A nehézfémek növényi vízháztartásra gyakorolt hatásának vizsgálata Mágneses Rezonancia készülékkel Készítette: Jakusch Pál Környezettudós
Célkitűzés MR készülék növényélettani célú alkalmazása Kontroll és nehézfémstressznek (ólom, cink, kadmium, higany, arzén) kitett növények vizsgálata Összehasonlítás (MR és klasszikus mérések adatai) Az alkalmazott nehézfém kezelések okoznak e a növények vízháztartásában MR készülékkel kimutatható változást? Az alkalmazott nehézfém kezelések okoznak e a növények vízháztartásában klasszikus fiziológiai mérésekkel kimutatható változást? Az MR mérések eredményei korrelálnak e a klasszikus fiziológiai mérések eredményeivel? Mely kísérleti technikák alkalmasabbak a különböző növényi vizsgálatok elvégzésére? A növények felveszik e a kontraszt anyagot és milyen súlyozott relaxációs technikával lehet kimutatni? Tápoldaton és talajon nevelt növények (uborka, kukorica)
Mágneses rezonancia MR MR mérés elve Spinek rendszerén végzett mérések Külső mágneses tér, elektromágneses hullámok és az anyag hidrogén atomjainak a kölcsönhatása Test, mérendő minta (növény) Mérendő minta átmeneti mágnesezettsége Egyensúlyi állapot Mágneses tér A mágnesezettség iránya párhuzamos a külső mágneses térrel Az MR a szervezetben lévő protonok mennyiségét és eloszlását méri. Hol van sok proton? A protonok elhelyezkedése ki tudja rajzolni az adott anatómiai struktúrát.
Mágnesezett test, mérendő minta (növény) T 1 relaxáció T 1 relaxáció felépülése Mérendő minta mágnesezett irányának elfordulása RF pulzus elmúlta Külső elektromágneses hullám (RF pulzus) Mágnesezettség újra felépül Az atommagok visszarendeződése az egyensúlyi irányba T 1 relaxáció Az RF jel az atommagot E abszorpcióra lecsengése készteti magasabb energia állapot Az alapállapotba való visszatérés: a környezetnek adják le az energiát, spinrács relaxáció, miközben időről időre megfelelő távolságba kerülnek Környezet: fluktuáló tér, melyet a környezetben lévő atommagok véletlenszerű Brown mozgásai okoznak A momentumok gerjesztési frekvenciái mennyire közel esnek egymáshoz Relatív T 1 relaxációs koncentráció technikával lehet a kontrasztanyagot kimutatni, mert mágneses momentumak kölcsönhatásba lépnek a protonokkal az intenzitás megváltozik. A kontrasztanyag nem látható a képeken, mert más a Larmor frekvenciája a protonétól és a gép a protonra van hangolva.
Elemi mágnesek precessziója T 2 relaxáció T 2 relaxáció felépülése Egyensúlyi állapotban a merőleges irányú mágnesezettség nem zérus A mozgó mágnesek elektromágneses hullámokat gerjesztenek A kölcsönhatások során fáziskülönbségek alakulnak ki Az EM hullámok egyre gyengülő jelet adnak Külső antennákkal lehet mérni Nem az energia átadása okozza a jelcsillapodást, a T 2 es méréssel a víztelítettséget lehet kimutatni Az x y síkba forgatott mágneses momentumok a z tengely körül forognak Larmor frekvencia, ami a külső mágneses indukció nagyságától függ. A mágneses tér nem homogén az atommagok mágneses momentummal bírnak szuperponálódnak a külső mágneses térrel különböző Larmor frekvencia, amely időátlagban ugyan azonos, de adott pillanatban más és más egyesek előresietnek, mások lemaradnak az idealizált Larmor frekvenciától. Egy idő után felbomlanak és a mágneses momentumok eredő vektori összege egyre kisebb lesz.
Klasszikus mérések Vízpotenciál mérés Wecor H 33 T vízpotenciál mérőműszer lett felhasználva, pszichrométeres üzemmódban Tápoldaton nevelt uborka, kukorica 3 3 mérés Transpiráció mérés AP4 porometerrel (Delta T devices), konduktancia üzemmódban Minden növényen Fonák, 3 3 mérés Víztartalom mérés Analitikai mérleg 1 hetes szárítás, 24h, 80 o C Visszamért száraz és friss tömegből a víztartalom % meghatározása
Klasszikus mérések eredményei: Tápoldaton nevelt uborka víztartalom mérés Gyökér Hipocotyl Epicoty l 1. levél 2. levél 3. levél 4. levél
Klasszikus mérések eredményei: Tápoldaton nevelt kukorica víztartalom mérés Gyökér Szár Összes levél Transpiráció mérés levele
Klasszikus mérések eredményei: Talajon nevelt uborka, kukorica víztartalom mérés Talajon nevelt uborka Hajtá s Talajon nevelt kukorica Levele k
Klasszikus mérések eredményei: Transpiráció Tápoldaton nevelt uborka transpirációja Tápoldaton nevelt kukorica transpirációja Talajon nevelt uborka transpirációja Talajon nevelt kukorica transpirációja
Klasszikus mérések eredményei: Vízpotenciál K o P b Z n C d H g M p a Tápoldaton nevelt uborka vízpotenciálja Tápoldaton nevelt kukorica vízpotenciálja
MR mérések eredményei: Tápoldaton nevelt uborka Xylem intenzitása Szárvastagsággal korrigált intenzitása SD: 10% alatt Ko+Pb; Ko+Zn; Ko+Cd; Ko+Hg: Khí 2 értéke=6972; p=0,2389
MR mérés eredményei: Tápoldaton nevelt kukorica SD: 10% alatt Ko+Pb: Khí 2 =1980; p=0,2381 Ko+Zn: Khí 2 =1980; p=0,2381 Ko+Cd: Khí 2 =1980; p=0,2381 Xylem intenzitása Szárvastagsággal korrigált intenzitása SD: 10% alatt Ko+Pb: Khí 2 =1665; p=0,3153 Ko+Zn: Khí 2 =1858; p=0,0878 Ko+Cd: Khí 2 =1800; p=0,2699 Ko+Hg: Khí 2 =1710; p=0,2994
MR mérés eredményei: Talajon nevelt uborka SD: 10% alatt Khí 2 =325; p=0,2178 Xylem intenzitása SD: 10% alatt Khí 2 =360; p=0,2414 Szárvastagsággal korrigált intenzitása
MR mérés eredményei: Talajon nevelt kukorica SD: 10% alatt Khí 2 =210; p=0,2344 Xylem intenzitása SD: 10% alatt Khí 2 =195; p=0,2418 Szárvastagsággal korrigált intenzitása
MR mérés eredményei: Kontrasztanyag vizsgálata Kontrasztanyag T 2 idősúlyozásos mérés SD: 10% alatt Khí 2 =12; p=0,2133 Kontrasztanyag T 1 idősúlyozásos mérés
MR adatok korrelációja a víztartalom % kal r=0,9337 p=0,0203 RLO=0,2917 RUP=0,9957 Tápoldaton nevelt uborka korrigált intenzitás korrelációja a víztartalom % kal r=0,9381 p=0,0183 RLO=0,32 46 RUP=0,99 Tápoldaton nevelt kukorica korrigált intenzitás korrelációja a víztartalom 6
Videók Uborka szeletek, 3D s kép munkafájljai Uborka 3D képe
Összefoglalás, értékelés Az alkalmazott nehézfém kezelések MR segítségével szignifikánsan kimutatható változást okoznak a növényeknek. Az alkalmazott nehézfém kezelések között a klasszikus fiziológiai mérésekkel általában nem lehet szignifikáns különbséget kimutatni, a mérés során tapasztalható nagy szórás miatt. Az MR mérések eredményei szoros korrelációt mutatnak a klasszikus mérések eredményeivel. Az MR mérések segítségével sokkal pontosabb mérést lehetett végezni, mint a klasszikus mérések segítségével, a finomabb eloszlásbeli különbségek az MR mérés során tapasztalható kicsi szórás miatt jobban kirajzolódnak. Az uborka felveszi a kontraszt anyagot, melyet T 1 es súlyozási technikával lehet kimutatni. Ezen vizsgálatok megalapozzák az MR önálló alkalmazását a növényi vizsgálatokban.
Köszönöm a figyelmet! Várom a kérdéseiket!