Un nuovo flusso di lavoro per il campionamento e la digitalizzazione dei nuclei di incremento

Summary

Presentiamo un protocollo per utilizzare montature stampate in 3D per fissare i nuclei di incremento sul campo senza la necessità di disimballarli e incollarli su supporti di legno. Il nuovo supporto GSC consente di posizionare i nuclei in un microtomo per tagliarne la superficie e trasferirli direttamente all'acquisizione di immagini digitali.

Abstract

Qui presentiamo un nuovo flusso di lavoro che va dal prelievo di carote di accrescimento sul campo, allo stoccaggio e al trasporto in laboratorio, alla digitalizzazione degli anelli degli alberi per ulteriori analisi per le successive analisi dendroecologiche. La procedura prevede l'uso di nuovi portacampioni per i nuclei di incremento. Questi nuovi supporti Gärtner Schneider Core (GSC) sono progettati utilizzando un software di modellazione tridimensionale (3D) e infine stampati con una stampante 3D. Utilizzando queste montature fin dall'inizio sul campo, le carote possono essere tagliate direttamente con un microtomo e la loro superficie può quindi essere digitalizzata senza ulteriori riarrangiamenti utilizzando un nuovo sistema di acquisizione delle immagini ad alta risoluzione. Sono quindi disponibili per l'analisi diretta. Questo sistema consente di digitalizzare gli anelli degli alberi da carote e dischi, e anche di acquisire immagini da lunghe micro sezioni (fino a 40 cm) utilizzando la luce trasmessa. Questa caratteristica è di particolare interesse per le applicazioni dendroecologiche e geomorfiche per identificare l'insorgenza di qualsiasi disturbo in micro sezioni tagliate con un nucleo-microtomo.

Introduction

Il principio di datare gli anelli degli alberi applicando la tecnica della datazione incrociata è stato introdotto per la prima volta dallo scienziato forestale austriaco Arthur Freiherr von Seckendorff-Gudent nel 1881¹. Nella prima metà del XX^secolo, questa tecnica è stata reinventata dal "Padre della Dendrocronologia" Andrew Ellicott Douglass, che l'ha applicata intensamente nella datazione di siti archeologici e alberi viventi².

Al giorno d'oggi, la dendroecologia, l'argomento di ricerca che funge da cornice ambientale della dendrocronologia, è definita come lo studio degli anelli degli alberi e delle loro variazioni di crescita intrinseche causate da cambiamenti ecologici e ambientali nel tempo³. Nella ricerca dendroecologica, molte altre caratteristiche oltre alle variazioni di larghezza dell'anello, come gli isotopi stabili, la densità tardiva del legno o le caratteristiche delle cellule all'interno dei singoli anelli, vengono utilizzate per correlare questi dati ai parametri ambientali per comprendere meglio l'impatto delle condizioni ambientali sulla crescita degli alberi nel tempo⁴. Attraverso la continua integrazione degli studi anatomici del legno alla ricerca dendroecologica, la ricerca dendroecologica si è evoluta nell'ultimo decennio ed è più che mai una spina dorsale nella ricostruzione delle condizioni climatiche del passato 5,6,7,8.

Sebbene lo sviluppo tecnico per quanto riguarda la preparazione e l'analisi dei campioni, in particolare nell'anatomia del legno, sia stato forte nell'ultimo decennio 9,10,11,12,13,14, non c'è stato quasi nessun progresso reale per quanto riguarda la semplificazione delle tecniche di campionamento¹⁵. Nonostante, ad esempio, la tecnologia delle onde acustiche¹⁶, fino ad oggi non esiste un metodo "non distruttivo" affidabile per estrarre le caratteristiche degli anelli dagli alberi.

Di conseguenza, tutti gli studi relativi agli anelli degli alberi si basano ancora su campioni di legno prelevati da alberi o arbusti prelevati nei siti di interesse. Quando ci si concentra sugli alberi, la procedura standard consiste nel prelevare i nuclei di incremento dagli steli¹⁵.

Il prelievo di carote utilizzando carotaggi incrementali è spesso indicato come una tecnica "non distruttiva"¹⁷. Rispetto al prelievo di dischi dagli steli, questo è corretto; Tuttavia, questa tecnica di campionamento provoca un foro nello stelo di circa 1 cm di diametro, che per lo più supera il midollo dello stelo³. L'albero è in grado di chiudere questa ferita da solo, ma questo processo provoca reazioni di crescita, alterando la struttura comune nelle immediate vicinanze della ferita così come uno scolorimento più o meno intenso del legno esistente intorno al foro a causa di malattie fungine^18,19. Quindi, dovrebbe essere meglio chiamato "minimamente invasivo" piuttosto che "non distruttivo".

La tecnica di prelievo delle carote incrementali si è evoluta di recente grazie alla possibilità di utilizzare frese meccaniche, ottenendo campioni di qualità superiore, soprattutto per le analisi anatomiche del legno¹⁵. Questa procedura consente anche di risparmiare molto tempo sul campo rispetto al carotaggio manuale. Ciò che è rimasto invariato è stata la procedura di manipolazione delle carote, a partire dall'estrazione dall'albero fino all'etichettatura, allo stoccaggio per il trasporto e alla preparazione in laboratorio per le varie tecniche di analisi possibili.

Le anime devono ancora essere imballate in contenitori stabili, come cannucce di plastica o carta, per evitare che si rompano durante il trasporto. L'etichettatura dei torsoli viene eseguita direttamente sul torsolo utilizzando matite morbide o (più frequentemente) all'esterno di ogni cannuccia. Quando si utilizzano contenitori di plastica, i torsoli devono essere estratti dopo poco tempo per evitare la diffusione di funghi. Quindi, i nuclei devono essere estratti nuovamente dai contenitori. Per stabilizzare le anime ed evitare che si pieghino quando iniziano ad asciugarsi, le anime devono essere fissate su un supporto. Questo aiuta anche con la successiva preparazione della superficie per ulteriori analisi. In questo caso, le etichette devono essere trasferite anche alle rispettive montature. Una procedura standard consiste nell'incollare le anime su supporti di legno o fissarle con del nastro adesivo nelle fessure dei pannelli ondulati. Incollarli su supporti in legno è la tecnica più utilizzata. Sebbene questa procedura sia perfetta per stabilizzare e levigare o tagliare le anime, presenta diversi svantaggi per quanto riguarda le potenziali analisi chimiche, isotopiche e persino anatomiche del legno. Un altro svantaggio, nonostante il tempo richiesto, è il trasferimento soggetto a errori delle etichette per ogni anima alle nuove montature.

In dendrocronologia, le misurazioni della larghezza dell'anello come base per una datazione accurata sono la spina dorsale di tutti gli studi dendroecologici²⁰. Sebbene molti laboratori si affidino ancora a misurazioni manuali utilizzando tabelle di misurazione, ad esempio Lintab²¹ con binocolo collegato, c'è una tendenza all'utilizzo di scanner piani per digitalizzare le superfici dei nuclei e misurare la larghezza dell'anello utilizzando software come CooRecorder²² o WinDENDRO²³. Sfortunatamente, questi scanner, ad esempio l'ampiamente utilizzato Epson Expression 10000XL, non hanno una risoluzione sufficiente per rappresentare chiaramente strutture come tracheidi di legno antico o tardivo (Figura 1). Per questo motivo, le immagini risultanti non sono adatte a riconoscere strutture difficili come anelli molto stretti o fluttuazioni di densità, che sono fondamentali per un'accurata procedura di datazione incrociata senza risalire ai nuclei originali utilizzando il binocolo^24,25.

Poiché un'elevata risoluzione delle immagini è un presupposto indispensabile per un'adeguata analisi delle immagini nella scienza degli anelli di accrescimento degli alberi¹⁰, presso il WSL (Skippy; https://www.wsl.ch/en/services-produkte/skippy/) è stato sviluppato un nuovo sistema di acquisizione delle immagini per digitalizzare gli anelli di accrescimento delle superfici dei carotaggi con l'ausilio di una fotocamera digitale, in modo che le immagini presentino una risoluzione più elevata rispetto a tutti gli scanner piani esistenti. Questo sistema si basava sull'idea del sistema ATRICS²⁶, sviluppato nel 2007. Più recentemente, un sistema di acquisizione delle immagini semplice ma efficiente paragonabile allo Skippy è stato presentato come kit di autoassemblaggio²⁷.

La digitalizzazione degli anelli degli alberi, ovvero l'acquisizione di immagini in luce riflessa, è un passo importante nella creazione di immagini ad alta risoluzione di nuclei o dischi di incremento per supportare una misurazione digitale della larghezza dell'anello efficiente in termini di tempo. Il sistema sviluppato dal WSL consente anche di acquisire immagini da lunghe micro sezioni (fino a 40 cm) utilizzando la luce trasmessa. Questa caratteristica aggiuntiva è, ad esempio, di interesse per le applicazioni dendrogeomorfiche per identificare l'insorgenza del legno di reazione in micro sezioni.

Nello studio, presentiamo un protocollo per facilitare il processo di manipolazione dei nuclei sul campo e in laboratorio. La base della nuova tecnica presentata è una montatura riutilizzabile; il nuovo supportoGSC G ärtnerSchneiderCore (GSC) progettato utilizzando un software di modellazione 3D e stampato con una stampante 3D. Il supporto GSC consente una gestione semplice delle anime prelevate sul campo senza doverli reimballare o rietichettare. Presentiamo anche un nuovo efficiente sistema per la digitalizzazione delle superfici preparate delle carote. Questo protocollo copre l'intera procedura, dal prelievo delle carote sul campo alla preparazione del campione, dalla digitalizzazione delle superfici delle carote per le analisi successive e infine alla loro conservazione in un archivio.

Protocol

1. Creazione del titolare delle CGV

1. Apri il modello 3D del supporto in un programma slicer compatibile con una stampante 3D. Crea un file di stampa che può essere letto dalla stampante 3D (in questo caso, un file "*.gcode").
   NOTA: Il modello 3D può essere progettato utilizzando qualsiasi software di modellazione 3D.
2. Trasferisci il file di stampa sulla stampante 3D utilizzando una scheda di memoria o una chiavetta USB e attiva il file di stampa sulla stampante 3D.
3. Non appena il supporto viene stampato, attendere che il supporto si raffreddi a temperatura ambiente (RT). Quindi, rimuovere la lastra a cui si attacca il supporto dalla stampante e piegare leggermente la lastra fino a quando la forma non si separa dalla superficie.
4. Rimuovere tutti i fili o gli accessori in eccesso dal supporto.
   NOTA: Il numero di supporti da stampare contemporaneamente dipende dalle dimensioni della stampante. Su una stampante 3D con una dimensione della lastra di 36 cm x 36 cm, è possibile stampare circa 30 supporti con una lunghezza di 35 cm in una sola tiratura. Il tempo necessario per stampare 30 supporti dipende dal dispositivo. In media, questa operazione dovrebbe essere eseguita in circa 8 ore (stampa notturna).

2. Estrazione, stabilizzazione e trasporto di carote di incremento sul campo

1. Prendi un trapano a batteria dotato di un booster di coppia e di un carotatore incrementale, seleziona la posizione di carotaggio e posiziona il carotaggio perpendicolarmente all'asse di crescita dello stelo.
   NOTA: Lo stesso può essere fatto manualmente utilizzando il carotatore incrementale senza trapano a batteria.
2. Iniziare il torsolo fino a quando il torsolo raggiunge almeno la metà del diametro dello stelo. Controllare la profondità come spiegato sopra tenendo l'estrattore (che ha la stessa lunghezza del carotatore) accanto al carotatore.
3. Nel caso di utilizzo di un trapano avvitatore a batteria, rimuovere il trapano, posizionare l'impugnatura sul carotatore (cosa già avviene quando si utilizza manualmente il carotatore incrementale), prendere l'estrattore con il lato aperto rivolto verso l'alto e inserirlo completamente nel torsolo.
4. Ruotare il carotatore incrementale all'indietro (un giro completo) per rompere il nucleo dallo stelo. Estrarre l'estrattore, compreso il torsolo.
5. Rimuovere il torsolo dall'estrattore. Controllare la direzione delle fibre del nucleo per garantire un orientamento verticale delle fibre quando si posiziona il nucleo nel supporto.
   NOTA: La direzione della fibra può essere controllata su entrambe le estremità del nucleo e sul lato del nucleo. Per questo, tieni il nucleo contro la luce e ruotalo finché non si vede un lato che brilla. Questo accade perché, su questo lato, le pareti cellulari radiali sono tagliate longitudinalmente e riflettono la luce in modo diverso rispetto al resto del nucleo.
6. Posizionare l'anima sopra il supporto con la direzione della fibra in posizione verticale. Premere sulla parte superiore del nucleo con tutte le dita finché il nucleo non scivola nel supporto.
7. Etichettare l'anima sul lato del supporto con una matita morbida, consentendo di scrivere anche su vetro.
   NOTA: La scritta può essere successivamente rimossa con un comune gommino.
8. Posizionare il supporto con l'anima nella scatola di trasporto e chiudere il coperchio.

3. Preparazione dei nuclei montati in laboratorio

1. OPZIONALE: Incorporazione delle anime montate in paraffina per un potenziale micro sezionamento.
   1. Posizionare una scatola di acciaio con coperchio dotato di valvola per il collegamento della pompa del vuoto su una piastra riscaldante, riempirla fino a circa 2 cm di paraffina e attendere che si sia completamente sciolta.
   2. Estrarre le anime montate dalla scatola di trasporto. Posizionare i supporti con i torsoli così come sono nella paraffina liquida e chiudere il coperchio.
   3. Avviare la pompa del vuoto, applicare un vuoto costante e leggero al contenitore e attendere circa 2 ore. A causa della struttura aperta del supporto, la paraffina può penetrare nei nuclei senza barriere aggiuntive.
   4. Arrestare la pompa del vuoto e aprire il coperchio. Estrarre i supporti con i torsoli, posizionarli su una griglia e lasciarli raffreddare.
   5. Se necessario, rimuovere la paraffina in eccesso dai lati del supporto.
2. Preparazione delle superfici del nucleo
   1. Estrarre i nuclei montati dalla scatola di trasporto o dal bagno di paraffina. Posizionare il supporto con il nucleo così com'è nel supporto del campione di un microtomo del nucleo. Assicurati di orientare il nucleo in modo che il legno tardivo degli anelli sia rivolto verso la lama.
   2. Serrare le viti del portacampioni fino a quando il supporto del nucleo non è completamente fissato.
   3. Sollevare il portacampioni finché il nucleo non tocca leggermente la lama. Tirare la lama su tutta l'estensione del nucleo per tagliare la prima parte della parte superiore.
   4. Spingere indietro il coltello dietro il nucleo, sollevare il portacampione di qualche micron e ripetere la procedura fino ad ottenere una superficie piana di almeno 2-3 mm di larghezza.
   5. Non appena la superficie viene tagliata come previsto, rimuovere il supporto del nucleo dal supporto del campione del microtomo.
      NOTA: Si consiglia di tagliare le carote con un nucleo-microtomo e di non levigarle perché la superficie è più pulita e diritta e le celle non sono piene di polvere.

4. Digitalizzazione delle superfici del nucleo

1. Posizionare il supporto dell'anima con la superficie dell'anima liscia sul tavolo di un sistema di acquisizione delle immagini, come viene presentato qui il sistema WSL-Skippy.
2. Assicurarsi di allineare il supporto dell'anima con la direzione di movimento del tavolo o della telecamera.
3. Posizionare il tavolo con il supporto del nucleo sotto la fotocamera in modo da avere l'anello più esterno al centro della vista sotto l'obiettivo della fotocamera.
4. Posizionare una bilancia accanto all'inizio del nucleo e scattare un'immagine per la calibrazione.
   NOTA: Questa operazione deve essere eseguita una sola volta quando si eseguono immagini di molti core in successione.
5. Definisci la lunghezza del nucleo nel software e avvia il processo di acquisizione delle immagini. Quando viene scattata l'ultima immagine, il tavolo torna alla posizione di partenza.
6. Rimuovere il campione dal tavolo, posizionare il supporto successivo sotto la fotocamera e ripetere la procedura descritta in precedenza definendo la lunghezza del nucleo fino a quando tutti i nuclei non sono stati fotografati.
7. Utilizzare un software di stitching (privo di distorsioni), ad esempio PTGui, per combinare le singole immagini in un'unica immagine finale della superficie del nucleo.

5. Conservazione delle carote

1. Prendi le anime analizzate nel supporto e posizionale nel rack di stoccaggio portatile stampato con una stampante 3D.
2. Etichettare il rack per identificare i nuclei dall'esterno.
3. Riponi il rack su uno scaffale o su qualsiasi altro archivio disponibile.

Results

Porta GSC
I supporti del nucleo sono (per impostazione predefinita) stampati a una lunghezza di 35 cm, che corrisponde quasi alla dimensione massima di stampa della stampante 3D utilizzata (Original Prusa XL, volume di costruzione 36 cm × 36 cm × 36 cm). Nel caso in cui vengano presi nuclei più lunghi, il supporto può essere esteso con supporti aggiuntivi collegandoli con piccoli pezzi di collegamento attraverso le rientranze presenti su entrambe le estremità di tutti i supporti (Figura 2A).

Quando si lavora sul campo, il tempo necessario per riporre le anime direttamente nel supporto è paragonabile a quello di metterle semplicemente in una cannuccia o in un altro materiale di imballaggio. Sebbene sia necessario rispettare la direzione della fibra di ciascun nucleo prima di premere il nucleo nel supporto (Figura 2), questo tempo aggiuntivo è solo di pochi secondi e può essere supportato utilizzando una lente. Nella nostra esperienza, il tempo extra necessario (se presente) ammonta a circa 1 minuto per 10 core. Questo minimo tempo extra si riferisce anche ai nuclei rotti. Invece di prendere le anime rotte pezzo per pezzo in una cannuccia, questi pezzi vengono semplicemente posizionati nel supporto uno dopo l'altro e pressati.

Per garantire il trasporto sicuro delle anime sul campo e in laboratorio, abbiamo progettato e stampato una speciale scatola di trasporto per i supporti, compresi i nuclei (Figura 3). I supporti possono essere semplicemente posizionati nella scatola dove sono stabilizzati da piccoli rigonfiamenti che si adattano esattamente alle rientranze su entrambe le estremità dei supporti. La scatola può quindi essere chiusa da un coperchio che viene inserito nelle scanalature laterali della scatola.

Il vero vantaggio del nuovo supporto diventa evidente in laboratorio. Invece di estrarre le anime dalla cannuccia (o da altri contenitori), preparare supporti di legno con indizio, fissare le anime sul supporto, trasferire l'etichetta sul nuovo supporto e attendere almeno alcune ore fino a quando la colla è asciutta e stabile per un'ulteriore lavorazione, le anime nel supporto possono essere fissate direttamente (i) in un microtomo per tagliare una superficie liscia o (ii) possono essere levigate direttamente con una levigatura macchina senza bisogno di ulteriori processi di preparazione. L'eliminazione della necessità di trasferire le etichette su eventuali nuovi supporti evita soprattutto possibili errori di trasmissione.

Poiché i supporti possono essere progettati per qualsiasi diametro del nucleo, non importa se sono necessari per nuclei "standard" da 5 mm o nuclei da 10 mm o 12 mm, poiché vengono utilizzati, ad esempio, per analisi isotopiche o altre analisi chimiche.

Per quanto riguarda le analisi isotopiche o chimiche, il vantaggio del supporto è che i nuclei vengono fissati senza la necessità di colla o di un mezzo di fissaggio. In questo modo, le carote non sono contaminate e possono essere facilmente rimosse dal supporto per analisi più specifiche. Inoltre, per quanto riguarda le analisi anatomiche del legno, la possibilità di rimuovere facilmente le anime dal supporto consente una semplice manipolazione delle anime per la preparazione delle micro sezioni.

La possibilità opzionale di incorporare nuclei fissati nel supporto consente di stabilizzare le strutture sensibili, poiché le celle con pareti cellulari sottili tendono a rompersi durante il taglio. Stabilizzare il nucleo incorporandolo nella paraffina è, in molti casi, più efficiente della semplice aggiunta di una soluzione di amido di mais.

Un altro vantaggio si presenta anche quando le carote devono essere conservate per eventuali ispezioni o rianalisi successive. I supporti possono essere collocati in rack appositamente progettati (Figura 4) e anche stampati utilizzando una stampante 3D paragonabile allo stoccaggio nella scatola di trasporto. I supporti GSC con le anime vengono posizionati nella rastrelliera così come sono e possono quindi essere conservati in qualsiasi luogo. La larghezza dei rack, ovvero il numero di anime che possono essere fissate in un singolo rack, dipende dallo spazio disponibile su uno scaffale o su un magazzino. I modelli di rack possono essere adattati a qualsiasi esigenza specifica e stampati di conseguenza.

Digitalizzazione delle superfici del nucleo o del disco
Il sistema di acquisizione delle immagini, sviluppato presso il WSL (Figura 5), consente di digitalizzare gli anelli degli alberi (acquisizione automatizzata delle immagini) per creare immagini ad alta risoluzione di nuclei o dischi di incremento per supportare una misurazione digitale della larghezza dell'anello in modo efficiente in termini di tempo. Il sistema è costituito da una piastra fissata su un'asta filettata che sposta il campione al di sotto dell'obiettivo (Sony FE 90 mm f/2.8 Macro) di una fotocamera da 61 MP (Sony Alpha 7R IV) in passi predefiniti compresi tra 0,1 e 1 cm. Le immagini vengono scattate utilizzando il sistema di messa a fuoco automatica della fotocamera per garantire la messa a fuoco delle singole immagini. La risoluzione della fotocamera consente una risoluzione reale di ogni immagine di 6500 dpi testata utilizzando un target di risoluzione SilverFast (USAF 1951). Questo potrebbe sembrare un po' basso rispetto alla risoluzione ufficiale di uno scanner piano con una risoluzione specificata di 4800 dpi. Tuttavia, quando si testano le immagini dello stesso target scattate con uno scanner Epson XL utilizzando la risoluzione di 4800 dpi, le immagini risultanti hanno mostrato una risoluzione reale di soli 1825 dpi (Figura 6). L'alta risoluzione delle immagini consente una visione chiara delle singole celle e, per questo, una chiara definizione dei confini dell'anello catturati nelle immagini (Figura 7). Se la superficie delle anime o dei dischi utilizzati è ben preparata, non è necessario tornare al campione originale per controllare nuovamente la struttura. Dopo aver unito le singole immagini, le immagini principali risultanti possono essere analizzate utilizzando il software di analisi preferito.

Il sistema di acquisizione delle immagini consente inoltre di acquisire immagini da micro sezioni fino a una lunghezza di 40 cm utilizzando la luce trasmessa. Questa caratteristica è interessante, ad esempio, per le applicazioni dendrogeomorfiche per identificare l'insorgenza del legno di reazione o altre caratteristiche specifiche nelle micro sezioni di intere carote di alberi (Figura 8).

Figura 1: Scansione delle immagini del mulino Larix decidua . Gli anelli degli alberi scansionati a diverse risoluzioni utilizzando uno scanner piano. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Vista schematica del supporto GSC. (A) L'apertura alle due estremità del supporto consente di collegare due supporti con un piccolo palo per fissare nuclei più lunghi. Le frecce verdi indicano la direzione della pressione quando il supporto è fissato nel microtomo del nucleo. Sinistra: le frecce bianche indicano le aperture che consentono la circolazione dell'aria o del liquido (per l'inclusione). A destra: il supporto GSC con un'anima premuta. (B) La direzione della fibra del nucleo deve essere verticale. (C) La linea bianca indica la superficie di taglio del nucleo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Scatola di trasporto per immagazzinare e trasportare il supporto GSC con le anime sul campo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Frame di archiviazione in cui posizionare i titolari GSC per l'archiviazione finale in un archivio. I fotogrammi possono essere impilati per risparmiare spazio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Il sistema di acquisizione delle immagini sviluppato presso WSL. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Confronto della risoluzione dell'immagine tra uno scanner piano e il sistema di acquisizione delle immagini. (A) Obiettivo di risoluzione SilverFast (USAF 1951). (B) Immagine acquisita con uno scanner piano con una risoluzione specificata di 4800 dpi (interpolata) e rispettivi ingrandimenti delle sezioni di seguito. (C) Immagine scattata con il sistema di acquisizione delle immagini e rispettivi ingrandimenti delle sezioni di seguito. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: Immagine composita di un Larix decidua Mill. Incremento del nucleo (immagine in alto) e rispettivi ingrandimenti di sezione in basso. Le singole immagini del composito sono state scattate con il sistema di acquisizione delle immagini. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 8: Immagine composita di una micro sezione di un intero nucleo di incremento (Larix decidua Mill.) e rispettivo allargamento della sezione. Sono state scattate singole immagini del composito con il sistema di acquisizione delle immagini (luce trasmessa). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussion

L'inclusione dell'anatomia del legno negli studi dendroecologici ha ampiamente aperto questi studi a nuove e approfondite analisi delle condizioni ambientali del passato 28,29,30. Queste nuove tecniche hanno anche intensificato gli sforzi analitici, ovvero il tempo di laboratorio necessario per generare i dati di interesse. Ci sono stati numerosi tentativi di ottimizzare il lavoro di laboratorio e di ridurre il tempo necessario in laboratorio per quanto riguarda le tecniche anatomiche del legno 9,12,13,15,30. Ma quasi nessuno sforzo è stato fatto per facilitare la procedura comune di manipolazione, preparazione e conservazione delle carote prelevate per questi studi.

La stampa 3D offre nuove possibilità in questo senso⁹. Il nuovo supporto per anime stampato in 3D è il primo tentativo di semplificare l'intera procedura, rendendola meno dispendiosa in termini di tempo e, per questo, più efficiente.

Mentre i nuclei conservati in cannucce di plastica^31,32 o contenitori simili devono essere rimossi per evitare che i funghi si sviluppino all'esterno (e presto anche all'interno) del nucleo, i nuclei fissati nei supporti GSC possono rimanere così come sono. A questo punto, è paragonabile a conservarli in cannucce di carta³³.

Il vantaggio diventa evidente non appena l'intera procedura di (i) rimozione delle anime dalla paglia (o da un altro contenitore), (ii) incollarle su supporti di legno o fissarle su altri oggetti come supporti per cavi, e (iii) il processo probabilmente soggetto a errori di trasferimento del rispettivo codice utilizzato per ciascuna anima, poiché era quasi uno standard da decenni ormai³⁴, diventa superfluo.

La struttura aperta del porta GSC consente di conservare i nuclei senza il rischio di infestazioni fungine, come nel caso in cui fossero conservati in un contenitore di plastica. Come descritto sopra, il supporto permette anche un inglobamento in paraffina per stabilizzare la struttura. Tuttavia, questa "semplice" inclusione non può essere paragonata alle comuni procedure di inclusione che utilizzano cassette per incorporare il campione in un blocco di paraffina come avviene per i micro nuclei³⁵. La tecnica semplice è piuttosto paragonabile all'applicazione dell'amido di mais durante il taglio di micro sezioni³⁶. Stabilizzerà meglio le cellule e preverrà la loro rottura durante la procedura di taglio, ma richiede più tempo rispetto alla semplice aggiunta di amido di mais. Questa forma di incorporamento non stabilizzerà l'intero nucleo come se fosse incorporato in un blocco. Se il nucleo è rotto, anche le sezioni si romperanno. Poiché il supporto GSC si inserisce nel microtomo³⁷, la preparazione della superficie per il successivo processo di digitalizzazione richiede solo pochi minuti.

Per il processo di digitalizzazione degli anelli degli alberi, l'applicazione di scanner piani, frequentemente utilizzati per le misure di intensità del blu^38,39, non è stata soddisfacente per quanto riguarda le viste più dettagliate della struttura dell'anello a causa della qualità piuttosto bassa delle immagini risultanti. Sebbene i confini degli anelli comuni (larghi) di conifere fossero visibili in queste immagini, gli anelli stretti, o anche le fluttuazioni di densità, erano quasi impossibili da identificare.

Sebbene esistano nuovi affascinanti tentativi di digitalizzare gli anelli degli alberi in alta risoluzione, come la CT⁴⁰ a raggi X, l'utilizzo di fotocamere digitali ad alta risoluzione è ancora il modo più efficiente ed economico per produrre immagini di alta qualità per ulteriori misurazioni.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Microtomo a nucleo	WSL	https://www.wsl.ch/en/services-produkte/microtomes/	Microtomo per il taglio di microsezioni da nuclei incrementali
Epson Expression 10000XL	Scanner piano	EPSON	https://epson.com/Support/Scanners/Expression-Series/Epson-Expression-10000XL---Graphic-Arts/s/SPT_E10000XL-GA
Supporto GSC	Supporto WSL	in-house	per fissare le anime per il trasporto, la preparazione, le analisi e lo stoccaggio
Sistema di acquisizione delle immagini Skippy	WSL	https://www.wsl.ch/en/services-produkte/skippy/)	Sistema di acquisizione delle immagini sviluppato al WSL dotato di una fotocamera da 61 MP (Sony Alpha 7R IV e obiettivo Sony FE 90mm f/2.8 Macro)