鲍里斯·齐默尔曼和Achim科勒
数学科学与技术、环境科学与技术学院,挪威生命科学大学,1432年,挪威Drøbakveien 31日。电子邮件:(电子邮件保护)
介绍
全球气候变化已经迫使植物适应,并预见到本世纪末,我们可以广泛的破坏和灭绝的物种。此外,植物遗传成分的变化预计作为应对气候变化的选择压力。然而,预测未来的变化是有限的,不完整的理论理解和改善生态模型数据不足。因此,方法提供有益的植物特征的评估条件可能占了上风,在不久的将来是至关重要的,可以评估气候变化对农业的影响,林业和生态系统。创新的表现型和监测方法也可以加强生物技术开发新的植物品种,如作物,能够维持高收益率的情况下,限制当前植物的生产力。
种子植物(种子植物)包括几乎所有植物种类的90%;他们提供了人类饮食的基础以及木材和其他材料的产品。与所有陆生植物一样,他们交替的孢子体世代之间几乎占整个生命周期和配子体,微观生殖器官。传统的植物表型出现专注于孢子体,如叶,茎,根和花。另一方面,雄性配子体的表现型,花粉粒,很大程度上是未知的,因为基于形态学特征而生化属性描述主要是很少考虑。
每个花粉粒是一种多细胞生物,它的唯一目的是授粉:辅助运输由风或动物从亲本植株的生殖器官补充植物。授粉结果与基因多样性的生产后代,因此种子植物传播的一个至关重要的一步。自植物极其依赖于流动人口的存在,生存能力和花粉的为了繁衍成功,进化规则导致非凡的多样化的谷物。由于有各种形态参数之间的极端分化,如晶粒的形状和大小,数量,类型和位置的光阑和颗粒的结构和雕塑墙(见,例如图1)。
花粉识别各领域提供了有用的信息,例如在公共卫生过敏预测,在生命周期的植被生态监测,在法医对时间和空间的确定一个犯罪事件。不幸的是,当前的花粉研究仍局限于视觉测量在显微镜下的花粉形态的研究在过去的几百年里基本上保持不变。识别需要费力的视觉识别花粉粒从每个植物分类单元由技术熟练的技术人员与特定知识的花粉形态。然而,过去十年,越来越多的实验工作致力于替代和更客观的花粉识别方法。
傅立叶变换红半岛综合体育官方APP下载德甲外光谱的花粉
最近傅里叶变换红外(ir)光谱作为植物描述的方法吸引了大家的注意。半岛综合体育官方APP下载德甲1,2,3,4,5,6相对于花粉粒的形态描述显微镜,红外光谱提供了一个operator-independent方法基于化学描述通过可识别的光谱特性。半岛综合体育官方APP下载德甲不仅左右,中光谱的花粉包含特定的签名组成的生物分子,如脂类、蛋白质、碳水化合物和谷物墙生物聚合物称为孢粉素(图2)。这些化学物质是花粉的主要结构和营养成分,他们负责大部分的表型属性。由于相应的这些化学物质的光谱信号是非常具体,傅立叶变换红外光谱是一个很好的种子植物的生化分析的工具。半岛综合体育官方APP下载德甲傅立叶变换红半岛综合体育官方APP下载德甲外光谱的花粉可以由不同的抽样技术,包括单一反射衰减全反射(SR ATR),1,2,3传输测量在KBr丸,2,3,4漫反射(飘)4光声光谱。半岛综合体育官方APP下载德甲5除了这些抽样技术,由使用毫克量的花粉样本,测量和分类单可以使用傅立叶变换红外显微镜获得的花粉粒。半岛综合体育官方APP下载德甲6这些红外光谱研究已清楚地表明,红外光谱的花粉可以用于简单和快速植物分析。
花粉的典型光谱属于针叶树和两个不同类型的开花植物(单子叶植物(Carniolan莉莉)和eudicot(红色火山灰)]如图2所示,随着振动带作业的主要生化成分。两个主要的脂质,甘油三酯、磷脂的特点是强烈的振动乐队在1745厘米1(C = O拉伸),以及较弱的乐队在1462厘米1(CH2变形)和1200 - 1100厘米1光谱区(切断)。此外,磷脂有两个乐队在1200 - 1100厘米1光谱区(P = O伸展)。蛋白质的特点是两个强大和广泛的乐队在1650厘米1(酰胺我:C = O拉伸),1550厘米1(酰胺二世:NH变形和碳氮伸展)。与碳水化合物相关的振动乐队主要在1200 - 900厘米1光谱区(C-O-C伸展,噢,寇变形、COC变形、吡喃糖和呋喃糖环振动)。孢粉素乐队在1605、1515、1171和833厘米1可以与芳香环的振动。尽管所有花粉是由这些化学构建块的比率生化药剂可以变化明显;这反映在相应的红外光谱。
一般来说,进化植物有相似的形态和生化特征密切相关。这个一般规则是反映在花粉的傅立叶变换红外光谱相似的光谱特性是由进化相关植物共享。例如,强大的孢粉素乐队,这是主要的红外光谱冷杉属cephalonica(图2),存在于所有的光谱属于松花粉物种家族(松科)。这是由于特定生理功能的松花粉。松全家花粉有一个大空心投影(saccus)从中央的花粉粒,和两个半球形结构中可以看到图1 b冷杉属cephalonica花粉粒。自saccus主要由孢粉素,松树家庭花粉有更高比例的孢粉素与其他生化物质。另一方面,花粉粒的柏树家庭(柏科)缺乏saccus特性而厚粮食几乎纯纤维素制成的墙。因此,花粉粒这两种针叶树的家庭可以很容易地看出通过傅立叶变换红外光谱分析孢粉素和碳水化合物。2、3
红外光谱的影响描述花粉植物的生物学和生态学
尽管如此,一般来说,相关的花粉种类显示相似的红外光谱,红外光谱研究揭示了相当重要的生化密切相关的物种之间的区别。例如,漂移和传输测量(KBr丸)是用于识别柑橘类(柑橘属)花粉的物种,4当显微镜用于识别半岛综合体育官方APP下载德甲Cupressus落羽杉属花粉。6这些区别相当意外自属于同一植物属的花粉形态或家庭很少显示差异很大。在实践中,由于花粉形态差异可以忽略不计的样本相关的物种,花粉粒很少确定物种水平。此外,识别准确的植物物种甚至是有问题通过遗传分析。我们最近发表的傅立叶变换红外光谱研究花粉覆盖超过300种不同的植物物种。研究显示花粉组成几植物属的巨大变化。3测量物种属于虹膜(iris),Quercus(橡树)和松果体(松)属(分别作为单子叶植物的代表,eudicots和针叶树)显示极端甘油三酸酯脂类的相对含量的变化。结果表明:不同的花粉甘油三酯可以改变两种相同的属之间的10倍。例如,据估计,花粉的Quercus cerris(土耳其橡木)甘油三酯超过四倍Quercus栎树(有梗的橡木),虽然他们两个都在同一地点在同样的环境条件。
有趣的是,同样的傅立叶变换红外光谱研究揭示年度花粉组合的变化。在这项研究中,花粉15针叶树的树,每个属于不同种类的Pinacea家庭,在连续三个赛季中监控:2011年、2012年和2013年。不仅在中光谱显示较大的年际变化测量松科花粉组合的个体。
差异,主要与脂质含量,呈现在图3中吸光度的比值的脂质乐队(1745厘米1带(1550厘米)的蛋白质1)。虽然2011年和2013年的花粉组成样本比较,2012个样本的构成显著偏离。这种模式是在良好的相关性与温度资料授粉前开始日期。图3 b显示授粉前几周,在此期间,男性锥与花粉是发展中,前11人的影响下类似的气候模式:气候变暖在2011年和2013年,并于2012年冷。最后四松个人(那些偏离其他11个人在花粉组成)的年际变化的影响下一个不同的气候模式。
传统的生化分析的花粉是通过化学预处理后通过色谱法或通过透射电子显微镜分析。这两种方法是费时,昂贵,而且改变了花粉样品的预处理过程。与传统方法、傅立叶变换红外光谱技术是一种非破坏性分析技术,使测量样品在自然界中发现半岛综合体育官方APP下载德甲。红外光谱学手半岛综合体育官方APP下载德甲段缺乏定性的传统方法精度样本分离成单个组件等方法提取、层析和电泳。然而,它可以提供快速大量样本的比较分析与初步分配的主要组生化物质,如甘油三酸酯和多糖。如前所述,傅立叶变换红外光谱提供的信息结构和花粉的营养成分。半岛综合体育官方APP下载德甲因此,它提供了补充和经常被忽视的基因组和蛋白质组学方法测量信息编码和功能生化药剂,如核酸和酶。
前景
环境对植物的影响健身迄今为止几乎完全被调查从女性的角度功能,而独有的男性特征,如花粉粒质量,大多是被忽视的。最近的研究表明,长途授粉植物中很常见。鉴于单一树木可以产生数以百万计的花粉粒,可以运送数万公里,可以预期,适者花粉粒的人可以迅速传播他们的人口特征。因此,因为它预计,由于气候变化不同的种类和数量会有不同的繁殖成功率和总植物健康,迫切需要监控男性特征的方法。红外光谱学使半岛综合体育官方APP下载德甲简单和快速识别花粉的光谱指纹识别、描述和生化解释相关环境和分类。大花粉组合的年际变化和intra-genus样品,揭示了傅立叶变换红外光谱,意味着男性功能和花粉竞争应该被纳入生态与进化的研究。
标准化的花粉红外光谱数据库,不同的分类,时间和空间起源、代表广泛的原材料的研究,从生物学、农学和林业生态。数据应该改善的理解植物环境交互,包括适应、进化的适应性。因此,红外光谱可以提供有价值的信息和工具缓解和适应全球气候变化。
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