Las mesas termodegradadas tradicionales crean un rango de temperaturas en toda la superficie. Los refuerzos de soldadura perpendiculares a la superficie de una mesa termogradiente controlarán la temperatura en profundidad, lo que aumentará las posibles aplicaciones de investigación.
Artículo de método
Una tabla de fuelle Thermogradient para controlar las temperaturas del suelo para evaluar el crecimiento de la planta y Seguimiento de los procesos del suelo
En este artículo
Resumen
Resumen
Las mesas termogradientes se desarrollaron por primera vez en la década de 1950 principalmente para probar la germinación de semillas en un rango de temperaturas simultáneamente sin usar una serie de incubadoras. Un gradiente de temperatura se establece pasivamente a través de la superficie de la mesa entre los extremos calentados y enfriados y se pierde rápidamente a distancias sobre la superficie. Dado que la temperatura solo se controla en la superficie de la mesa, los experimentos se restringen a recipientes poco profundos, como placas de Petri, colocados sobre la mesa. La soldadura de tiras verticales continuas de aluminio o refuerzos perpendiculares a la superficie de una mesa permite el control de la temperatura en profundidad a través del flujo de calor convectivo. El suelo en los canales entre los refuerzos se mantuvo a lo largo de un gradiente de temperaturas, lo que permitió una mayor diversidad de experimentación. El diseño de fuelle se evaluó mediante la germinación de semillas de avena, lechuga, tomate y melón. Las temperaturas del suelo se monitorearon utilizando registradores de datos individuales alimentados por baterías colocados a lo largo de la mesa. Las luces LED instaladas en las tapas o a lo largo de los lados de la mesa de gradiente crean una cámara de temperatura controlada donde las plántulas se pueden cultivar en un rango de temperaturas. El diseño con fuelle permitió la determinación precisa de las temperaturas óptimas para una tasa de germinación más rápida y el porcentaje más alto de germinación para cada especie. La información de germinación de los experimentos de tabla de gradiente puede ayudar a predecir la germinación de las semillas y el crecimiento de las plántulas en las condiciones adversas del suelo que a menudo se encuentran durante la producción de cultivos de campo. Los efectos de la temperatura en la germinación de las semillas, el crecimiento de las plántulas y la ecología del suelo se pueden probar en condiciones controladas en un laboratorio utilizando una mesa termodegradada con fuelle.
Introducción
Tablas Thermogradient no son nuevas y su uso ha sido reportado en la literatura durante varias décadas 1-6. Los primeros se desarrollaron tablas ostensiblemente para las semillas de laboratorio de pruebas de germinación a menudo en sustrato de papel en un amplio intervalo de temperaturas en un solo experimento (Figura 1). Hay diferentes diseños de tablas thermogradient pero uno de los más comunes consiste en una lámina rectangular relativamente gruesa de metal, a menudo de aluminio por su resistencia a la corrosión, con un bucle de tubo cuadrado soldado a la parte inferior en los extremos opuestos. Los tubos de plástico conectan la mesa de entrada y de salida de los tubos a temperatura controlada, baños que bombean el líquido se enfría y se calienta a través de los tubos en los extremos opuestos por debajo de la mesa de circulación. El tubo de mezcla de fluido lleva a cabo, por lo general un agua y anticongelante (glicol de etileno), para evitar la congelación si el sistema se va a operar cerca de o por debajo de las temperaturas de congelación. Otro diseño es soldar tiras de metal juntos para crecomió un depósito de fluido en cada extremo de la mesa de entradas y salidas para la circulación de soluciones calientes y fríos en cada extremo. Los baños de circulación se pueden colocar en el suelo debajo de la mesa o en una mesa separada yuxtapuesta. Mesas thermogradient eléctricos con serpentines de calefacción y / o refrigeración Peltier módulos han sido construidos pero los problemas de alto costo, los desafíos que generan bajas temperaturas consistentes y fiabilidad han impedido el uso comercial generalizado 8.
Los diseños de fluidos que circulan de forma pasiva crean un gradiente unidimensional a través de la conducción térmica. Si la placa de aluminio es de forma uniforme y de espesor y un aislamiento adecuado, el calor fluye uniformemente desde el caliente al extremo frío de una tabla que se establece un gradiente de temperatura unidimensional continua, después de la segunda ley de la termodinámica 7. El gradiente a través de la superficie es una función de la longitud de la tabla y las diferencias entre las temperaturas finales. La mesa y Plumbing son generalmente ubicado en un recinto aislado con tapas de acceso. El recinto aísla la mesa de su entorno, creando un gradiente uniforme en toda la superficie con poca variación de temperatura. El recinto aislado puede ser apoyado por las piernas o colocar sobre una superficie plana tal como una mesa o un banco. Para aplicaciones donde se requiere control de temperatura uniforme sin un degradado, una tabla puede ser configurado para producir condiciones isotérmicas si ambos extremos circular el fluido a la misma temperatura.
Cuando la tabla de gradiente está funcionando correctamente, placas de Petri, bolsas de plástico selladas, recipientes de fondo plano, etc., se colocan en la superficie y termo-equilibren a las diversas temperaturas (Figura 1). La temperatura experimental en cada contenedor depende de los espacios aéreos que puedan existir entre el recipiente y la superficie de mesa y el grosor y propiedades aislantes de cada contenedor. La tabla de gradiente mantiene efectivamente te muestramperatures cerca de la superficie, pero el control se pierde por encima de la superficie. La falta de control de temperatura vertical limita los tipos de experimentos posible en una mesa de gradiente tradicional.
Se añaden las tiras de aluminio o tirantes a la mesa de diseño tradicional degradado para mejorar el control de la temperatura por encima de la superficie de la mesa. Cartelas se soldaron a intervalos perpendicular a la superficie de la mesa. Las cartelas facilitar el flujo de calor por convección verticalmente por encima de la superficie de la mesa plana. Las muestras colocadas entre cartelas, tienen superficies de temperatura regulada en tres lados que proporcionan un control más efectivo de la temperatura. Clegg y Eastin 2 colocaron arena de cuarzo en un gradiente de superficie de la mesa para crear el control de temperatura en profundidad. Clegg y Eastin 2 también experimentaron con la colocación de aislamiento en la parte superior de la tabla. Webb et al. 9 colocaron tuberías llenas de tierra sobre una mesa en un esfuerzo de forma homogénea la temperatura de control.
La nueva tadiseño ble informado aquí tiene nueve 7,6 cm (3 pulgadas) cartelas altas (las tiras de aluminio) que se sueldan a la superficie sobre la longitud de la mesa (Figura 2). dispositivos de iluminación LED que emite fotosintéticamente activa frecuencias están instalados en los lados de la mesa para apoyar el crecimiento de plántulas cuando la tabla está cerrada. El recinto aislado de la tabla thermogradient fuelle está construido de un blanco juntas de PVC que son el agua, la urdimbre, y resistente a las grietas. El propósito de este trabajo es describir el nuevo diseño de la tabla de gradiente gusseted y posibles aplicaciones.
Protocolo
1. Preparación de los baños de circulación y en la tabla
- Adquirir dos baños de circulación con embalses que bombean al menos 10 l / min para el control de temperatura en cada extremo de la mesa thermogradient.
NOTA: Uno de los baños de circulación deben refrigerar el depósito, mientras que el otro necesita solamente al calor. - Inspeccionar que circula baños para asegurarse de que sus filtros y depósitos están limpios.
- Identificar una ubicación para la mesa y baños. Coloque los cuartos de baño debajo de la mesa, siempre que la bomba pueda circular fluido a través de la tabla anterior. Coloque la tabla de gradiente a una altura conveniente para quitar las tapas y alcanzar todas las posiciones en la superficie.
NOTA: La ubicación de la tabla y de los baños debe estar bien ventilado, libre de temperaturas extremas, relativamente libre de polvo, y tener acceso a los circuitos eléctricos para alimentar adecuadamente a los baños y sistema de iluminación. - Llenar cada baño a la parte superior del tanque de depósito con una mezcla de agua y anticongelante (1: 1radio) para mejorar el intercambio de calor y evitar la congelación.
NOTA: La concentración de anticongelante depende de las especificaciones de baño y la temperatura de la solución. Las altas concentraciones de anticongelantes no están obligados a no ser que se generan temperaturas bajo cero. anticongelante puro puede dañar ciertas bombas de baño de agua. - Conectar las entradas y salidas de los baños con un tubo flexible a las tuberías de salida y de entrada en la mesa, respectivamente, para crear un patrón de flujo continuo en ambos extremos fríos y calientes opuestas de la tabla.
- Use un tubo de plástico flexible de paredes gruesas con paredes elásticas que no va a expandirse bajo presión o torcedura cuando se dobla. Utilice cuello-tornillo, abrazaderas de manguera en las uniones de tubos para mantener una conexión libre de goteo cuando el sistema está presurizado. Envolver el tubo de circulación con aislamiento de tuberías de espuma para reducir el intercambio de calor con el entorno.
- Con las válvulas de tubería abierta, momentáneamente encender las bombas de circulación para comprobar que no haya fugas y tubos colapsadaque pueda reducir el flujo. Ajustar abrazaderas de tornillo si se producen fugas. Compruebe los accesorios de iluminación para asegurarse de que funcionen correctamente.
2. Preparación de la Tabla de Experimentación
- Línea de la parte inferior de la tabla thermogradient entre cartelas con el material hidrófilo tal como estera capilar de efecto invernadero, toallas de papel, o un periódico no satinado para distribuir el agua de manera más uniforme.
- Rellenar la tabla de manera uniforme con un medio de crecimiento por debajo o incluso con la parte superior de los fuelles. Empaque el medio de cultivo con suficiente fuerza para sacar el aire que interfieren con el equilibrio de la temperatura.
NOTA: suelo nativo también se puede utilizar. - Con la entrada de la tabla y las válvulas de tubería de salida abierta, activar el baño circulante mediante el establecimiento de un baño a una temperatura 5 ° C por debajo y el baño de oposición a una temperatura 5 ° C por encima de las temperaturas mínima y máxima deseada (de 5 a 40 ° C), respectivamente, para dar cuenta de la pérdida de calor y la ganancia durante la circulación. monitor los baños de depósito y añadir una mezcla de agua y anticongelante (glicol de etileno) según sea necesario cuando los niveles caen como la solución que circula llena los tubos de la tabla.
- Ajustar la temperatura del baño hasta que las temperaturas de los medios de cultivo deseadas (5 a 40 ° C u otras temperaturas experimentales deseados) son alcanzados en la mesa de gradiente.
NOTA: La temperatura exacta se logra a través de un proceso iterativo de medición de temperatura cada vez mayor de los medios y el ajuste de los baños hasta que las temperaturas de los medios de cultivo deseados se alcanzan a través de la mesa. - registradores de datos de temperatura a cabo en diferentes posiciones en la tabla para registrar las temperaturas de los medios de cultivo o del suelo durante un experimento. Los registradores de datos recomendados son similares en tamaño a una batería oblea redonda en miniatura. Envolver los registradores de datos en Parafilm para evitar daños por agua y lugar en las posiciones experimentales en el medio de cultivo.
- Humedecer los medios de cultivo de manera uniforme a 70-80% de la capacidad máxima de retención de aguade los medios de comunicación. suelos más húmedos conducen el calor de manera más eficiente entre los fuelles.
NOTA: El agua tiende a evaporarse más rápidamente de la extremo caliente de la tabla, por lo que aplicaciones más frecuentes pueden ser necesarios para reemplazar las pérdidas por evaporación. La capacidad máxima de retención de agua es la cantidad de agua retenida en el medio de crecimiento después de la saturación y el drenaje de agua de la gravedad durante 2 días a través de un recipiente con un fondo perforado. El contenido de humedad se determinó gravimétricamente antes y después de secado en horno a 105 ° C durante 72 hr. - Deje que la mesa se equilibre durante 24 horas para asegurar las temperaturas deseadas (5 a 40 ° C) se alcanzan en todo antes de comenzar un experimento.
- Incline la mesa mediante el ajuste de los pies en cada esquina hasta las laderas de mesa muy ligeramente hacia la esquina con el desagüe. Esto elimina el exceso de humedad, evita manchas de humedad en la mesa, y fomenta el contenido de humedad uniforme medios de comunicación. Colocar un recipiente debajo del drenaje para capturar la escorrentía.
- Las semillas de plantas en sustratos de cultivo y agua al día o según sea necesario para mantener los medios húmedos.
NOTA: Como un ejemplo de cómo puede llevarse a cabo las pruebas de germinación, se plantaron 25 semillas de tomate (. Solanum lycopersicum L. cv Leyenda), melón (Cucumis melo cv Hales Mejor Jumbo.), Lechuga (Lactuca sativa L. cv Negro Cabeza de serie. Simpson) y avena (avena sativa L. cv cisne) 2 cm de profundidad. - Contar el número de plántulas emergidas diario para calcular el tiempo medio de aparición de acuerdo a la ecuación:
Σ (n i xt i)
MTE = -------------
Σ (n i)
NOTA: Donde n i es el número de semillas surgido en el tiempo t i; t es el número de días desde el comienzo de la emergencia; y Σ n i es el número total de semillas emergidas.
3. Utilización de la tabla Thermogradient
- Después de ajustar los baños a las temperaturas deseadas, reemplazar las dos cubiertas thermogradient de mesa, las tapas transparentes lámina interior-acrílicos y una tapa más sustancial de cloruro de polivinilo (PVC) aislados con poliestireno, para encerrar la tabla. Ambas cubiertas en su lugar proporcionan las mejores propiedades de aislamiento para reducir el calor y la pérdida de agua durante la prueba.
NOTA: Si la luz ambiental o la iluminación auxiliar se monta encima de la mesa, sólo la tapa interior puede ser utilizado para transmitir la luz. - Retire la tapa exterior para comprobar la tabla a través de las tapas del centro de la acrílicas. Retire la tapa interior temporalmente añadir agua u otros insumos, la temperatura de verificación, o datos de registro.
NOTA: A temperaturas más altas, el agua se evapora rápidamente de suelo húmedo y condenses en la parte inferior de la tapa interior, porque la superficie es más fresco. - Supervisar el sistema de cerca durante los experimentos para los cortes de energía, fallos de baño, fugas, o las excesivas fluctuaciones en las temperaturas de la tabla. Vigilar el nivel del depósito del baño y periódicamente añadir líquido para reemplazar las pérdidas por evaporación.
Resultados
Recipientes poco profundos, como placas de Petri, se pueden colocar en una mesa tradicional unidimensional degradado por lo que los efectos de múltiples temperaturas experimentales se pueden evaluar simultáneamente (Figura 1). Para aumentar la diversidad de aplicaciones de investigación posible en una mesa thermogradient, 7,6 cm (3 pulgadas) cartelas de aluminio de altura se sueldan puntada alternativamente en ambos lados por lo que cada cartela se encuentra perpendicular a la superficie de 10,9 cm (4,2 pulgadas) de distancia en íntimo contacto con la superficie (Figura 2). Si bien son posibles una amplia gama de espaciamientos de refuerzo, se seleccionó 10,9 cm para acomodar cajas cuadradas de plástico "sándwich" o recipientes de tamaño similar a menudo utilizados para probar la germinación de especies de semillas pequeñas u otros especímenes biológicos (Figura 3). A diferencia de una mesa plana gradiente convencional, el diseño de fuelle tiene capacidad para suelos y otros materiales friables amorfas para temple controladoexperimentos tura. Para eliminar el exceso de agua, un orificio de drenaje apantallado y filtrada se construye en una esquina. Separadores o "pies" en cada esquina se pueden ajustar a la inclinación de la mesa para facilitar el drenaje por gravedad. Un pequeño hueco entre los extremos de cartela y el exterior de la mesa permite que el agua fluya a lo largo de un lado para el desagüe de esquina.
Las temperaturas del suelo se midieron al contenido de humedad del suelo 70-80% después de los baños habían estado circulando a temperatura constante durante 24 horas con las tapas en su lugar (Figura 4). La variación de la temperatura medida después de un periodo de equilibrio de 12 horas en cuatro posiciones diferentes a través de la mesa fue de 0,4 ° C o menos (Figura 4). La variación en las temperaturas de perfiles de suelos medidos a tres profundidades del suelo fue mayor en los extremos. A una temperatura objetivo de 13 ° C, registradores de datos colocados en la superficie de aluminio entre cartelas registran una media de 11,0 ± 0,0 ° C. madereros placed en la superficie del suelo un promedio de 13,5 ± 0,1 ° C. La temperatura media del suelo en general en los tres niveles de la temperatura objetivo de 13 ° C fue de 12,3 ± 0,1 ° C. A una temperatura objetivo de 18 ° C, la temperatura media en todo el perfil del suelo fue de 19,1 ± 0,1 ° C. Variación en la temperatura objetivo de 23 ° C fue mayor que a 18 ° C con un promedio de 23,8 ± 0,2 ° C. En el otro extremo de temperatura, 29 ° C, la temperatura de la superficie de aluminio mesa era 30,8 ± 0,2 ° C mientras que la temperatura de la superficie del suelo fue 25,7 ± 0,4 ° C. La temperatura media del suelo en general a 29 ° C fue de 28,2 ± 0,3 ° C (Figura 4).
especies de semillas pueden ser probados por sus óptimas temperaturas de germinación y crecimiento de plántulas en una mesa thermogradient con cartelas. El tomate y el melón, ambos cultivos de estación cálida considerados, germinaron sobre un rango de 14.1 a 40ºC.2 ° C (Tabla 1, Figura 3). Matrices de LED montados en las tapas de mesa y / o en los lados emiten el espectro fotosintético que permite a las plantas crecer en el suelo a temperaturas experimentales del suelo cuando la mesa está encerrado (Figura 3). Crecimiento de las plántulas de tomate óptima para produjo a 29,6 ° C con un porcentaje de emergencia de 100% y un tiempo medio de aparición de 5,3 días (Tabla 1, Figura 5). La emergencia fue más lento a otras temperaturas. Para el melón, el porcentaje óptimo de aparición fue del 96% y el tiempo medio de aparición fue de 5,1 días tanto a 24,7 ° C (Tabla 1). Tanto la lechuga y la avena se consideran cultivos de estación fría. Semillas germinadas de avena en un rango de 5,1 a 40,2 ° C el más amplio de cualquier semilla probada (Tabla 1, Figura 5). Para la avena, el porcentaje más alto aparición era 100% a 24,7 ° C y la aparición más rápida fue de 3,4 días a 29,6 ° C (Tabla 1, Figura 5). Para lechuga, se observó aparición en un rango de 5,1 a 29,6 ° C. Para la lechuga, el porcentaje más alto aparición era 100% a 24,7 ° C y la aparición más rápida fue de 3,4 días a 29,6 ° C (Tabla 1).
Figura 1: Una tabla thermogradient plana tradicional con las tapas quitadas aislados pero con una tapa de acrílico interior que cubre la mitad de la tabla de la tabla plana pruebas de diseño tradicionales efectos de la temperatura sobre las muestras en recipientes poco profundos.. El control de temperatura del gradiente se pierde rápidamente a distancias por encima de la superficie ya que no hay obstáculo para la mezcla de aire. Los experimentos que se requiere una temperatura constante en la profundidad no es factible el uso de este diseño. Haga clic aquí para ver a larger versión de esta figura.
Figura 2: Diagrama esquemático de una placa de thermogradient con cartelas Cartelas se puntadas soldadas longitudinalmente a través de la tabla perpendicular a la superficie.. Una fuga en una esquina elimina el exceso de agua. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3:. Iluminado mesa thermogradient con fuelles llenos de tierra, césped, y contenedores para experimentos de germinación de semillas El gradiente en esta tabla está configurado de izquierda (extremo caliente) a derecha (extremo frío). Si bien el diseño de refuerzo fue desarrollado para su uso con el suelo, contenedoresse puede colocar entre cartelas para los experimentos con muestras pequeñas. La planta crece luces LED pueden ser montados en las tapas o periferia y emiten fotosintéticamente frecuencias activas y permitir que las plantas se cultivan en el interior del recinto. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4. Las lecturas de temperatura de diferentes posiciones del suelo sobre una mesa thermogradient fuelle. Registradores de temperatura se colocan en el suelo al otro lado de la mesa a la pared izquierda, izquierda (20 cm de la pared de la izquierda), (40 cm de la pared izquierda) derecho y central centro , ya la derecha a medio camino entre la pared cartelas. posicionamiento fondo del registrador de temperatura estaba cerca de la superficie de la mesa de aluminio de 8 cm por debajo de la parte superior del suelo, mientras que la colocación de centro era approximatEly 4 cm por debajo del suelo. registradores de temperatura colocados en la parte superior del suelo fueron descubiertos. Valores por encima de las barras indican las temperaturas medias globales ± error estándar de la media (n = 72). Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5:. Las plántulas de avena y de tomate cultivadas durante 14 días en thermogradient tablas más de un rango de temperatura de 5 a 40 ° C La imagen ilustra cómo la germinación y crecimiento de las plántulas de múltiples especies pueden ser evaluados en el suelo al mismo tiempo en un rango de temperaturas en una solo experimento para simular las condiciones de campo. Top (izquierda y derecha) imágenes muestran la tabla de thermogradient cuando se ve verticalmente. Parte inferior (izquierdo y derecho) imágenes muestran la tabla en la orientación horizontal. alcohol termómetros se colocaron en el suelo para controlar rápidamente las temperaturas durante todo el experimento.
| Temperatura de destino | La temperatura medida | Tomate | Melón | Lechuga | Avena | ||||
| EM † | MTE †† | EM | MTE | EM | MTE | EM | MTE | ||
| DO | DO | % | días | % | días | % | días | % | días |
| 5 | 5.1 | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | 78 | 11.4 | 46 | 12.7 |
| 10 | 8.7 | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | 92 | 7.5 | 58 | 12.5 |
| 15 | 14.1 | 100 | 10.8 | dieciséis | 13.8 | 68 | 5.9 | 96 | 7.2 |
| 20 | 19.8 | 100 | 7.2 | 84 | 7.5 | 66 | 6.5 | 100 | 5.4 |
| 25 | 24.7 | 100 | 6.0 | 96 | 5.1 | 22 | 8.1 | 100 | 3.7 |
| 30 | 29.6 | 100 | 5.3 | 92 | 5.5 | 4 | 12.5 | 98 | 3.4 |
| 35 | 36.1 | 94 | 7.0 | 92 | 4.4 | 0 | 0.0 | 94 | 4.5 |
| 40 | 40.2 | 72 | 7.8 | 88 | 5.1 | 0 | 0.0 | 10 | 8.2 |
| † aparición exitosa (EM) se obtuvo cuando las plántulas tenían al menos un cotiledón abierta. | |||||||||
| †† El tiempo medio de aparición (MTE) se calcula sumando el producto de las semillas de número que surgieron cada día por el número de día y dividiendo por el número total de semillas que surgieron para cada tratamiento. | |||||||||
Tabla 1: Germinación de tomate, melón, lechuga y avena semillas en el suelo a las ocho temperaturas en una tabla Thermogradient. Los números en negrita indican los valores óptimos para cada especie e ilustran la dependencia de la temperatura de las diferentes especies de cultivo. El experimento se llevó a cabo durante 14 días en la mezcla de tierra y los medios de comunicación se regó diariamente o según sea necesario para mantener la tierra húmeda visiblemente. Los datos se basan en 25 semillas de cada especie.
Discusión
tablas Thermogradient se han utilizado durante muchos años para llevar a cabo principalmente experimentos de germinación de semillas en recipientes poco profundos en un rango de temperaturas de forma simultánea. Sin embargo, las temperaturas experimentales se limitan a la superficie de la mesa de modo que la profundidad de control de la temperatura es limitada. protocolos de análisis de semillas llevadas a cabo en las mesas de gradiente tradicionales terminan con emergencia de la radícula en sustrato de papel en placas de Petri u otros recipientes planos y no prueban de manera realista emergencia de las plántulas y el crecimiento como ocurriría de forma natural en el suelo. Hoy en día las empresas de semillas a menudo desean evaluar el vigor de la semilla (la capacidad de germinar en condiciones menos que óptimas) usando condiciones de campo simuladas que los productores es probable encontrar después de la siembra. El análisis del suelo también expone a las semillas de hongos y presiones de las enfermedades bacterianas que no son comunes en las pruebas de germinación de laboratorio estandarizados en medios de cultivo sin suelo. Cuando el suelo se coloca sobre una mesa no gusseted plana, grandes variaciones de 5 ºC o más queNo vuelva poco común entre las posiciones en el perfil del suelo y superficies de las mesas (resultados no publicados).
Una tabla de gradiente unidimensional con cartelas fue desarrollado para mejorar el control de temperatura vertical para que la tierra podría ser utilizado en las pruebas de germinación y otros experimentos en los que un control preciso de la temperatura del suelo es crítica. Los refuerzos se limitan suelo o sustrato de cultivo sintéticos y control de temperatura en profundidad. Los fuelles son de aluminio, el mismo material que el tablero de la mesa, y cuando soldada perpendicular a la superficie que proporcionan control de la temperatura del espacio entre por transferencia de calor por conducción. Los refuerzos pueden estar orientados a lo largo de la mesa o lo ancho a través de la mesa. Ambos diseños funcionan de manera similar, pero la orientación a lo ancho de refuerzo es conveniente porque el espacio entre cartelas puede servir como una única temperatura experimental cuando el gradiente se ajusta correctamente. La orientación horizontal permite a las unidades experimentales (semillas en este ejemplo) para tener una separacióncruzar la mesa en una línea al lado de la otra. espaciamiento de fuelle sólo puede variarse durante la fabricación debido cartelas se sueldan en su lugar de posicionamiento de manera alternativa no puede ser probado una vez terminada la construcción de mesa. Una separación cartela de 10,9 cm fue seleccionada para acomodar recipientes poco profundos a menudo usados para análisis de semillas, además de suelo. Menor separación entre cartela puede proporcionar un mejor control de la temperatura, sino que limitaría los tipos de envases que se pueden utilizar en la mesa.
La temperatura y la humedad de los sustratos de cultivo de la tabla thermogradient deben controlarse continuamente para lograr las condiciones experimentales deseados. Antes de la siembra, los baños de circulación deben establecerse ligeramente por debajo del mínimo deseado y ligeramente por encima de las temperaturas máximas que ajusta hasta que las muestras han alcanzado las temperaturas experimentales deseados. Aproximadamente 24 horas se debe permitir para las muestras de térmica equilibre con la tabla de gradiente. El contenido de humedad de THe los medios de cultivo deben ser suficientes (70-80% de la capacidad de campo) para la germinación de semillas u otros procesos biológicos para continuar. El aislamiento de mesa y tapas duales reducen las fluctuaciones de temperatura y la evaporación del agua cuando está en su lugar.
Los resultados de la Tabla 1 se comparan el crecimiento de plántulas de 4 especies a diferentes temperaturas. El crecimiento de las semillas de melón y tomate comenzó a los 15 ° C y germinó bien a 40 ° C para explicar por qué se caracterizan como cultivos de estación cálida 10. En contraste, lechuga germinadas mejor a bajas temperaturas. Semilla de avena germinaron sobre un rango más amplio de temperaturas que las otras especies (Tabla 1). Si bien los resultados similares se pueden obtener utilizando una serie de cámaras de crecimiento en una serie de experimentos coordinados, el diseño de refuerzo permite que tanto la germinación y crecimiento de las plántulas que deben compararse en un rango de temperaturas del suelo de forma simultánea. Los diferentes suelos de campo o crecimientomedios de comunicación pueden ser sustituidos para simular una amplia gama de condiciones de campo. Microbianos o químicos, tratamientos bajo condiciones de fertilización, el estrés por sequía, y las variaciones en el entorno de la luz se pueden imponer a través de las temperaturas en la mesa de gradiente.
Los pequeños registradores de datos de temperatura registrados en varias posiciones en la tabla. Los datos de temperatura mostraron, las temperaturas relativamente uniformes en el centro de la mesa con una mayor variación, en particular en el extremo caliente. Colocación de los registradores en contacto con la superficie de la mesa y expuesto al aire en la superficie del suelo probable acentúa los extremos. Las temperaturas registradas en la posición central eran probablemente más indicativo de las condiciones del suelo a granel. Por ejemplo, una semilla plantada en el suelo en la mesa de gradiente entre cartelas para simular la siembra campo sólo estaría expuesto a la temperatura del suelo a granel y no el aire o la temperatura de superficie de la mesa. El contenido de humedad y la textura del suelo juega un papel en la determinación de las temperaturas de mesa. Si THe suelo está seco, espacios de aire se resisten a los cambios de temperatura y no llevan a cabo de manera efectiva el calor de los fuelles. suelo húmedo tiene pocos espacios de aire y agua más líquido para llevar a cabo eficazmente el calor a través del perfil del suelo. En este experimento, el suelo se mantuvo a 70 a 80% de su máxima capacidad de retención de agua, pero un mayor contenido de agua puede haber reducido variación de la temperatura del suelo. Sand tiene como menos grandes espacios de los poros que los suelos con alto contenido de materia orgánica y por lo tanto sería de esperar para proporcionar temperaturas más uniformes.
Hubo mayor variación en la temperatura del suelo en el extremo caliente de la tabla en comparación con el extremo frío. Una posible explicación radica en la distribución de la humedad a través de la mesa. La humedad tiende a ser retenido en el extremo frío, mientras que el extremo caliente tiende a secarse debido a mayores pérdidas por evaporación. Dado que el agua ayuda a conducir el calor, es importante que el contenido de humedad de la mesa sea lo más uniforme posible. Webb et al. 9 utilizadas Blotter papel para conducir el agua a través de una mesa de thermogradient por acción capilar, mientras que el periódico funcionó bien como una alternativa menos costosa en la tabla thermogradient fuelle. A pesar de que cartelas fueron revestidas de papel hidrófilo para agregar distribución de la humedad, manteniendo a ambos extremos del fresco caliente de manera uniforme y húmedo es un reto.
La evaporación rápida a altas temperaturas se produce en todos los diseños de tablas de gradiente. La condensación es a menudo un problema cuando los experimentos de contenedores se llevan a cabo en una mesa de gradiente a temperaturas mucho por encima del ambiente debido a que el fondo del recipiente es más caliente que la parte superior haciendo que el agua para recoger en el lado interior de la tapa más fresco. En experimentos de suelo en la tabla de fuelle, el agua evaporada de las capas superiores del suelo en el aire por encima de la tabla de fuelle. Si el suelo está muy húmedo, las pérdidas por evaporación en el extremo caliente de la tabla puede condensarse en la tapa interior de acrílico-refrigerador. Descansando piezas de ajuste hermético de aislamiento de poliestireno acrílico o directaLy en la parte superior de los fuelles minimiza el intercambio de vapor con el espacio aéreo por encima de la mesa de mantener el terreno más uniformemente húmedo y constante de temperatura (datos no mostrados). Cuando la mesa se cubrió con aislamiento de poliestireno, la variación de temperatura fue sólo 1 a 2 ° C a través del perfil del suelo en los extremos de temperatura (datos no mostrados). Sin embargo, el aislamiento de poliestireno evita que las plantas de semillero de los países emergentes y debe ser eliminado después de la h inicial de incubación para el crecimiento de los análisis. Otra solución para evitar el secado rápido de suelos calientes es añadir preferentemente más de agua al extremo caliente para compensar las pérdidas por evaporación. El riego manual es problemático porque las tapas deben ser retirados y los volúmenes de aplicación son menos precisos. emisores Micro-riego pueden ser diseñados en una mesa de gradiente y se pueden ajustar para aplicar preferentemente más de agua al extremo caliente.
Thermogradient tablas tienen la funcionalidad y el potencial de servir como cámaras de cultivo alternativos. when ambos baños se establecen el mismo, la mesa se equilibra a la temperatura experimental único para aplicaciones donde no se requiere un gradiente. fluctuaciones de luz de día y noche y temperatura también se pueden simular por medio de baños de circulación programables y LED de luces de crecimiento. Poblar el interior de las tapas con LED de luces de crecimiento pueden aumentar la intensidad del brillo. El LED crece luces de entrada mínima de calor en el sistema y no interfirió con el degradado debido a las temperaturas del suelo similares se registraron con las luces de encendido y apagado (datos no mostrados). La adición de luces permite crecimiento de la planta y un mayor control del medio ambiente.
Thermogradient tablas se han utilizado principalmente por la industria de las semillas para los estudios de germinación en el pasado, pero muchas otras aplicaciones son posibles. Comportamiento de los insectos ha sido estudiado en una mesa de gradiente para determinar óptimos de temperatura de ciertos comportamientos 11. El hielo puede ser congelado en una superficie de la mesa gradiente de fenómenos de pruebas en temperaturas bajo cero temperatures (datos no mostrados). El intercambio de gases entre el suelo y la atmósfera, incluyendo el desprendimiento de dióxido de carbono, es posible en una mesa de gradiente de fuelle con contenidos variables de agua, las entradas del suelo, y temperaturas. El estudio de los efectos del crecimiento de bacterias y hongos en diferentes tipos de medios de comunicación en un intervalo de temperaturas también es posible con este sistema experimental.
Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Agradecemos a Kent J. Bradford y a sus estudiantes del Centro de Biotecnología de Semillas de UC Davis por registrar los datos de emergencia de plántulas.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Mesa termodegradada | Appalachian Machinge Inc | Mesa termodegradada reforzada hecha a medida (los esquemas se incluyen en el manuscrito). La fabricación y soldadura de aluminio fueron realizadas por Appalachian Machinge Inc. 5304 State Rd 790, Dublin, VA 24084. | |
| Gabinete de tablero de polímero aislado | TASCO LLC | El gabinete de tablero de polímero aislado que contiene la placa de aluminio fue construido por TASCO LLC, 1440 Roanoke Street, Christiansburg, VA 24073 | |
| Blue Hawk Acero Plegable Ajustable Sierracillo | Lowes Mejoras para el Hogar | 162111 | Modelo #: 60142 Caballete de sierra ajustable de acero plegable |
| Baños de agua refrigerados circulantes o unidades comparables | Semillas de Brookfield Engineering | TC-550SD | |
| (200 semillas) | Semillas | seleccionadas de JohnnySemillas de avena, lechuga, tomate, melón de Johnny's Selected Seeds 955 Benton Ave, Winslow, ME 04901 o cualquier otra semilla para pruebas de germinación, | |
| Professional 550 Grow Light | Oasis Solar | Pro550 | |
| ID | United States Plastics Inc. | 60703 | Piezas de 0,6 m de 200 cm de diámetro exterior, 130 mm (1/2") |
| Premezcla de anticongelante/refrigerante Super Tech 50/50 | Walmart | 1012574 | litros de mezcla de agua destilada y anticongelante (etilenglicol) |
| WatchDog Registradores de datos | Spectrum Technologies Inc Modelo | 100 | |
| Parafilm M 4 cm de ancho | Fisher Scientific | S37440 | |
| Contenedor Acrílico 5 1/4"x5"x1 3/8" cajas de plástico | Hoffman Manufacturing Inc | Hoffman Manufacturing Inc. 16541 Green Bridge Road, Jefferson, OR | |
| Tornillo de collar de 1 " | Global Industrial | CS16H | Global Industrial, 11 Harbor Park Drive, Port Washington, NY |
| Abrazadera de manguera de engranaje helicoidal | con collar Global Industrial | WGB513588 | 3/4" - 1-1/2" Diámetro de sujeción Paquete de 10 . |
| Aislamiento de tubería de espuma modelo Everbilt | Home Depot | ORP11812 | Internet # 204760805 Tienda SKU # 1000031792 1 pulgada x 6 pies |
| Alfombra capilar | Farmtek | 106223 | alfombra capilar para invernaderos - 4' x 100' o, alternativamente, hojas de periódico |
| Sunshine Mix #3 | TerraLink | 3236320 | Paca comprimida de 3.8 pies cúbicos, SKU: 3236320, Medio de germinación |
Referencias
- Chatterton, N. J., Kadish, A. R. A temperature gradient germinator. Agron. J. 61 (4), 643-644 (1969).
- Clegg, M. D., Eastin, J. D. A Thermogradient generating sand table. Agron. J. 70 (5), 881-883 (1978).
- Evans, R. A., Young, J. A., Henkel, R., Klomp, G. A low temperature-gradient bar for seed germination studies. Weed Science. 18, 575-576 (1970).
- Grime, J. P., Thompson, K. An apparatus for measurement of the effect of amplitude of temperature fluctuation upon the germination of seeds. Annals of Botany. 40 (4), 795-799 (1976).
- Halldal, P., French, C. S. Algal growth in crossed gradients of light intensity and temperature. Plant Physiol. 33 (4), 249-252 (1958).
- Thompson, K., Whatley, J. C. A thermogradient apparatus for the study of the germination requirements of buried seeds in situ. New Phytologist. 96, 459-471 (1984).
- Bergman, T. L., Incropera, F. P., Lavine, A. S. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. , John Wiley & Sons. (2011).
- McLaughlin, N. B., Bowes, G. R., Thomas, A. G., Dyck, F. B., Lindsay, T. M., Wise, R. F. A new design for a seed germinator with 100 independently temperature controlled cells. Weed Research. 25, 161-173 (1985).
- Webb, D. M., Smith, C. W., Schulz-Schaeffer, J. Amaranth seedling emergence as affected by seeding depth and temperature on a thermogradient plate1. Agron. J. 79 (1), 23-26 (1987).
- Welbaum, G. E. Vegetable Production and Practices. , CAB International. (2015).
- Swoboda, L. E. Environmental influences on subterranean termite foraging behavior and bait acceptance. , Virginia Polytechnic Institute and State University. (2004).
Reimpresiones y permisos
