Клиностат
Клиностат
Клиностат вращает горшок с растением, удерживая его стебель параллельно земле.
Другие именаКлиностат, горизонтальный клиностат, одноосный клиностат
Используетуменьшает влияние гравитации на организмы, в основном используется с растениями
ИзобретательЮлиус фон Сакс
Связанные элементымашина случайного позиционирования

Клиностат — это устройство , которое использует вращение для нейтрализации влияния гравитационного притяжения на рост растений ( гравитропизм ) и развитие (гравиморфизм). Он также использовался для изучения влияния микрогравитации на клеточные культуры , эмбрионы животных и паутину .

Описание

Одноосный (или горизонтальный) клиностат состоит из диска, прикрепленного к двигателю. Изначально они были часовыми, но в настоящее время используется электродвигатель . Диск удерживается вертикально, а двигатель медленно вращает его со скоростью порядка одного оборота в минуту. Растение крепится к диску так, чтобы оно удерживалось горизонтально. Медленное вращение означает, что растение испытывает гравитационное притяжение, которое усредняется по 360 градусам, таким образом приближая среду невесомости . Клиностаты также использовались для нейтрализации эффектов солнечного света и других стимулов, помимо гравитации. Этот тип клиностата должен быть строго горизонтальным, чтобы имитировать отсутствие гравитации. Если клиностат находится под углом к ​​горизонтали, воспринимается вектор чистой гравитации, величина которого зависит от угла. Это можно использовать для имитации лунной гравитации (примерно 1/6 g), для которой требуется угол от горизонтали примерно 10 градусов, т. е. sin −1 (1/6).

Растение реагирует на гравитацию только в том случае, если гравистимуляция поддерживается дольше критического периода времени, называемого минимальным временем презентации (MPT). Для многих органов растений MPT лежит где-то между 10 и 200 секундами, и поэтому клиностат должен вращаться в сопоставимом масштабе времени, чтобы избежать гравитропной реакции. Однако время презентации является кумулятивным, и если вращение клиностата неоднократно останавливается в одном положении, даже на такие короткие периоды, как 0,5 секунды, может возникнуть гравитропная реакция. [1] Время презентации для животных на один или два порядка меньше этого, что исключает использование медленно вращающегося клиностата для большинства исследований на животных. Однако быстро вращающийся клиностат может использоваться и используется для изучения культур клеток животных и эмбрионов.

Виды и применение

  • Обычный тип клиностата вращается медленно, чтобы избежать центробежных эффектов, и это называется «медленновращающийся клиностат». Были дебаты относительно наиболее подходящей скорости вращения: если она слишком медленная, у растения есть время начать физиологические реакции на гравитацию; если она слишком быстрая, центробежные силы и механические напряжения вносят артефакты. Оптимальная скорость вращения была исследована путем сравнения с «истинными» реакциями на микрогравитацию, наблюдаемыми у растений, выращенных в космосе, [2] и определена как находящаяся между 0,3 и 3 об/мин для большинства систем растений.
  • Быстро вращающийся клиностат (обычно вращающийся со скоростью от 30 до 150 об/мин) может использоваться только для небольших образцов (клеточные культуры в пробирках диаметром несколько мм), как правило, в жидких средах. В этих условиях избегаются чрезмерные центробежные эффекты, которые исключают его использование для более крупных образцов.
  • Одноосный клиностат создает эффект невесомости только вдоль своей оси вращения. Трехмерный или двухосный клиностат (обычно называемый машиной случайного позиционирования или RPM) может усреднять гравитационное притяжение по всем направлениям. Эти машины часто состоят из двух рам, одна из которых расположена внутри другой, каждая из которых вращается независимо.
  • Альтернативой клиностату для моделирования микрогравитации является машина свободного падения (FFM). Небольшим образцам (например, клеточным суспензиям) позволяют свободно падать под действием силы тяжести около метра, причем период свободного падения длится чуть меньше секунды. Затем их отталкивают обратно на верхнюю часть аппарата кратковременно приложенной большой силой (около 20 г в течение 20 мс — «отскок») и снова дают им упасть, и так далее. Принцип работы машины заключается в том, что большую часть времени они проводят в состоянии свободного падения при нулевой гравитации. Предполагается, что периоды, проведенные под высокой гравитацией, слишком коротки, чтобы их мог обнаружить физиологический механизм биологических образцов, которые, следовательно, воспринимают только время, проведенное в свободном падении.

Проблемы, связанные с использованием горизонтального клиностата

При использовании клиностатов для моделирования микрогравитации был выявлен ряд проблем:

  • Гравитационные эффекты все еще имеют место, просто они не имеют чистого направления. Поэтому вместо того, чтобы имитировать микрогравитацию, их лучше всего рассматривать как вызывающие всестороннюю гравистимуляцию [3]
  • Листья крупных растений хлопают при вращении; это может привести к увеличению выработки этилена , что, в свою очередь, может вызвать некоторые явления, которые иначе приписывались бы агравитропизму. [4] Другие исследователи подвергли сомнению эту интерпретацию, [5] и было высказано предположение, что этилен может играть роль в гравитропической реакции [6]
  • Вибрация от двигателя и другие эффекты движения могут привести к появлению артефактов.

История

Клиностат был изобретен в 1879 году Юлиусом фон Саксом , [7] который построил машину с часовым механизмом. Однако подобная концепция была впервые предложена еще в 1703 году Денисом Додартом . Первый клиностат с электрическим приводом (1897) был создан Ньюкомбом. [8]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ BG Pickard (1973) Геотропные модели реакции колеоптиля Avena. I. Зависимость от угла и продолжительности стимуляции. Can. J. Bot. 51: 1003-1021
  2. ^ CJ Lyon (1970) Выбор скорости вращения для горизонтального клиностата, Plant Physiol. 46, стр. 355–358
  3. ^ А. Браун, А. О. Даль и Д. К. Чепмен (1976) Ограничение использования горизонтального клиностата в качестве компенсатора силы тяжести, Plant Physiol. 58, стр. 127–130.
  4. ^ GR Leather, LE Forrence (1972) Повышенное производство этилена во время экспериментов с клиностатами может вызвать эпинастию листьев. Plant Physiol. 49 (2):183-186
  5. ^ Raymond M Wheeler, Frank B. Salisbury (1981) Интерпретация реакций растений на клиностатирование: I. Механические напряжения и этилен. Plant Physiol. 67 (4):677-685
  6. ^ Raymond M Wheeler, Frank B Salisbury (1981) Гравитропизм в побегах высших растений: I. Роль этилена. Plant Physiol. 67 (4):686-690
  7. ^ FGJR фон Сакса (1879) Ueber Ausschliessung der geotropischen und heliotropischen Krümmungen wärend des Wachsthums, Würzburger Arbeiten. 2, стр. 209–225.
  8. ^ FC Newcombe (1904) Ограничения клиностата как инструмента для научных исследований, Science 20, стр. 376–379.

Цитаты

  • Barjaktarović, Z.; Nordheim, A; Lamkemeyer, T; Fladerer, C; Madlung, J; Hampp, R; et al. (2007), "Ход изменений во времени в количествах специфических белков при воздействии гипер-g, 2-D клиноворота и 3-D случайного позиционирования клеточных культур Arabidopsis", J Exp Bot. , т. 58, №  15–16 , стр.  4357–63 , doi :10.1093/jxb/erm302, PMID  18182437
  • Страница Clinostat: веб-сайт, посвященный исследованиям космической биологии на Земле. Clinopage
  • Сайт экспериментов с гравитацией Clinostats
Патенты

Культура клеток (Класс 435/297.400)

  • Патент США 5,104,802 , Родс, Перси Х. (Хантсвилл, AL), Миллер, Тереза ​​Й. (Фолквилл, AL), Снайдер, Роберт С. (Хантсвилл, AL), " Клиностат с полыми волокнами для имитации микрогравитации в клеточной культуре "
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Клиностат&oldid=1203991790"