Name: El uso de alta resolución Termografía Infrarroja (HRIT) para el Estudio de Hielo La nucleación y Hielo Propagación de Plantas (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-05-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: Aprende a visualizar la formación y propagación del hielo en plantas mediante termografía infrarroja de alta resolución. Este método demuestra el papel de los agentes nucleantes externos en la inducción de la congelación del material vegetal.

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Esta investigación fue financiada por el Fondo de Ciencias de Austria (FMF): P23681-B16.

1. Preparación de materiales vegetales <ol><li> Utilice cualquiera de las hojas o plantas enteras de material de la asignatura planta (Hosta spp. O Phaseolus vulgaris). </li></ol> 2. Preparación de las soluciones de agua que contienen hielo nucleación activos (INA) Bacterias <ol><li> Cultura la bacteria INA, Pseudomonas syringae (Strain Cit-7) en placas de Petri a 25 ° C en Pseudomonas Agar F preparada con 10 g / L de 100% de glicerol por la dirección del fabricante. </li><li> Después de culturas han crecido lo suficiente, a 4 ° C hasta que sea necesario, pero mantener a 4 ° C durante dos días previos para asegurar un alto nivel de actividad de nucleación de hielo. </li><li> Raspar las bacterias de una sola placa de la superficie del agar con un plástico, desechable o reutilizable espátula de metal en el momento de uso y lugar en 10-15 ml de agua desionizada en una cubeta desechable de 25 ml. La concentración debe estar en el rango de 1 × 10 7 hasta 1 x 10 9 · </sup&gt; Ml -1. La solución aparecerá nublado. No hay necesidad de confirmar la concentración usando un hemocitómetro o espectrofotómetro, como concentración sólo necesita ser aproximada. </li><li> Vórtex con la cubeta durante un mínimo de 10 seg para distribuir las bacterias. Nota: La concentración específica de la mezcla de INA resultante no es importante y el protocolo descrito proporcionará más de un nivel adecuado de actividad de nucleación de hielo. Esta mezcla de bacterias INA y el agua se utilizará más adelante en los experimentos de nucleación. </li></ol> 3. Configuración de un experimento de congelación <ol><li> Coloque la cámara de infrarrojos de alta resolución (SC-660) dentro de la caja protectora de acrílico para que los proyectos lente a través de la abertura en el frente de la caja y los cables que conectan la cámara a una salida del ordenador portátil o dispositivo de grabación a través de la abertura posterior de la caja . Asegure la tapa de la caja y colocar la caja dentro de la cámara ambiental o congelador en un lugar que lo hará todoflujo del material objeto planta para ser visto. <ol><li> Proporcionar un fondo oscuro en todo el material de la planta por el forro las paredes de la cámara con papel de construcción negro para evitar la interferencia de la energía infrarroja reflejada. </li><li> Coloque la cámara con iluminación LED para minimizar el calentamiento de la fuente de luz cuando se requiere la grabación de imágenes en longitudes de onda visibles. Sólo un mínimo de iluminación, tal como una luz armario funciona con batería u otro dispositivo LED pequeña, se requiere para que las plantas sean visibles por la cámara. <ol><li> Una vez que se toman imágenes visibles de la materia objeto de la planta, apagar la iluminación LED. Distribuya todas las conexiones cableadas externos (conexión FireWire a la computadora, cable de alimentación, etc.) a la cámara a través de un puerto u otra abertura en la cámara. </li></ol></li><li> Rellene cualquier espacio extra en el puerto o abertura con material aislante de espuma para evitar o reducir los gradientes de temperatura dentro de la cámara. Ajuste la temperatura inicial de la cámara en 1 ° C. </li></ol></li><li> Alinear las plantas o partes de plantas de manera que el material de la planta se encuentra en el campo de visión de la cámara y el material vegetal es visible en la pantalla de visualización remota o dentro del software elegido. </li><li> Permitir que las plantas se equilibre a 1 ° C durante 30 min a 1 hr, dependiendo del tamaño del material de planta, antes de iniciar un experimento de congelación controlada. Esto asegura que la temperatura de la planta no se quedará atrás temperatura del aire en muchos grados una vez que se inicia el experimento de congelación. La equilibración se logra cuando la temperatura del material vegetal está dentro de 0,5 ° C de temperatura del aire. <ol><li> Coloque una capa de aislamiento de espuma de poliestireno en la parte superior del suelo de las plantas en macetas si se utilizan las plantas en maceta. Una vez que las plantas hayan equilibrado, iniciar el enfriamiento de la cámara. Nota: La capa de aislamiento sobre la superficie del suelo de la olla reduce la cantidad de pérdida de calor continuación de la olla para el aire que rodea la planta, y evita que las raíces de freezing, ya que esto no sería típicamente ocurrir durante un evento de helada en la naturaleza debido al depósito masivo de calor residual presente en el suelo. </li></ol></li><li> Establezca los parámetros de la cámara que desee (paleta de colores, rango de temperatura, áreas específicas de interés, etc.), como se comenta en 3.4.1-3.4.4. <ol><li> Seleccione la paleta del arco iris para mostrar las variaciones de temperatura mientras se visualiza la imagen en directo. </li><li> Ajuste el intervalo de temperatura de 5 ° C ajustando la barra de temperatura situado justo debajo de la imagen en el software. </li><li> Elija la escala lineal (algoritmo) para convertir los datos infrarrojos en la imagen en color falso como se define en la paleta seleccionada (arco iris) y establecer el rango de temperatura de 5 ° C y para realizar un seguimiento de forma automática basándose en la imagen. Alternativamente, ajuste el rango establecido manualmente mientras que la realización del experimento. <ol><li> Utilice la temperatura de un punto específico o una temperatura promedio dentro del área definida de interés proporcionada por el softwson. Recuperar los datos de temperatura de todos los píxeles de la secuencia de vídeo grabado o de la información incrustada en el archivo de imagen. La figura 3 muestra una captura de pantalla típico desde dentro software ResearchIR. </li></ol></li><li> Colocar un cursor en una ubicación en el tejido de la planta que representa un punto específico de interés. Definir el área de interés como puntos (1 -3 píxeles de tamaño), cajas, líneas, elipses o círculos. Múltiples combinaciones de puntos o formas se pueden situar sobre la imagen. </li></ol></li><li> Grabación de una secuencia de vídeo <ol><li> Ajuste la cámara al grabar a 60 Hz y para la grabación se detenga manualmente. </li><li> Indique la ubicación en el ordenador o disco duro externo donde se colocará el archivo de vídeo grabado. </li><li> Comenzar la grabación. Nota: Grabación en un disco duro externo es muy recomendable ya que se generarán grandes archivos de video. Archivos de vídeo grabados se pueden editar más tarde para contener sólo la parte que contiene la neinformación nece-. Esto reducirá en gran medida el tamaño del archivo. </li><li> Baje la temperatura de la cámara de forma incremental en un 0,5 -1,0 ° C. Espere hasta que la temperatura de la planta se equilibra con la temperatura del aire y luego bajar la temperatura de nuevo por 0,5 a 1,0 ° C. Dependiendo de la masa del tejido de la planta siendo observado y su morfología, de equilibrio puede tomar de 10 a 15 min. Por lo tanto, dando una tasa de enfriamiento de aproximadamente 4 ° C / hr. </li><li> Continúe de esta manera hasta que la planta se congela y observaciones se han completado. Finalice la grabación cuando el proceso de congelación se ha completado. Nota: El tejido de la planta se ha equilibrado con la temperatura del aire cuando el material vegetal y el fondo son del mismo color, ya que son a la misma temperatura. Puesto que la temperatura de fondo y la temperatura del tejido de la planta son los mismos, puede ser difícil de visualizar el material vegetal hasta que de nuevo más baja la temperatura y no hay diferencial de temperatura entre el tejido de la planta y unatemperatura IR. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Taschler, D., Beikircher, B., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frost+resistance+and+ice+nucleation+in+leaves+of+five+woody+timberline+species+measured+in+situ+during+shoot+expansion%5BTitle%5D)+AND+%22Tree+Physiol%22%5BJournal%5D)">Frost resistance and ice nucleation in leaves of five woody timberline species measured in situ during shoot expansion.</a> Tree Physiol. 24, 331-337 (2004).</li>
<li>Neuner, G., Hacker, J. Ice formation and propagation in alpine plants. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNeuner%2C+G+%22Plants+in+alpine+regions%3A+Cell+Physiology+of+adaptation+and+survival+strategies%22">Plants in alpine regions: Cell Physiology of adaptation and survival strategies</a>. Lütz, C. , Springer. 163-174 (2012).</li>
<li>Ladinig, U., Hacker, J., Neuner, G., Wagner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+endangered+is+sexual+reproduction+of+high-mountain+plants+by+summer+frosts%3F+-+Frost+resistance%2C+frequency+of+frost+events+and+risk+assessment%5BTitle%5D)+AND+%22Oecologia%22%5BJournal%5D)">How endangered is sexual reproduction of high-mountain plants by summer frosts? - Frost resistance, frequency of frost events and risk assessment.</a> Oecologia. 171, 743-760 (2013).</li>
<li>Wisniewski, M. E., Gusta, L. V., Fuller, M. P., Karlson, D. Ice nucleation, propagation and deep supercooling: the lost tribes of freezing studies. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWisniewski%2C+ME+%22Plant+Cold+Hardiness%3A+from+the+laboratory+to+the+field%22">Plant Cold Hardiness: from the laboratory to the field</a>. Gusta, L. V., Wisniewski, M. E., Tanino, K. K. , CAB International. 1-11 (2009).</li>
<li>Bokhurst, S., Bjerke, J. W., Davey, M. P., Taulavuori, K., Taulavuori, E., Laine, K., Callaghan, T. V., Phoenix, G. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impacts+of+extreme+winter+warming+events+on+plant+physiology+in+a+sub-Arctic+heath+community%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Plant%22%5BJournal%5D)">Impacts of extreme winter warming events on plant physiology in a sub-Arctic heath community.</a> Physiol. Plant. 140, 128-140 (2010).</li>
<li>Taulavuori, K., Laine, K., Taulavuori, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+studies+on+Vaccinium+myrtillus.and+Vaccinium+vits-idea.in+relation+to+air+pollution+and+global+change+at+northern+high+latitudes%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Env.+Exp.+Bot%22%5BJournal%5D)">Experimental studies on Vaccinium myrtillus.and Vaccinium vits-idea.in relation to air pollution and global change at northern high latitudes: A review.</a> Env. Exp. Bot. 87, 191-196 (2013).</li>
<li>Wisniewski, M., Glenn, D. M., Gusta, L., Fuller, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+infrared+thermography+to+study+freezing+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22HortScience%22%5BJournal%5D)">Using infrared thermography to study freezing in plants.</a> HortScience. 43, 1648-1651 (2008).</li>
<li>Gu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+2007+eastern+US+spring+freeze%3A+increased+cold+damage+in+a+warming+world%5BTitle%5D)+AND+%22BioScience%22%5BJournal%5D)">The 2007 eastern US spring freeze: increased cold damage in a warming world.</a> BioScience. 58, 253-262 (2008).</li>
<li>Augspurger, C. K. Spring warmth and frost: phenology, damage, and refoliation in a temperate deciduous forest. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAugspurger%2C+CK+%22Func.+Ecol%22">Func. Ecol</a>. 23, Spring. 1031-1039 (2007).</li>
<li>Neuner, G., Erler, A., Hacker, J., Ladinig, U., Wagner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frost+resistance+of+reproductive+tissues+in+various+reproductive+stages+of+high+alpine+plant+species%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Plant%22%5BJournal%5D)">Frost resistance of reproductive tissues in various reproductive stages of high alpine plant species.</a> Physiol. Plant. 147, 88-100 (2013).</li>
<li>Skre, O., Taulavuori, K., Taulavuori, E., Nilsne, J., Igeland, B., Laine, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+importance+of+hardening+and+winter+temperature+for+growth+in+mountain+birch+populations%5BTitle%5D)+AND+%22Env.+Exp.+Bot%22%5BJournal%5D)">The importance of hardening and winter temperature for growth in mountain birch populations.</a> Env. Exp. Bot. 62, 254-266 (2008).</li>
<li>Hänninen, H., Tanino, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tree+seasonality+in+a+warming+climate%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Plant+Science%22%5BJournal%5D)">Tree seasonality in a warming climate.</a> Trends in Plant Science. 16, 412-416 (2011).</li>
<li>Katz, R. W., Brown, B. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extreme+events+in+a+changing+climate%3A+variability+is+more+important+than+averages%5BTitle%5D)+AND+%22Climate+Change%22%5BJournal%5D)">Extreme events in a changing climate: variability is more important than averages.</a> Climate Change. 21, 289-302 (1992).</li>
<li>Wisniewski, M., Gusta, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+plant+cold+hardiness%3A+an+opinion%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Plant%22%5BJournal%5D)">Understanding plant cold hardiness: an opinion.</a> Physiol. Plant. 147, 4-14 (2013).</li>
<li>Wisniewski, M., Gusta, L., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+mechanisms+of+freeze+avoidance+in+plants.+A+brief+update%5BTitle%5D)+AND+%22Env.+Exp.+Bot%22%5BJournal%5D)">Adaptive mechanisms of freeze avoidance in plants. A brief update.</a> Env. Exp. Bot. 99, 133-140 (2014).</li>
<li>Burke, M. J., Gusta, L. V., Quamme, H. A., Weiser, C. J., Li, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Freezing+and+injury+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">Freezing and injury in plants.</a> Annu. Rev. Plant Physiol. 27, 507-528 (1976).</li>
<li>Ishikawa, M., Price, W. S., Ide, H., Arata, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+freezing+behaviors+in+leaf+and+flower+buds+of+full-moon+maple+by+nuclear+magnetic+resonance+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">Visualization of freezing behaviors in leaf and flower buds of full-moon maple by nuclear magnetic resonance microscopy.</a> Plant Physiol. 115 (4), 1515-1524 (1997).</li>
<li>Ishikawa, M., Sakai, A. Characteristics of freezing avoidance in comparison with freezing tolerance: a demonstration of extra-organ freezing. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aIshikawa%2C+M+%22Plant+cold+hardiness+and+freezing+stress%22">Plant cold hardiness and freezing stress</a>. Li, P. H., Sakai, A. , Academic Press. 325-340 (1982).</li>
<li>Buchner, O., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Freezing+cytorrhysis+and+critical+temperature+thresholds+for+photosystem+II+in+the+peat+moss+Sphagnum+capillifolium%5BTitle%5D)+AND+%22Protoplasma%22%5BJournal%5D)">Freezing cytorrhysis and critical temperature thresholds for photosystem II in the peat moss Sphagnum capillifolium.</a> Protoplasma. 243 (1), 63-71 (2010).</li>
<li>Pearce, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extracellular+ice+and+cell+shape+in+frost-stressed+cereal+leaves%3A+A+low+temperature+scanning+electron+microscopy+study%5BTitle%5D)+AND+%22Planta%22%5BJournal%5D)">Extracellular ice and cell shape in frost-stressed cereal leaves: A low temperature scanning electron microscopy study.</a> Planta. 175, 313-324 (1988).</li>
<li>Ashworth, E. N., Anderson, J. A., Davis, G. A., Lightner, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ice+formation+in+Prunus+persica.+under+field+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Soc.+Hort.+Sci%22%5BJournal%5D)">Ice formation in Prunus persica. under field conditions.</a> J. Am. Soc. Hort. Sci. 110 (3), 322-324 (1985).</li>
<li>Ashworth, E. N., Davis, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ice+formation+in+woody+plants+under+field+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22HortSci%22%5BJournal%5D)">Ice formation in woody plants under field conditions.</a> HortSci. 21, 1233-1234 (1986).</li>
<li>Pramsohler, M., Hacker, J., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Freezing+pattern+and+frost+killing+temperature+of+apple+%28Malus+domestica.%29+wood+under+controlled+conditions+and+in+nature%5BTitle%5D)+AND+%22Tree+Physiol%22%5BJournal%5D)">Freezing pattern and frost killing temperature of apple (Malus domestica.) wood under controlled conditions and in nature.</a> Tree Physiol. 32 (7), 819-828 (2012).</li>
<li>Wisniewski, M., Lindow, S. E., Ashworth, E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observations+of+ice+nucleation+and+propagation+in+plants+using+infrared+video+thermography%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">Observations of ice nucleation and propagation in plants using infrared video thermography.</a> Plant Physiol. 113 (2), 327-334 (1997).</li>
<li>Lutze, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elevated+atmospheric+%5BCO2%5D+promotes+frost+damage+in+evergreen+tree+seedlings%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell+Environ%22%5BJournal%5D)">Elevated atmospheric [CO2] promotes frost damage in evergreen tree seedlings.</a> Plant Cell Environ. (6), 631-635 (1998).</li>
<li>Ball, M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Space+and+time+dependence+of+temperature+and+freezing+in+evergreen+leaves%29%5BTitle%5D)+AND+%22Func.+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">Space and time dependence of temperature and freezing in evergreen leaves).</a> Func. Plant Biol. 29 (11), 1259-1272 (2002).</li>
<li>Sekozawa, Y., Sugaya, S., Gemma, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observations+of+ice+nucleation+and+propagation+in+flowers+of+Japanese+Pear+%28Pyrus+Pyrifolia%29%5BTitle%5D)+AND+%22Nakai%29+using+infrared+video%22%5BJournal%5D)">Observations of ice nucleation and propagation in flowers of Japanese Pear (Pyrus Pyrifolia).</a> Nakai) using infrared video. 73 (1), 1-6 (2004).</li>
<li>Hacker, J., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ice+propagation+in+plants+visualized+at+the+tissue+level+by+IDTA+%28infrared+differential+thermal+analysis%29%5BTitle%5D)+AND+%22Tree+Physiol%22%5BJournal%5D)">Ice propagation in plants visualized at the tissue level by IDTA (infrared differential thermal analysis).</a> Tree Physiol. 27, 1661-1670 (2007).</li>
<li>Hacker, J., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ice+propagation+in+dehardened+alpine+plant+species+studied+by+infrared+differential+thermal+analysis+%28IDTA%29%5BTitle%5D)+AND+%22Arc.+Antarc.+Alp.+Res%22%5BJournal%5D)">Ice propagation in dehardened alpine plant species studied by infrared differential thermal analysis (IDTA).</a> Arc. Antarc. Alp. Res. 40 (4), 660-670 (2008).</li>
<li>Hacker, J., Spindelböck, J., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesophyll+freezing+and+effects+of+freeze+dehydration+visualized+by+simultaneous+measurement+of+IDTA+and+differential+imaging+chlorophyll+fluorescence%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell+Environ%22%5BJournal%5D)">Mesophyll freezing and effects of freeze dehydration visualized by simultaneous measurement of IDTA and differential imaging chlorophyll fluorescence.</a> Plant Cell Environ. 31, 1725-1733 (2008).</li>
<li>Neuner, G., XU, B., Hacker, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Velocity+and+pattern+of+ice+propagation+and+deep+supercooling+in+woody+stems+of+Castanea+sativa.%2C+Morus+nigra.+and+Quercus+robur.+measured+by+IDTA%5BTitle%5D)+AND+%22Tree+Physiol%22%5BJournal%5D)">Velocity and pattern of ice propagation and deep supercooling in woody stems of Castanea sativa., Morus nigra. and Quercus robur. measured by IDTA.</a> Tree Physiol. 30, 1037-1045 (2010).</li>
<li>Hacker, J., Ladinig, U., Wagner, J., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inflorescences+of+alpine+cushion+plants+freeze+autonomously+and+may+survive+subzero+temperatures+by+supercooling%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Inflorescences of alpine cushion plants freeze autonomously and may survive subzero temperatures by supercooling.</a> Plant Sci. 180, 149-156 (2011).</li>
<li>Kuprian, E., Briceno, V., Wagner, J., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ice+barriers+promote+supercooling+and+prevent+frost+injury+in+reproductive+buds%2C+flowers+and+fruits+of+alpine+dwarf+shrubs+throughout+the+summer%5BTitle%5D)+AND+%22Env.+Exp.+Bot%22%5BJournal%5D)">Ice barriers promote supercooling and prevent frost injury in reproductive buds, flowers and fruits of alpine dwarf shrubs throughout the summer.</a> Env. Exp. Bot. 106, 4-12 (2014).</li>
<li>Wisniewski, M., Glenn, D. M., Fuller, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+a+hydrophobic+particle+film+as+a+barrier+to+extrinsic+ice+nucleation+in+tomato+plants%5BTitle%5D)+AND+%22HortScience%22%5BJournal%5D)">Use of a hydrophobic particle film as a barrier to extrinsic ice nucleation in tomato plants.</a> HortScience. 127, 358-364 (2002).</li>
<li>Aryal, B., &Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leaf+wettability+decreases+along+an+extreme+altitudinal+gradient%5BTitle%5D)+AND+%22Oecologia%22%5BJournal%5D)">Leaf wettability decreases along an extreme altitudinal gradient.</a> Oecologia. 162, 1-9 (2010).</li>
<li>Wisniewski, M., Fuller, M. P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWisniewski%2C+M+%22Ice+nucleation+and+deep+supercooling+in+plants%3A+new+insights+using+infrared+thermography.+In%3A+Cold+adapted+organisms.+Ecology%2C+physiology%2C+enzymologyandmolecularbiology%22">Ice nucleation and deep supercooling in plants: new insights using infrared thermography. In: Cold adapted organisms. Ecology, physiology, enzymologyandmolecularbiology</a>. Margesin, R., Schinner, F. , Springer. 105-118 (1999).</li>
<li>Franks, F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFranks%2C+F+%22Biophysics+and+biochemistry+at+low+temperatures%22">Biophysics and biochemistry at low temperatures</a>. , Cambridge University Press. (1985).</li>
<li>Neuner, G., Kuprian, E. Infrared thermal analysis of plant freezing processes. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNeuner%2C+G+%22Methods+in+Molecular+Biology%3A+Plant+Cold+Acclimation%22">Methods in Molecular Biology: Plant Cold Acclimation</a>. Hincha, D., Zuther, E. , Springer. 91-98 (2014).</li>
</ol>

Los autores no tienen intereses financieros en competencia o conflictos de intereses.

El agua tiene la capacidad de superenfriar a temperaturas muy por debajo de 0 ° C y la temperatura a la que el agua se congele puede ser bastante variable. 36 El límite de temperatura para el subenfriamiento del agua pura es de aproximadamente -40 ° C y se define como el punto de nucleación homogénea. Cuando el agua se congela a temperaturas más cálidas a -40 ° C, se produce por la presencia de nucleantes heterogéneos que permiten a los pequeños embriones de hielo para formar y que constituirán un catalizador...

Congelación temperaturas que se producen cuando las plantas están creciendo activamente puede ser letal, particularmente si la planta tiene tolerancia a la congelación poco o no. Tales heladas suelen tener efectos devastadores en la producción agrícola y también pueden desempeñar un papel importante en la conformación de la estructura de la comunidad en las poblaciones naturales de las plantas, sobre todo en los Alpes, los ecosistemas sub-árticas y árticas 1-6. Los episodios de fuertes heladas de primavera han tenido un gran impacto en la producción de fruta en los EE.UU. y América del Sur en los últimos años 7-9 y se han agravado por la aparición temprana de clima cálido, seguido por las bajas temperaturas más típicas medias. El clima cálido temprana induce brotes de romper, activando el crecimiento de nuevos brotes, hojas y flores de todos los cuales tienen muy poca o ninguna tolerancia a las heladas 1,3,10-12. Tales patrones climáticos erráticos se han notificado a ser un reflejo directo del cambio climático en curso y se espera que sea un patrón de tiempo común para los foresfuturo eeable 13. Los esfuerzos para proporcionar técnicas de gestión económicos, eficaces y respetuosas del medio ambiente o agroquímicos que pueden proporcionar una mayor tolerancia a las heladas han tenido un éxito limitado por una serie de razones, pero esto puede ser parcialmente atribuido a la naturaleza compleja de la tolerancia a la congelación y congelación mecanismos de evasión en las plantas. 14 Los mecanismos adaptativos asociados con la supervivencia heladas en las plantas se han dividido tradicionalmente en dos categorías, tolerancia a la congelación y la congelación de evitación. La primera categoría se asocia con mecanismos bioquímicos regulados por un conjunto específico de genes que permiten a las plantas para tolerar las tensiones asociadas con la presencia y el efecto deshidratante de hielo en sus tejidos. Si bien esta última categoría es normalmente, pero no exclusivamente, asociado con aspectos estructurales de una planta que determinan si, cuándo, y dónde se forma hielo en una planta 14. A pesar de la prevalencia de la evitación de la congelación como un anunciomecanismo aptive, poca investigación se ha dedicado en los últimos tiempos a la comprensión de los mecanismos y regulación de evitar la congelación subyacentes. Se remite al lector a una revisión reciente 15 para mayores detalles sobre este tema. Mientras que la formación de hielo a temperaturas bajas puede parecer un proceso simple, muchos factores contribuyen a la determinación de la temperatura a la que el hielo se nuclea en los tejidos vegetales y cómo se propaga dentro de la planta. Parámetros como la presencia de extrínseca e intrínseca nucleadores de hielo, frente a eventos de nucleación homogénea heterogéneos, térmica-histéresis (anticongelante) proteínas, la presencia de azúcares específicos y otros osmolitos, y una serie de aspectos estructurales de la planta todos pueden jugar un importante papel en el proceso de congelación en las plantas. Colectivamente, estos parámetros influyen en la temperatura a la que una planta se congela, donde se inicia hielo y cómo crece. También pueden afectar a la morfología de los cristales de hielo resultantes.Varios métodos han sido utilizados para estudiar el proceso de congelación en las plantas bajo condiciones de laboratorio, incluyendo espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) 16, imágenes de resonancia magnética (MRI) 17, crio-microscopía 18-19, y microscopía electrónica de barrido de baja temperatura (LTSEM ). 20 Congelación de plantas enteras en la configuración de laboratorio y de campo, sin embargo, ha sido principalmente controlarse con termopares. El uso de termopares para estudiar la congelación se basa en la liberación de calor (entalpía de fusión) cuando el agua se somete a una transición de fase de líquido a un sólido. La congelación se registra entonces como un evento exotérmico. 21-23 A pesar de que los termopares son el método típico de elección en el estudio de la congelación en plantas, su uso tiene muchas limitaciones que limitan la cantidad de información obtenida durante un suceso de congelación. Por ejemplo, con termopares es difícil casi imposible determinar donde se inicia de hielo en las plantas, la forma en que se propaga,si se propaga a una velocidad constante, y si algunos tejidos permanecen libres de hielo. Los avances en la termografía infrarroja de alta resolución (HRIT) 24-27, sin embargo, han aumentado de manera significativa la capacidad de obtener información sobre el proceso de congelación en plantas enteras, especialmente cuando se utiliza en un modo de imagen diferencial. 28-33 En el presente informe, describen el uso de esta tecnología para estudiar diversos aspectos del proceso de congelación y diversos parámetros que afectan a dónde y en qué hielo y la temperatura se inicia en las plantas. Un protocolo será presentado que demostrar la capacidad de la bacteria de hielo-nucleación-activo (INA), Pseudomonas syringae (Cit-7) para actuar como un nucleador extrínseca iniciar la congelación en una planta herbácea a una alta temperatura, a temperaturas bajo cero. De alta resolución de la cámara de infrarrojos El protocolo y ejemplos documentados en este informe utilizan una alta resolución de infrarrojosradiómetro de vídeo. El radiómetro (Figura 1) suministra una combinación de imágenes espectro de infrarrojos y visibles y datos de temperatura. La respuesta espectral de la cámara está en el rango de 7,5 a 13,5 micras y proporciona una resolución de 640 x 480 pixel. Imágenes espectro visible generados por la cámara puede ser fusionado con IR-imágenes en tiempo real, lo que facilita la interpretación de imágenes térmicas, complejos incorporado. Una gama de lentes para la cámara se puede utilizar para hacer primeros planos y observaciones microscópicas. La cámara se puede utilizar en un modo autónomo, o interconectado y controlado con un ordenador portátil usando software propietario. El software se puede utilizar para obtener una variedad de datos térmicos embebidos en los vídeos grabados. Es importante observar que una amplia variedad de radiómetros infrarrojos están disponibles comercialmente. Por lo tanto, es esencial que el investigador discutir su aplicación prevista con un ingeniero de producto bien informado y que el investigador probar la capacidad de cualquier específic radiómetro para proporcionar la información necesaria. El radiómetro de imágenes utilizado en el protocolo descrito se coloca en una caja de acrílico (Figura 2) con aislamiento de espuma de poliestireno i on el fin de disuadir a la exposición a la condensación durante los protocolos de calentamiento y enfriamiento. Esta protección no es necesaria para todas las cámaras o aplicaciones.

<table><tbody><tr><td>Cámara infrarroja</td><td>FLIR</td><td>SC-660</td><td>Muchos modelos disponibles según la aplicación</td></tr><tr><td>Software analítico infrarrojo</td><td>FLIR</td><td>ResearchIR 4.10.2.5</td><td>$3,500</td></tr><tr><td>Pseudomonas syringae (cepa Cit-7)</td><td></td><td></td><td><a href="mailto:icelab@berkeley.edu">Amablemente proporcionado por el Dr. Steven Lindow, Universidad de California&nbsp; Berkeley icelab@berkeley.edu</a></td></tr><tr><td>Pseudomonas Agar F</td><td>Fisher Scientific</td><td>DF0448-17-1</td><td></td></tr></tbody></table>

el uso de alta resolución termografía infrarroja (hrit) para el estudio de hielo la nucleación y hielo propagación de plantas

The Use of High-resolution Infrared Thermography (HRIT) for the Study of Ice Nucleation and Ice Propagation in Plants

Los eventos de congelación que ocurren cuando las plantas están creciendo activamente pueden ser un evento letal, especialmente si la planta no tiene tolerancia a la congelación. Tales eventos de heladas a menudo tienen efectos devastadores en la producción agrícola y también pueden desempeñar un papel importante en la configuración de la estructura de la comunidad en las poblaciones naturales de plantas, especialmente en los ecosistemas alpinos, subárticos y árticos. Por lo tanto, una mejor comprensión del proceso de congelación en las plantas puede desempeñar un papel importante en el desarrollo de métodos de protección contra heladas y en la comprensión de los mecanismos para evitar la congelación. En este trabajo se describe un protocolo para visualizar el proceso de congelación en plantas mediante termografía infrarroja de alta resolución (HRIT). El uso de esta tecnología permite determinar los sitios primarios de formación de hielo en las plantas, cómo se propaga el hielo y la presencia de barreras de hielo. Además, permite examinar el papel de los nucleadores extrínsecos e intrínsecos en la determinación de la temperatura a la que se congelan las plantas y evaluar la capacidad de varios compuestos para afectar el proceso de congelación o aumentar la tolerancia a la congelación. El uso de HRIT permite visualizar las muchas adaptaciones que han evolucionado en las plantas, que impactan directa o indirectamente en el proceso de congelación y, en última instancia, permiten que las plantas sobrevivan a los eventos de heladas.

Actividad Hielo-nucleación del hielo + bacteria, Pseudomonas syringae (cepa Cit-7) Una gota 10 l de agua y 10 l de agua que contienen P. syringae (Cit-7) se colocaron en la superficie abaxial de una hoja de Hosta (Hosta spp.) (Figura 4). Como se ilustra, la gota de agua que contiene las bacterias INA congeló primero y fue responsable de la inducción de la hoja para congelar, mientras que la gota de agua sobre la superficie de la hoja se mantuvo sin...

Aquí presentamos un protocolo que permite visualizar los sitios de formación de hielo y las vías de propagación del hielo en las plantas utilizando termografía infrarroja de alta resolución (HRIT).

El uso de alta resolución Termografía Infrarroja (HRIT) para el Estudio de Hielo La nucleación y Hielo Propagación de Plantas

Freezing events that occur when plants are actively growing can be a lethal event, particularly if the plant has no freezing tolerance. Such frost events ...

El objetivo general del siguiente experimento consiste en demostrar el papel de los agentes nucleantes externos en la inducción de la congelación de material vegetal y en visualizar el proceso mediante termografía infrarroja. Esto se logra aplicando una gota de agua y una gota de bacterias activas en la nucleación del hielo, o bacterias INA, sobre la superficie de una hoja de la planta que se está estudiando. Como segundo paso, la planta se coloca en temperaturas bajo cero y se posiciona de forma que pueda visualizarse con una cámara infrarroja de alta resolución.Luego se establecen los parámetros de la cámara, lo que permitirá al investigador observar la iniciación y propagación del hielo. A continuación, la temperatura de la cámara se reduce lentamente hasta alcanzar temperaturas bajo cero para inducir la congelación de las bacterias INA de la superficie, lo que a su vez inducirá la congelación de la planta. Los resultados muestran el efecto de agentes nucleantes de hielo extrínsecos para inducir la congelación de las plantas en lugar de enfriamiento por debajo del punto de congelación sin formación de hielo, basándose en la capacidad de la termografía infrarroja para determinar

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Este documento describe la identificación de proteínas de unión de hielo a partir de plantas tolerantes a la congelación a través de la evaluación de la actividad de inhibición de hielo-recristalización y posterior aislamiento de IBP nativas utilizando purificación hielo-afinidad.

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