Name: PARbars: 저렴 한 공장 캐노피에서 빛 차단을 지속적으로 측정 하기 위한 Ceptometers를 쉽게 구축 할 수 있습니다. (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-09T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 32 s
Description: 배우세요 저렴한 PARbars를 제작하여 식물 캐노피의 광 차단을 지속적으로 측정하는 방법을. 아크릴 확산봉과 광다이오드를 사용하여 양자 센서 대비 낮은 비용으로 정확한 데이터를 수집할 수 있습니다.

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저자는이 연구에 사용 되는 필드 플롯에 대 한 액세스 및 관리를 위한 리처드 리차드 박사와 섹 호 사인 박사에 게 감사 하 고 싶습니다. 이 연구는 곡물 연구 개발 공사 (US00082)에 의해 제공 되는 보조금을 통해 국제 밀 수확량 파트너십에 의해 지원 되었다. TNB는 호주 연구 위원회 (DP150103863 및 LP130100183)와 국립 과학 재단 (상 #1557906)에 의해 지원 되었다. 이 작품은 식품 농업의 USDA 국립 연구소, 해치 프로젝트 1016439 및 1001480에 의해 지원 되었다.

1. PARbars 구축 및 보정
<ol><li>깨끗 한 작업 공간에서 어셈블리에 필요한 모든 부품과 도구를 수집 합니다.</li>
	<li>각 끝에서 20mm 직경 구멍을 뚫는 백색 아크릴 디퓨저 바 (길이 1200 x 30mm 폭 × 4.5 mm 두께) 드릴 및 탭 나사 구멍 알루미늄 U 바 섹션의 각 끝에서 20mm를 확보 하 여 디퓨저를 고정 합니다. 마운팅 하드웨어 (예: 삼각대 장착 플레이트)에 적합 한 드릴 및 탭 나사 구멍.</li>
	<li>1.25 m 길이의 베어 구리 와이어 (1.25 mm 지름)를 얻습니다. 와이어가 롤에 들어간 경우에는 한쪽 끝을 바이스 또는 클램프로 고정 하 고 다른 쪽 끝을 핸드 드릴의 그립에 넣고 저속 (100-200 rpm)으로 드릴을 돌려 똑바르게 합니다. 두 번째 1.25 m 길이의 베어 구리 와이어로 반복 합니다.</li>
	<li>디퓨저의 한쪽 끝에서 13.5 cm의 첫 번째 포토 다이오드 위치로 시작 하 고 첫 번째 다이오드 사이에 2cm 간격으로 배치 된 다른 위치를 사용 하 여 디퓨저 가장자리를 따라 광다이오드의 의도 한 위치를 표시 합니다. 디퓨저의 끝 부분.<ol>
<li>디퓨저 바에 있는 하나의 광다이오드를 바의 측면 쪽으로 향하게 하 고, 탭 중 하나 아래에 와이어를 배치 하 고, 와이어 위치를 표시 하 여 디퓨저의 첫 번째 구리 와이어의 위치를 표시 합니다.</li>
		<li>앞의 단계를 반복 하 여 철근의 중심 및 반대쪽 끝에 와이어의 위치를 표시 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>와이어를 정렬 하기 위해 이전 단계에서 표시 된 위치를 사용 하 여 첫 번째 직선 동선을 디퓨저에 붙이기 위해 청색 증 아크릴레이트 접착제를 사용 합니다.<ol>
<li>접착제를 사용 하 여 50 광다이오드 (이전 단계에서 표시 된 대로) 디퓨저를 따라 아래로 향하게 하 고, 디퓨저의 중앙에 있으며 모든 것이 같은 방향으로 배열 되어 큰 탭이 co에 앉 았다는 것을 보장 합니다. 퍼 와이어, 그리고 작은 탭 반대 앉아 있다.</li>
		<li>두 번째 구리 와이어를 포토 다이오드의 작은 탭 각각 아래에 배치 하 고 와이어를 시아 노 아크릴레이트 접착제로 디퓨저에 붙입니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>솔더 플럭스 펜을 사용 하 여 플럭스와 함께 인접 및 기본 와이어 뿐만 아니라 하나의 광다이오드의 두 탭을 습식. 약 350-400의 온도에서 미세 팁 납땜 인 두를 사용 하 여 기본 구리 전선에 다이오드 각 탭을 납땜 합니다. 광다이오드에 빛을 비춰 와이어를 가로지르는 전압 신호를 확인 하 여 납땜 연결을 테스트 합니다. 멀티 미터 사용. 모든 50 포토 다이오드에 대해이 단계를 반복 합니다. 참고: 1.7 단계는 선택 사항입니다 (저항기가 PARbar에 납땜 되지 않은 경우 나중에 datalogger의 PARbar 신호 입력과 병렬로 연결 될 수 있음).</li>
	<li>구리 전선에 걸쳐 병렬로 1.5 Ω의 낮은 온도 계수 정밀 저항기를 납땜 합니다.</li>
	<li>구리 전선 (선택적 단계 1.7을 따라 경우 저항이 납땜 된 동일한 끝)에 방수 DC 커넥터의 남성 끝을 납땜 한 다음 접착제를 사용 하 여 연결을 밀봉 열 수축 튜브를 일렬로 세워.</li>
	<li>디퓨저 표면에 실리콘 실 란 트 비드를 가장자리 근처에 도포 하 여 유체를 단단히 형성 하 여 확산 기의 회로 주위에 연속적인 실리콘 장벽을 만듭니다. 갭으로 인해 에폭시가 누출 될 수 있으므로 실리콘과 디퓨저 바 사이에에 어 갭이 남지 않도록 비드를 면밀히 검사 하십시오. 실 란 트가 경화 되 면 에폭시 수 지로 우물을 채웁니다.</li>
	<li>에폭시 수 지가 경화 된 경우 (하룻밤), 면도기 블레이드를 사용 하 여 실리콘 실 란 트를 제거 하십시오. M4 볼트를 사용 하 여 디퓨저를 사전 스레드 알루미늄 U 바에 볼트로 고정 합니다.</li>
	<li>마스킹 테이프를 사용 하 여 전체 길이를 따라 알루미늄에 디퓨저를 고정 시킨 다음, ceptometer 내부에 공 극을 폴리우레탄 폼 필러로 채웁니다. 폼 필러가 설정 되 면 (하룻밤) 마스킹 테이프를 제거 하십시오.</li>
	<li>2-컨덕터 케이블의 길이에 DC 커넥터의 암 끝을 납땜 하 고 접착제로 열 수축 줄 지 어 연결을 밀봉.</li>
	<li>퀀텀 센서에 대해 PARbar를 보정 하려면<ol>
<li>차동 전압 출력을 측정할 수 있는 데이터로 거 또는 전압계에 두 센서를 연결 합니다 (1.7 단계의 설계에 저항기가 통합 되지 않았을 경우, PARbar와 병렬로 1.5 Ω 낮은 온도 계수 정밀 저항기 연결),</li>
		<li>수준 평면 (정신 수준 또는 정신 거품 수준)에 전체 태양에서 밖으로 설정, 태양 방사선은 전체 주기 등 광범위 하 게 다양 한 기간에 걸쳐 두 센서의 출력을 기록 하 고, PARbar에 대 한 교정 계수를 결정 양자 센서에서 보고 된 PAR의 선형 회귀의 기울기 (종속 변수로 서)와 원시 전압 출력 (독립 변수로 서).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 현장에서 설치
<ol><li>효과적인 식물 면적 지 수 (PAIeff)를 추정 하기 위해 캐노피 위에 하나의 parbar를 설치 하 고 (이를 캐노피 내의 광 흡수 요소에 의해 음영 처리 하지 않도록 보장), 흡수를 측정 하고자 하는 모든 흡 광 요소 아래에 또 다른 ( 일반적으로 가장 낮은 나뭇잎 아래), 두 PARbars 모두 45 ° 각도로 정렬 되어 심기 행. 아래쪽 PARbar를 음영 처리 하지 않도록 위쪽 PARbar를 배치 하십시오. 정신 수준 또는 거품 수준을 사용 하 여 PARbars 레벨을.</li>
	<li>1.11 단계에서 만든 케이블을 사용 하 여 parbars를 데이터로 거 또는 전압계에 연결 합니다. 1.5 Ω 낮은 온도 계수 정밀 저항기가 PARbar 회로에 통합 되어 있지 않은 경우 (단계 1.7)이 단계에서 각 PARbar와 병렬로 이러한 저항기를 연결 하십시오.</li>
	<li>1.13 단계에서 각 PARbar에 대해 결정 된 교정 계수를 사용 하 여 차동 전압 출력을 PAR로 변환 하십시오.</li>
</ol>3. 효과적인 플랜트 면적 지 수 계산 (PAIeff)
<ol><li>다음 방정식6을 사용 하 여 위 및 아래 캐노피 PAR 측정의 각 쌍에 대해 PAIeff 를 계산 합니다. (1) <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59447/59447eq1.jpg"> 여기서 a = 0.283 + 0.0785 a-0.159 은 ( a 가 잎 흡수가 되는 경우), τ 는 아래의 캐노피 파의 비율이 며 K 와 fb 는 방정식 24 로 모델링 되 고 수학식 39, 각각: (2) <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59447/59447eq2.jpg"> 여기서 χ 은 잎 각도 분포를 설명 하는 치수 없는 매개 변수이 고, θ 는 태양 천정 각도이 고 (3) <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59447/59447eq3.jpg"> 여기서 r 은 최대 가능한 값의 분수로 서캐노피 위의 파 (위)입니다 (위의 파, 최대 = 2550). 즉 r = 위/위의 par, 최대 연구 종에 적합 한 a 및 c 의 값에 대 한 문헌을 참조 하십시오 ( 여기에 제시 된 시험 측정에 사용 되는 밀 캐노피에 대해 = 0.9 및 c = 0.9610 을 가정). 참고: 샘플 R 스크립트는 큰 데이터 집합의 자동화 된 처리에 대 한 코드를 개발 하는 사용자를 지원 하기 위해 보조 파일로 제공 됩니다.</li>
</ol>

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</ol>

저자는 이해 상충이 없고 공개할 것이 없음을 확인 합니다.

Ceptometers (PARbars)를 구축 하기 위해 여기에 설명 된 프로토콜의 성공적인 구현은 두 단계에 가장 민감하게 의존 합니다: 1.5 (제 위치에 포토 다이오드를 접착) 및 1.6 (구리 선에 납땜 광다이오드). 1.5 단계는 자체 극성에 대해 광다이오드를 잘못 정렬 하 여 오류가 발생 하기 쉽습니다. 우리가 사용 하는 포토 다이오드 및 필수 특정 항목으로 권장 하는 경우, 극성은 명확 하 게 다른 크기를 갖는 다이오드 2 개의 전기 커넥터 탭의 미 덕에 의해 식별 된다. 따라서, 시아 노 아크릴레이트 접착제를 적용 하기 전에 포토 다이오드를 납땜 하기 전에, 모든 다이오드가 한 방향으로 향하는 대형 커넥터 탭과 다른 방향으로 향하는 작은 탭과 함께 배치 되어 있는지 다시 한 번 확인 하는 것이 좋습니다. 1.6 단계는 납땜 기술이 열악 하 고 냉간 납땜 접합부의 형성으로 인해 고장이 발생 하기 쉽습니다. 이는 솔더링 직전에 플럭스 펜을 사용 하 여 얇은 솔더 플럭스를 적용 하 고 와이어 및 포토 다이오드 탭이 솔더 팁 (약 350-400 oC)으로가 열 되도록 하 여 납땜 자체가 적용 되기 전에 방지할 수 있습니다. 접합. PARbar에서 전기적 연결에 대 한 문제는 일반적으로 다른 파 바 들과는 확연히 다른 교정 경사의 형태로 나타난다. 이러한 문제는 시공 중 (1.6 단계에서 설명한 대로) 각 전기적 연결을 테스트 하 여 조기에 발견 될 수 있으며, 모든 연결이 납땜 된 후에는 에폭시로 쌌으 나 (단계 1.9). 제 3의 잠재적인 오차의 근원은 저항이 온도에 민감 하지 않는 낮은 온도 계수 정밀도 저항기를 사용 하는 실패에서 생깁니다; 일반 저항기를 사용 하면 저항으로 오류가 발생 하 고, 따라서 다이오드로 흡수 되는 빛의 단위당 전압 출력이 주변 온도로 변경 됩니다. 오류의 최종 주요 소스는 PARbars에 고유 하지 않습니다, 하지만 모든 ceptometry 측정에 적용 됩니다: 즉, 빛 포획에서 효과적인 식물 면적 지 수 또는 잎 면적 지 수의 유추는 캐노피 구조의 기능에 따라 달라 집니다 (특히 평균 잎 흡수 및 잎 각 분포; Eqns 1 및 2에서 a 와 c 는 식물 개발 및 유전자 형 사이에서 변할 수 있습니다.
여기에 설명 된 프로토콜이 수정 되거나 조정 될 수 있는 두 가지 주요 영역이 있습니다. 첫째, 여기서 소개 하는 PARbars는 밀과 보 리와 같은 행 작물에 사용 하기 위해 특별히 설계 되었지만 다른 응용 프로그램에서 쉽게 수정할 수 있습니다. 예를 들어 저항이 더 큰 션트 저항기를 사용 하 여 낮은 PAR 범위에서 단위 PAR 당 mV 출력을 향상 시킬 수 있습니다. 다양성을 위해, 저온 계수 정밀 전위차계 (가변 저항기)를 사용 하 여 PARbar의 민감도 범위를 필요에 따라 수정 하거나 작은 조정을 통해 많은 파 바가 동일한 교정 경사를 갖도록 할 수 있습니다. 둘째, 포토 다이오드는 양자 센서로 서 개별적으로 사용 될 수 있기 때문에 사용자는 상업적으로 사용 가능한 양자 센서를 사용 하 여 가능한 한 보다 훨씬 저렴 한 비용으로 개별 캐노피 내의 공간 및 시간적 변화를 캡처할 수 있습니다. 이는 변동이 심한 조명 조건 하에서 동적 광합성에 대 한 관심이 증가 하는 것을 감안할 때 특히 가치가 있다12. 셋째,이 연구에 제시 된 데이터에 대해 기존의 (및 고가의) 데이터로 거를 사용 했지만, 대신 기성 부품을 사용 하 여 구축 할 수 있는 범위를 가지 며, 결합 된 ceptometry 및 데이터로 거 시스템의 생성을 가능 하 게 제한 된 예산. 소위 메이커 플랫폼의 인기, 아 두 이노와 라즈베리 파이 등,이 지역에서 큰 약속을 제공; 우리는 오픈 소스 아 두 이노 기반 케이브 펄 프로젝트13 을 추가 개발을 위한 스타터로 제안 합니다. 케이브 펄 데이터로 거는 동굴 생태계의 환경 모니터링을 위해 설계 되었기 때문에 견고 함과 저전력 수요가 설계에 중요 한 고려 사항 이었습니다. 유사한 고려 사항은 플랜트 표현 형 작업에 대 한 구현과 관련이 있습니다. 동굴 진주 데이터로 거 구성 요소는 저렴 한 (단위당 USD $50 미만) 및 작은,이는 직접 parbars에 통합 될 수 있도록.
여기에 설명 된 PARbars의 응용 프로그램은 세 가지 주요 한계에 직면 하 고 있습니다. 첫째, 측정 된 빛 포착에서 식물 지역 지 수 또는 잎 면적 지 수의 유추는 강한 시간 의존적 편향, 특히 행 작물7에서 방해 됩니다. 이것은 하루에 걸쳐 반복 또는 연속 측정을 함으로써 극복 될 수 있다. 둘째, 저렴 한 포토 다이오드는 광자 플럭스에 정확히 비례 하는 스펙트럼 출력이 없습니다 (광합성 연구에서 가장 큰 관심의 변수). 이는 캐노피를 통해 빛의 품질이 크게 변하는 경우 바이어스를 유발할 수 있지만, 그 결과 오류의 이전 추정치는 몇 퍼센트7의 순서에 있음을 나타냅니다. 셋째, PARbars는 캐노피 위의 들어오는 PAR의 직접 광선과 분산 구성 요소를 구분할 수 없습니다. 확산 방사선이 직사 광선 (14) 보다 캐노피 안으로 깊숙이 침투 하 게 되 면 투과율이 증가 하 고 전체 조도의 확산 분 율이 증가 함에 따라 파이eff 가 과소 평가 됩니다. 모든 방사선이 확산 되 면, PAIeff 는 수학식 115와 같이 관계 된 것이 아니라 1/τ 의 로그에 정비례 한다. Cruse 외. (2015) 16 직접 및 확산 PAR을 측정 할 수 있는 현재 사용할 수 있는 상용 기기는 비싸고 정기적인 유지 보수가 필요 하다 고 지적, 그래서 그들은이 문제를 해결 하기 위해 간단 하 고 저렴 한 장치를 설계 했다. 이 시스템은 전동, 움직이는 섀도우 밴드로 일상적으로 음영 처리 되는 양자 센서로 구성 되어 있으며, 전체, 직접 및 확산 파의 연속적인 측정이 가능 합니다. Cruse et al에 사용 되는 센서. 16 시스템은 parbars에서 사용 되는 것과 동일한 광다이오드로 대체 되어 비용을 절감 하 고 기존 파 바 설정에 쉽게 통합 될 수 있습니다. 이러한 측정은 데이터 처리 파이프라인에 통합 될 수 있으며, PAI의 추정값의 신뢰도를 더욱 향상시킬 것입니다.
기존 상용 ceptometers에 상대적인 PARbars의 주요 이점은 그들의 낮은 비용,이는 큰 숫자로 그들을 생산 하는 것이 가능 하 게. 최근에는 캐노피 특성의 추정을 위한 신규 한 고 처리량 식물 표현 형 기술에 대 한 관심이 높아지고 있다 (검토를 위해 양 외, 201717참조). 이러한 메서드는 엄청난 양의 데이터를 생성 한다는 것을 유망 하지만 일반적으로 매우 간접적 이며 기존 기술에 대해 유효성 검사를 요구 합니다. PARbars는 이러한 새로운 기술에 대 한 비용 효율적인 지상 기반 검증 도구 역할을 할 수 있습니다.
PARbars의 낮은 생산 비용은 또한 현장에서 연속 측정을 위한 실용적인 옵션을 만든다. 이는 여러 가지 이유로 유용할 수 있습니다. 예를 들어 연속 측정을 사용 하 여 행 방향 바이어스를 특성화 하 여 즉각적인 측정을 위한 시간 별 수정 기능을 개발할 수 있습니다 (자세한 내용은 20187). 연속 ceptometry은 구름 통과 오버 헤드, 캐노피의 이동 등으로 인 한 시간 (sunflecks 및 shadeflecks)에 따른 캐노피 라이트 캡처의 짧은 변동을 포착할 수 있습니다. 광합성은 환경 조건의 작은 변화에 매우 민감한 것으로 알려져 있으며 ' 동적 ' 광합성의 변화는 지금 작물 수율을 구동 하는 것이 중요 할 것으로 생각 된다 (리뷰는 무 르 치 외, 201812참조). 적절 한 짧은 로깅 간격으로 현장에 설치 된 PARbars는 이러한 짧은 변동을 포착 하 고 플랜트 캐노피의 동적 특성을 더 잘 이해 하는 데 사용할 수 있습니다.

세 미터 (광 센서의 선형 배열)는 식물 캐노피에 의해 차단 된 합성 활성 방사선 (PAR)의 비율을 측정 하는 데 사용 됩니다. Ceptometers 측정의 상대적으로 간단한 특성과 데이터 해석의 단순성으로 인해 농업 작물 연구에 널리 사용 됩니다. Ceptometry의 기본 원리는 식물 캐노피 (τ)의 기저 부에 대 한 빛의 투과율이 상기 광 흡수 물질의 투영 면적에 좌우 된다는 것 이다. 따라서 캐노피 위와 아래에 있는 PAR의 측정은 잎 영역 지 수 (라이) 및 효과적인 식물 영역 지 수 (잎 외에 줄기, 광신도 및 생식구조 포함)와 같은 캐노피 특성을 추정 하는 데 사용 될 수 있습니다.1 ,3. Τ 에서 유추 된 빠이의 안정성은 유입 파 (fb)의 빔 분 율의 영향을 모델링 하 고, 리프 흡수 (a) 및 효과적인 캐노피 소멸 계수 (K ); K는 차례로, 태양 천정 각 (θ)과 잎 각 분포 (χ)에 의존 한다. 그것은 이러한 효과 대 한 수정 하는 일반적인 관행. 그러나 방법론적 및 비용 한계로 인해 과거에는 고려 하지 않은 다른 편향이 있습니다.
우리는 최근에 밀과 보 리7과 같은 행 작물의 즉각적인 ceptometry 측정에서 상당한 시간 의존적 바이어스를 확인 했습니다. 이 바이어스는 행 심기 방향과 태양 천정 각 사이의 상호 작용에 의해 발생 합니다. 이 바이어스를 극복 하기 위해 지속적으로 로깅 ceptometers는 캐노피 빛의 차단의 주기를 모니터링 하는 분야에 장착 할 수 있습니다 다음 매일 평균 τ 와 빠이의eff 를 계산할 수 있습니다. 그러나, 지속적인 측정은 종종 단일 장비-많은 필드 플롯의 측정을 위한 요구 사항-종종 수천 미국 달러 상업적으로 사용할 수 있는 엄청나게 크거나의 높은 비용으로 인해 불가능 하다. 후자는 게놈 분석을 위해 많은 수백 개의 유전형이 요구 되는-omics 시대에 특히 명백 합니다 (GWAS) 및 게놈 선택 (검토를 위해 리뷰를 위해 황 & 한, 20148참조). 우리는 많은 숫자로 생산 될 수 있는 비용 효율적인 ceptometers 필요 하다는 것을 인식 하 고 여러 유전형에 걸친 지속적인 측정에 사용 될 수 있습니다.
솔루션으로 서, 우리는 단위 당 USD $75의 비용으로 구축 하는 작업의 약 1 시간을 필요로 하 고, 높은 정확도의 ceptometers (PARbars)를 설계 할 수 있습니다. PARbars는이 범위를 벗어난 매우 작은 감도로 파 파장 대역 (390-700 nm)에만 민감한 50 광 다이오드를 사용 하 여 구축 되며 비용이 많이 드는 필터의 사용을 캘린더가. 포토 다이오드는 1m 길이에 걸쳐 병렬로 연결 되어 데이터로 거와 함께 기록 될 수 있는 통합 차동 전압 신호를 생성 합니다. 이 회로는 방수를 위해 에폭시로 싸여 있으며 센서는 큰 온도 범위 (-40에서 + 80 ° c)에 걸쳐 작동 하므로 PARbars를 장시간 현장에 배치할 수 있습니다. 포토 다이오드 및 저온 계수 저항기를 제외 하 고 PARbar를 구축 하는 데 필요한 모든 부품은 하드웨어 저장소에서 구입할 수 있습니다. 필요한 부품과 도구의 전체 목록은 재료의 테이블에 제공 됩니다. 여기서는 파이 트의 추정을 위해 PARbars를 구축 하 고 사용 하는 방법 에 대 한 자세한 지침을 제시 하 고 밀 캐노피의 대표적인 결과를 제시 합니다.

<table><tbody><tr><td>1.5 & 오메가; 저온 계수 정밀 저항기</td><td>TE Connectivity Ltd., Schaffhausen, Switzerland.</td><td>UPW25 시리즈는</td><td>여러 개의 더 큰 저항을 병렬로 사용하여 만들 수 있지만 낮은 온도 계수(즉, &plusmn; 3ppm/&deg; C). 상업 출처 URL: https://bit.ly/2DFuPpm</td></tr><tr><td>아크릴 디퓨저</td><td>Plastix Australia Pty. Ltd., Arncliffe, NSW, Australia.</td><td>445 - 오팔 화이트</td><td>1200 mm 길이 x 30 mm 너비 x 4.5 mm 두께. 상업적 출처 URL : https://bit.ly/2Bq0fyc</td></tr><tr><td>Aluminum U-bar</td><td>Capral Ltd., Bundamba, QLD, Australia.</td><td>EK9160</td><td>1220mm 길이 x 35mm 너비 x 25mm 깊이. 상업용 출처용 URL: https://bit.ly/2PPfJou</td></tr><tr><td>베어 솔리드 코어 구리선</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>볼트</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>클램프</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>투명 에폭시 포팅 수지</td><td>Solid Solutions, East Bentleigh, VIC, Australia.</td><td>651 - 범용 에폭시 포팅 수지</td><td>전기 응용용 투명 에폭시 수지. 상업용 출처용 URL: https://bit.ly/2qY0pHa</td></tr><tr><td>시아노아크릴레이트 접착제</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Datalogger</td><td>Campbell Scientific, Logan, Utah, USA.</td><td>CR5000</td><td>차동 전압을 기록하는 다른 데이터 로거를 사용할 수 있습니다. 상용 출처 URL: https://bit.ly/2U7Io5H</td></tr><tr><td>드릴 또는 드릴 프레스</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>접착제 라이닝 열 수축</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>히트 건</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>LED 토치</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>마스킹 테이프</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>포토다이오드 (50)</td><td>Everlight Americas Inc., Carrollton, Texas, USA.</td><td>EAALSDSY6444A</td><td>스펙트럼 응답으로 인해 이 특정 구성 요소를 사용하는 것이 중요합니다. 상업적 출처를 위한 URL: https://bit.ly/2FzVnuH</td></tr><tr><td>폴리우레탄 폼 필러</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>양자 센서</td><td>LI-COR, 링컨, 네브래스카, 미국.</td><td>LI-190R</td><td>PARbars 교정 전용입니다. 상업적 출처용 URL: https://bit.ly/2HEfKbh</td></tr><tr><td>스크루 드라이버</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>실리콘 실란트</td><td>비특정 부품</td> 솔더 비특정 부품 <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>솔더</td></tr> 솔<tr><td>더 플럭스 펜</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>납땜 인두</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>스피릿/버블 레벨</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>탭 및 다이 세트</td><td>비특정 부품 비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2코어 케이블</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>전압계</td><td>비특정 부품</td><td></td><td></td></tr><tr><td>방수 커넥터</td><td>코어 일렉트로닉스, Adamstown, NSW, Australia.</td><td>ADA743</td><td>2코어 방수 커넥터. DC 전원 커넥터가 잘 작동합니다. 상업용 소스용 URL: https://bit.ly/2Brcrik</td></tr></tbody></table>

parbars: 저렴 한 공장 캐노피에서 빛 차단을 지속적으로 측정 하기 위한 ceptometers를 쉽게 구축 할 수 있습니다.

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

Ceptometry은 긴 바에서 병렬로 연결 된 다중 광 센서를 사용 하 여 식물 캐노피를 통해 광 합성 활성 방사선의 투과율을 측정 하는 데 사용 되는 기술입니다. 세 발 측정은 종종 캐노피 구조 및 빛 차단의 특성을 추론 하는 데 사용 됩니다, 특히 잎 지역 지 수 (라이) 및 효과적인 식물 영역 지 수 (PAIeff). 시판 되는 세 미터의 높은 비용으로 인해, 취할 수 있는 측정의 수는 종종 공간 및 시간에 제한 된다. 이는 광 차단에서 유전적 가변성을 연구 하기 위한 ceptometry의 유용성을 제한 하 고, 시간에 따라 측정을 기울일 수 있는 편향에 대 한 철저 한 분석과 보정을 배제 합니다. 우리는 매년 USD $75에 대해 생산 될 수 있는 ceptometers (PARbars 라고 함)를 지속적으로 기록 하 고 상업적으로 사용 가능한 대안에 필적 하는 고품질 데이터를 산출 합니다. 여기에서는 PARbars를 구축 하 고 교정 하는 방법, 현장에 배포 하는 방법 및 수집 된 투과율 데이터에서 PAI를 추정 하는 방법에 대 한 자세한 지침을 제공 합니다. 우리는 밀 캐노피에서 대표 결과를 제공 하 고 PARbars를 사용할 때 해야 할 추가 고려 사항에 대해 설명 합니다.

그림 1에는 parbar 빌드에 대 한 회로도가 나와 있습니다. PARbar에 대 한 대표적인 보정 곡선은 그림 2에 나와 있습니다. PARbar의 차동 전압 출력은 r2 = 0.9998를 사용 하 여 양자 센서의 PAR 출력에 선형적으로 비례 합니다. PARbars는 밀 캐노피에 배치 하 고 식물의 개발에 걸쳐 20 초 마다 기록 했다. 맑은 맑은 날에 PARbar를 사용 하 여 수집 된 캐노피 조명 환경의 대표적인 시간 과정을 도 3 에 나타내 었 다 (원시 투과율 데이터 및 보정 된 PAIeff 는 비교를 위해 표시 됨). 도 3b 및 3c 는 하루 중 다양 한 시간에 측정 한 순간의 ceptometry을 취 함으로써 도입 될 수 있는 바이어스를 입증 한다 (20187). 이 데이터의 수집에 사용 되는 밀 플롯은 12:30에서 피크 하 부 캐노피에 빛을 전달 하는 남북으로 인해 행 심기 방향을 가졌다 (도 3b). 이 시점에서 즉각적인 측정이 수행 되는 경우, PAIeff 는 과소 평가 되는 반면, 아침 이나 오후에 찍은 경우에는과 대 추정 될 수 있습니다. 방수 PARbars는 오랜 기간 동안 현장에 배치 될 수도 있습니다. 그림 4 는 parbars를 사용 하 여 식물이 발달 함에 따라 캐노피 라이트 환경이 어떻게 변화 하는지 모니터링 하는 방법을 보여줍니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig1.jpg"> 그림 1입니다. PARbar 빌드를 위한 회로도. (a) 방수 커넥터와 내부 션트 저항기의 위치 및 배치; (b) 포토 다이오드의 배치 및 간격; (c) 아크릴 디퓨저 바의 드릴링 위치; (d) 알루미늄 U 바의 드릴링 위치; 및 (e) PARbar의 전자 회로도. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig2.jpg"> 그림 2입니다. 대표 PARbar 보정 곡선. PARbar (mV)의 차동 전압 출력과 양자 센서 로부터 광합성 광자 플럭스 밀도 또는 파 (mmol)-2s-n ) 사이의 관계. 각 포인트는 PARbar 및 quantum 센서의 단일 측정 쌍을 나타내며, 1 일 동안 4 시간 동안 20 초 마다 한 번씩 기록 됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig3.jpg"> 그림 3입니다. PARbar 출력의 대표적인 일별 출퇴근 기록. 호주 캔버라에 서 00.1008의 밀 캐노피에서 PARbars를 사용 하 여 맑은 날에 수집 된 데이터 (-35°12 ', 149 ° 05 ' 17.0988) (a) 상기 캐노피 상부에 측정 된 PAR (mmol)),(b) 교정 되지 않은 투과율 (이하의파의 비율) 및 (c) 유효 식물 면적 지 수,이 중2 m-2 방정식 1에서 계산 됩니다. 도 (b) 및 (c)에 도시 된 데이터 포인트는 (n=30), 실선은 r(=0.5)에 끼워 지 는 황토 국부 회귀 이며, 음영 영역은 적합의 표준 오차이 고 대시 수평선은 일일 수단을 나타낸다. 점선 사이의 음영 영역은 CIMMYT11에의 한 밀의 즉각적인 ceptometer 측정에 권장 되는 시간 창 (1100-1400h)입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig4.jpg"> 그림 4입니다. 성장 시즌에 걸쳐 수집 된 대표적인 데이터. 초기 경작에서 수집 된 PARbar 데이터는 호주 캔버라에 있는 밀 캐노피에서 00.1008, 149도 05 17.0988 "). (a) 보정 되지 않은 투과율 데이터 (단위 없음) 및 수학식 1에서 계산 된 유효 플랜트 면적 지수 (PAI, m2m2). 표시 된 데이터 포인트는 1000-1, 400h(n=30)에 대 한 일일 수단을 나타낸다. 실선은 황토 국부 회귀 R (a = 0.75에 장착 되며, 음영 영역은 적합의 표준 오차입니다. 위의 par &lt; 1500 µmol의 경우 및위의 par이 &gt; 1 인 경우 원시 데이터는 추가 분석에 포함 되지 않았습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

여기, 우리는 구축 하 고 연구 품질을 교정 하는 방법에 대 한 자세한 지침을 제시 ceptometers (수평 막대를 따라 선형으로 배열 많은 센서에 걸쳐 빛의 강도를 통합 하는 빛 센서).

PARbars: 저렴 한 공장 캐노피에서 빛 차단을 지속적으로 측정 하기 위한 Ceptometers를 쉽게 구축 할 수 있습니다.

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

수제 지압계를 통해 식물 캐노피를 통해 빛의 전달을 지속적으로 측정할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 측정값을 사용하여 잎 영역 지수 및 플랜트 영역 지수와 같은 캐노피 특성을 추정할 수 있습니다. PARbars는 시판되는 지압계보다 훨씬 낮은 비용입니다.이를 통해 많은 수의 구매가 가능하며 장시간 현장에 배포할 수 있습니다. 지속적으로 로깅 지평계를 구성하려면 직경 4mm 의 각 끝에서 20mm, 흰색 1200 x 30 x 4.5 mm 아크릴 디퓨저 바의 각 끝에서 20 밀리미터를 드릴링한 다음 알루미늄 U-bar 섹션의 각 끝에서 20밀리미터의 나사 구멍을 드릴링하고 두드리는 것으로 시작합니다. 그런 다음 장착 하드웨어에 맞게 나사구멍을 알루미늄 u-bar 베이스로 드릴링하고 탭합니다.다음으로, 1.25mm 직경의 1.25미터 길이의 두 개의 1.25미터 길이를 한 번에 하나씩 고정하고, 다른 쪽 끝을 손 드릴의 그립 내에서 고정한 다음 저속으로 드릴을 켜는다. 미세 팁 영구 마커를 사용하여 디퓨저의 한쪽 끝에서 13.5cm의 첫 번째 포토다이오드 위치로 시작하여 디퓨저의 가장자리를 따라 포토다이오드의 의도된 위치를 표시하고, 다른 위치는 첫 번째 다이오드와 디퓨저의 맨 끝 사이의 2센티미터마다 위치한다. 디퓨저 바의 한 포토디오드를 중앙에 전기 연결 탭이 막대 의 측면을 가리키고, 디퓨저에 첫 번째 구리 와이어의 위치를 표시하기 위해 탭 중 하나 아래에 와이어를 배치합니다.시아노아크라일트 접착제를 사용하여 마크를 따라 디퓨저에 첫 번째 직선 구리 와이어를 고정하기 전에, 동일한 방식으로 막대의 중심과 반대쪽 끝에 와이어의 위치를 표시합니다. 접착제를 사용하여 표시된 20mm 간격으로 디퓨저를 따라 50개의 포토다이오드 페이스다운을 확보하여 다이오드가 디퓨저의 중심에 있고 큰 탭이 구리 와이어에 배치되고 작은 탭이 전선 맞은편에 배치되는 것을 주의하십시오. 우리의 모든 포토다이오드는 극성으로 인해 동일한 방향으로 배치해야합니다.우리는 강력하게 접착제 및 납땜 전에 모든 포토다이오드의 방향을 확인하는 것이 좋습니다. 제2 구리 와이어를 배치하여 포토다이오드의 각 작은 탭 아래에 앉아서 더 많은 시아노아크라일트 접착제로 디퓨저에 와이어를 고정시하십시오. 솔더 플럭스 펜을 사용하여 한 포토다이오드의 탭과 인접및 기본 와이어를 플럭스와 함께 적시다.섭씨 350~400도로 설정된 미세한 납땜 철을 사용하여 다이오드의 각 탭을 기본 구리 전선으로 납땜합니다. 각 포토다이오드에 빛을 비추고 납땜 연결을 테스트하고 멀티미터를 사용하여 전선을 가로지르는 각 다이오드의 전압 신호를 확인합니다. 선택적으로, 구리 전선을 가로질러 1.5옴 저온 계수 정밀 저항기를 납땜하고, 구리 와이어의 끝에 방수 직접 전류 커넥터의 남성 끝을 납땜.접착제 줄 지어 열 수축 튜브를 사용하여 연결을 밀봉하고 가장자리 근처의 디퓨저 표면에 실리콘 실란트를 적용하여 디퓨저의 회로 주위에 연속 실리콘 장벽을 만듭니다. 비드를 면밀히 검사하여 실리콘과 디퓨저 바 사이에 공기 간격이 남아 있지 않도록 합니다. 실란트가 경화되면 에폭시 수지로 우물을 채웁니다.면도날을 사용하여 실리콘 실란트를 제거하기 전에 수지가 하룻밤 동안 굳어지게 하십시오. M4 볼트를 사용하여 디퓨저를 미리 스레드된 알루미늄 u-bar에 볼트화하고 마스킹 테이프를 사용하여 전체 길이를 따라 알루미늄에 디퓨저를 고정합니다. 폴리우레탄 폼 필러로 조광기 내부의 빈 공간을 채웁니다.필러가 하룻밤 사이에 설정하여 마스킹 테이프를 제거한 다음 직접 전류 커넥터의 여성 끝을 두 개의 도체 케이블 길이로 납땜하고 접착제 줄 지어 열 수축으로 연결을 밀봉합니다. 양자 센서에 대해 광합성 활성 방사선 지각계 또는 PARbar를 보정하려면 두 센서를 데이터 로거에 연결하고 센서를 레벨 평면에서 전체 태양 으로 바깥으로 설정합니다. 태양 복사가 크게 변화하는 기간에 걸쳐 두 센서의 출력을 기록합니다.양자 센서에서 보고된 PAR의 선형 회귀의 경사로 PARbar의 보정 계수를 원시 전압 출력에 대해 결정합니다. 효과적인 식물 면적 지수를 추론하려면 캐노피 위에 PARbar 하나를 설치하여 캐노피 내의 빛 흡수 요소에 의해 그늘지지 않도록 주의하십시오. 흡수도를 측정하는 모든 광 흡수 요소 아래에 또 다른 요소를 설치합니다.현장에서 두 PARbars는 심기 행에 45도 각도로 정렬되어야 합니다. PARbar 상부가 아래 PARbar를 음영처리하지 않고, PARbars를 모두 정신 수준으로 높이지 않는지 확인합니다. 그런 다음 PARbars를 데이터 로거에 연결하고 각 PARbar에 대해 이전에 결정된 교정 계수를 사용하여 차동 전압 출력을 PAR로 변환합니다.PARbar의 차동 전압 출력은 양자 센서의 PAR 출력에 선형적으로 비례합니다. 이 대표적인 실험에서 PARbars는 밀 캐노피에 배치되어 식물 개발을 통해 20초마다 기록되었습니다. 이 데이터는 맑고 화창한 날에 PARbar를 사용하여 수집된 캐노피 라이트 환경의 전형적인 주부 시간 과정을 보여줍니다.바이어스는 하루 중 다양한 시간에 즉각적인 치향 측정을 통해 도입될 수 있습니다. 예를 들어, 이 데이터의 수집에 사용되는 밀 플롯은 12:30에 빛의 전송이 12:30에 피크와 함께, 북쪽 / 남쪽으로 인해 실제 심기 방향을했다. 이 시점에서 즉각적인 측정을 수행하려면 효과적인 플랜트 영역 지수가 과소 평가됩니다.아침이나 오후에 측정을 수행한 경우 과대 평가될 수 있습니다. 내후성 PARbars는 장시간 현장에 배치할 수도 있습니다. 예를 들어 식물이 개발됨에 따라 캐노피 광 환경이 어떻게 변하는지 모니터링합니다.PARbars는 장시간 필드에 설치할 수 있습니다. 이를 통해 연구원은 이전에는 고가의 상업용 장비를 사용할 수 없었던 방법으로 캐노피 개발을 모니터링할 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Environment

환경

샘플당 1분 미만이 소요되는 비침습적 비접촉식 근적외선 레이저 프로빙을 통해 잎 조직의 비열 용량과 열전도도를 측정하기 위해 개발된 방법입니다.

빠른 레이저 방법은 잎 열적 특성의 비 침습적과 연락이없는 결정을 촉진 프로빙

여기, 우리는 식물 성장 행동과 특히 고기를 공부 하 고 재현 가능한 방식에 대 한 프로토콜을 제시. 우리는 변수와 같은 시간 안정적인 조명 조건에서 제공 하는 방법을 보여줍니다. 적절 한 분석은 충분 한 샘플 번호 및 유효한 통계 평가에 따라 달라 집니다.

다른 빛 자질에 애기 thaliana 성장 행동의 분석

제시된 프로토콜은 폴란드의 현재 재삼림 풍조 현장에서 제한된 면적의 모든 유형의 짧은 캐노피 생태계에 적용되는 비전형적인 위치에서 에디 공변 방법을 사용합니다. 측정 현장 설정 규칙, 플럭스 계산 및 품질 관리, 최종 결과 분석에 대한 세부 정보가 설명되어 있습니다.

비이상적인 에디 공변 사이트에서 CO2 플럭스 측정

리프 영역 지수(LAI)의 정확한 추정은 식물 생태계 내의 재료 및 에너지 플럭스 모델과 생태계와 대기 경계 층 사이에 매우 중요합니다. 따라서, 정확한 LAI 측정을 위한 3가지 방법(쓰레기 트랩, 바늘 기술 및 PCA)이 제시된 프로토콜에 있었다.

순수 낙엽 스탠드에서 세 가지 뚜렷한 방법을 사용한 잎 영역 지수 추정

우리는 PAM및 에서 신호의 검출을 위한 스펙트럼 방사선계를 사용하여 엽록소의 형광 및 잎 반사의 동시 측정을 관련시키는 더 높은 식물에 있는 광합성 반응을 공부하는 새로운 기술적인 접근을 기술합니다 애기장대에서 같은 잎 지역.

잎 반사 및 엽록소 형광 분석의 동시 측정을 통해 광합성 거동 평가

우리는 망막의 중앙 및 parafoveal 지구에 있는 전반적인 황반 안료, 황체 및 제아잔틴 광학 조밀도의 수준을 결정하는 프로토콜을 제출합니다. 이 프로토콜은 foveal 편심에서 황반 색소 광학 밀도를 측정하는 데 사용되는 새로운 조정 가능한 트랙 시스템을 포함한다.

황반 색소 반사계를 사용하여 페리포베아에서 카로티노이드 측정

이 고처리량, 텔레메트릭, 전체 식물 수성 피노티핑 방법은 동적 식물 환경 상호 작용에 관련된 여러 수율 관련 생리적 특성의 분석뿐만 아니라 직접 및 동시 실시간 측정을 가능하게합니다.

식물-환경 상호 작용의 실시간 생리적 페노티핑을 위한 텔레메트릭, 중력 플랫폼

지상 생태계의 빠르고 정확한 리프 영역 지수(LAI) 추정은 광범위한 생태학적 연구와 원격 감지 제품을 교정하는 데 매우 중요합니다. 여기에 제시된 새로운 LP 110 광학 장치를 사용하여 현장 LAI 측정에서 지상 기반을 취하는 프로토콜이 있습니다.

식물 캐노피에서 광학 장치를 사용하여 효과적인 잎 영역 지수의 현장 측정

이 간행물은 맞춤형 조명 체계를 갖춘 실험실 광생물 반응기 (PBR)의 설계에 대해 설명합니다. 중탄산염을 탄소원으로 사용하는 시아노박테리아 또는 미세조류의 성장은 용적 산소 생산을 측정함으로써 지속적으로 모니터링됩니다. 이러한 PBR은 실험 중 사용자 개입이 거의없는 신속하고 복제 된 실험실 성장 비교를 용이하게합니다.

온라인 성장 측정 및 사용자 정의 가능한 조명 체계를 갖춘 실험실 광생물 반응기 운영

이 프로토콜은 펄스 진폭 변조된 엽록소 형광 측정법에 의한 비광화학적 담금질의 완화를 측정하기 위한 고처리량 방법을 도입한다. 이 방법은 현장에서 자란 글리신 맥스 에 적용되며 유전 적 다양성 또는 번식 집단을 스크리닝하기 위해 다른 종에 적응할 수 있습니다.

펄스 진폭 변조된 엽록소 형광계를 이용한 작물에서의 비광화학적 담금질의 고처리량 분석

이 원고는 광계 II 양자 효율, 스펙트럼 반사율, 식물 구조의 자율 현장 측정을 위한 비파괴적이고 고처리량의 접근법을 설명하여, 농업학 및 육종 현장 시험에서 대규모 캐노피 광합성 표현형 분석을 가능하게 합니다.

자율 로봇을 이용한 작물 식물의 광합성 효율을 현장에서 고처리량으로 스크리닝합니다

배우세요 저렴한 PARbars를 제작하여 식물 캐노피의 광 차단을 지속적으로 측정하는 방법을. 아크릴 확산봉과 광다이오드를 사용하여 양자 센서 대비 낮은 비용으로 정확한 데이터를 수집할 수 있습니다.

PARbars: 저렴 한 공장 캐노피에서 빛 차단을 지속적으로 측정 하기 위한 Ceptometers를 쉽게 구축 할 수 있습니다.

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