Использование высокого разрешения ИК термографии (HRIT) для изучения ледовой зарождения и распространения ледникового у растений

Общая цель данного эксперимента – продемонстрировать роль внешних зародышевых агентов в индуцировании замораживания растительного материала и визуализировать этот процесс с помощью инфракрасной термографии. Это достигается путем шнуровки, капли воды и капли льда, зарождающего активные бактерии или бактерии INA, на поверхности листа изучаемого растения. В качестве второго шага растение помещают в отрицательную температуру и располагают так, чтобы его можно было визуализировать с помощью инфракрасной камеры с высоким разрешением.

Затем устанавливаются параметры камеры, что позволит исследователю наблюдать за зарождением и распространением льда. Затем температура камеры медленно понижается до минусовых температур, чтобы вызвать замерзание поверхностных бактерий INA, которые затем заставят растение замерзнуть. Результаты показывают эффект внешних агентов зарождения льда, заставляющий растения замерзать, а не переохлаждаться и избегать замерзания, основываясь на способности инфракрасной термографии определять точное место зарождения льда и визуализировать, как лед распространяется по всему растению.

Этот метод может быть использован не только для визуализации растений в контрольных условиях, но и в полевых условиях в естественных условиях. Понимание того, как растения замерзают в естественных условиях, и получение информации о процессе замораживания может дать новую информацию, которая может привести к новым методам защиты сельскохозяйственных растений от заморозков, а также многое расскажет нам об экологии растений. И этот метод был особенно полезен для понимания альпийской экологии.

Вместе со мной, Эрик Бурхард, техник в моей лаборатории, продемонстрирует этот процесс в следующем видео Чтобы начать культивирование, бактерия INA Psdo Srini в чашках Петри при температуре 25 градусов Цельсия на псевдо-агаре F Приготовлено с 10 граммами на литр 100% глицерина в соответствии с инструкциями производителя. После того как культуры достаточно вырастут, поместите их при температуре четыре градуса Цельсия не менее чем на два дня, чтобы обеспечить высокий уровень активности зарождения льда. Далее соскребите бактерии в одной пластине с поверхности агара с помощью пластикового одноразового или многоразового металлического шпателя.

Поместите бактерии в 10-15 миллилитров деионизированной воды. В одноразовом вете объемом 25 миллилитр раствор будет казаться мутным. Нет необходимости подтверждать концентрацию с помощью гемо, цитометра или спектрофотометра, так как концентрация должна быть только приблизительной.

Воздействуйте на Q Vet не менее 10 секунд, чтобы распределить бактерии. Чтобы провести эксперимент по замораживанию, поместите инфракрасную камеру высокого разрешения в защитную акриловую коробку так, чтобы объектив просвечивал через отверстие в передней части коробки и провода, соединяющие камеру с ноутбуком или записывающим устройством. Выйдите через заднее отверстие коробки.

Распределите все внешние проводные соединения с камерой через этот порт. Заполните любое дополнительное пространство в порту или отверстии изоляционным пеноматериалом, чтобы избежать или уменьшить перепады температур в камере. Обеспечьте темный фон вокруг растительного материала, облицовав стенки камеры черной строительной бумагой, чтобы предотвратить помехи от отраженной инфракрасной энергии.

Оснастите камеру светодиодной подсветкой, чтобы свести к минимуму нагрев от источника света при записи изображений только в невидимой длине волны. Минимальное освещение, такое как светильник в шкафу на батарейках или другое небольшое светодиодное устройство, требуется для того, чтобы растения были видны камере, и его следует выключать после получения видимых изображений. Закройте крышку коробки и поместите коробку внутрь климатической камеры в таком месте, где будет виден рассматриваемый растительный материал.

Затем установите начальную температуру камеры на уровне одного градуса по Цельсию. Затем выровняйте растения или их части так, чтобы растительный материал находился в поле зрения камеры, а растительный материал был виден на экране удаленного просмотра или в выбранном программном обеспечении. Непосредственно перед закрытием дверцы в климатическую камеру нанесите 10 микролитров воды на поверхность листа AAL с помощью микродозатора.

Затем с помощью отдельного одноразового наконечника для пипетки нанесите 10 микролитров раствора бактерий INA на противоположную сторону той же поверхности AAL. Прежде чем начать эксперимент по замораживанию, вы хотите снизить температуру камеры примерно до одного градуса по Цельсию и позволить температуре растений уравновеситься на этом уровне от получаса до одного часа в зависимости от размера растительного материала. Это гарантирует, что когда вы начнете эксперимент по замораживанию и начнете снижать температуру, температура растительного материала не будет сильно отставать от температуры воздуха в самой камере.

После того, как установки сбалансированы, начните охлаждение камеры, установите желаемые параметры камеры в исследовательском ИК-программном обеспечении. Сначала выберите палитру радуги, чтобы отобразить колебания температуры во время просмотра изображения в реальном времени. Затем установите диапазон температур на пять градусов по Цельсию, отрегулировав полосу температуры, расположенную чуть ниже изображения в программном обеспечении.

Выберите линейную шкалу для преобразования инфракрасных данных в изображение в псевдоцвете, как определено выбранной палитрой. Установите диапазон температур на пять градусов Цельсия и отслеживайте автоматически на основе изображения. Используйте температуру определенной точки или среднюю температуру в пределах определенной области интереса, предоставленной программным обеспечением.

Затем поместите курсор на место на ткани растения, представляющее определенную точку интереса. Определите область интереса в виде точек, прямоугольников, линий, эллипсов или окружностей. Несколько комбинаций точек или фигур могут быть расположены над изображением.

Кроме того, любые области интереса также могут быть определены после завершения эксперимента. Пока исследователь анализирует сохраненный файл видео или изображения, для записи видеоряда настройте камеру на частоту 60 герц, а для остановки записи вручную укажите место на компьютере или внешнем диске, где будет размещен записанный видеофайл. Настоятельно рекомендуется записывать на внешний жесткий диск, так как будут создаваться большие видеофайлы.

Чтобы записать видеоряд, настройте камеру на запись с частотой 60 Гц и остановите запись вручную, а затем начните запись. Записанные видеофайлы впоследствии могут быть отредактированы таким образом, чтобы в них содержалась только та часть, которая содержит необходимую информацию. Понижайте температуру камеры постепенно на 0,5-1,0 градуса Цельсия.

Подождите, пока температура растения сравняется с температурой воздуха, прежде чем снова понизить температуру таким же образом, в зависимости от массы наблюдаемой ткани растения и ее морфологии. Уравновешивание может занять от 10 до 15 минут, что дает скорость охлаждения от двух до четырех градусов Цельсия в час. Продолжайте в том же духе до тех пор, пока растение не замерзнет и наблюдения не будут завершены.

Завершите запись после завершения процесса замораживания. Здесь показаны изображения стебля альпийской азалии в видимом свете, показывающие прикрепленные к центральному стеблю листья и конечные бутоны. В стебле начинается замерзание, и лед распространяется в листья.

Конечные бутоны остаются неразмороженными и застывают независимо друг от друга в течение от 126 до 164 минут после первоначального замораживания стебля и листьев. За это время тепло энтальпии, образующееся при замерзании стебля и листьев, рассеивается. Когда на растения томатов наносится гидрофобный барьер, он блокирует замораживание растения, вызванное бактериями INA.

Здесь можно наблюдать большую контактную поверхность между каплей INA и поверхностью листьев на растении без покрытия. И наоборот, на растении с покрытием уровень контакта между каплей INA и поверхностью листьев снижается. Непокрытое растение справа подвергается экзотермической реакции, связанной с замерзанием растения.

В то время как покрытое покрытием растение слева остается переохлажденным и размороженным при температуре примерно минус шесть градусов по Цельсию. При использовании этой технологии важно использовать соответствующие скорости охлаждения и многократно наблюдать за процессом замораживания, чтобы лучше понять, как интерпретировать полученные изображения и видео. Эта процедура также может быть использована в сочетании с термопарами для получения более точной оценки температуры воздуха и фактических температур, при которых происходят события замерзания.