والليزر السريع جس الطريقة يسهل تحديد غير الغازية وخالية الاتصال من الخواص الحرارية ورقة

الهدف العام من هذا الإجراء هو تحديد الخصائص الحرارية للأوراق بطريقة خالية من التلامس. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الزراعة الجزيئية حول التحكم أثناء العملية في نمو النبات وصحته. تتمثل المزايا الرئيسية لهذه التقنية في أنها خالية من التلامس وسريعة ولا تلحق الضرر بالعينة.

تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية إلى الفحص الآلي للمزارع باستخدام كاشف متنقل لتحديد التغذية والتغذية على أساس كل نبات على حدة. لبدء زراعة النباتات ، اغسل كتل الصوف المعدني ب لتر إلى لترين من الماء منزوع الأيونات لكل منها ، ثم اغسل كل كتلة بلتر واحد من محلول سماد 0.1٪. ضع بذرة تبغ واحدة في كل كتلة واشطفها ب 250 مل من محلول السماد ، مع ضمان عدم غسل البذور.

ازرع النباتات لمدة سبعة أسابيع في دفيئة أو فيتوترون. بمجرد نمو النباتات ، إما أن تحصد الأوراق المفردة سليمة وغير تالفة لتوصيف النبات أو استخدم نباتات سليمة. لبدء تحديد سمك الورقة ، قم بإعداد الأوتوكلاف 50 مل من كتلة 2٪ من حجم محلول الاغاروز ومحلول ملحي مخزن بالفوسفات.

اترك المحلول يبرد إلى 40 درجة مئوية ثم أضف المحلول إلى طبق بتري يحتوي على عينة ورقة واحدة. قم بتبريد العينة على أربع درجات مئوية لمدة 30 دقيقة لتصلب الاغاروز وتضمين الورقة. ثم استخدم اهتزاز لتقطيع كتلة الاغاروز إلى شرائح 200 ميكرومتر.

قم بتركيب خمسة أقسام عرضية للأوراق على شريحة زجاجية باستخدام سيانواكريلات. استخدم مجهرا أو مقياس قرص لتحديد سمك المناطق الخالية من الأوردة في عينة الورقة. استخدم عينة أخرى من ورقة واحدة في الماء لتحديد كثافة الأوراق باستخدام مقياس الضغط.

بعد ذلك ، قم بتثبيت ورقة واحدة أخرى أمام الكاشف في غرفة عينة مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية. في برنامج مقياس الطيف الضوئي ، حدد طيفا من 900 إلى 1 ، 600 نانومتر. قم بإجراء المسح وتسجيل قيمة الإرسال بناء على المنحنى الطيفي.

ثم قم بتثبيت الورقة خلف الكاشف وكرر الفحص. حدد قيمة الانعكاس من المنحنى الطيفي. الحصول على قياسات الإرسال والانعكاس من ثلاث عينات أوراق على الأقل.

للبدء ، قم بتركيب ليزر أحادي بالقرب من الأشعة تحت الحمراء مقترن بقطر 1 ، 550 نانومتر في المخروط. ثم قم بتأمين عدسة ثنائية المحدب بطول بؤري 25.4 ملم في نهاية المخروط. قم بتثبيت مخروط قطره 25.4 ملم مع حامل من الفولاذ المقاوم للصدأ في حامل المختبر.

ضع مرشح كثافة محايدة بكثافة بصرية 1.0 في صفيحة خزفية بسمك 22 ملم فوق المرقاص لتخفيف شعاع الليزر. قم بتركيب مستشعر طاقة الصمام الثنائي للصور على بعد 354 ملم أسفل الجزء السفلي من العدسة. قم بتوصيل مستشعر طاقة الصمام الثنائي للصور براسم الذبذبات.

بلصق إطار 10 سم × 10 سنتيمترات مع منطقة تعرض للعينة ستة سنتيمترات × ستة سنتيمترات 308 ملم أسفل العدسة. قم بتركيب الكاشف 135 ملم فوق المخفف الخزفي. قم بتوصيل كاشف الأشعة تحت الحمراء القريبة بجهاز كمبيوتر وقم بإعداد البرنامج.

ضع لوحة امتصاص على الورقة وقم بتشغيل الليزر. اضبط زاوية الكاشف على 45 درجة بالنسبة لشعاع الليزر. استمر في ضبط زاوية الكاشف وارتفاعه حتى يتم ملاحظة الحد الأقصى لقراءة درجة الحرارة.

في برنامج التحكم بالليزر، حدد التحكم في الطاقة. اضبط طاقة الليزر الناتجة على خمسة واط ومدة النبضة على 0.5 ثانية. لبدء القياسات ، إما إحضار نبات كامل إلى جهاز القياس أو حصاد أوراق مفردة كاملة غير تالفة.

بتركيب عينة الورقة على الفور في الإطار ، مع الحرص على عدم إتلاف الورقة. لا تسمح للورقة بالاتصال بالمخفف الخزفي. في برنامج الأشعة تحت الحمراء القريبة ، ابدأ قياسا جديدا مدته 60 ثانية.

سجل ملف تعريف درجة الحرارة الأساسية لمدة 10 ثوان قبل تنشيط نبضة ليزر واحدة مدتها 0.5 ثانية. استمر في تسجيل البيانات لمدة 49.5 ثانية المتبقية. عند اكتمال القياس ، انقر فوق زر الإيقاف أعلى ملف التعريف الحراري ثم احفظ ملف التعريف.

قم بتصدير بيانات الوقت ودرجة الحرارة الأولية كملف نقطي لمزيد من التحليل. ثم في برنامج راسم الذبذبات ، حدد ارتفاعات الجناح في ملف تعريف الجهد ، والتي تم جمعها تلقائيا أثناء نبضة الليزر. كرر قياس ملف تعريف درجة الحرارة بنبضة ليزر واحدة مدتها 0.5 ثانية لكل عينة.

ثم كرر قياس إشارة الليزر بدون عينة ورقة كمرجع. حدد ارتفاعات الجناح من ملف تعريف الجهد هذا واحسب قيم الإرسال لكل عينة. استخدم برنامج جداول البيانات لحساب السعة الحرارية المحددة والتوصيل الحراري للعينات ورسم بياني.

تم تحليل عينات من ورقة واحدة من الأنواع النباتية Nicotiana tabacum ، المعروفة باسم التبغ ، و Nicotiana benthamiana بهذه الطريقة. أظهر كلا النوعين زيادة سريعة في درجة الحرارة القصوى في أقل من ثانية واحدة استجابة لنبض الليزر ، يليه انخفاض هائل في درجة الحرارة المحيطة. تم حساب السعة الحرارية المحددة وقيم التوصيل الحراري لكلا النوعين من الأوراق التي تم جمعها في قاع النبات ووسطه وعلوه.

لوحظت زيادة في التوصيل الحراري للأوراق في أعلى النبات لكلا النوعين ، لكن Nicotiana tabacum أظهر اتجاها عكسيا في السعة الحرارية المحددة. لم يلاحظ أي ارتباط بين مدة الزراعة والتوصيل الحراري في Nicotiana tabacum. علاوة على ذلك ، لم يلاحظ أي ارتباط بين ظروف الزراعة والخصائص الحرارية في Nicotiana benthamiana.

تم فحص تأثير المتغيرات الفردية على السعة الحرارية النوعية والتوصيل الحراري. كانت الموصلية الحرارية ل Nicotiana benthamiana حساسة للغاية لدرجة الحرارة المحيطة. لم تكن السعة الحرارية النوعية حساسة بشكل كبير لأي من المعلمات التي ينطوي عليها حسابها.

بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في بضع دقائق لكل عينة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر تركيب الورقة بشكل صحيح بالدقة المحددة لضمان قياسات عالية الجودة ونتائج قابلة للتكرار. باتباع هذا الإجراء ، يمكن إجراء طرق أخرى مثل قياسات التألق من أجل الإجابة على أسئلة إضافية مثل التعبير عن البروتين المؤتلف.

بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال التكنولوجيا الحيوية النباتية لاستكشاف نمو النبات في أنواع نيكوتيانا. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تحديد السعة الحرارية المحددة والتوصيل الحراري للأوراق بطريقة خالية من التلامس وغير مدمرة. لا تنس أن العمل بالليزر يمكن أن يكون خطيرا على عينيك ويجب دائما اتخاذ الاحتياطات مثل ارتداء نظارات السلامة المناسبة أثناء تنفيذ هذا الإجراء.