Wissenschaftler richteten ein Mikrochip-Labor ein, um lebende Bäume zu untersuchen

Der Prozess der Pflanzenwurzel-Mikroben-Interaktionen (RMI) ist unter der Erde verborgen. Es gibt nichts

Forscher überwachen kontinuierlich die BindungMikroben und Nährstoffaustausch ohne Unterbrechung und über einen langen Zeitraum. Um dieses Problem zu umgehen, haben Wissenschaftler traditionell die Wurzelumgebung analysiert, indem sie Pflanzen in Töpfen, zwischen Glasscheiben oder in Agarschalen züchteten und dann die Wurzeln durch Entnahme einer Probe auf physikalische Veränderungen und mikrobielle Wechselwirkungen untersuchten. Eine Agarschale ist eine Petrischale, die Agar als festes Nährmedium sowie Nährstoffe für die Kultivierung von Mikroorganismen enthält.

Der ideale Weg zur KontrolleDie Beziehung zwischen Pflanzenwurzeln und ihren umgebenden Mikroorganismen in der Rhizosphäre - dem nährstoffreichen Bereich des Bodens, der eine Pflanzenwurzel umgibt - besteht darin, alle Wechselwirkungen zu beobachten, wenn sie über längere Zeiträume und in hoher Auflösung auftreten. Daher entwickelten Forscher der Argonne Biosciences Division zusammen mit Wissenschaftlern des Argonne Nanoscale Materials Center, einer Benutzereinrichtung des Science Office des US-Energieministeriums, einen RMI-Chip: ein winziges mikrofluidisches Gerät, mit dem eine kleine Menge Flüssigkeit durch Mikrokanäle oder Pfade auf einem Chip mit nur wenigen Quadraten geleitet werden kann. Zentimeter breit.

„Kanäle werden mit weicher Lithographie erstellt.Ansatz zur Schaffung dreidimensionaler Strukturen aus weichen Materialien “, erklärt Giorgi Babnigg, Bioinformatiker und Molekularbiologe bei Argonne, Mitautor des Geräts.

Babnigg und seine Kollegen verwendeten diese Technikum einen negativen Eindruck von Ihrem Gerät zu erzeugen. Dann übergossen sie die Form mit einem kunststoffähnlichen Silikon, erhitzten sie zum Erstarren und entfernten sie dann aus der Form. Die Forscher stanzten dann Löcher in das Material, um Ein- und Auslässe zu bilden, und verschmolzen es schließlich mit einem Stück Mikroskopdeckglas, damit sie beobachten konnten, was in den Kanälen durch das Mikroskop geschah. Als Ergebnis stellte sich heraus, mMiniaturlabor zur Untersuchung von Bäumen.

Solche mikrofluidischen GeräteDas von Babnigg und seinem Team entwickelte Projekt wurde lange Zeit von Forschern verwendet, um die Wechselwirkung von Wurzeln und Mikroben zu untersuchen, wenn auch ausschließlich in kleinen, kurzlebigen Blütenpflanzen. Das neue Gerät ist das erste, das bei lebenden Holzpflanzen eingesetzt wird.

Die neue Entwicklung hat es Forschern bereits ermöglichtStellen Sie fest, ob symbiotische Prozesse beobachtet werden, z. B. die Aufnahme von Nährstoffen, die von der Pflanzenwurzel abgesondert werden, durch Mikroben oder die Freisetzung von Materialien wie Phosphor und Pflanzenhormonen, die die Bewegung der Wurzel steuern.

Innerhalb weniger Wochen Forscherbeobachtete kontinuierlich, wie verschiedene Arten von Mikroben durch ein Mikroskop wachsen und mit lebenden Wurzeln interagieren, und stellte fest, dass sich Mikroben in Abwesenheit externer Nährstoffe tatsächlich an die Wurzeloberfläche anlagern und die Wurzelexsudate für das Wachstum verwenden.

Wir haben all diese Wechselwirkungen visualisiert, während die Pflanze noch lebte. Unsere Fähigkeit, dies mehrere Wochen lang mit unserem Gerät zu tun, zeichnet diesen Job aus.

Giorgi Babnigg, ein Bioinformatiker und Molekularbiologe an der Argonne, der das Gerät mitentwickelt hat

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