تنفس سلول پارانشیمی و بقا در آوند چوبی ثانویه

تنفس سلول پارانشیمی و بقا در آوند چوبی ثانویه: آیا فعالیت متابولیکی با سن سلول کاهش می یابد؟

تنفس برون چوب به سمت مرز برونچوب/درون چوب کاهش می یابد، اما مشخص نشده که آیا فعالیت متابولیکی پارانشیم با عمر سلول کاهش می یابد. ما تنفس برونچوب را در پنج گونه دمایی اندازه گرفتیم (سن برونچوب در محدوده 5-64 سال) و تنفس در یک سلول زنده را بر اساس کمی کردن پارانشیم زنده بیان کردیم. ما هیچ اثری از سن پارانشیم روی تنفس، در دو گونه مخروطیان مشاهده نکردیم (Pinus strobud، ،Tsuga Canadensis)، هر یک از آنها مقدار قابل توجهی پارانشیم مرده در برونچوب داشتند. در نهاندانگان (Acer rubrum, Fraxinus Americana, Quercus rubra)، بافت توده و تنفس سلول زنده، هر دو حدود یک-نیمه در برونچوب مسن نسبت به برونچوب جوانتر کاهش یافته بود و کل پارانشیم برونچوب زنده باقی مانده بود. مخروطیان و نهاندانگان، برخلاف نسبت کم پارانشیم در مخروطیان ( %5 در نقابل %15-25 در نهاندانگان) تنفس بافت توده ی مشابهی دارند، طوری که پارانشیم مخروطیان با نرخ حدود سه برابر نهاندانگان تنفس می کند. این حقیقت که سلول های پارانشیم 5 ساله با نرخ مشابه سلول های 25 ساله در مخروطیان تنفس می کنند پیشنهاد می کند که در اینجا کاهش ذاتی و درونی تنفس در نتیجه پیری سلول وجود ندارد. در مقابل، شناخته نشده است که آیا تفاوتهای مشاهده شده در تنفس سلولی تابعی از سن به ازای هر se می باشد یا تنظیمات فعال سرعت متابولیک یا تاثیرات موضعی (به عنوان مثال نزدیکی به منابع و/ یا هورمون  ) می تواند دلیل کاهش تنفس در برونچوب مسن تر باشد.

مقدمه

سلول های پارانشیم در آوند چوبی ثانویه می توانند عمر بسیار طولانی داشته باشند. سلول های منفرد ممکن است 200 -2 سال  با longevities زنده بمانند که مختص یک گونه هستند اما ممکن است با محیط شکل بگیرند. با ماتریکس سلول غیر زنده احاطه شده اند که در انتقال آب و پشتیبانی مکانیکی نقش دارد، سلول های پارانشیم  یک نقطه تبادل مهم بین سیمپلاست و آپوپلاست تشکیل می دهند که در ذخیره کربوهیدرات، انتقال و واکنش زخم نقش ایفا می کند. مرگ این سلول هاست که تشکیل درونچوب (و مسلما مشتقات) را تعریف می کند، یک شکل از پیری بافت که در طی آن قدیمی ترین، آوند چوبی غیر فعال جزئی در مرکز ساقه شده است. دلیل مرگ سلول پارانشیم شناخته شده نیست، اما شواهد برای کاهش قعالیت متابولیکی در برونچوب داخلی تر منجر به دیدگاه پیری پارانشیم به صورت تدریجی شده است، کاهش غیر فعال در متابولیسم که در مرگ سلول خاتمه می یابد.

تشکیل درونچوب در بسیاری از گونه ها

مواد و روش ها

مواد گیاهی

جدول 1: قطر خارجی، عمق و سن برونچوب (10=n، SE   میانگین) درختان نمونه برداری شده از جنگل هاروارد ، Petersham MA.

قطر خارجی، عمق و سن برونچوب

جدول 2: سن (تعداد حلقه ها) و فاصله (mm) از کامبیوم برای موقعیتهای داخلی و خارجی برونچوب (10یا 9= n، SE  میانگین).

سن (تعداد حلقه ها) و فاصله (mm) از کامبیوم

تخمین های قطر پارانشیم

نسبت حجم اشغال شده توسط پارانشیم زنده برای هر نمونه از طریق آنالیز تصویر بخش های میکروسکوپی نور و فلورسانس تعیین شد. بخش مماسی ( μm 20) از هر دو انتهای هر نمونه با میکروتوم کشویی بریده شد، با محلول %1 سافرانین-o رنگ آمیزی شد، نصب شده و با عدسی شیئی 10 مشاهده شد. ده تصویر  به طور تصادفی ( مساحت mm2 66/0)  برای هر بخش مماسی برای کل 20 تصویر هر نمونه گرفته شد (10 تصویر ار هر انتها) و در هر IamgeJ پردازش شد. شعاع ها به طور دستی با یک ابزار رنگ هایلایت شدند، و نسبت سطح مماسی اشغال شده توسط اشعه ها اندازه گرفته شدند. (شکل 1a,b). این نسبت از مساحت با نسبت حجم برابر در نظر گفته شد، همانطور که شعاع ها اغلب در نمونه به طور شعاعی پیوسته بودند و هر دو انتها اندازه گرفته شدند. مقدار میانگین برای هر 20 تصویر گرفته شد تا نسبت شعاع پارانشیم برای هر نمونه را مشخص نماید.

تصاویر مسکروسکوپ نوری تخمین نسبت پارانشیم

شکل 1- تصاویر مسکروسکوپ نوری تخمین نسبت پارانشیم در بافت چوبی را نشان می دهد. بخش های مماسی در (a) Fraiinus Americana، شعاع های متوالی و  پس زمینه ای که اغلب از فیبرها همراه با برخی پارانشیم های محوری (پیکانها) تشکیل شده است را نشان می دهند. و b) Acer rubrum شعاع های متوالی و مجزا را نشان می دهد که مطابق اندازه نواحی در ImageJ به رنگ سیاه در آمده اند.

پارنشیم محوری در بخش عرضی c) F.americana که به رنگ سیاه در آمده است ، یک مرز حلقوی سالیانه با یک آوند earlywood بزرگ در گوشه ی پایین سمت چپ ، آوند latwood کوچک در بالا  نشان می دهدو d) Quercus rubra latewood ؛ تک ستاره (*) نشان دهنده شعاع هاست، دو ستاره (**) نشان دهنده ی شعاع های متوالی بزرگ است. مقیاس نوار = μm 50.

علاوه بر پارانشیم شعاعی، Fraxinus Americana و Quercus rubra ، هر دو حجم قابل توجهی پارانشیم محوری دارند. (پارانشیم محوری در Acer rubrum و T.canadensis موجود نیستند). پارانشیم محوری که برای بخش عرضی (μm 20) کمی شده بود از هر دو سطح فوقانی و تحتانی F.americana و Q.rubra گرفته شد، برای نشاسته، توسط محلول آبی پتاسیم یدید %1  رنگ آمیزی شد ( نشان دهنده ی پارانشیم)  و با عدسی شیئی 20 مشاهده گردید. بخش های عرضی اضافی با سافرانین-O رنگ آمیزی شدند. ده تصویر تصادفی (مساحت mm217/0) در هر بخش برای هر 20 تصویر کل هر نمونه گرفته شد. همانطور که در بالا شرح داده شد ، پارانشیم به طور دستی توسط ابزار رنگ آمیزی، رنگ شد، (شکل 1c,d)، نسبت مساحت سطح شاغال شده توسط پارانشیم اندازه گرفته شد، و میانگین تمام 20 تصویر برای مشخص نمودن نمونه استفاده شد. کانال رزینی حجم سلول های اپی تلیال در P.Strobus با اندازه گیری مساحت عرضی  میانگین کانال های رزینی مجزا ( تنها مساحت سلول، 10 کانال رزینی)، و شمارش کانال های رزینی در دو سطح عرضی هر نمونه  تخمین زده شد. حجم نسبی با در نظر گرفتن ran کانال در طول نمونه محاسبه شد.

تخمین های پارانشیم زنده

بخش های بافت شعاعی برای تعیین حضور و عدم حضور هسته استفاده شد تا نسبت پارانشیم زنده را کمی نماید. کار اولیه با استفاده از رنگ های حیاتی (تری فنیل –تترازولیوم کلرید، فرمازان های نامحلول) و رنگ فلورسنت نوکلئیک اسید ΄4،6-دی آمیدینو-2-فنیلیندول (DAPI) نشان داده است که حضور هسته ها معرف کافی برای حیات سلول هاست (شکل 2). بخش های شعاعی (μm 20)، هر پنچ گونه با بافر فسفات (PBS) (5/7Ph) شسته شد، یک شب در تریتون -100X ، (w/v)%1 انکوبه شد، و با %001/0 DAPI در PBS رنگ شد. بخش ها در 4:1 گلیسرول: PBS قرار گرفتند و با 4 (P.strobus  و T.canadensis) یا 10 (A.rubrum, F.americana. Q. rubra) یک میکروسکوپ اپی فلورسنت مشاهده شدند.

برای هر حلقه سالیانه در نمونه، تعداد کل شعاع ها و تعداد شعاع های حاوی هسته شمارش شدند. شعاع های نهاندانگان ( A.rubrum, F.americana, Q.rubra) هسته را در بردارند تا زمانی که به طور ناگهانی در مرز برونچوب/درونچوب ناپدید می شوند. در مقابل، گونه های مخروطیان، (P.strobus  و T.canadensis) شعاع های مرده(کاملا فاقد هسته) در برونچوب بیرونی نشان دادند که اغلب به سمت برونچوب درونی افزایش می یافت. نسبت شعاع های زنده برای هر حلقه سالیانه محاسبه شد، و مقدار متوسط (نسبت شعاع زنده) برای هر بخش با توزین سهم هرحلقه  مطابق با پهنای شعاعی آن تعیین شد.

آنالیزهای آماری

تاثیر موقعیت شعاعی بسیار قابل توجه بوده (جدول 3) طوری که در تمامی گونه ها به غیر از P.strobus برونچوب جوانتر و خارجی تر با سرعت بیشتری نسبت به برونچوب  مسن تر و داخلی تر تنفس می کند، زمانی که بر اساس هر حجم بافت بیان شد. (شکل 3a، جدول 4). زمان نمونه برداری یک فاکتور بلوکه کننده مهم بود طوری که سرعت تنفس بین برونچوب داخلی و خارجی ، در 2003 نسبت به 2004 اندکی بیشتر بود. بسیاری از مقایسه دو به دو گونه ها برای برونچوب خارجی دارای اهمیت بود ( pinus  در مقابل  Tsuga و  Fraxinus  در مقابل Acer استثنا بودند)، در حالی که تنها Fraxinus  و Quercus به طور قابل توجهی در برونچوب داخلی تفاوت داشتند ( 02/0= P، Fishers LSD).

گونه ها تفاوت زیادی از نظر محتوای پارانشیم و حیات داشتند. ( شکل 4، جدول های 3 و 5). مخروطیان یک سوم حجم پارانشیم نهاندانگان را داشته اند. (کنتراست متعامد ، 0001/0>p). نهاندانگان در مقدار کل و ترکیب پارانشیم تفاوت دارند طوری که A.rubrum، که فاقد پارانشیم محوری است، نسبت کل پارانشیم کمتری دارد. (شکل4). Fraxinus نسبت بالایی از حجم  پارانشیم محوری و شعاعی دارد. نهاندانگان هیچ شواهدی از مرگ پارانشیم ، همچنین شعاع یا محور، در سراسر برونچوب نشان ندادند. (شکل 5). در مقابل، هر دو مخروطیان نسبت قابل اندازه گیری از پارانشیم شعاعی مرده شروع کننده در برونچوب خارجی و افزایش یافته به سمت مرز برونچوب/درونچوب نشان دادند (شکل6). هر دو گونه نسبت بالایی از پارانشیم زنده در برونچوب خارجی داشتند (جدول 5، P-values<0.01 paired t.test  ). Tsuga نسبت به Pinus، نسبت کمتری از پارانشیم زنده در برونچوب داخلی داشت و در برونچوب خارجی چنین نبود (به ترتیب 5/0 و 0003/0=P، کنتراست متعامد). در هیچ موردی بین برونچوب داخلی و خارجی، در حجم کل پارانشیم (مرده به اضافه زنده)، تفاوتی نبود. (جدول 3).

زمانی که تفس بر اسسا حجم هر سلول زنده بیان شد، تفاوت گونه زیادی وجود داشت (جدول 3) طوری که مخروطیان ، سه برابر سرعت نهاندانگان تنفس داشتند. (شکل 3b، کنتراست 001/0>P). تاثیر موقعیت شعاعی روی تنفس سلول زنده به گونه بستگی دارد _جدول 3،  تعامل حاشیه مهم با 07/0= P). پارانشیم در هر سه گونه نهاندانگان، در برونچوب خارجی تر دو برابر سرعت برونچوب داخلی تر تنفس می کند. (شکل 3b)، در حالی که برای نهاندانگان، تفاوت چشمگیری بین دو موقعیت شعاعی وجود نداشت. (شکل 3b، جدول4).

جدول 3- آنالیز اندازه گیری های مکرر واریانس (ANOVA) تست کننده تاثیر گونه و موقعیت شعاعی روی تنفس به ازای حجم بافت (Rtiss)، تنفس به ازای حجم پارانشیم زنده (Rlive) و نسبت حجم بافت اشغال شده توسط پارانشیم (Vpar).

، تنفس به ازای حجم پارانشیم زنده

تنفس پارانشیم به صورت سرعت مصرف

شکل 3- تنفس پارانشیم به صورت سرعت مصرف O2 (a) به ازای واحد برونچوب تازه و b) به ازای واحد حجم پارنشیم زنده  بیان شده است. حجم پارانشیم از طریق تحلیل تصاویر بخش های عرضی و مماسی بافت کمی شده است. کسر پارانشیم زنده از روی حضور یا عدم حضور هسته در بخش شعاعی تعیین شد. میانگین  SE نشان داده شده است؛ درخت n= 10؛ تفاوت قابل توجهی بین برونچوب داخلی و خارجی نشان می دهد. (p-values<0.01, paired t-test).

نسبت حجم پارانشیم شعاعی و محوری

شکل 4- نسبت حجم پارانشیم شعاعی و محوری (نسبت حجم برونچوب تازه با تحلیل تصویر تخمین زده شده است) . پارانشیم محوری در Pinus تنها سلول های اپی تلیال آستری کانال های رزینی را شامل می شود).

جدول 4- کقادیر p برای تست های مهم (paired t-test، دو دنباله) مقایسه کننده سرعت تنفس بیان شده بر اساس حجم بافت (Rtiss) و حجم سلول زنده (Rlive) بین موقعیت های برونچوب داخلی و خارجی در هر گونه .

 کقادیر p برای تست های مهم

جدول 5- درصد پارانشیم های زنده در نمونه های برونچوب خارجی به داخلی (نسبت میانگین شعاع های در بردارنده ی هسته  SE، 10یا 9=n).

درصد پارانشیم های زنده در نمونه های برونچوب خارجی به داخلی

No votes yet.
Please wait...