Name: PARbars: económico, fácil de construir Ceftómetros para la medición continua de la luz de la interceptación en plantas Canopies (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-09T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 32 s
Description: Aprende a construir ceptómetros económicos para medir la interceptación de luz en dosel de plantas. Este método permite estudios ecológicos extensos con calibración precisa y despliegue prolongado en campo.

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Los autores le agradecen al Dr. Richard Richards y al Dr. Shek Hossain en CSIRO, agricultura, y alimentos para el acceso y la gestión de las parcelas de campo utilizadas para esta investigación. Esta investigación fue apoyada por la Asociación Internacional del rendimiento del trigo, a través de una subvención proporcionada por la Corporación de investigación y desarrollo de granos (US00082). El TNB fue apoyado por el Consejo australiano de investigación (DP150103863 y LP130100183) y la Fundación Nacional de Ciencias (Premio #1557906). Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de alimentación y agricultura del USDA, proyectos de Hatch 1016439 y 1001480.

1. construya y calibre los PARbars
<ol><li>Reúna todas las piezas y herramientas necesarias para el ensamblaje en un espacio de trabajo limpio.</li>
	<li>Taladre un orificio de 4 mm de diámetro a 20 mm de cada extremo de una barra de difusor de acrílico blanco (1.200 mm de longitud x 30 mm de ancho x 4,5 mm de espesor). Taladre y golpee los orificios roscados a 20 mm de cada extremo de una sección de U-bar de aluminio para asegurar el difusor. Taladrar y tocar agujeros roscados para adaptarse al hardware de montaje (p. ej., una placa de montaje de trípode).</li>
	<li>Obtenga una longitud de 1,25 m de alambre de cobre desnudo (1,25 mm de diámetro). Si el alambre se produjo en un rollo, luego enderezarlo asegurando un extremo en un vicio o abrazadera y el otro extremo en las empuñaduras de un taladro de mano, y luego encender el taladro a una velocidad baja (100-200 rpm). Repita con una segunda longitud de 1,25 m de alambre de cobre desnudo.</li>
	<li>Marque las ubicaciones previstas de los fotodiodos a lo largo del borde del difusor utilizando un marcador permanente de punta fina, comenzando con la primera posición del fotodiodo a 13,5 cm de un extremo del difusor y las otras posiciones situadas cada 2 cm entre el primer diodo y el extremo lejano del difusor.<ol>
<li>Marque la posición del primer alambre de cobre en el difusor centrando un fotodiodo en la barra difusora con sus lengüetas de conexión eléctrica apuntando hacia los lados de la barra, colocando el alambre debajo de una de las lengüetas, y marcando la ubicación del alambre.</li>
		<li>Repita el paso anterior para marcar la posición del cable en el centro y en el extremo opuesto de la barra.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Utilice pegamento de cianoacrilato para pegar el primer alambre de cobre enderezado al difusor, utilizando los lugares marcados en el paso anterior para alinear el alambre.<ol>
<li>Utilizar pegamento de cianoacrilato para pegar 50 fotodiodos boca abajo a lo largo del difusor a intervalos de 20 mm (como se marca en el paso anterior), asegurando que están en el centro del difusor y que todos están dispuestos en la misma orientación de tal manera que la lengüeta grande se encuentra en el Co alambre, y la pequeña lengüeta se encuentra enfrente.</li>
		<li>Coloque el segundo alambre de cobre de tal que se sienta debajo de cada una de las lengüetas más pequeñas de los fotodiodos, y luego pegue el alambre al difusor con pegamento de cianoacrilato.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Humedecer las dos lengüetas de un fotodiodo, así como los alambres adyacentes y subyacentes, con el fundente usando una pluma de flujo de soldadura. Suelda cada pestaña del diodo a los alambres de cobre subyacentes usando un soldador de punta fina a una temperatura de aproximadamente 350-400 oC. Pruebe las conexiones de soldadura iluminando una luz en el fotodiodo y comprobando una señal de voltaje a través de los alambres utilizando un multímetro. Repita este paso para todos los fotodiodos 50. Nota: el paso 1,7 es opcional (si la resistencia no está soldada en el PARbar, en su lugar se puede conectar más tarde en paralelo con las entradas de señal PARbar en el Datalogger).</li>
	<li>Soldar una resistencia de precisión de coeficiente de baja temperatura de 1,5 Ω en paralelo a través de los alambres de cobre.</li>
	<li>Suelda el extremo masculino de un conector de CC impermeable a los extremos de los alambres de cobre (los mismos extremos a los que se soldó la resistencia, si siguió el paso opcional 1,7) y luego selle las conexiones usando tubos termoencogible forrados con pegamento.</li>
	<li>Crear una barrera de silicona continua alrededor de la circueidad en el difusor para formar un pozo de fluido, aplicando una perla de sellador de silicona a la superficie del difusor, cerca del borde. Inspeccione el cordón estrechamente para asegurarse de que no queden huecos de aire entre la silicona y la barra difusora, ya que las brechas permitirán que se filtre epoxi. Una vez que el sellador se haya curado, llene el pozo con resina epoxi.</li>
	<li>Cuando la resina epoxi se haya endurecido (durante la noche), retire el sellador de silicona con una cuchilla de afeitar. Atornille el difusor al U-bar de aluminio pre-roscado con pernos M4.</li>
	<li>Utilice cinta adhesiva para sujetar el difusor al aluminio a lo largo de toda su longitud, y luego llene el vacío dentro del ceftómetro con relleno de espuma de poliuretano. Una vez que el relleno de espuma se haya fijado (durante la noche), quite la cinta adhesiva.</li>
	<li>Suelda el extremo hembra del conector de CC a una longitud de cable de dos conductores y selle las conexiones con el termorretráctil con forro de pegamento.</li>
	<li>Para calibrar el PARbar contra un sensor cuántico,<ol>
<li>Conecte ambos sensores a un datalogger o voltímetro capaz de medir una salida de tensión diferencial (conecte una resistencia de precisión de bajo coeficiente de temperatura de 1,5 Ω en paralelo con el PARbar si una resistencia no se integró en el diseño en el paso 1,7),</li>
		<li>Ponerlos fuera a pleno sol en un plano de nivel (nivel con un nivel de espíritu o burbuja de espíritu), registrar las salidas de ambos sensores a través de un período durante el cual la radiación solar varía ampliamente, como un ciclo diurno completo, y determinar el factor de calibración para el PARbar como la pendiente de una regresión lineal de PAR reportada desde el sensor cuántico (como la variable dependiente) frente a la salida de voltaje crudo (como la variable independiente).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. instalar en el campo
<ol><li>Para inferir un índice de área vegetal efectivo (PAIEFF), instale un parbar por encima del dosel (asegurando que no esté sombreado por ningún elemento absorbente de luz dentro del dosel) y otro debajo de todos los elementos absorbentes de luz cuya absorbancias desea medir ( típicamente, por debajo de las hojas más bajas), con ambas PARbars alineadas en un ángulo de 45 ° para plantar filas. Asegúrese de que el PARbar superior esté posicionado para no sombrear el PARbar inferior. Nivele los PARbars usando un nivel de burbuja o nivel de burbujas.</li>
	<li>Conecte los PARbars a un datalogger o voltímetro utilizando cables hechos en el paso 1,11. Si una resistencia de precisión de bajo coeficiente de temperatura de 1,5 Ω no se integró en el circuito de PARbar durante la construcción (paso 1,7), entonces Conecte dicha resistencia en paralelo con cada PARbar en esta etapa.</li>
	<li>Convierta la salida de tensión diferencial a PAR utilizando el factor de calibración determinado para cada PARbar en el paso 1,13.</li>
</ol>3. calcular el índice efectivo del área de la planta (PAIEFF)
<ol><li>Calcule PAIEFF para cada par de mediciones de par por encima y por debajo de la capota utilizando las siguientes ecuaciones6: (1) <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59447/59447eq1.jpg"> , donde a = 0,283 + 0,0785a – 0,159a 2 (en el que a es absorptancia de la hoja), τ es la relación de abajo-a la altura del dosel, y K y fb se modelan por la ecuación 24 y Ecuación 39, respectivamente: (2) <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59447/59447eq2.jpg"> , donde χ es un parámetro sin dimensiones que describe la distribución del ángulo de la hoja, θ es el ángulo cenital solar y (3) <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59447/59447eq3.jpg"> , donde r está por encima de la marquesina (pararriba) como una fracción de su valor máximo posible (pararriba, máx = 2550 ∙ cosθ); es decir, r = pararriba/pararriba, Max. Consulte la bibliografía sobre los valores de a y c apropiados para su especie de estudio (asumimos a = 0,9 y c = 0,9610 para los toldos de trigo utilizados para las mediciones de ensayo presentadas aquí). Nota: se proporciona un script de R de ejemplo como un archivo complementario para ayudar a los usuarios a desarrollar código para el procesamiento automatizado de grandes conjuntos de datos.</li>
</ol>

<ol><li>Armbrust, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+measurement+of+crop+canopy+cover%5BTitle%5D)+AND+%22Agronomy+Journal%22%5BJournal%5D)">Rapid measurement of crop canopy cover.</a> Agronomy Journal. 82 (6), 1170-1171 (1990).</li>
<li>Breda, N. J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ground-based+measurements+of+leaf+area+index%3A+a+review+of+methods%2C+instruments+and+current+controversies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Botany%22%5BJournal%5D)">Ground-based measurements of leaf area index: a review of methods, instruments and current controversies.</a> Journal of Experimental Botany. 54 (392), 2403-2417 (2003).</li>
<li>Francone, C., Pagani, V., Foi, M., Cappelli, G., Confalonieri, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+leaf+area+index+estimates+by+ceptometer+and+PocketLAI+smart+app+in+canopies+with+different+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Field+Crops+Research%22%5BJournal%5D)">Comparison of leaf area index estimates by ceptometer and PocketLAI smart app in canopies with different structures.</a> Field Crops Research. 155, 38-41 (2014).</li>
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<li>Cohen, S., Rao, R. S., Cohen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Canopy+transmittance+inversion+using+a+line+quantum+probe+for+a+row+crop%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">Canopy transmittance inversion using a line quantum probe for a row crop.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 86 (3-4), 225-234 (1997).</li>
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<li>Salter, W. T., Gilbert, M. E., Buckley, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-dependent+bias+in+instantaneous+ceptometry+caused+by+row+orientation%5BTitle%5D)+AND+%22The+Plant+Phenome+Journal%22%5BJournal%5D)">Time-dependent bias in instantaneous ceptometry caused by row orientation.</a> The Plant Phenome Journal. , (2018).</li>
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<li>Yang, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unmanned+aerial+vehicle+remote+sensing+for+field-based+crop+phenotyping%3A+current+status+and+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Plant+Science%22%5BJournal%5D)">Unmanned aerial vehicle remote sensing for field-based crop phenotyping: current status and perspectives.</a> Frontiers in Plant Science. 8, 26(2017).</li>
</ol>

Los autores confirman que no tienen conflictos de intereses y nada que revelar.

La implementación exitosa del protocolo delineado aquí para la construcción de ceftómetros (PARbars) depende con mayor sensibilidad en dos pasos: 1,5 (fotodiodos de pegado en su lugar) y 1,6 (fotodiodos de soldadura al alambre de cobre). El paso 1,5 es propenso a errores al alinear los fotodiodos de forma incorrecta con respecto a su polaridad intrínseca. Para los fotodiodos que hemos utilizado, y que recomendamos como elementos específicos esenciales, la polaridad se identifica en virtud de las dos lengüetas del conector eléctrico en el diodo que tiene tamaños claramente diferentes. Por lo tanto, antes de aplicar el pegamento de cianoacrilato y soldar los fotodiodos en su lugar, se recomienda encarecidamente que compruebe que todos los diodos se colocan con las grandes lengüetas del conector orientados en una dirección y las pequeñas pestañas orientadas en la otra dirección. El paso 1,6 es propenso a fallar debido a la mala técnica de soldadura y la formación de una unión soldada en frío. Esto se puede evitar aplicando un flujo de soldadura delgado usando un lápiz fundente inmediatamente antes de soldar y asegurando que tanto el alambre como la lengüeta del fotodiodo se calienten con la punta de soldadura (aproximadamente 350-400 oC) antes de que la soldadura se aplique a la Ensambladura. Los problemas con las conexiones eléctricas en un PARbar se manifiestan típicamente en forma de una pendiente de calibración distintivamente diferente de los de otros PARbars. Estos problemas pueden ser capturados temprano probando cada conexión eléctrica durante la construcción (como se describe en el paso 1,6), y de nuevo después de todas las conexiones han sido soldadas, pero antes de que hayan sido encerrados en epoxi (paso 1,9). Una tercera fuente potencial de error surge de la falta de uso de una resistencia de precisión de bajo coeficiente de temperatura, cuya resistencia es insensible a la temperatura; usando una resistencia ordinaria causará el error como la resistencia, y por lo tanto la salida de voltaje por unidad de luz absorbida por los diodos, cambia con la temperatura ambiente. La principal fuente de error no es exclusiva de PARbars, sino que se aplica a todas las mediciones de ceptometría: es decir, la inferencia del índice efectivo de área de la planta o el índice de área foliar de la captura de luz depende de las características de la estructura del dosel (notablemente la absorbencia de las hojas y distribución del ángulo de la hoja; a y c en eqns 1 y 2) que pueden variar durante el desarrollo de la planta y entre los genotipos.
Hay dos áreas principales en las que el protocolo descrito aquí podría modificarse o adaptarse. En primer lugar, los PARbars que presentamos aquí fueron diseñados específicamente para su uso en cultivos de hileras, como el trigo y la cebada, pero el diseño podría modificarse fácilmente para otras aplicaciones. Por ejemplo, un resistor de derivación con mayor resistencia podría utilizarse para mejorar la ganancia (salida mV por unidad PAR) en rangos de PAR más bajos. Para mayor versatilidad, se podría utilizar un potenciómetro de precisión de coeficiente de baja temperatura (resistor variable) para modificar el rango de sensibilidad del PARbar según sea necesario o para realizar pequeños ajustes para que cada uno de los muchos PARbars tengan pendientes de calibración idénticos. En segundo lugar, los fotodiodos también se pueden utilizar individualmente como sensores cuánticos, lo que permite al usuario capturar variaciones espaciales y temporales dentro de las marquesinas individuales por un costo mucho menor que el posible utilizando sensores cuánticos disponibles comercialmente. Esto podría ser particularmente valioso dado el creciente interés en la fotosíntesis dinámica bajo condiciones de luz fluctuantes12. En tercer lugar, aunque utilizamos un datalogger convencional (y costoso) para los datos presentados en este estudio, hay margen para que los dataloggers sean construidos usando componentes listos para usar, permitiendo la creación de un sistema combinado de ceptometría y datalogger en un presupuesto limitado. La popularidad de las denominadas plataformas de fabricante, como Arduino y Raspberry PI, ofrecen una gran promesa en esta área; Sugerimos el proyecto de Open-Source Cave Pearl con base Arduino13 como arrancador para un mayor desarrollo. Los dataloggers Cave Pearl fueron diseñados para el monitoreo ambiental de los ecosistemas de cuevas, por lo que la robustez y la baja demanda de energía fueron consideraciones clave en su diseño. Consideraciones similares son relevantes para la implementación del trabajo de fenotipado vegetal. Los componentes del Datalogger Cave Pearl son baratos (menos de $50 USD por unidad) y pequeños, lo que podría permitirles incorporarlos directamente a PARbars.
La aplicación de los PARbars descritos aquí se enfrenta a tres limitaciones principales. En primer lugar, la inferencia del índice de área de planta o índice de área foliar de la captura de luz medida se ve obstaculizada por sesgos fuertes dependientes del tiempo, particularmente en cultivos de fila7. Esto se puede superar haciendo mediciones repetidas o continuas durante un día. En segundo lugar, los fotodiodos de bajo costo no tienen una salida espectral que es exactamente proporcional al flujo de Foon (la variable de mayor interés en la investigación de la fotosíntesis). Esto puede causar sesgo cuando la calidad de la luz cambia grandemente a través de un dosel, aunque las estimaciones anteriores del error resultante indican que está en el orden de unos pocos por ciento7. En tercer lugar, PARbars no puede distinguir entre la viga directa y los componentes difusos del PAR entrante por encima del dosel. A medida que la radiación difusa penetra más profundamente en el dosel que la luz solar directa14, la transmitancia aumentará y el PAIEFF será subestimado a medida que la fracción difusa de la irradiancia total aumente. Cuando toda la radiación es difusa, el PAIEFF es directamente proporcional al logaritmo de 1/τ en lugar de la relación mostrada en la ecuación 115. Cruse et al. (2015) 16 observó que los instrumentos comerciales actualmente disponibles que pueden medir el par directo y difuso son caros y requieren un mantenimiento regular, por lo que diseñaron un aparato sencillo y económico para abordar este problema. Su sistema consiste en un sensor cuántico que es rutinariamente sombreado por una banda de sombras motorizada y en movimiento y permite la medición continua del PAR total, directo y difuso. El sensor utilizado en el Cruse et al. 16 el sistema podría sustituirse por el mismo fotodiodo utilizado en parbars para reducir aún más el costo y puede incorporarse fácilmente a la configuración existente de parbar. Estas mediciones podrían integrarse en el proceso de procesamiento de datos y mejorar aún más la confiabilidad de las estimaciones de PAIEFF.
La principal ventaja de PARbars con respecto a los ceptómetros comerciales existentes es su bajo costo, lo que hace factible producirlos en grandes cantidades. Recientemente, ha habido un creciente interés en las nuevas tecnologías de fenotipos de plantas de alto rendimiento para la estimación de los rasgos de dosel (para revisión ver Yang et al., 201717). Mientras que estos métodos son prometedores en que producen grandes cantidades de datos que son típicamente muy indirectos y requieren validación contra las técnicas convencionales. PARbars podría servir como una herramienta de validación rentable y basada en tierra para estas nuevas técnicas.
El bajo costo de producción de PARbars también los hace una opción viable para mediciones continuas en el campo. Esto podría ser útil por varias razones. Por ejemplo, las mediciones continuas se pueden utilizar para caracterizar sesgos de orientación de fila para desarrollar funciones de corrección específicas del tiempo para mediciones instantáneas (para obtener más información, consulte Salter et al. 20187). La ceptometría continua también puede captar fluctuaciones cortas en la captura de la luz del dosel a lo largo del tiempo (rayos solares y shadeflecks) causadas por nubes que pasan por encima, movimiento del dosel, etc. La fotosíntesis es conocida por ser altamente sensible a pequeños cambios en las condiciones ambientales y los cambios "dinámicos" en la fotosíntesis ahora se cree que son importantes en la conducción del rendimiento de los cultivos (para revisión ver Murchie et al., 201812). PARbars instalados en el campo con un intervalo de registro de corto adecuado podría ser utilizado para capturar estas fluctuaciones cortas y proporcionar una mejor comprensión de la naturaleza dinámica de los toldos de plantas.

Los ceptómetros (matrices lineales de sensores de luz) se utilizan para medir la proporción de radiación fotosintéticamente activa (PAR) interceptada por los toldos de las plantas. Los ceptómetros se utilizan ampliamente para la investigación de cultivos agrícolas debido a la naturaleza relativamente directa de las mediciones y la simplicidad de la interpretación de datos. El principio básico de la ceftometría es que la transmitancia de la luz a la base de un dosel vegetal (τ) depende del área proyectada de los materiales de absorción de luz de arriba. Las mediciones de par por encima y por debajo del dosel pueden, por lo tanto, utilizarse para estimar rasgos de dosel como el índice de área de la hoja (Lai) y el índice de área de la planta efectiva (PAIEFF) (que incluye tallos, Cañas y estructuras reproductivas además de las hojas)1 ,2,3. La confiabilidad de las estimaciones de PAIEFF deducidas de τ se mejora modelando los efectos de la fracción de haz de la par entrante (fb), la absorbencia de la hoja (a) y el coeficiente de extinción efectivo del dosel (K ); K, a su vez, depende tanto del ángulo cenital solar(θ) como de la distribución del ángulo de la hoja (χ)1,4,5,6. Es una práctica común para corregir estos efectos. Sin embargo, hay otros sesgos que no han recibido la debida consideración en el pasado debido a las limitaciones metodológicas y de costos.
Recientemente identificamos un sesgo significativo dependiente del tiempo en las mediciones de ceptometría instantánea de cultivos de hileras, como el trigo y la cebada7. Este sesgo es causado por una interacción entre la orientación de la plantación de filas y el ángulo cenital solar. Para superar este sesgo, el registro continuo de los ceptómetros se puede montar en el campo para monitorear los ciclos diurnos de la interceptación de la luz del dosel y luego se pueden calcular los promedios diarios de τ y PAIEFF . Sin embargo, las mediciones continuas son a menudo inviables debido al costo prohibitivamente alto de los ceftómetros disponibles comercialmente – a menudo varios miles de dólares estadounidenses para un solo instrumento – y el requisito de mediciones de muchas parcelas de campo. Este último es particularmente evidente en la era-omics en la que se requieren muchos centenares de genotipos para los análisis genómicos, como los estudios de Asociación de todo el genoma (GWAS) y la selección genómica (GS) (para su revisión, véase Huang & han, 20148). Reconocimos que había una necesidad de ceftómetros rentables que podían ser producidos en grandes cantidades y ser utilizados para mediciones continuas a través de muchos genotipos.
Como solución, diseñamos ceftómetros (PARbars) fáciles de construir y de alta precisión a un costo de $75 USD por unidad y que requieren aproximadamente una hora de mano de obra para construir. PARbars se construyen utilizando 50 fotodiodos que son sensibles sólo en la banda de ondas PAR (longitudes de onda 390 – 700 nm), con muy poca sensibilidad fuera de este rango, obviando el uso de filtros costosos. Los fotodiodos están conectados en paralelo a través de una longitud de 1 m para producir una señal de tensión diferencial integrada que se puede grabar con un Datalogger. El circuito está encapsulado en epoxi para impermeabilización y los sensores operan sobre un amplio rango de temperatura (-40 a + 80 ° c), permitiendo que los PARbars se desplieguen en el campo durante largos periodos de tiempo. Con la excepción de los fotodiodos y una resistencia de bajo coeficiente de temperatura, todas las piezas necesarias para construir un PARbar se pueden comprar en una ferretería. En la tabla de materialesse proporciona una lista completa de las piezas y herramientas requeridas. Aquí presentamos instrucciones detalladas sobre cómo construir y utilizar PARbars para la estimación de PAIEFF y presentar los resultados representativos de los Canopies de trigo.

<table><tbody><tr><td>1.5 &Omega; resistencia de precisión de coeficiente de baja temperatura</td><td>TE Connectivity Ltd., Schaffhausen, Suiza.</td><td>La serie UPW25</td><td>se puede fabricar utilizando varias resistencias más grandes en paralelo, pero deben tener un coeficiente de temperatura bajo (es decir, &plusmn; 3 ppm/&deg; C). URL para la fuente comercial:</td></tr><tr><td>https://bit.ly/2DFuPpm Difusor acrílico</td><td>Plastix Australia Pty. Ltd., Arncliffe, NSW, Australia.</td><td>445 - Blanco ópalo</td><td>1200 mm de largo x 30 mm de ancho x 4,5 mm de grosor. URL para la fuente comercial: https://bit.ly/2Bq0fyc</td></tr><tr><td>Barra en U de aluminio</td><td>Capral Ltd., Bundamba, QLD, Australia.</td><td>EK9160</td><td>1220 mm de largo x 35 mm de ancho x 25 mm de profundidad. URL para fuente comercial: https://bit.ly/2PPfJou</td></tr><tr><td>Alambre de cobre de núcleo sólido desnudo</td><td>Pieza</td><td></td><td></td>no específica</tr><tr><td>Pernos Parte</td><td></td><td></td><td></td>no específica</tr><tr><td>Abrazaderas</td><td>Pieza</td><td></td><td></td>no específica</tr><tr><td>Resina epoxi transparente para macetas</td><td>Solid Solutions, East Bentleigh, VIC, Australia.</td><td>651 - Resina epoxi universal para macetas</td><td>Resina epoxi transparente para aplicaciones eléctricas. URL para fuente comercial: https://bit.ly/2qY0pHa</td></tr><tr><td>Pegamento de cianoacrilato</td><td>Parte</td><td></td><td></td>no específica</tr><tr><td>Datalogger</td><td>Campbell Scientific, Logan, Utah, EE. UU.</td><td>CR5000</td><td>Se pueden utilizar otros registradores de datos que registran voltajes diferenciales. URL para la fuente comercial: https://bit.ly/2U7Io5H</td></tr><tr><td>Taladro o taladro prensa</td><td>Pieza</td><td></td><td></td>inespecífica</tr><tr><td>Termorretráctil revestido de pegamento</td><td>Parte</td><td></td><td></td>inespecífica</tr><tr><td>Pistola de calor</td><td>Pieza</td><td></td><td></td>inespecífica</tr><tr><td>Antorcha LED</td><td>Parte</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>inespecíficaCinta adhesiva</td><td>Fotodiodos de piezas</td><td></td><td></td>no específicas</tr><tr><td>(50)</td><td>Everlight Americas Inc., Carrollton, Texas, EE. UU.</td><td>EAALSDSY6444A</td><td>Es importante que se utilice este componente específico debido a la respuesta espectral. URL de la fuente comercial: https://bit.ly/2FzVnuH</td></tr><tr><td>Relleno de espuma de poliuretano</td><td>Pieza</td><td></td><td></td>no específica</tr><tr><td>Sensor cuántico</td><td>LI-COR, Lincoln, Nebraska, EE. UU.</td><td>LI-190R</td><td>Solo para la calibración de PARbars. URL para la fuente comercial:</td></tr><tr><td>https://bit.ly/2HEfKbh Destornilladores</td><td>Parte</td><td></td><td></td>inespecífica</tr><tr><td>Sellador de silicona</td><td>Parte</td><td></td><td></td>inespecífica</tr><tr><td>Soldadura</td><td>Pieza</td><td></td><td></td>inespecífica</tr><tr><td>Pluma de fundente</td><td>de soldadura Pieza</td><td></td><td></td>no específica</tr><tr><td>Soldador</td><td>Pieza no específica</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nivel de burbuja/burbuja</td><td>Pieza</td><td></td><td></td>no específica</tr><tr><td>Juego de machos y matrices</td><td>Pieza</td><td></td><td></td>no específica</tr><tr><td>Cable de dos hilos</td><td>Pieza</td><td></td><td></td>no específica</tr><tr><td>Voltímetro</td><td>Pieza</td><td></td><td></td>no específica</tr><tr><td>Conectores impermeables</td><td>Core Electronics, Adamstown, NSW, Australia.</td><td>Conector impermeable ADA743</td><td>de 2 núcleos. Los conectores de alimentación de CC funcionan bien. URL para la fuente comercial: https://bit.ly/2Brcrik</td></tr></tbody></table>

parbars: económico, fácil de construir ceftómetros para la medición continua de la luz de la interceptación en plantas canopies

PARbars: Cheap, Easy to Build Ceptometers for Continuous Measurement of Light Interception in Plant Canopies

La ceptometría es una técnica utilizada para medir la transmitancia de la radiación fotosintéticamente activa a través de una cubierta vegetal utilizando múltiples sensores de luz conectados en paralelo en una barra larga. La ceptometría se utiliza a menudo para inferir propiedades de la estructura del dosel y la interceptación de la luz, notablemente el índice de área foliar (LAI) y el índice efectivo del área vegetal (PAIEFF). Debido al alto costo de los ceptómetros comercialmente disponibles, el número de mediciones que se pueden tomar a menudo se limita en el espacio y el tiempo. Esto limita la utilidad de la ceftometría para estudiar la variabilidad genética en la interceptación de la luz, e impide un análisis exhaustivo de los sesgos que pueden sesgar las mediciones dependiendo de la hora del día. Desarrollamos los ceptómetros de registro continuo (denominados PARbars) que se pueden producir por USD $75 cada uno y producen datos de alta calidad comparables a las alternativas disponibles comercialmente. Aquí proporcionamos instrucciones detalladas sobre cómo construir y calibrar PARbars, cómo implementarlos en el campo y cómo estimar PAI a partir de datos de transmitancia recopilados. Proporcionamos resultados representativos de las marquesinas de trigo y discutimos otras consideraciones que deben hacerse al usar PARbars.

En la figura 1se muestra un esquema para la compilación parbar. En la figura 2se muestra una curva de calibración representativa para un parbar. La salida de tensión diferencial de un PARbar es linealmente proporcional a la salida PAR de un sensor cuántico, con R2 = 0,9998. Parbars se desplegaron en marquesinas de trigo y se registraron cada 20 s en el desarrollo de las plantas. En la figura 3 se muestra un curso de tiempo diurno típico del entorno de luz de dosel recogido con un parbar en un día soleado claro (los datos de transmisión RAW y el PAIEFF corregido se muestran para la comparación). Las Figuras 3b y 3C demuestran el sesgo que podría introducirse tomando mediciones de ceftometría instantánea en diferentes momentos del día (según el Salter et al. 20187). Las parcelas de trigo utilizadas para la recogida de estos datos tenían una orientación de plantación en hilera debida al norte-sur con la transmisión de luz al dosel inferior alcanzando el nivel de 12:30 (figura 3B). Si se tuviera que tomar una medida instantánea en este punto, se subestimarla el PAIEFF , mientras que si se toma por la mañana o por la tarde puede ser sobreestimado. Los PARbars a prueba de intemperie también se pueden desplegar en el campo durante largos periodos de tiempo; La figura 4 muestra cómo se podrían usar parbars para monitorear cómo cambia el entorno de la luz de la capota a medida que las plantas se desarrollan.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig1.jpg"> Figura 1. Schematics para la construcción de PARbar. (a) ubicación y disposición del conector impermeable y la resistencia de derivación interna; (b) disposición y espaciado de los fotodiodos; (c) ubicaciones de perforación en la barra del difusor de acrílico; (d) ubicaciones de perforación en el U-bar de aluminio; y (e) diagrama de circuito electrónico de un PARbar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig1large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig2.jpg"> Figura 2. Curva de calibración PARbar representativa. La relación entre la salida de tensión diferencial de un PARbar (mV) y la densidad de flujo de Foon fotosintético o PAR (mmol m-2 s-1) de un sensor cuántico. Cada punto representa un solo par de mediciones del PARbar y el sensor cuántico, grabadas una vez cada 20 segundos durante un período de 4 horas durante un día. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig3.jpg"> Figura 3. Curso de tiempo diario representativo de la salida de PARbar. Datos recogidos en un día despejado utilizando parbars en marquesinas de trigo en la antesis en Canberra, Australia (-35 ° 12 ' 00.1008 ", 149 ° 05 ' 17.0988"). (a) PAR medido por encima del dosel (mmolm-2 s-1), (b) transmitancia no corregida (la relación de parpor encima/parinferior) (sin unidad) y (c) el índice efectivo de la zona vegetal (PAIEFF, m2 m-2), calculado a partir de la ecuación 1. Los puntos de datos mostrados en (b) y (c) son medios (n = 30), las líneas sólidas son REGRESIONES loess locales instalados en R (a = 0,5), las áreas sombreadas son errores estándar del ajuste y las líneas horizontales discontinuas representan los medios diarios. El área sombreada entre las líneas punteadas es la ventana de tiempo (1100 – 1400h) recomendada para mediciones de ceftómetro instantáneo en trigo por CIMMYT11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig3large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig4.jpg"> Figura 4. Datos representativos recopilados en una temporada de crecimiento. Datos de parbar recogidos desde el comienzo de la labia hasta la antesis en las marquesinas de trigo en Canberra, Australia (-35 ° 12 ' 00.1008 ", 149 ° 05 ' 17.0988"). (a) datos de transmitancia no corregidos (sin unidad) y (b) índice efectivo de la zona vegetal (PAIEFF, m2 m-2) calculado a partir de la ecuación 1. Los puntos de datos mostrados representan los medios diarios para el período 1.000 – 1, 400h (n = 30). Las líneas sólidas son regresiones locales LOESS instalados en R (a = 0,75), las áreas sombreadas son errores estándar del ajuste. Los datos brutos no se incluyeron en análisis adicionales si el PARanterior se &lt; 1.500 μmol m-2 s-1 y si el parpor debajode/par anterior era &gt; 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig4large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

Aquí, presentamos instrucciones detalladas sobre cómo construir y calibrar los ceptómetros de calidad de la investigación (sensores de luz que integran la intensidad de la luz a través de muchos sensores dispuestos linealmente a lo largo de una barra horizontal).

PARbars: económico, fácil de construir Ceftómetros para la medición continua de la luz de la interceptación en plantas Canopies

Ceptometry is a technique used to measure the transmittance of photosynthetically active radiation through a plant canopy using multiple light sensors ...

Nuestros ceptómetros hechos a mano nos permiten medir continuamente la transmisión de luz a través de las marquesinas de las plantas. A continuación, podemos utilizar estas mediciones para estimar las propiedades del dosel, como el índice de área de hoja y el índice de área de planta. Los PARbars son mucho más baratos que losceptómetros disponibles comercialmente.Esto nos permite comprarlos en grandes cantidades, y desplegarlos en el campo durante largos períodos de tiempo. Para construir un ceptómetro de registro continuo, comience perforando un agujero de cuatro milímetros de diámetro, 20 milímetros de cada extremo de un blanco 1200 por 30 por 4.5 milidor acrílico difusor bar, luego taladrar y roscar agujeros roscados 20 milímetros de cada extremo de una sección de aluminio u-bar. A continuación, taladre y toque agujeros roscados en la base de la barra en t de aluminio, para adaptarse al hardware de montaje.A continuación, enderece dos longitudes de 1,25 metros de alambres de cobre desnudo de 1,25 milímetros de diámetro, uno a la vez, fijando un extremo a una visera, y el otro extremo dentro de las empuñaduras de un taladro de mano, luego girando el taladro a baja velocidad. Utilice un marcador permanente de punta fina para marcar las ubicaciones previstas de los fotodiodos a lo largo del borde del difusor, comenzando con la primera posición de fotodiodo a 13,5 centímetros de un extremo del difusor, y las otras posiciones situadas cada dos centímetros entre el primer diodo y el extremo lejano del difusor. Centrar un fotodiodo en la barra difusora con sus pestañas de conexión eléctrica apuntando hacia los lados de la barra, y coloque el cable debajo de una de las pestañas para marcar la posición del primer cable de cobre en el difusor.Marque la posición del cable en el centro y en el extremo opuesto de la barra de la misma manera, antes de usar pegamento de cianoacrilato para asegurar el primer cable de cobre enderezado al difusor a lo largo de las marcas. Utilice el pegamento para asegurar 50 fotodiodos boca abajo a lo largo del difusor en los intervalos marcados de 20 milímetros, teniendo cuidado de que los diodos estén en el centro del difusor y dispuestos todos en la misma orientación, de modo que la pestaña grande se encuentra en el alambre de cobre, y la pequeña pestaña se encuentra frente al alambre. Todos nuestros fotodiodos deben estar dispuestos en la misma orientación debido a su polaridad.Recomendamos encarecidamente comprobar la orientación de todos los fotodiodos antes de encolar y soldar. Coloque el segundo cable de cobre de tal manera que se sitúe debajo de cada una de las pestañas más pequeñas de los fotodiodos, y fije el cable al difusor con más pegamento de cianoacrilato. Usando una pluma de flujo de soldadura, humedezca ambas pestañas de un fotodiodo, y los cables adyacentes y subyacentes con el flujo.Utilice un soldador con punta fina establecido a 350 a 400 grados Celsius temperatura para soldar cada pestaña del diodo a los cables de cobre subyacentes. Brille una luz en cada fotodiodo para probar las conexiones de soldadura, y utilice un multímetro para comprobar si hay una señal de voltaje para cada diodo a través de los cables. Opcionalmente, soldar una resistencia de precisión de coeficiente de baja temperatura de 1,5 ohmios en paralelo a través de los cables de cobre, y soldar el extremo masculino de un conector de corriente directa impermeable a los extremos de los cables de cobre.Utilice tubos termorretráctil forrados de pegamento para sellar las conexiones, y aplique un cordón de sellador de silicona a la superficie del difusor cerca del borde para crear una barrera de silicona continua alrededor del circuito en el difusor. Inspeccione detenidamente el cordón para asegurarse de que no queden espacios de aire entre la silicona y la barra difusora. Una vez curado el sellador, llenar el pozo con resina epoxi.Deje que la resina se endurezca durante la noche, antes de usar una cuchilla de afeitar para retirar el sellador de silicona. Utilice pernos M4 para atornillar el difusor a la barra en u de aluminio prehilado, y utilice cinta de enmascaramiento para fijar el difusor al aluminio a lo largo de toda su longitud. Llene el vacío dentro del ceptómetro con relleno de espuma de poliuretano.Permita que el relleno se ajuste durante la noche, y retire la cinta de enmascaramiento, luego suelde el extremo hembra del conector de corriente directa a una longitud de dos cables conductores, y selle las conexiones con el termorretráctil forrado de pegamento. Para calibrar el cetrometro de radiación fotosintéticamente activo, o PARbar, contra un sensor cuántico, conecte ambos sensores a un registrador de datos y ponga los sensores fuera a pleno sol en un plano de nivel. Registre las salidas de ambos sensores a lo largo de un período durante el cual la radiación solar varía ampliamente.Determine el factor de calibración para el PARbar como la pendiente de una regresión lineal del PAR, reportado desde el sensor cuántico frente a la salida de voltaje sin procesar. Para inferir el índice de área de la planta eficaz, instale un PARbar por encima del dosel, teniendo cuidado de que no esté sombreado por ningún elemento absorbente de luz dentro del dosel. Instale otro debajo de todos los elementos absorbentes de luz, para los que se medirá la absorbancia.En el campo, ambas barras PAR deben estar alineadas en un ángulo de 45 grados con respecto a las filas de plantación. Confirme que la barra PAR superior no sombrea la barra PAR inferior y nivele ambos PARbars con un nivel de espíritu. A continuación, conecte las barras PAR al registrador de datos y convierta la salida de voltaje diferencial a PAR, utilizando el factor de calibración previamente determinado para cada PARbar.La salida de tensión diferencial de una barra PAR es linealmente proporcional a la salida PAR de un sensor cuántico. En este experimento representativo, los PARbars se desplegaron en marquesinas de trigo y se registraron cada 20 segundos en el desarrollo de las plantas. Estos datos ilustran un curso típico de tiempo diurno del entorno de luz del dosel, recogido con un PARbar en un día claro y soleado.Tenga en cuenta que el sesgo se puede introducir tomando mediciones instantáneas de ceptometría en varias horas del día. Por ejemplo, las parcelas de trigo utilizadas para la recopilación de estos datos tenían una orientación de plantación real hacia el norte/sur, con la transmisión de luz al dosel inferior alcanzando su punto máximo a las 12:30. Si se tomara una medición instantánea en este punto, se subestimaría el índice efectivo de superficie de la planta.Mientras que si se tomó una medida por la mañana o por la tarde, puede ser sobreestimada. Los PARbars resistentes a la intemperie también se pueden desplegar en el campo durante largos períodos de tiempo. Por ejemplo, para monitorear cómo cambia el ambiente de luz del dosel a medida que se desarrollan las plantas.Las barras PAR se pueden instalar en el campo durante largos períodos de tiempo. Esto permite a los investigadores monitorear el desarrollo del dosel de maneras que antes no eran posibles utilizando costosos equipos comerciales.

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Investigación

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