Клиностат
 | |
| Другие имена | Клиностат, горизонтальный клиностат, одноосный клиностат |
|---|---|
| Использование | уменьшает влияние силы тяжести на организмы, в основном используется с растениями |
| изобретатель | Юлиус фон Сакс |
| Похожие товары | машина случайного позиционирования |
Клиностат — это устройство , которое использует вращение, чтобы нейтрализовать влияние гравитационного притяжения на рост растений ( гравитропизм ) и развитие ( гравиморфизм ). Его также использовали для изучения воздействия микрогравитации на клеточные культуры , эмбрионы животных и паутину .
Описание
[ редактировать ]Одноосный (или горизонтальный) клиностат состоит из диска, прикрепленного к двигателю. Первоначально они были часовыми , но в настоящее время электродвигатель используется . Диск удерживается вертикально, и двигатель медленно вращает его со скоростью порядка одного оборота в минуту. К диску прикрепляют растение так, чтобы он держался горизонтально. Медленное вращение означает, что растение испытывает гравитационное притяжение, составляющее в среднем более 360 градусов, что приближает его к невесомости . Клиностаты также использовались для компенсации воздействия солнечного света и других раздражителей, помимо гравитации. Этот тип клиностата должен быть строго горизонтальным, чтобы имитировать отсутствие гравитации. Если клиностат находится под углом к горизонтали, воспринимается чистый вектор силы тяжести, величина которого зависит от угла. Это можно использовать для моделирования лунной гравитации (около 1/6 г), для которой требуется угол от горизонтали ок. 10 град., т.е. грех −1 (1/6).
Растение реагирует на силу тяжести только в том случае, если гравистимуляция сохраняется дольше критического периода времени, называемого минимальным временем презентации (MPT). Для многих органов растений MPT находится где-то между 10 и 200 секундами, и поэтому клиностат должен вращаться в сопоставимом масштабе времени, чтобы избежать гравитропной реакции. Однако время презентации суммируется, и если вращение клиностата неоднократно останавливается в одном положении, даже на периоды всего 0,5 с, может возникнуть гравитропный ответ. [1] Время презентации для животных на один или два порядка быстрее, чем это, что исключает использование клиностата медленного вращения для большинства исследований на животных. Однако клиностат с быстрым вращением может использоваться и используется для изучения культур клеток животных и эмбрионов.
Виды и применение
[ редактировать ]- Обычный тип клиностата вращается медленно, чтобы избежать центробежных эффектов, и его называют «клиностатом медленного вращения». Были споры о наиболее подходящей скорости вращения: если она слишком медленная, у растения есть время начать физиологические реакции на силу тяжести; если оно происходит слишком быстро, центробежные силы и механические напряжения приводят к появлению артефактов. Оптимальная скорость вращения была исследована путем сравнения с «истинной» реакцией на микрогравитацию, наблюдаемой у растений, выращенных в космосе. [2] и определяется как от 0,3 до 3 об/мин для большинства систем предприятия.
- Быстро вращающийся клиностат (обычно вращающийся со скоростью от 30 до 150 об/мин) можно использовать только для небольших образцов (клеточные культуры во флаконах диаметром несколько мм), обычно в жидких средах. В этих условиях можно избежать чрезмерных центробежных эффектов, что исключает его использование для образцов большего размера.
- Одноосный клиностат создает эффект невесомости только вдоль оси вращения. Трехмерный или двухосный клиностат (обычно называемый машиной случайного позиционирования или RPM) может усреднять гравитационное притяжение во всех направлениях. 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). Небольшие образцы (например, клеточные суспензии) могут свободно падать под действием силы тяжести на расстояние около метра, при этом период свободного падения длится чуть менее секунды. Затем их отталкивают обратно к верху устройства кратковременно приложенной большой силой (около 20 г в течение 20 мс - «отскок»), и им снова дают упасть, и так далее. Принцип машины заключается в том, что большую часть времени она проводит в условиях свободного падения в невесомости. Предполагается, что периоды, проведенные под действием высоких перегрузок, слишком коротки, чтобы их можно было обнаружить физиологическим механизмом биологических образцов, которые, следовательно, воспринимают только время, проведенное в свободном падении.
Проблемы, связанные с использованием горизонтального клиностата
[ редактировать ]Отмечен ряд проблем при использовании клиностатов для моделирования микрогравитации:
- гравитационные эффекты все еще имеют место, просто у них нет общего направления. Поэтому вместо имитации микрогравитации их лучше всего рассматривать как вызывающие всестороннюю гравистимуляцию. [3]
- листья крупных растений шатаются при вращении; это может вызвать увеличение производства этилена , что, в свою очередь, может вызвать некоторые явления, которые иначе приписывают агравитропизму. [4] Другие исследователи подвергли сомнению эту интерпретацию. [5] и было высказано предположение, что этилен может играть роль в гравитропной реакции. [6]
- вибрация двигателя и другие эффекты движения могут привести к появлению артефактов.
История
[ редактировать ]Клиностат был изобретен в 1879 году Юлиусом фон Саксом . [7] который построил часовую машину. Однако подобная концепция была впервые предложена Денисом Додартом еще в 1703 году . Первый клиностат с электрическим приводом (1897 г.) был изготовлен Ньюкомбом. [8]
См. также
[ редактировать ]- Гравитропизм
- Центрифуга большого диаметра
- Машина случайного позиционирования
- Машина свободного падения
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Б. Г. Пикард (1973) Паттерны геотропной реакции колеоптиля Avena. I. Зависимость от угла и продолжительности стимуляции. Может. Дж. Бот. 51:1003-1021
- ^ CJ Lyon (1970) Выбор скорости вращения горизонтального клиностата, Plant Physiol. 46, стр. 355–358.
- ^ А. Браун, А.О. Даль и Д.К. Чепмен (1976) Ограничение на использование горизонтального клиностата в качестве компенсатора силы тяжести, Plant Physiol. 58, стр. 127–130.
- ^ GR Leather, LE Forrence (1972) Увеличение производства этилена во время экспериментов с клиностатом может вызвать эпинастию листьев. Физиол растений. 49 (2): 183-186
- ^ Раймонд М. Уиллер, Фрэнк Б. Солсбери (1981) Интерпретация реакции растений на клиностатирование: I. Механические стрессы и этилен. Физиол растений. 67 (4): 677-685
- ^ Раймонд М. Уилер, Фрэнк Б. Солсбери (1981) Гравитропизм в побегах высших растений: I. Роль этилена. Физиол растений. 67 (4): 686-690
- ^ FGJR фон Сакс (1879) Об исключении геотропных и гелиотропных кривизн во время роста работает Вюрцбург. 2, стр. 209–225.
- ^ ФК Ньюкомб (1904) Ограничения клиностата как инструмента для научных исследований, Science 20, стр. 376–379.
Цитаты
[ редактировать ]- Барьяктарович, З.; Нордхейм, А; Ламкемейер, Т; Фладерер, К; Мадлунг, Дж; Хэмп, Р; и др. (2007), «Временные изменения количества специфических белков при воздействии гипер-g, 2-D клиноротации и 3-D случайного позиционирования культур клеток арабидопсиса», J Exp Bot. , том. 58, нет. 15–16, стр. 4357–63, doi : 10.1093/jxb/erm302 , PMID 18182437
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Страница Clinstat: веб-сайт, посвященный исследованиям космической биологии на Земле .
- Сайт гравитационных экспериментов Clinstats
- Патенты
Клеточная культура (класс 435/297.400)
- Патент США 5,104,802 , Родс, Перси Х. (Хантсвилл, Алабама), Миллер, Тереза Ю. (Фолквилл, Алабама), Снайдер, Роберт С. (Хантсвилл, Алабама), « Клиностат из полых волокон для моделирования микрогравитации в клеточной культуре ».