujú za podtypy týchto štyroch hlavných typov tkanív (napríklad krv je klasifikovaná ako spojivové tkanivo, pretože krvinky sú suspendované v extracelulárnej matrici, plazme). [9]

Klasifikácia rastlinného tkaniva Edit

V prípade rastlín spadá štúdium ich tkanív do oblasti anatómie rastlín s týmito štyrmi hlavnými typmi:

Histopatológia je oblasť histológie, ktorá zahŕňa mikroskopickú identifikáciu a štúdium chorého tkaniva. [5] [6] Je dôležitou súčasťou anatomickej patológie a chirurgickej patológie, keďže presná diagnostika rakoviny a iných ochorení si často vyžaduje histopatologické vyšetrenie vzoriek tkaniva. [10] Vyškolení lekári, často licencovaní patológovia, vykonávajú histopatologické vyšetrenie a poskytujú diagnostické informácie na základe svojich pozorovaní.

Povolania Upraviť

Oblasť histológie, ktorá zahŕňa prípravu tkanív na mikroskopické vyšetrenie, je známa ako histotechnológia. Pracovných pozícií pre vyškolený personál, ktorý pripravuje histologické vzorky na vyšetrenie, je mnoho a zahŕňajú histotechnikov, histotechnológov, [11] histologických technikov a technológov, medicínskych laborantov a biomedicínskych vedcov.

Väčšina histologických vzoriek potrebuje prípravu pred mikroskopickým pozorovaním, tieto metódy závisia od vzorky a metódy pozorovania. [9]

Úprava fixácie

Chemické fixátory sa používajú na zachovanie a udržanie štruktúry tkanív a fixácia buniek tiež vytvrdzuje tkanivá, čo pomáha pri rezaní tenkých častí tkaniva potrebných na pozorovanie pod mikroskopom. [5] [12] Fixatíva vo všeobecnosti chránia tkanivá (a bunky) ireverzibilným zosieťovaním proteínov. [12] Najpoužívanejším fixačným prostriedkom pre svetelnú mikroskopiu je 10 % neutrálny pufrovaný formalín alebo NBF (4 % formaldehyd vo fosfátom pufrovanom fyziologickom roztoku). [13] [12] [9]

Pre elektrónovú mikroskopiu je najčastejšie používaným fixatívom glutaraldehyd, zvyčajne ako 2,5 % roztok vo fosfátom pufrovanom fyziologickom roztoku. [9] Ďalšími fixačnými prostriedkami používanými na elektrónovú mikroskopiu sú oxid osmičelý alebo octan uranylový. [9]

Hlavným účinkom týchto aldehydových fixatív je zosieťovanie aminoskupín v proteínoch prostredníctvom tvorby metylénových mostíkov (-CH2-), v prípade formaldehydu, alebo C5H10 priečne väzby v prípade glutaraldehydu. Tento proces pri zachovaní štrukturálnej integrity buniek a tkanív môže poškodiť biologickú funkčnosť proteínov, najmä enzýmov.

Fixácia formalínu vedie k degradácii mRNA, miRNA a DNA, ako aj k denaturácii a modifikácii proteínov v tkanivách. Extrakcia a analýza nukleových kyselín a proteínov z tkanív fixovaných vo formalíne a zaliatych do parafínu je však možná pomocou vhodných protokolov. [14] [15]

Výber a orezanie Upraviť

Výber je výber vhodného tkaniva v prípadoch, keď nie je potrebné dať do ďalšieho spracovania celú pôvodnú tkanivovú hmotu. Zvyšok môže zostať fixovaný v prípade, že bude potrebné ho vyšetriť neskôr.

Orezávanie je rezanie vzoriek tkaniva s cieľom odhaliť príslušné povrchy pre neskoršie rezy. Vytvára tiež vzorky tkaniva vhodnej veľkosti, aby sa zmestili do kaziet. [16]

Vkladanie Upraviť

Tkanivá sú vložené do tvrdšieho média ako podpora a umožňujúce rezanie tenkých plátkov tkaniva. [9] [5] Vo všeobecnosti musí byť voda najskôr odstránená z tkanív (dehydratácia) a nahradená médiom, ktoré buď priamo stuhne, alebo prechodnou tekutinou (číriou), ktorá je miešateľná so zalievacím médiom. [12]

Parafínový vosk Upraviť

Pre svetelnú mikroskopiu je parafínový vosk najčastejšie používaným zalievacím materiálom. [12] [13] Parafín je nemiešateľný s vodou, hlavnou zložkou biologického tkaniva, preto musí byť najprv odstránený v sérii dehydratačných krokov. [12] Vzorky sa prenesú cez sériu postupne koncentrovanejších etanolových kúpeľov až do 100 % etanolu, aby sa odstránili zvyšné stopy vody. [9] [12] Po dehydratácii nasleduje a zúčtovací prostriedok (typicky xylén [13], hoci sa používajú iné environmentálne bezpečné náhrady [13] ), ktorý odstraňuje alkohol a je miešateľný s voskom, nakoniec sa pridá roztavený parafínový vosk, ktorý nahradí xylén a infiltruje tkanivo. [9] Vo väčšine histologických alebo histopatologických laboratórií sa dehydratácia, čistenie a infiltrácia vosku vykonávajú v tkanivové procesory ktoré tento proces automatizujú. [13] Po infiltrácii do parafínu sa tkanivá orientujú vo formách, ktoré sa po umiestnení naplnia voskom, vosk sa ochladí, čím sa blok a tkanivo stuhnú. [13] [12]

Iné materiály Upraviť

Parafínový vosk nie vždy poskytuje dostatočne tvrdú matricu na rezanie veľmi tenkých rezov (ktoré sú obzvlášť dôležité pre elektrónovú mikroskopiu). [12] Parafínový vosk môže byť tiež príliš mäkký vo vzťahu k tkanivu, teplo roztaveného vosku môže zmeniť tkanivo nežiaducim spôsobom alebo dehydratačné alebo čistiace chemikálie môžu tkanivo poškodiť. [12] Alternatívy k parafínovému vosku zahŕňajú epoxid, akryl, agar, želatínu, celoidín a iné typy voskov. [12] [17]

V elektrónovej mikroskopii sa najčastejšie používajú epoxidové živice [9], ale používajú sa aj akrylové živice, najmä tam, kde sa vyžaduje imunohistochémia.

Na rezanie tkanív v zmrazenom stave sa tkanivá umiestnia do zalievacieho média na báze vody. Vopred zmrazené tkanivá sa umiestnia do foriem s tekutým materiálom na zaliatie, zvyčajne glykolom na vodnej báze, OCT, TBS, kryogélom alebo živicou, ktoré sa potom zmrazia, aby sa vytvorili vytvrdené bloky.

Úprava sekcií

Pre svetelnú mikroskopiu sa nôž namontovaný v mikrotóme používa na rezanie tkanivových rezov (zvyčajne s hrúbkou 5 až 15 mikrometrov), ktoré sú namontované na mikroskopickom sklíčku. [9] Pre transmisnú elektrónovú mikroskopiu (TEM) sa diamantový alebo sklenený nôž namontovaný v ultramikrotóme používa na rezanie tkanivových rezov s hrúbkou 50 – 150 nanometrov. [9]

Farbenie Upraviť

Biologické tkanivo má malý vlastný kontrast vo svetelnom alebo elektrónovom mikroskope. [17] Farbenie sa používa na poskytnutie kontrastu tkanivu, ako aj na zvýraznenie konkrétnych záujmových znakov. Keď sa farbenie používa na zameranie špecifickej chemickej zložky tkaniva (a nie všeobecnej štruktúry), používa sa termín histochémia. [9]

Svetelná mikroskopia Upraviť

Hematoxylín a eozín (farbivo H&E) je jedným z najbežnejšie používaných farbív v histológii na zobrazenie všeobecnej štruktúry tkaniva. [9] [18] Hematoxylín farbí jadrá buniek modrou farbou eozín, kyslé farbivo, farbí cytoplazmu a iné tkanivá rôznymi ružovými farbami. [9] [12]

Na rozdiel od H&E, ktoré sa používa ako všeobecné farbenie, existuje mnoho techník, ktoré selektívnejšie farbia bunky, bunkové zložky a špecifické látky. [12] Bežne vykonávaná histochemická technika, ktorá sa zameriava na špecifickú chemikáliu, je Perlsova reakcia Prussian blue, ktorá sa používa na demonštráciu usadenín železa [12] pri chorobách, ako je hemochromatóza. Nissl metóda pre látku Nissl a Golgiho metóda (a súvisiace strieborné škvrny) sú užitočné pri identifikácii neurónov, sú ďalšími príkladmi špecifickejších škvŕn. [12]

Historiografia Edit

Pri historádiografii sa sklíčko (niekedy zafarbené histochemicky) röntgenuje. Bežnejšie sa autorádiografia používa na vizualizáciu miest, do ktorých bola rádioaktívna látka transportovaná v tele, ako sú bunky vo fáze S (prechádzajúce replikáciou DNA), ktoré obsahujú tríciovaný tymidín, alebo miesta, na ktoré sa in situ viažu rádioaktívne značené sondy nukleových kyselín. hybridizácia. Pre autorádiografiu na mikroskopickej úrovni sa sklíčko typicky ponorí do tekutej emulzie jadrového traktu, ktorá zaschne a vytvorí expozičný film. Jednotlivé strieborné zrná vo filme sú vizualizované mikroskopiou v tmavom poli.

Imunohistochémia Edit

V poslednej dobe sa protilátky používajú na špecifickú vizualizáciu proteínov, sacharidov a lipidov. Tento proces sa nazýva imunohistochémia, alebo keď je farbivo fluorescenčná molekula, imunofluorescencia. Táto technika výrazne zvýšila schopnosť identifikovať kategórie buniek pod mikroskopom. Iné pokročilé techniky, ako napríklad nerádioaktívne in situ hybridizácie, možno kombinovať s imunochémiou na identifikáciu špecifických molekúl DNA alebo RNA s fluorescenčnými sondami alebo značkami, ktoré možno použiť na imunofluorescenciu a amplifikáciu fluorescencie viazanej na enzým (najmä amplifikáciu signálu alkalickej fosfatázy a tyramidu). Fluorescenčná mikroskopia a konfokálna mikroskopia sa používajú na detekciu fluorescenčných signálov s dobrými vnútrobunkovými detailmi.

Elektrónová mikroskopia Upraviť

Pre elektrónovú mikroskopiu sa ťažké kovy zvyčajne používajú na farbenie tkanivových rezov. [9] Uranylacetát a citrát olovnatý sa bežne používajú na dodanie kontrastu tkanivu v elektrónovom mikroskope. [9]

Špecializované techniky Edit

Úprava kryosekcie

Podobne ako pri procedúre zmrazených rezov používanej v medicíne, kryosekcia je metóda na rýchle zmrazenie, rezanie a upevnenie častí tkaniva na histológiu. Tkanivo sa zvyčajne nareže na kryostate alebo mraziacom mikrotóme. [12] Zmrazené rezy sú pripevnené na sklíčko a môžu byť zafarbené, aby sa zvýšil kontrast medzi rôznymi tkanivami. Nefixované zmrazené rezy sa môžu použiť na štúdie vyžadujúce lokalizáciu enzýmov v tkanivách a bunkách. Pri určitých postupoch, ako je imunofluorescenčné farbenie spojené s protilátkou, je potrebná fixácia tkaniva. Zmrazené rezy sa často pripravujú počas chirurgického odstraňovania nádorov, aby sa umožnila rýchla identifikácia okrajov nádoru, ako pri Mohsovej chirurgii, alebo pri stanovení malignity nádoru, keď sa nádor objaví náhodne počas operácie.

Ultramikrotómia Upraviť

Ultramikrotómia je metóda prípravy extrémne tenkých rezov na analýzu transmisným elektrónovým mikroskopom (TEM). Utierky sú bežne zaliate do epoxidovej alebo inej plastovej živice. [9] Veľmi tenké rezy (s hrúbkou menšou ako 0,1 mikrometra) sa režú pomocou diamantových alebo sklenených nožov na ultramikrotóme. [12]

Artefakty Upraviť

Artefakty sú štruktúry alebo znaky v tkanive, ktoré interferujú s normálnym histologickým vyšetrením. Artefakty zasahujú do histológie tým, že menia vzhľad tkaniva a skrývajú štruktúry. Artefakty spracovania tkaniva môžu zahŕňať pigmenty tvorené fixačnými prostriedkami, [12] zmršťovanie, vymývanie bunkových komponentov, farebné zmeny v rôznych typoch tkanív a zmeny štruktúr v tkanive. Príkladom je ortuťový pigment, ktorý zostal po použití Zenkerovho fixačného prostriedku na fixáciu rezu. [12] Formalínová fixácia môže za kyslých podmienok zanechať aj hnedý až čierny pigment. [12]

V 17. storočí Talian Marcello Malpighi používal mikroskopy na štúdium drobných biologických entít, niektorí ho považujú za zakladateľa oblastí histológie a mikroskopickej patológie. [19] [20] Malpighi pod mikroskopom analyzoval niekoľko častí orgánov netopierov, žiab a iných zvierat. Počas štúdia štruktúry pľúc si Malpighi všimol ich membránové alveoly a vlasové spojenia medzi žilami a tepnami, ktoré pomenoval kapilárami. Jeho objav zistil, ako sa vdychovaný kyslík dostáva do krvného obehu a slúži telu. [21]

V 19. storočí bola histológia samostatnou akademickou disciplínou. Francúzsky anatóm Xavier Bichat zaviedol pojem tkanivo v anatómii v roku 1801 [22] a termín „histológia“ (nem. Histológia), vytvorený na označenie „štúdia tkanív“, sa prvýkrát objavil v knihe Karla Meyera v roku 1819. [23] [24] [19] Bichat opísal dvadsaťjeden ľudských tkanív, ktoré možno zaradiť do štyroch v súčasnosti akceptovaných kategórií od histológov. [25] Používanie ilustrácií v histológii, ktoré Bichat považoval za zbytočné, propagoval Jean Cruveilhier. [26] [ kedy? ]

Začiatkom 30. rokov 19. storočia Purkyň vynašiel mikrotóm s vysokou presnosťou. [24]

Techniky montáže boli vyvinuté Rudolfom Heidenhainom (1824-1898), ktorý predstavil arabskú gumu Salomon Stricker (1834-1898), ktorý obhajoval zmes vosku a oleja a Andrew Pritchard (1804-1884), ktorý v roku 1832 používal gumu/ zmes vyzinovej skloviny. V tom istom roku sa na scéne objavil kanadský balzam a v roku 1869 Edwin Klebs (1834-1913) oznámil, že niekoľko rokov zalial svoje vzorky do parafínu. [27]

Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu v roku 1906 získali histológovia Camillo Golgi a Santiago Ramon y Cajal. Mali protichodné interpretácie nervovej štruktúry mozgu založené na rôznych interpretáciách tých istých obrázkov. Ramón y Cajal získal cenu za svoju správnu teóriu a Golgi za techniku ​​farbenia striebrom, ktorú vynašiel, aby to umožnil. [28]

In vivo histológia Edit

V súčasnosti je intenzívny záujem o vývoj techník pre in vivo histológia (predovšetkým pomocou MRI), ktorá by lekárom umožnila neinvazívne zbierať informácie o zdravých a chorých tkanivách u živých pacientov, a nie z fixovaných vzoriek tkaniva. [29] [30] [31] [32]


Aké je pracovisko biológa?

Väčšinu biológov zamestnávajú vládne agentúry, univerzity alebo súkromné ​​priemyselné laboratóriá. Mnoho biológov na univerzitách je zároveň profesormi a väčšinu času trávi výučbou výskumných metód študentov, asistovaním pri vývoji študentských projektov, ako aj prácou na vlastných projektoch.

Biologickí vedci zamestnaní v súkromnom priemysle a vo vláde sa môžu viac sústrediť na svoje vlastné osobné projekty a projekty zadané ich nadriadenými. Niektoré príklady biológov, ktorí pravdepodobne pracujú v súkromnom priemysle, sú zoológovia a ekológovia, ktorých by mohli zamestnať zoologické záhrady a environmentálne agentúry.

Oblasť biológie, v ktorej je človek zamestnaný, určí, či viac času strávi v laboratóriu alebo vonku v teréne. Histotechnológovia napríklad pracujú v laboratórnom prostredí, keďže ich práca zahŕňa prípravu tkanív na mikroskopické vyšetrenie. Na druhej strane botanici, ekológovia a zoológovia trávia veľa času v teréne, študujú rastliny a zvieratá v rôznych klimatických podmienkach a biotopoch, pričom často žijú v primitívnych podmienkach.

Vo všeobecnosti väčšina biologických vedcov nezažíva veľa nebezpečných situácií.Tí, ktorí študujú nebezpečné alebo toxické organizmy, prijímajú sériu špeciálnych opatrení, aby zabránili kontaminácii a akejkoľvek možnosti šírenia vírusov alebo baktérií.


Historické pozadie

Za zakladateľa botaniky sa pripisuje Theophrastus, grécky filozof, ktorý najprv študoval u Platóna a potom sa stal žiakom Aristotela. Veda pozná iba dve z odhadovaných 200 ním napísaných botanických traktátov: pôvodne napísané v gréčtine okolo roku 300 pred Kristom, zachovali sa vo forme latinských rukopisov, De causis plantarum a De historia plantarum. Jeho základné koncepty morfológie, klasifikácie a prírodnej histórie rastlín, akceptované bez pochybností po mnoho storočí, sú teraz zaujímavé predovšetkým kvôli Theofrastovmu nezávislému a filozofickému pohľadu.

Pedanius Dioscorides, grécky botanik z 1. storočia n. l., bol po Theophrastovi najvýznamnejším botanickým spisovateľom. Vo svojom hlavnom diele, v gréčtine, bylinke, opísal asi 600 druhov rastlín s komentármi o ich zvyku rastu a tvaru, ako aj o ich liečivých vlastnostiach. Na rozdiel od Theophrasta, ktorý klasifikoval rastliny ako stromy, kríky a byliny, Dioscorides zoskupil svoje rastliny do troch skupín: ako aromatické, kulinárske a liečivé. Jeho bylina, jedinečná v tom, že išlo o prvú ilustrovanú liečbu liečivých rastlín, zostala asi 15 storočí posledným slovom lekárskej botaniky v Európe.

Od 2. storočia pred naším letopočtom do 1. storočia pred naším letopočtom rad rímskych spisovateľov – Cato starší, Varro, Virgil a Columella – pripravoval latinské rukopisy o poľnohospodárstve, záhradníctve a ovocinárstve, ale preukázal len málo dôkazov o duchu vedeckého bádania. svoj vlastný dôvod, ktorý bol taký charakteristický pre Theofrasta. V 1. storočí n. l. sa Plínius Starší, hoci nebol o nič originálnejší ako jeho rímski predchodcovia, zdal ako kompilátor pracovitejší. Jeho Historia naturalis— encyklopédia s 37 zväzkami, zostavená z približne 2 000 diel predstavujúcich 146 rímskych a 327 gréckych autorov, má 16 zväzkov venovaných rastlinám. Hoci je táto práca nekritická a obsahuje veľa dezinformácií, obsahuje veľa informácií, ktoré by inak neboli dostupné, pretože väčšina zväzkov, na ktoré sa odvolával, bola zničená.

Tlačiareň spôsobila revolúciu v dostupnosti všetkých typov literatúry, vrátane rastlinnej. V 15. a 16. storočí bolo publikovaných veľa byliniek s cieľom opísať rastliny užitočné v medicíne. Najstaršie bylinky, ktoré napísali lekári a medicínsky orientovaní botanici, vychádzali prevažne z Dioscoridovho diela a v menšej miere z Teofrasta, no postupne sa stali produktom pôvodného pozorovania. Zvyšujúca sa objektivita a originalita byliniek v priebehu desaťročí sa jasne odráža v zlepšovaní kvality drevorezieb pripravených na ilustráciu týchto kníh.

Badianus v roku 1552 preložil do latinčiny ilustrovaný rukopis o mexických rastlinách, napísaný v aztéckom jazyku, iné podobné rukopisy, o ktorých sa vie, že existovali, zrejme zmizli. Zatiaľ čo bylinky v Číne siahajú oveľa ďalej ako tie v Európe, stali sa známymi len nedávno, a tak len málo prispeli k pokroku západnej botaniky.

Vynález optických šošoviek v 16. storočí a vývoj zloženého mikroskopu okolo roku 1590 otvorili éru bohatých objavov o rastlinách pred tým časom, pričom všetky pozorovania sa nevyhnutne robili voľným okom. Botanici 17. storočia sa odvrátili od predchádzajúceho dôrazu na lekársku botaniku a začali popisovať všetky rastliny, vrátane mnohých nových, ktoré sa vo veľkom množstve zavádzali z Ázie, Afriky a Ameriky. Medzi najvýznamnejších botanikov tejto epochy patril Gaspard Bauhin, ktorý po prvý raz predbežne rozvinul mnohé botanické koncepty, ktoré boli stále platné.

V roku 1665 publikoval Robert Hooke pod názvom Mikrografia, výsledky jeho mikroskopických pozorovaní na niekoľkých rastlinných tkanivách. Pamätáme si ho ako tvorcu slova „bunka“, pričom odkazuje na dutiny, ktoré pozoroval v tenkých plátkoch korku, jeho pozorovanie, že živé bunky obsahujú miazgu a iné materiály, sa príliš často zabúdalo. V nasledujúcom desaťročí Nehemiah Grew a Marcello Malpighi založili anatómiu rastlín v roku 1671 a súčasne oznámili výsledky mikroskopických štúdií Kráľovskej spoločnosti v Londýne a obaja neskôr publikovali veľké pojednania.

Experimentálna fyziológia rastlín sa začala brilantným dielom Stephena Halesa, ktorý publikoval svoje pozorovania o pohyboch vody v rastlinách pod názvom Rastlinné statiky (1727). Jeho závery o mechanike transpirácie vody v rastlinách sú stále platné, rovnako ako jeho objav – v tom čase prekvapivý – že vzduch niečím prispieva k materiálom produkovaným rastlinami. V roku 1774 Joseph Priestley ukázal, že rastliny vystavené slnečnému žiareniu uvoľňujú kyslík a Jan Ingenhousz v roku 1779 preukázal, že rastliny v tme uvoľňujú oxid uhličitý. V roku 1804 Nicolas de Saussure presvedčivo demonštroval, že rastliny vystavené slnečnému žiareniu absorbujú vodu a oxid uhličitý a pribúdajú na váhe, ako o tom takmer pred storočím informoval Hales.

Široké používanie mikroskopu rastlinnými morfológmi znamenalo prelom v 18. storočí – botanika sa stala prevažne laboratórnou vedou. Až do vynálezu jednoduchých šošoviek a zloženého mikroskopu bolo rozpoznávanie a klasifikácia rastlín z väčšej časti založená na takých veľkých morfologických aspektoch rastliny, ako je veľkosť, tvar a vonkajšia štruktúra listov, koreňov a stoniek. Tieto informácie boli doplnené aj o pozorovania subjektívnejších vlastností rastlín, akými sú jedlá a liečivé využitie.

V roku 1753 Linné vydal svoje majstrovské dielo, Druh Plantarum, ktorá obsahuje starostlivé popisy 6000 druhov rastlín zo všetkých častí sveta známych v tom čase. V tejto práci, ktorá je stále základným referenčným dielom pre modernú taxonómiu rastlín, Linné zaviedol prax binomickej nomenklatúry – to znamená pomenovanie každého druhu rastliny dvoma slovami, rodovým menom a špecifickým názvom, ako Rosa canina, pes vstal. Binomické názvoslovie zaviedli niektorí bylinkári oveľa skôr, ale nebolo všeobecne akceptované, väčšina botanikov naďalej používala na pomenovanie rastliny ťažkopádne formálne opisy pozostávajúce z mnohých slov. Linné prvýkrát vložil súčasné poznatky o rastlinách do usporiadaného systému, s plným uznaním predchádzajúcim autorom, a vytvoril nomenklatúrnu metodológiu tak užitočnú, že nebola výrazne vylepšená. Linné tiež zaviedol „sexuálny systém“ rastlín, pomocou ktorého sa počet častí kvetov – najmä tyčiniek, ktoré produkujú samčie pohlavné bunky, a štýlov, čo sú predĺženia rastlinných vaječníkov, ktoré prijímajú peľové zrná – stali užitočnými nástrojmi na ľahkú identifikáciu rastlín. . Tento jednoduchý systém, hoci účinný, mal veľa nedostatkov. Iné klasifikačné systémy, v ktorých sa zohľadňovalo čo najviac znakov, aby sa určil stupeň príbuznosti, boli skutočne vyvinuté inými botanikmi, niektoré sa objavili už pred dobou Linného. Aplikácia konceptov Charlesa Darwina (o evolúcii) a Gregora Mendela (o genetike) na taxonómiu rastlín poskytla pohľad na proces evolúcie a produkciu nových druhov.

Systematická botanika teraz využíva informácie a techniky zo všetkých subdisciplín botaniky a spája ich do jedného súboru poznatkov. Fytogeografia (biogeografia rastlín), ekológia rastlín, populačná genetika a rôzne techniky aplikovateľné na bunky – cytotaxonómia a cytogenetika – výrazne prispeli k súčasnému stavu systematickej botaniky a do určitej miery sa stali jej súčasťou. Nedávno sa k aktivitám systematickej botaniky pridala fytochémia, počítačová štatistika a morfológia jemnej štruktúry.

V 20. storočí došlo k enormnému nárastu tempa rastu botanikového výskumu a výsledkov z neho odvodených. Kombinácia väčšieho počtu botanikov, lepších zariadení a nových technológií, všetko s využitím skúseností z minulosti, viedla k sérii nových objavov, nových konceptov a nových oblastí botanického úsilia. Niektoré dôležité príklady sú uvedené nižšie.

Zhromažďujú sa nové a presnejšie informácie o procese fotosyntézy, najmä pokiaľ ide o mechanizmy prenosu energie.

Objav pigmentového fytochrómu, ktorý predstavuje doteraz neznámy systém na detekciu svetla v rastlinách, výrazne zvýšil poznatky o vplyve vnútorného aj vonkajšieho prostredia na klíčenie semien a dobu kvitnutia.

Bolo objavených niekoľko typov rastlinných hormónov (interné regulačné látky) – medzi nimi auxín, giberelín a kinetín – ktorých interakcie poskytujú nový koncept spôsobu, akým rastlina funguje ako jednotka.

Zistenie, že rastliny potrebujú určité stopové prvky, ktoré sa zvyčajne nachádzajú v pôde, umožnilo kultivovať oblasti, ktorým chýba nejaký podstatný prvok jeho pridaním do pôdy s nedostatkom.

Vývoj genetických metód na kontrolu dedičnosti rastlín umožnil vytvorenie vylepšených a mimoriadne produktívnych plodín.

Vývoj rádioaktívneho uhlíkového datovania rastlinných materiálov starých až 50 000 rokov je užitočný pre paleobotanika, ekológa, archeológa a najmä pre klimatológa, ktorý má teraz lepší základ na predpovedanie klímy budúcich storočí.

Objavenie fosílií podobných riasam a baktériám v prekambrických horninách posunulo odhadovaný pôvod rastlín na Zemi pred 3 500 000 000 rokmi.

Izolácia antibiotických látok z húb a baktériám podobných organizmov poskytla kontrolu nad mnohými bakteriálnymi ochoreniami a prispela aj k biochemickým informáciám základného vedeckého významu.

Použitie fylogenetických údajov na vytvorenie konsenzu o taxonómii a evolučných líniách krytosemenných rastlín (kvitnúcich rastlín) je koordinované prostredníctvom medzinárodného úsilia známeho ako Angiosperm Phylogeny Group.


Odbory biológie

Zoológia

Chceli by ste nám napísať? Nuž, hľadáme dobrých spisovateľov, ktorí chcú šíriť informácie. Kontaktujte nás a porozprávame sa.

Toto je odvetvie biológie, ktoré študuje zvieratá. Pojem zoológia pochádza z gréckeho výrazu “Zoon” znamená zviera a “logos” znamená štúdium. Zoológia sa delí na Aplikovaná zoológiaštúdium produkčných a neprodukčných zvierat, Systematická zoológia, zaoberajúci sa evolúciou a taxonómiou či náukou o pomenovaní živých vecí a Zoológia organizmov, štúdium zvierat v našej biosfére. Aplikovaná zoológia sa ďalej delí na: Akvakultúra, ktorá zahŕňa produkciu a údržbu sladkovodných a morských živočíchov a rastlín, Piggery, ktorá zahŕňa štúdium všetkého, čo súvisí s ošípanými, Aplikovaná entomológia, čo zahŕňa manipuláciu s hmyzom v prospech ľudí, Vermikultúra, ktorá sa zaoberá chovom červov zahrabávajúcich sa do pôdy na výrobu prírodných hnojív, Veda o hydine, štúdium domácich vtákov, ako sú husi, morky a kurčatá, Parazitológiazaoberajúca sa štúdiom parazitov, Radiačná biológia, ktorá využíva gama žiarenie, röntgenové žiarenie, elektróny a protóny pre blaho ľudí, Biotechnológia, ktorý aplikuje inžinierske princípy na spracovanie materiálu biologickými faktormi, Aplikovaná embryológia, ktorá zahŕňa kultiváciu v skúmavke (embryokultúru) na zvýšenie produktivity dobytka, Tkanivová kultúrazahŕňajúce kultiváciu rastlinných tkanív a buniek v umelom prostredí, Mliečna veda, ktorá sa zaoberá mliekom alebo mliečnymi výrobkami, Technológia pesticídov, čo je štúdium pesticídov a ich použitia, Nematológia ktorá sa zaoberá štúdiom oblých červov organizmov a ich kontrolou, Ornitológia, čo je štúdium vtákov, Herpetológia, štúdium plazov, Ichtyológia, čo je štúdium rýb a Mamológia, ktorá zahŕňa štúdium cicavcov.

Entomológia

Jednou z podvetví je entomológia, ktorá je založená výlučne na hmyze. Zameriava sa na štúdium taxonómie, vlastností, adaptácií, úloh a správania hmyzu.

Etológia

Skutočne povedané, etológia patrí do zoológie a zaoberá sa behaviorálnymi adaptáciami zvierat, najmä v ich prirodzených alebo pôvodných obydliach.

Anatómia

Vzťahuje sa na anatómiu rastlín a anatómiu zvierat, zahŕňa štúdium podrobnej štruktúry, vnútorných orgánov a príslušných funkcií organizmu.

Fyziológia

Fyziológia je definovaná ako štúdium rôznych funkcií a procesov živých organizmov. Fyziológia sa ďalej delí na Evolučná fyziológia, čo je štúdium fyziologického vývoja, Bunková fyziológia – štúdium bunkového mechanizmu a interakcie, Vývinová fyziológia, ktorá zahŕňa štúdium fyziologických procesov vo vzťahu k embryonálnej evolúcii, Environmentálna fyziológia, ktorá sa zaoberá štúdiom odozvy rastlín na činitele ako teplota, žiarenie a oheň a Porovnávacia fyziológia, zhruba vysvetlené ako štúdium zvierat okrem ľudí.

Genetika

Toto sa považuje za zaujímavý študijný odbor a je to odvetvie biológie. Genetika je štúdium génov. Tento výraz je odvodený z gréckeho slova “genetikos”, čo znamená “pôvod”. Toto odvetvie biológie študuje o dedičných aspektoch všetkých živých organizmov. Štúdium dedičnosti vlastností od rodiča sa začalo v polovici devätnásteho storočia a jeho priekopníkom bol renomovaný biológ Gregor Mendel. Moderná veda o genetike je založená na základoch, ktoré položil tento biológ.

Botanika

Štúdium života rastlín alebo fytológie je známe ako botanika. Botanika, jedna z najvýznamnejších medzi rôznymi odvetviami biológie, je rozsiahlym predmetom a študuje život a vývoj húb, rias a rastlín. Botanika skúma aj štruktúru, rast, choroby, chemické a fyzikálne vlastnosti, metabolizmus a evolúciu rastlinných druhov. Botanika naznačuje dôležitosť štúdia života rastlín na Zemi, pretože produkujú potravu, vlákna, lieky, palivo a kyslík.

Evolučná biológia

Ako všetci vieme, vysoko vyvinutý organizmus sa vyvinul z jednoduchších foriem. Existuje špecifické odvetvie biológie nazývané evolučná biológia, ktoré sa zameriava na evolúciu druhov.

Vývojová biológia

Chceli by ste nám napísať? Nuž, hľadáme dobrých spisovateľov, ktorí chcú šíriť informácie. Kontaktujte nás a porozprávame sa.

Ako už názov napovedá, rozvojová biológia pomáha študentovi naučiť sa rôzne fázy rastu a vývoja živého tvora.

Ekológia

Ekológia je odvetvie biológie, ktoré študuje vzájomné pôsobenie rôznych organizmov a ich chemické a fyzikálne prostredie. Toto odvetvie biológie študuje environmentálne problémy, ako je znečistenie a ako to ovplyvňuje ekologický cyklus. Pojem ekológia je odvodený z gréckeho výrazu “oikos” znamená “domácnosť” a “logos” znamená “štúdium”. Nemecký biológ Ernst Haeckel vymyslel termín ekológia v roku 1866.

Kryobiológia

Zaoberá sa účinkami extrémne nízkej teploty v živých bunkách a organizmoch ako celku.

Biochémia

Toto odvetvie biológie študuje chemické procesy vo všetkých živých organizmoch. Biochémia je oblasť vedy, ktorá študuje funkcie bunkových zložiek, ako sú nukleové kyseliny, lipidy, proteíny a rôzne iné biomolekuly.

Cytológia a molekulárna biológia

Hĺbkové štúdie o bunke spolu s jej štruktúrou, funkciou, časťami a abnormalitami sú študované v rámci bunkovej biológie alebo cytológie. Podobne aj štúdium organizmov na molekulárnej úrovni sa nazýva molekulárna biológia.

Morská biológia

Morská biológia študuje ekosystém oceánov, morských živočíchov a rastlín. Existuje veľká časť oceánskeho života, ktorý je stále nepreskúmaný. Môžete správne povedať, že morská biológia je odvetvím oceánografie, čo je opäť odvetvie biológie.

Bioinformatika

Bioinformatika sa v podstate týka genomických štúdií s aplikáciou spracovania údajov, výpočtových znalostí a štatistických aplikácií.

Mykológia

Podľa modernej taxonómie huby (jednotná huba) nie sú ani rastlina, ani zviera. Patrí do inej živej skupiny a študuje sa v rámci predmetu mykológia.

Biofyzika

Biofyzika zahŕňa štúdium vzťahu medzi organizmami alebo živými bunkami a elektrickou alebo mechanickou energiou. Biofyzika sa ďalej delí na tieto pododvetvia: Molekulárna biofyzika, ktorá definuje biologické funkcie vo vzťahu k dynamickému správaniu a molekulárnej štruktúre rôznych živých systémov, ako sú vírusy, Bio mechanika je štúdium síl pôsobiacich svalmi a gravitácie na kostru, Bio elektrina – štúdium elektrických prúdov prechádzajúcich svalmi a nervami a statického napätia biologických buniek, Bunková biofyzika, ktorá zahŕňa štúdium funkcie a štruktúry membrány a bunkovej excitácie a Kvantová biofyzika, ktorá zahŕňa štúdium správania sa živej hmoty na molekulárnej a submolekulárnej úrovni.

Vodná biológia

Zahŕňa štúdium života vo vode, podobne ako štúdium rôznych druhov zvierat, rastlín a mikroorganizmov. Zahŕňa štúdium sladkovodných a morských organizmov. Niekedy sa vodná biológia označuje aj ako limnológia.

Biológia ako veda nám dáva možnosť pozorovať, hodnotiť a riešiť problémy, ktoré súvisia s rastlinami a živočíchmi. Ak sa zaujímate o biológiu, kariéra v akomkoľvek odbore biológie môže byť nesmierne obohacujúca.

Súvisiace príspevky

Dážďovky sú tvory, ktoré patria do kmeňa Annelida. Tento článok poskytuje niektoré informácie o biológii dážďoviek.

Naučte sa nejakú etiku genetického inžinierstva, pokiaľ ide o praktiky ako klonovanie, ktoré sú v očiach mnohých nemorálne a zvrátené útoky na stvorenie.

Čítajte ďalej a dozviete sa viac o krokoch fotosyntézy, jednej z najfascinujúcejších udalostí v prírode.


G. uveďte, či sú nasledujúce tvrdenia pravdivé alebo nepravdivé, ak sú nepravdivé, prepíšte správny tvar tvrdenia:

  1. Osmóza a difúzia sú rovnaké javy.
    • Nesprávne, osmóza je špeciálny typ difúzie, ktorý vyžaduje prítomnosť polopriepustnej membrány, ktorá umožňuje pohyb iba rozpúšťadla.
  2. Rastliny strácajú vodu procesom nazývaným translokácia.
    • Nepravda, rastliny strácajú vodu procesom nazývaným transpirácia.
  3. Koreňové chĺpky sú mnohobunkové štruktúry.
    • Nepravé, koreňové vlásky sú jednobunkové štruktúry.
  4. Xylém a floém sú cievne tkanivá.
    • Pravda.
  5. Transport vody v jednobunkových rastlinách prebieha difúziou.
    • Pravda.

Výsledky

Vzorovanie koreňových tkanív je určené miestnou dostupnosťou vody.

Pôda je heterogénne prostredie obsahujúce častice a agregované štruktúry rôznych veľkostí s vreckami vzduchu a nerovnomerným rozložením vody a živín (6). Naše chápanie toho, ako korene vnímajú a interpretujú heterogenitu v mikromeradle, je zlé, čiastočne kvôli nedostatku modelových experimentálnych systémov na štúdium takýchto javov. Zaujímavé je, že rastie Arabidopsis korene semenáčikov pozdĺž povrchu agarového média vytvárajú priestorové asymetrie v prostredí, ktorému je primárny koreň vystavený, ale účinok týchto rozdielov nebol predtým preskúmaný. Za týchto podmienok je jedna strana primárneho koreňa v kontakte s agarovým médiom a vodným filmom, ktorý sa tvorí na jeho povrchu (kontaktná strana), zatiaľ čo druhá strana primárneho koreňa je vystavená vzduchu v hornom priestore Petriho. miska (vzduchová strana) (obr. 1A). Zistili sme, že sadenice pestované na agarovom médiu zriedkavo vyvinuli LR, ktoré rástli priamo do vzduchu, čo naznačuje, že ich vzorovanie môže byť ovplyvnené touto environmentálnou asymetriou (obr. 1). B, C, a D). Vytvorili sme fenotypový kľúč na kvantifikáciu vzorov objavenia sa LR naprieč obvodovou osou kategorizáciou objavených LR ako vzdušná strana, strana horizontu alebo kontaktná strana (Príloha SI, Materiály a metódy SIposkytuje úplný popis použitých kritérií). Hoci by sme a priori očakávali, že šanca na vznik LR z ktorejkoľvek konkrétnej strany primárneho koreňa bude takmer ekvivalentná, namiesto toho sme pozorovali silnú zaujatosť vo vzniku LR smerom ku kontaktnej strane (obr. 1).D). Táto odchýlka sa stratila, keď korene rástli cez agar (obr. 1 A a D), čo naznačuje, že pozorovaný jav si vyžaduje asymetrické prostredie. Zakrivenie koreňa ovplyvňuje, na ktorej strane koreňa (konkávne alebo konvexné) začne LR (3). Zistili sme, že vyvolanie 90-stupňového ohybu v koreni prostredníctvom gravitropickej stimulácie nemalo žiadny významný vplyv na zaujatosť vo vývoji LR, ku ktorej došlo pozdĺž osi vzduch-agar, čo naznačuje, že tieto dva procesy pôsobia nezávisle na distribúciu LR (Príloha SISI).

Hydropatterning vývoja koreňov v Arabidopsis, kukurica a ryža. (A) Diagram znázorňujúci asymetrie v lokálnom prostredí generované, keď semenáčiky rastú na povrchu média na báze agaru, alebo symetrické prostredie generované, keď korene rastú na agare. (B a C) LR primordia vznikajúce z kontaktu (B) alebo vzduchová strana (C) primárneho koreňa. (D) Kvantifikácia modelov vzniku LR z primárneho koreňa za rôznych podmienok (n > 10). Rôzne fenotypové kategórie sú označené rôznymi farbami a sú označené v A. (E) Prierez primárnym koreňom ryže pestovaným na agare, farbený calcofluorom. Obrázok ukazuje vývoj aerenchýmu (AE) a koreňových chĺpkov (RH) na strane vzduchu a LR vystupujúce z kontaktnej strany. (F) Prierez koreňom kukurice pestovanej na agare a farbenej propidium jodidom. (G) Diagram znázorňujúci konštrukciu „agarových sendvičov“ používaných na testovanie účinkov lokálnych rozdielov v zložení média na vývoj LR v kukurici. (H) Prerastanie LR je vyvolané na dvoch stranách kontaktom s agarom (Mock/Kontrola), tento účinok sa znižuje na strane „Ošetrenie“, keď sa vodný potenciál média zníži pomocou infúzie PEG (PEG/Kontrola). Kontakt koreňa so skleneným povrchom nevyvoláva prerastanie LR (Glass/Control). Rast koreňov pozdĺž jedného povrchu agaru vedie k potlačeniu vývoja LR na strane vzduchu (vzduch/kontrola) (n > 10). (jaK) Obrázky sadeníc kukurice pestované cez makropóry vzduchu vygenerované MicroCT (ja a K) alebo súvislý objem pôdy (J). Koreň v K rastie vo vzduchu, zatiaľ čo v ja koreň sa dotýka povrchu pôdy. Koreňové tkanivo je falošne sfarbené do bielej a pôda je falošne sfarbené do hneda. Priemerný počet LR na sadenicu (D) a na centimeter primárneho koreňa (H) je zobrazený v spodnej časti stĺpcov v stĺpcových grafoch. Chybové stĺpce označujú SEM. Významné rozdiely na základe Fisherovho presného testu (P < 0,05) s podobnými skupinami sú označené rovnakým písmenom.

Zmena koncentrácie agaru v rastovom médiu z 1 na 2 % znížila vodný potenciál (Ψw) a množstvo exprimovanej vody na povrchu média, čím sa zmenšila obvodová plocha koreňa kontaktujúceho tekutú vodu (Príloha SISI) (7). Táto zmena v zložení médií tiež významne ovplyvnila skreslenie v distribúcii LR (obr. 1).D). Použitie rôznych rastových substrátov naznačilo, že žiadna špecifická zložka média okrem vody nebola potrebná na vyvolanie skresleného vývoja LR, hoci tieto médiá sa výrazne líšili vo vodnom potenciáli (rozsah, -0,22 MPa) (Príloha SI, Obr. S2). Tieto údaje naznačujú, že kontakt s vodou, v alebo na povrchu média, mal väčší vplyv na lokálnu indukciu rozvoja LR ako malé rozdiely vo vodnom potenciáli.

Rast o Oryza sativa (ryža) a Zea mays (kukurica) sadenice na agare mali za následok aj rozvoj LR prevažne na kontaktnej strane koreňa (obr. 1 E, F, a H a Príloha SIS3). V kukurici bol vývoj LR tiež lokálne indukovaný, keď sa sadenice pestovali na mokrom klíčiacom papieri, čo opäť naznačuje, že na vyvolanie skresleného vývoja LR nebola potrebná žiadna špecifická zložka média okrem vody (Príloha SIS3). Použitím podobného experimentálneho systému ako Karahara et al. (8) (obr. 1G), testovali sme účinky umiestnenia primárneho koreňa kukurice medzi dve dosky kontrolného média. Je zaujímavé, že LR sa vyvinuli na oboch stranách kontaktovaním média, čo dokazuje, že viacero odlišných domén pozdĺž obvodovej osi koreňa môže súčasne vytvárať LR s medziľahlými oblasťami bez rozvoja LR (obr. 1).H).

Röntgenová mikroškálová počítačová tomografia (microCT) vizualizácia koreňov kukurice rastúcich cez makropór (veľký vzduchový priestor) v pôdnej matrici odhalila podobné umiestnenie LR zaujatých smerom ku koreňu v priamom kontakte s pôdou (obr. 1ja, Film S1 a Príloha SI, tabuľka S1). Keď sa korene pestovali v kvetináčoch bez makropórov, LR sa vyvinuli po celom obvode primárneho koreňa (obr. 1J a Film S2). Zaujímavé je, že keď sa korene nedotýkali povrchu pôdy v makropóre (obr. 1K a Movie S3) sa LR objavovali sporadicky vo všetkých smeroch, čo naznačuje, že pre zaujatosť vo vývoji LR je potrebné nejednotné prostredie, ale v tomto stave nie je potrebný kontakt na vývoj LR ako taký. Tieto údaje podporujú fyziologický význam fenoménu vzorovania pozorovaného in vitro.

Okrem vzchádzania LR semenáčiky ryže a kukurice vykazovali preferenčnú akumuláciu aerenchýmu (vzduchové vrecká tvoriace sa vo vrstvách buniek kôry, ktoré môžu napomáhať výmene plynov) na vzduchovej strane koreňa (obr. 1 E a F a Príloha SIS3). V kukurici sa pigment antokyanín hromadil na vzduchovej strane koreňa, zatiaľ čo na kontaktnej strane bol vyčerpaný, najmä v tých oblastiach, kde sa vyvíjali preemergentné LR (Príloha SIS3). To poskytlo užitočnú vizuálnu značku na rozlíšenie kontaktných a vzduchových strán v prierezoch koreňov. Biosyntéza antokyanínov je závislá od svetla, hydropatterning LR však nebol narušený rastom rastlín v tme (Príloha SIS3).

Ryža, kukurica a Arabidopsis tiež preukázali jasnú zaujatosť vo vývoji koreňového chĺpku na strane vzduchu (obr. 1 E a F a Príloha SI, Obr. S4). In Arabidopsisk potlačeniu vývoja koreňového chĺpku často dochádzalo pred iniciačným štádiom, ale nebolo spojené so zjavnými zmenami v expresii génov podieľajúcich sa na vzorovaní koreňového chĺpku (Príloha SI, Obr. S4). Prítomnosť koreňových vláskov sa použila ako vizuálny marker na rozlíšenie vzduchových a kontaktných strán koreňov odstránených z média na zobrazenie. Iniciácia koreňového ochlpenia na kontaktnej strane by mohla byť zachránená pôsobením kyseliny abscisovej (ABA) alebo etylénového prekurzora kyseliny 1-aminocyklopropán-1-karboxylovej (ACC), čo naznačuje, že nedostatočný vývoj koreňového ochlpenia nebol len dôsledkom fyzickej impedancie. rastového média (Príloha SI, Obr. S4). Tieto údaje spolu ukázali, že korene rastlín sú zručné v snímaní a vývojovej reakcii na miestne rozdiely v životnom prostredí spôsobmi, o ktorých predpokladáme, že využívajú mikroskopické variácie v distribúcii kvapalnej vody a vzduchu v pôde.

Rýchlosť, ktorou je voda absorbovaná koreňom (Jv) je súčinom hnacej sily pre prúdenie vody (ΔΨwrozdiel vo vodnom potenciáli medzi koreňom a rastovým médiom) a odpor voči prúdeniu vody (nepriamo úmerný hydraulickým vodivostiam média a koreňa, Lp) (9). V našich rastových systémoch in vitro je vzduch pravdepodobne v rovnováhe potenciálu vody s kultivačným médiom, takže potenciál vody tieto prostredia nerozlišuje. Hydraulická vodivosť sa však dramaticky líši, vodivosť agaru (1 × 10 −5 m 2 s −1 MPa −1 ) je rádovo vyššia ako vodivosť vzduchu (4,18 × 10 −12 m 2 s −1 MPa −1 ) (9, 10).

Aby sme konkrétne otestovali účinky, ktoré má vodný potenciál média a hydraulická vodivosť na lokálnu reguláciu vývoja LR, opäť sme použili prístup „agarového sendviča“ na zmenu média kontaktujúceho kukuričný koreň (ošetrená agarová doska), zatiaľ čo druhá agarová doska kontaktovala koreň slúžil ako kontrola. V ryži Karahara a spol. (8) predtým ukázali, že rast koreňov medzi dvoma plátmi agaru vedie k asymetriám vo vývoji aerenchýmu, ak jedna z plátov obsahuje manitol, ktorý znižuje vodný potenciál média. Vykonali sme podobné experimenty s použitím polyetylénglykolu (agar s infúziou PEG Ψw bol −0,63 ± 0,02 MPa a kontrolný agar mal −0,10 ± 0,01 MPa) a pozorovalo sa významné zníženie vzniku LR na strane ošetrenia, čo čiastočne napodobňovalo účinok vzduchu (obr. 1H) (11). Výrazne sme znížili hydraulickú vodivosť umiestnením rôznych materiálov nevodivých vodu medzi koreň a ošetrovaciu agarovú dosku. To eliminovalo indukčný účinok tohto média na vývoj LR, čo naznačuje, že pre hydropatterning bola dôležitá skôr hydraulická vodivosť kontaktovaného povrchu než samotný kontakt (Príloha SIS3). Podobné výsledky sa získali, keď sa na kontakt s koreňom použila doska zo skla alebo silikónovej gumy, čo naznačuje, že ohybnosť materiálu bola nepodstatná (obr. 1H a Príloha SIS3). Tieto údaje spolu naznačujú, že rýchlosť, ktorou je voda absorbovaná koreňom z média, určuje, či kontaktovaný povrch vyvolá vývoj LR.

Aby sme opísali tu uvedené javy environmentálnej odozvy, označili sme termín hydropatterning: nerovnomerné rozloženie dostupnej vody spôsobuje asymetrie vo vývoji koreňov. Tento výraz sa primárne používa na zjednodušenie diskusie o procese a nemáme v úmysle naznačovať žiadne špecifické fyziologické alebo molekulárne mechanizmy používané rastlinou na zistenie rozdielov v dostupnosti vody.

Hydropatterning ovplyvňuje laterálny vývoj koreňov počas špecifikácie FC.

In Arabidopsis, vývojové kroky zahrnuté v modelovaní LR boli dobre definované (12). Predchádzajúce štúdie jasne ukázali, že environmentálne stimuly môžu ovplyvniť iniciáciu a vznik LR (1), chýbajú však dôkazy o skoršej úlohe. Predpovedali sme, že ak hydropatterning pôsobí po iniciácii LR, mali by sme pozorovať akumuláciu preemergentných LR primordií na strane vzduchu, čo by predstavovalo nižší relatívny počet objavených LR na tejto strane.

The ProMiR390a: GFP-GUS reportér je exprimovaný v xylémovom póle a pridružených pericyklických bunkách a označuje štádium I LR primordia a neskoršie štádiá (13) (obr. 2A). Konfokálne zobrazenie kontaktných a vzduchových strán primárnych koreňov semenáčikov ukázalo jasnú odchýlku v počte GFP-pozitívnych ložísk pozorovaných medzi týmito stranami (obr. 2A). The ProDR5:VENUS-N7 reportér je spočiatku exprimovaný v susedných xylémových pólových pericyklických bunkách počas aktivácie FC a môže byť použitý na vizualizáciu migrácie jadier z dvoch susedných pericyklických buniek na spoločnú antiklinickú bunkovú platňu pred delením buniek a iniciáciou LR štádia I (obr. 2B) (14, 15). Je zaujímavé, že niekoľko štádií vývoja LR ukázalo skreslenie medzi kontaktnou a vzduchovou stranou koreňa a na strane vzduchu nebola pozorovaná žiadna zjavná akumulácia pozastavených alebo pokojných LR primordií, ktoré by mohli zodpovedať za rozdiel vo vzniknutých primordiách medzi týmito stranami (obr. 2B). Kvantifikácia LR primordia v semenákoch po vyčistení tkaniva odhalila podobné výsledky (Príloha SI, Obr. S5). Tieto údaje naznačujú, že hydropatterning pôsobí v najskorších štádiách iniciácie LR alebo pred nimi.

Hydropatterning pôsobí počas špecifikácie FC na ovplyvnenie LR vzorovania. (A) PromiR390a: GUS-GFP reportér je vyjadrený v štádiu 1 iniciácie LR a neskôr. Konfokálne zobrazenie kontaktných a vzduchových strán primárneho koreňa ukázalo silnú odchýlku v počte GFP-pozitívnych ložísk (n ≥ 10). (B) ProDR5:N7:VENUS reportér označuje pericyklické bunkové jadrá v štádiu aktivácie FC (FCA), v štádiu 1 (S1), v štádiu 2 (S2) a neskorších štádiách. Väčšina štádií vykazovala väčší počet primordií na kontaktnej strane ako na strane vzduchu. (C) Sadenica vyjadrujúca ProDR5:LUC+ reportér. Vzory vzniku LR boli kvantifikované v oblasti primárneho koreňa obsahujúceho všetky objavené LR (v tomto príklade oblasť nad žltou šípkou). Aktivita luciferázy sa potom vizualizovala a spočítali sa ohniská reportérovej aktivity, vrátane prerastených LR (n = 27). Pokojné PBS (červené šípky) sú miestami reportérovej expresie, ktoré nevykazujú žiadne známky objavenia sa LR. (D) Graf znázorňujúci počet objavených LR a pokojových PBS (QPBS). (E) Sadenice sa pestovali 5 dní na 1 % agare, potom sa druhá agarová doska aplikovala na bývalú vzduchovú stranu koreňa. Sadenice sa pestovali ďalších päť dní a poloha objavených LR sa kvantifikovala v oblasti primárneho koreňa, ktorý sa vytvoril pred a po ošetrení. Kontrolné sadenice sa pestovali podobne, avšak druhá agarová platňa sa nepoužila. Proximálna doména je definovaná ako oblasť primárneho koreňa v kontakte s druhou aplikovanou agarovou platňou, zatiaľ čo distálna doména je smerom k pôvodnej agarovej platni, na ktorej klíčili semenáčiky. In B, významné rozdiely sa analyzovali podľa jednotlivých fáz pomocou Student's t test (P < 0,05) štatisticky podobné skupiny sú označené rovnakým písmenom. Pre E, hviezdička označuje významný rozdiel na základe Fisherovho presného testu (P < 0,05). Priemerný počet LR na centimeter primárneho koreňa zobrazený v spodnej časti stĺpcov v stĺpcových grafoch. Chybové stĺpce označujú SEM. (Mierka, 50 μm.)

Orientácia xylémového pólu určuje uhol, s ktorým vystupujú LR (5). Pomocou ProS32:erGFP reportérom na označenie orientácie cievneho pólu sme nezistili žiadne významné skreslenie vzhľadom na os vzduch-agar, čo vylučuje toto ako možný prispievateľ k hydropatterningu (Príloha SI, Obr. S5).

Najskorším vizuálnym znakom polohy budúcich LR primordií je ProDR5:LUC+ reportér, ktorý označuje PBS. Moreno-Risueño a kol. (4) predtým ukázali, že rast koreňov na povrchu alebo cez agar nemal významný vplyv na počet špecifikovaných PBS, čo naznačuje, že hydropatterning pôsobí po špecifikácii PBS. Medzi špecifikáciou PBS pozdĺž pozdĺžnej osi a aktiváciou asymetrických delení v FC je potrebné urobiť ďalšie rozhodnutie, ktorému sa venovala menšia pozornosť. In ArabidopsisLR sa vyvinú iba z pericyklických buniek, ktoré prekrývajú jeden z dvoch xylémových pólov (5). Hoci dve takéto populácie buniek existujú pozdĺž obvodovej osi koreňa, vyberajú sa pericyklické bunky susediace len s jedným xylémovým pólom. Predpokladali sme dva modely toho, ako hydropatterning ovplyvňuje LR vzorovanie počas tohto vývojového intervalu (Príloha SIS6). V prvom modeli je výber xylémového pólu a následná špecifikácia FC na tomto póle nezávislé od miestneho prostredia, pričom cieľom hydropatterningu je neskoršia fáza iniciácie LR. Tento model predpovedá, že podobný počet FC by mal byť špecifikovaný na vzduchovej a kontaktnej strane, pričom väčšina FC na vzduchovej strane zostáva v kľude. Druhý model predpokladá, že miestne environmentálne rozdiely naprieč výberom xylémových pólov na obvodovej osi a špecifikáciou FC smerom ku kontaktnej strane. Na základe tohto druhého modelu by sme očakávali málo pokojných PBS, pretože väčšina by bola na začiatku špecifikovaná smerom k permisívnemu prostrediu kontaktovaného povrchu.

V našich rastových podmienkach sadenice vyjadrujúce ProDR5:LUC+ reportér vyvinul v priemere 11,9 celkovo vzniknutých LR po 10 dňoch rastu, pričom 7,4 LR sa objavilo smerom k agaru a 1,2 smerom k vzduchu (obr. 2 C a D). Rozdiel vo vzniknutých LR medzi vzduchovou a kontaktnou stranou je teda ~ 6,3. Aby sme určili, či existuje množstvo pokojných PBS, ktoré by zodpovedali tomuto rozdielu, vizualizovali sme ProDR5:LUC+ reportér a našiel 13,4 lokalít označených LUC. Overili sme, že reportérová expresia v PBS sa udržala počas celého časového rámca experimentu (Príloha SI, Obr. S7). Na základe rozdielu medzi počtom ohnísk exprimujúcich LUC a objavenými LR sme vypočítali, že 1, 5 PBS bolo v kľude na sadenicu. Toto číslo je výrazne nižšie ako číslo očakávané na základe prvého modelu (6,3 pokojových PBS). Naše údaje sú teda v súlade s druhým modelom a naznačujú, že hydropatterning pravdepodobne pôsobí počas špecifikácie FC.

Ak hydropatterning pôsobí podľa špecifikácie FC, potom zrelé oblasti primárneho koreňa, kde už boli FC špecifikované, by nemali reagovať na budúce zmeny v distribúcii vody v prostredí. Na základe tohto zdôvodnenia sme predpovedali, že oblasti koreňa, ktoré boli predtým vystavené vzduchu, nevyvinú nové LR, ak sa následne dostanú do kontaktu s mokrým povrchom. Túto predpoveď sme priamo testovali priložením hárku agaru na vzduchovú stranu koreňa an Arabidopsis semiačka 5 d postgerminácia. Orientácia vzniku LR bola kvantifikovaná v oblastiach primárneho koreňa, ktoré sa vytvorili pred a po aplikácii agarovej dosky. V oblastiach primárneho koreňa predtým vystaveného vzduchu bola priestorová distribúcia LR podobná v ošetrených koreňoch ako neošetrená kontrola, zatiaľ čo v oblastiach primárneho koreňa, ktoré sa vytvorili po aplikácii agarovej dosky, sa LR vyvinuli vo všetkých smeroch (obr. 2E). Tieto výsledky sú v súlade s naším modelom, že hydropatterning pôsobí v čase špecifikácie FC a naznačujú, že orientácia LR je určená snímaním miestneho prostredia v blízkosti koreňového hrotu a následne sa fixuje.

Biosyntéza auxínu je indukovaná vlhkosťou a je nevyhnutná pre hydropatterning.

Ďalej sme sa pýtali, ktoré signálne dráhy pôsobia po prúde vlhkosti počas hydropatterningu. Predchádzajúca práca ukázala, že v podmienkach obmedzujúcich vodu je vývoj LR silne potlačený (16). Závažné obmedzenie vody indukuje ABA signalizáciu, o ktorej je známe, že inhibuje vývoj LR (17). Zistili sme, že niekoľko mutantov, ktoré narúšajú signalizáciu ABA, nemalo významný vplyv na hydropatterning (Príloha SIS8). Zvlášť dôležité je, pyr/pyl 112458 mutant, ktorý je vysoko odolný voči liečbe ABA (18), vykazoval normálne hydropatterning (Príloha SIS8). Tieto údaje odlišujú hydropatterning od klasickej reakcie na vodný stres a naznačujú, že sú zahrnuté signálne dráhy iné ako ABA.

Auxín je dôležitá signálna molekula, ktorá prispieva ku všetkým štádiám vývoja LR (19). Kvantifikácia koncentrácie kyseliny indol-3–octovej (IAA) v celých koreňoch Arabidopsis vykazovali významný nárast, keď sa semenáčiky pestovali na médiách s nižšou koncentráciou agaru (obr. 3A). Merania endogénnej auxínovej signalizácie pomocou DII-VENUS senzor, ktorý je degradovaný spôsobom závislým od koncentrácie auxínu (20), vykazoval podobné výsledky (Príloha SI, Obr. S9). Okrem toho, transkripčný reportér auxínovej odpovede, ProDR5:erGFPukázali zvýšenie fluorescencie vo vonkajších tkanivových vrstvách koreňa pri 1% agare v porovnaní s 3% agarom (Príloha SI, Obr. S9). Tieto výsledky naznačujú, že dostupnosť vody podporuje akumuláciu auxínu, signalizáciu a reakciu.

Vlhkosť aktivuje biosyntézu auxínu a reakciu. (A) Hladiny IAA kvantifikované kvapalinovou chromatografiou tandemovou hmotnostnou spektrometriou v celých koreňoch pestovaných na médiu obsahujúcom rôzne koncentrácie agaru (n = 3). (B) Zobrazí sa maximálny počet projektov konfokálnych vrstiev obrázkov DII-VENUS reportérová expresia je vyššia na vzduchovej strane koreňa v porovnaní s kontaktnou stranou. Intenzita fluorescencie je znázornená pomocou 16-farebnej vyhľadávacej tabuľky. (C) Kvantifikácia DII-VENUS priemerná intenzita jadrovej fluorescencie v epidermis uvedená pre rôzne oblasti koreňa. (D) Prierezy koreňov ryže vyjadrujúce ProDR5:GUS reportér ukazujúci lokálnu indukciu reportéra na kontaktnej strane koreňa (na agare) a rovnomernú aktiváciu reportéra, keď korene rastú na agare. (E a F) ProTIR2:TIR2:GUS reportér ukazuje silnejšiu expresiu vo vonkajších tkanivových vrstvách sadeníc pestovaných na 1 % v porovnaní s 3 % agarom, kvantifikované v F. (G) Dve mutantné alely tryptofánaminotransferázy z Arabidopsis (TAA1) vykazujú silné potlačenie hydropatterningu (n ≥ 20). (H) Zobrazia sa maximálne projekcie konfokálnych vrstiev obrázkov ProTAA1:GFP:TAA1 expresia reportéra v LRC a epidermis prechodných a predlžovacích zón. (ja) Fluorescencia GFP kvantifikovaná pre typy buniek na vzduchovej a kontaktnej strane (n ≥ 8). (J) VLASTNOSŤ:TAA1 transgén bol schopný zachrániť wei8-1 defekt hydropatterningu vo viacerých nezávislých transgénnych líniách, ako bol rast sadeníc na médiu doplnenom IAA (K). Priemerný počet LR na sadenicu zobrazený v spodnej časti stĺpcov v stĺpcových grafoch. Chybové stĺpce označujú SEM. Významné rozdiely na základe Fisherovho presného testu (P < 0,05) (G, J, a K) alebo študentské t test (P < 0,05) (A, C, F, a ja) s podobnými skupinami označenými rovnakým písmenom. (Mierka, 50 μm.)

Pýtali sme sa, či je auxínová dráha lokálne regulovaná kontaktom s mokrým povrchom. Vyjadrenie DII-VENUS senzor bol nižší na kontaktnej strane zóny skorého dozrievania v porovnaní so vzduchovou stranou, hoci inde neboli pozorované žiadne významné rozdiely (obr. 3 B a C). Tieto údaje naznačujú, že na kontaktnej strane primárneho koreňa môžu byť prítomné vyššie hladiny auxínu. Stanovenie rozdielov v auxínovej signalizácii v elongačnej zóne a bunkových vrstvách pericyklu nebolo možné pomocou senzora DII-VENUS, pretože intenzita fluorescencie bola v týchto oblastiach koreňa veľmi nízka. V ryži, kde sa radiálne prierezy ľahšie skúmajú, reportér transkripčnej odozvy auxínu, ProDR5:GUS, vykazovala vyššie zafarbenie na kontaktnej strane zóny skorého dozrievania v porovnaní so vzduchovou stranou, zatiaľ čo rovnomerná aktivácia reportéra bola pozorovaná v koreňoch pestovaných na agare (obr. 3D). Tieto údaje spolu naznačujú, že dostupnosť vody môže lokálne podporovať akumuláciu auxínu a jeho reakciu.

TAA1 (taktiež známy ako WEI8, SAV3 a TIR2) kóduje l-tryptofánpyruvátaminotransferázu, ktorá premieňa tryptofán na kyselinu indolpyruvátovú, priamy biosyntetický prekurzor auxínu, IAA (21 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ –26). The ProTIR2:TIR2:GUS reportér ukázal zvýšenie expresie vo vonkajších tkanivových vrstvách pri 1% agare v porovnaní s 3% agarovým médiom, čo naznačuje TAA1 môže kontrolovať zmeny v biosyntéze auxínu závislé od vody (obr. 3 E a F). V skutočnosti ProTAA1:TAA1:GFP reportérová línia vykazovala významné rozdiely v úrovni expresie medzi kontaktnou a vzduchovou stranou koreňa (obr. 3 H a ja) pre laterálny koreňový uzáver (LRC), avšak v epidermis neboli pozorované žiadne rozdiely.

TAA1 alely so stratou funkcie wei8-1 a sav3-1 obe vykazovali významné zníženie hydropatterningu (obr. 3G), čo naznačuje TAA1-pre odpoveď je potrebná biosyntéza auxínu sprostredkovaná. Ak chcete otestovať, či priestorový vzor TAA1 expresia je dôležitá pre hydropatterning, pokúsili sme sa zachrániť wei8-1 defekty zavedením transgénov, ktoré riadia konštitutívnu expresiu v epiderme (ProWEREWOLF:TAA1) alebo v celom koreni (ProUBIQUTIN10:TAA1). Oba konštrukty boli schopné zachrániť hydropatterning wei8-1 a nespôsobili zjavné poruchy zosilnenia funkcie (obr. 3J a Príloha SI, Obr. S9). Navyše, exogénna IAA pridaná do média by mohla podobne zachrániť wei8-1 defekty (obr. 3K). Tieto údaje naznačujú, že biosyntéza auxínu sprostredkovaná TAA1 je potrebná na hydropatterning, ale že lokalizovaná expresia TAA1 a lokálna biosyntéza IAA nie sú potrebné na komunikáciu polohových informácií generovaných miestnym prostredím.

Odtok auxínu a dráhy odozvy sú nevyhnutné pre hydropatterning.

Polárny transport auxínu je potrebný na generovanie lokalizovaných gradientov auxínu dôležitých pre modelovanie miesta budúcich laterálnych orgánov (27). Sadenice sme ošetrili rôznymi koncentráciami transportovateľnej formy auxínu, IAA alebo kyseliny 2,4-dichlórfenoxyoctovej (2,4-D), ktorá nie je účinne vyplavovaná z buniek (obr. 4). A a B) (28). Hoci IAA nemala významný účinok, 2,4-D mohol silne narušiť hydropatterning aj pri nízkych koncentráciách, čo naznačuje, že schopnosť koreňa transportovať auxín môže byť dôležitá pre hydropatterning. Skúmali sme rôzne genetické pozadia ovplyvnené odtokom auxínu sprostredkovaným PIN a zistili sme, že Pro35S: PIN1 línia silne narušila proces (Príloha SIS10). Strata špendlíkového tvaru 3 (PIN3) mala mierny účinok, ktorý bol posilnený v kolík 2/3/7 mutantné pozadie (obr. 4C) (29). The pin7 a kolík 3/7 dvojitý mutant tiež vykazoval významné defekty, zatiaľ čo iné špendlík alely neovplyvnili hydropatterning (Príloha SIS10). Tieto údaje naznačujú, že na hydropatterning je potrebná normálna dráha transportu auxínu a tá môže byť narušená nesprávnou expresiou alebo stratou funkčných mutácií v určitých členoch transportnej dráhy.

Pre hydropatterning sú nevyhnutné transportné cesty auxínového efluxu. Účinok IAA (A) alebo 2,4-D (B) ošetrenie hydropatterningom (n ≥ 20). (C) kolík 3-4 a kolík 2/3/7 mutanty vykazovali defekty v hydropatterningu (n ≥ 20). (D) Korene vyjadrujúce ProPIN3:PIN3:GFP a ProDR5:N7:VENUS reportérov. Optické prierezy na bunkovej vrstve kortexu (Horná) alebo na pericykli (Nižšia). Kontrafarbivo propidium jodid (purpurová), PIN3:GFP (zelené, lokalizované na plazmatickej membráne) a N7:VENUS (azúrové, jadrové). (E) Radiálny prierez odhaľuje silnú lokalizáciu na laterálnych priečnych stenách medzi bunkami kôry (žltá šípka). (F) Frekvencia, s ktorou sa pozorujú skoré štádiá vývoja LR na vzduchových a kontaktných stranách primárneho koreňa a či sú tieto primordia spojené s expresiou PIN3:GFP v základnom tkanive (n = 9). (G) Transaktivácia axr3-1 expresia v COR/END mala najsilnejší účinok na potlačenie hydropatterningu (n ≥ 20). Priemerný počet LR na sadenicu zobrazený v spodnej časti stĺpcov v stĺpcových grafoch. Chybové stĺpce označujú SEM. Významné rozdiely na základe Fisherovho presného testu (P < 0,05) s podobnými skupinami označenými rovnakým písmenom. (Mierka, 50 μm.)

Skúmali sme vzor priestorovej lokalizácie proteínu PIN3 pomocou reportéra GFP (ProPIN3:PIN3:GFP) a zistili špecifické obohatenie v kortexových a endodermálnych bunkách (zemnom tkanive) prekrývajúcich rané štádium LR primordia na kontaktnej strane (obr. 4 D a E). PIN3:GFP bol lokalizovaný na všetkých povrchoch týchto buniek a bol obohatený najmä na priečnej stene medzi susednými kortexovými bunkami prekrývajúcimi LR primordia (obr. 4E). Na strane vzduchu sa vyvinulo niekoľko primordií v počiatočnom štádiu a tieto boli vo všeobecnosti spojené s veľmi slabou alebo chýbajúcou expresiou PIN3:GFP. Kvantifikácia týchto výsledkov odhalila, že skoré štádium I LR primordií boli prednostne spojené s týmito škvrnami expresie PIN3:GFP na kontaktnej strane a tieto primordia boli schopné postúpiť do neskorších vývojových štádií (obr. 4F). Nepozorovali sme expresiu PIN3 spojenú s pozemným tkanivom v neprítomnosti primordia, čo naznačuje, že PIN3 pravdepodobne pôsobí po špecifikácii FC a môže podporovať iniciáciu vývoja LR na kontaktnej strane. Táto úloha pre PIN3 je v súlade s predchádzajúcou štúdiou, ktorá ukazuje, že PIN3 pôsobí v endoderme na podporu iniciácie LR (30). Analýza reportéra PIN2 neodhalila zjavné rozdiely vo vzorci expresie medzi kontaktnou a vzduchovou stranou koreňa (Príloha SIS10). Tieto údaje naznačujú, že transportéry PIN by mohli hrať úlohu pri udržiavaní lokálnych rozdielov v koncentrácii auxínu medzi vzduchom a kontaktnými stranami, ale pravdepodobne negenerujú takéto gradienty prostredníctvom diferenciálnej expresie alebo lokalizácie medzi týmito stranami.

Aby sme zistili, kde je regulácia transkripcie auxínu dôležitá pre hydropatterning, použili sme transaktivačný systém GAL4 / UAS na nesprávne vyjadrenie axr3-1 v rôznych bunkových vrstvách (31). The axr3-1 mutantná alela kóduje dominantný supresor auxínových transkripčných reakcií (32). Pozorovali sme významné zníženie hydropatterningu v J0571>>axr3-1 línia [kôra (COR) a endodermis (END)] a menej v J0951>>axr3-1 [epidermis (EPI), slabá expresia mozgovej kôry] a Q0990>>axr3-1 [stéla (STE), žiadna expresia pericyklu (PER)] čiary (obr. 4G). Vrstvy mletého tkaniva teda môžu byť dôležitými kanálmi a centrami odozvy pre auxín počas hydropatterningu. Tieto údaje naznačujú, že vnímanie lokálnej vlhkosti sa môže vyskytnúť prostredníctvom kaskády signalizačných udalostí iniciovaných vo vonkajších vrstvách tkaniva, ktoré sa nakoniec prenesú do pericyklu.


Historické pozadie

Dôkazy o tom, že pravekí ľudia oceňovali podobu a štruktúru svojich súčasných zvierat, prežili vo forme malieb na stenách jaskýň vo Francúzsku, Španielsku a inde. Počas raných civilizácií v Číne, Egypte a na Strednom východe, keď sa ľudia naučili domestikovať určité zvieratá a pestovať veľa ovocia a obilnín, získali aj vedomosti o štruktúrach rôznych rastlín a zvierat.

Aristoteles sa zaujímal o biologickú formu a štruktúru a jeho Historia animalium obsahuje vynikajúce opisy, jasne rozpoznateľné v existujúcich druhoch, zvierat z Grécka a Malej Ázie. Zaujímal sa aj o vývojovú morfológiu a študoval vývoj kurčiat pred vyliahnutím a metódy chovu žralokov a včiel. Galen bol medzi prvými, ktorí pitvali zvieratá a starostlivo zaznamenávali svoje pozorovania vnútorných štruktúr. Jeho opisy ľudského tela, aj keď zostali nespochybniteľnou autoritou viac ako 1000 rokov, obsahovali niekoľko pozoruhodných chýb, pretože boli založené skôr na pitvách ošípaných a opíc ako na ľuďoch.

Hoci je ťažké určiť vznik modernej morfológie ako vedy, jedným z prvých medzníkov bola publikácia v roku 1543 De humani corporis fabrica od Andreasa Vesaliusa, ktorého starostlivé pitvy ľudských tiel a presné nákresy jeho pozorovaní odhalili mnohé nepresnosti v skorších Galenových popisoch ľudského tela.

V roku 1661 taliansky fyziológ Marcello Malpighi, zakladateľ mikroskopickej anatómie, preukázal prítomnosť malých krvných ciev nazývaných kapiláry, ktoré spájajú tepny a žily. Existenciu kapilár predpokladal pred 30 rokmi anglický lekár William Harvey, ktorého klasické experimenty o smere prietoku krvi v tepnách a žilách naznačili, že medzi nimi musia existovať nepatrné spojenia. V rokoch 1668 až 1680 holandský mikroskop Antonie van Leeuwenhoek použil nedávno vynájdený mikroskop na opis červených krviniek, ľudských spermií, baktérií, prvokov a rôznych iných štruktúr.

Bunkové zložky – jadro a jadierko rastlinných buniek a chromozómy v jadre – a komplexná sekvencia jadrových dejov (mitóza), ku ktorým dochádza počas delenia buniek, boli popísané rôznymi vedcami v priebehu 19. storočia. Organographie der Pflanzen (1898–1901 Organografia rastlín, 1900 – 1905), veľké dielo nemeckého botanika Karla von Goebela, ktorý bol spojený s morfológiou vo všetkých jej aspektoch, zostáva klasikou v tejto oblasti. Britský chirurg John Hunter a francúzsky zoológ Georges Cuvier boli na začiatku 19. storočia priekopníkmi v štúdiu podobných štruktúr u rôznych zvierat – t. j. porovnávacej morfológie. Najmä Cuvier bol medzi prvými, ktorí študovali štruktúry fosílií a živých organizmov a je považovaný za zakladateľa vedy o paleontológii. Britský biológ Sir Richard Owen vyvinul dva koncepty základného významu v komparatívnej morfológii – homológiu, ktorá sa týka vnútornej štruktúrnej podobnosti, a analógiu, ktorá odkazuje na povrchnú funkčnú podobnosť. Hoci tieto koncepty predchádzali darwinovskému pohľadu na evolúciu, anatomické údaje, na ktorých boli založené, sa stali, najmä v dôsledku práce nemeckého komparatívneho anatóma Carla Gegenbaura, dôležitým dôkazom v prospech evolučných zmien, napriek Owenovej neustálej neochote akceptovať tento názor. diverzifikácie života zo spoločného pôvodu.

Jedným z hlavných ťahov v súčasnej morfológii bolo objasnenie molekulárneho základu bunkovej štruktúry. Techniky, ako je elektrónová mikroskopia, odhalili zložité detaily bunkovej štruktúry, poskytli základ pre spojenie štrukturálnych detailov s konkrétnymi funkciami bunky a ukázali, že určité bunkové zložky sa vyskytujú v rôznych tkanivách. Štúdie najmenších zložiek buniek objasnili štrukturálny základ nielen pre kontrakciu svalových buniek, ale aj pre pohyblivosť chvosta spermií a vlasové výbežky (cilia a bičíky), ktoré sa nachádzajú na prvokoch a iných bunkách. Štúdie zahŕňajúce štrukturálne detaily rastlinných buniek, hoci sa začali o niečo neskôr ako tie, ktoré sa zaoberajú živočíšnymi bunkami, odhalili fascinujúce fakty o takých dôležitých štruktúrach, ako sú chloroplasty, ktoré obsahujú chlorofyl, ktorý funguje pri fotosyntéze. Pozornosť sa zamerala aj na rastlinné tkanivá zložené z buniek, ktoré si zachovávajú svoju schopnosť deliť sa (meristémy), najmä na koncoch stoniek, a ich vzťah k novým častiam, z ktorých vznikajú. Štrukturálne detaily baktérií a modrozelených rias, ktoré sú si v mnohých ohľadoch podobné, ale výrazne sa líšia od vyšších rastlín a živočíchov, boli študované v snahe určiť ich pôvod.

Morfológia je v taxonómii naďalej dôležitá, pretože na jej identifikáciu sa používajú morfologické znaky charakteristické pre konkrétny druh. Keďže biológovia začali venovať väčšiu pozornosť ekológii, identifikácia rastlinných a živočíšnych druhov prítomných v oblasti a možno aj zmena ich počtu v reakcii na zmeny životného prostredia sa stáva čoraz významnejšou.


Typy farbenia


Jednoduché farbenie

Určuje tvar buniek, veľkosť a usporiadanie mikroorganizmov. Je to veľmi rýchla alebo jednoduchá metóda na vykonanie a umožňuje použitie iba jednej škvrny. Sú dvoch typov, a to priame a nepriame farbenie.

Charakteristické rozdiely medzi priamym a nepriamym farbením:

CharakteristikaPriame farbenieNepriame farbenie
Použitá škvrnaZákladná škvrnaKyslá škvrna
Náboj škvrnyPozitívnyNegatívne
PríkladyMetylénová modrá, krištáľová fialová, karbol fuschinNigrozín, indický atrament, konžská červeň
VýsledokZafarbí vzorkuŠkvrny na pozadí
Celkový pohľad po farbení
Princíp odfarbeniaKvôli kladne nabitej škvrne sa priťahuje k záporne nabitému článku, a preto sa fixuje na článok, ktorý si zachováva farbu škvrny, výsledkom je bezfarebné pozadie s farebným článkom.Kvôli negatívne nabitej škvrne je odpudzovaná záporne nabitým článkom, a preto sa nepripevňuje k článku, výsledkom je bezfarebný článok s farebným pozadím.

Diferenciálne farbenie

Rozlišuje medzi fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami dvoch rôznych skupín organizmu v závislosti od charakteristík bunkovej steny. Umožňuje použitie viacerých alebo viacerých škvŕn. Dá sa rozdeliť do dvoch typov, ktoré sú uvedené nižšie:

Poskytuje dôležitý nástroj na rozlíšenie dvoch hlavných skupín baktérií, t.j. grampozitívnych a gramnegatívnych. Dr Hans Christian Joachim Gram zaviedol túto metódu v roku 1884. Vykonáva sa pomocou diferenciálneho farbenia známeho ako Gram’s stain.

Postup:

Gramovo farbenieProtokolGram pozitívne baktérieGramnegatívne baktérie
Primárne farbenieTeplom fixovaný náter sa zaleje kryštálovou violeťou a nechá sa stáť 1 minútu.
MordantPo premytí sa potom zaleje jódom a nechá sa stáť 1 minútu.
OdfarbeniePo umytí sa pridá alkohol, ktorý sa okamžite premyje
ProtifarbenieNakoniec sa safranín zaleje náterom a nechá sa stáť 30 sekúnd, potom sa premyje vodou.
PozorovaniePo vysušení na vzduchu kvapnite jednu kvapku olejovej imerzie na náter a upravte mikroskop, aby ste identifikovali vzorku, či už je gram negatívna alebo gram pozitívna.
Majú fialovú farbu kvôli kyseline teichoovej, ktorá odoláva primárnej škvrne.Má ružovú farbu kvôli nedostatku kyseliny teichoovej, alkohol vytvára v bunke póry, ktoré odfarbujú primárnu škvrnu

Odlišuje druhy mykobaktérií od ostatných skupín baktérií. Paul Ehrlich ju prvýkrát vyvinul v roku 1882. A neskôr túto techniku ​​upravil vedec menom Ziehl Neelson.

Postup

Kyslé rýchle farbenieProtokolKyslé rýchle baktérieNekyslé rýchle baktérie
Primárne farbenieTeplom fixovaný náter sa zaleje karbolovým fuschinom a nechá sa stáť 1 minútu.
OdfarbeniePo premytí sa pridá kyslý alkohol.
ProtifarbenieNakoniec sa náter zaleje metylénovou modrou a nechá sa stáť 30 sekúnd, potom sa premyje vodou
PozorovaniePo vysušení na vzduchu kvapnite jednu kvapku olejovej imerzie na náter a upravte mikroskop, aby ste identifikovali vzorku, či je vzorka odolná voči kyselinám alebo nie.
Má červenú farbu v dôsledku prítomnosti kyseliny mykolovej, ktorá odoláva farbe primárneho zafarbenia a neodfarbuje sa.Majú modrú farbu, pretože im chýba kyselina mykolová, alkohol vytvára v bunke póry, ktoré odfarbujú primárnu škvrnu.

Špeciálne farbenie

Pomáha pri identifikácii jednotlivých vnútorných a vonkajších štruktúrnych komponentov vzorky. Zahŕňa farbenie kapsúl, endospór a bičíkov.

Odlišuje kapsulu od zvyšku bunkového tela. To sa vykonáva pomocou pozitívnych aj negatívnych farbív.

Kapsula: Môže sa definovať ako polysacharidový obal, ktorý obklopuje bunkovú stenu. Kapsula vykonáva mnoho funkcií, ako je ochrana buniek pred vysychaním, fagocytárne pôsobenie a tiež pomáha pri prichytávaní buniek k hostiteľovi. Kapsula je zodpovedná za patogenitu alebo virulenciu organizmu. Dá sa pozorovať v bunkách grampozitívnych a gramnegatívnych baktérií.

Postup

Farbenie kapsulyProtokolDiagram
Primárne farbenieKvapka indického atramentu sa umiestni na čisté sklíčko.
RozmazanieInokulum sa potom rozotrie vo farbe.
ŤahaniePomocou ďalšieho sklíčka pretiahnite zmes do tenkého filmu a potom vysušte na vzduchu.
Sekundárne zafarbenieKryštálová violeť sa zaleje cez tenký film a potom sa vysuší na vzduchu.
PozorovaniePreskúmajte bunky, či sú zapuzdrené alebo nie.
Interpretácia výsledku
Pozitívne: K tvorbe zón dochádza na tmavom pozadí
Negatívne: K tvorbe zón nedochádza

Odlišuje endospóru od vegetatívnej bunky a využíva kyslé aj zásadité škvrny.

Endospore: Samotný termín definuje jeho význam, v ktorom endo znamená vnútro a spóra znamená reprodukčnú štruktúru. Preto sú endospóry reprodukčné štruktúry vlastné bunke. Pôsobí ako spiaca spóra, ktorá dokáže odolávať drsným fyzikálnym a chemickým podmienkam. Endospóry sa bežne vyskytujú v grampozitívnych baktériách. Podľa ich polohy sú tri typy, ako je uvedené nižšie:

Postup

Farbenie endospórProtokolDiagram
Primárne farbenieMalachitová zeleň je zaplavená náterom
Tepelná fixácia Potom sa zmes tepelne fixuje
OdfarbenieOdfarbené vodou
ProtifarbenieSafranín sa potom zaleje cez zmes a potom sa suší na vzduchu
PozorovanieSkontrolujte podložné sklíčko pod mikroskopom, či je prítomná endospóra alebo nie
Interpretácia výsledku:
Pozitívne: Ak je prítomná endospóra, bude mať zelenú farbu, zatiaľ čo vegetatívna bunka bude ružová
Negatívne: A ak endospóra chýba, potom budú mať ružovú farbu iba vegetatívne bunky

Pomáha pri identifikácii motility baktérií prostredníctvom prítomnosti alebo neprítomnosti bičíkov. Používa kyslé a neutrálne škvrny.

Flagella: Sú to dlhé vlákna podobné útvarom, ktoré vyčnievajú mimo bunkovú membránu. Jeho primárnou funkciou je poskytnúť motilitu alebo lokomóciu. Podľa usporiadania sú tieto typy:

Atrichous: Tieto sú bez bičíkov.
Monotrichný: Na jednom konci je prítomný jeden bičík.
Amphitrichous: Jeden bičík je prítomný na oboch koncoch.
Lofotrichous: Zhluk bičíkov je prítomný na jednom konci.
Peritrichous: Bičíky sú prítomné na celom povrchu bunky.

Postup

Farbenie bičíkovProtokolDiagram
Primárne farbenieJedna kvapka Leifsonovej škvrny je zaplavená cez náter
Sekundárne zafarbeniePotom sa pridá metylénová modrá a nechá sa stáť jednu minútu
PozorovaniePreskúmajte vzhľad bičíkov, aby ste zistili, či je baktéria pohyblivá alebo nie
Interpretácia výsledku:
Pozitívne: Ak sú prítomné bičíky, budú mať červenú farbu, zatiaľ čo bunka bude modrá
Negatívne: A ak nie je prítomné, iba bunka bude mať modrú farbu

Príklady baktérií v rôznych metódach farbenia

Aplikácie

  • Farbiace metódy majú široké využitie v biologickom aj biochemickom výskume.
  • Používa sa na farbenie kovov.
  • Používa sa na farbenie dreva.

Záver

Rôzne techniky farbenia sa používajú na rôzne účely, ako je štúdium morfológie baktérií a skúmanie vnútorných a vonkajších bunkových komponentov. Môže sa tiež použiť na identifikáciu konkrétnej skupiny baktérií, po ktorej môžeme ďalej klasifikovať typ vzorky na základe ich rastového správania a mikroskopických charakteristík.


Pozri si video: Poprosiłem 10 LOSOWYCH OSÓB aby zbudowali MECHANIZMY Z REDSTONE! nie wierzę co zrobili XD (Smieť 2022).


Komentáre:

  1. Akinolmaran

    I pass the New Year's baton to you! Congratulate your fellow bloggers!

  2. Brajar

    Plne zdieľam jej názor. Myslím, že je to skvelý nápad. Súhlasím s tebou.

  3. Egesa

    Do as you wish. Do as you wish.



Napíšte správu