Een nieuwe workflow voor het bemonsteren en digitaliseren van incrementele kernen

Summary

We presenteren een protocol om 3D-geprinte monteringen te gebruiken om incrementele cores in het veld te bevestigen zonder de noodzaak om ze uit te pakken en op houten mounts te lijmen. De nieuwe GSC-houder maakt het mogelijk om de kernen in een kernmicrotoom te plaatsen om hun oppervlak te snijden en ze direct over te brengen naar digitale beeldopname.

Abstract

Hier presenteren we een nieuwe workflow, van het nemen van incrementele kernen in het veld, het opslaan en transporteren ervan naar het laboratorium, tot het digitaliseren van hun boomringen voor verdere analyses voor daaropvolgende dendroecologische analyses. De procedure omvat het gebruik van nieuwe monsterdragers voor incrementele kernen. Deze nieuwe Gärtner Schneider Core (GSC) houders zijn ontworpen met behulp van driedimensionale (3D) modelleringssoftware en uiteindelijk geprint met een 3D-printer. Door deze bevestigingen vanaf het begin in het veld te gebruiken, kunnen de kernen direct worden gesneden met een kernmicrotoom, en hun oppervlak kan vervolgens worden gedigitaliseerd zonder verdere herschikking met behulp van een nieuw beeldopnamesysteem met hoge resolutie. Ze zijn dus beschikbaar voor directe analyse. Dit systeem maakt het mogelijk om jaarringen van boomringen van kernen en schijven te digitaliseren, en ook om beelden te maken van lange microsecties (tot 40 cm) met behulp van doorvallend licht. Deze eigenschap is van bijzonder belang voor dendroecologische en geomorfische toepassingen om het begin van een verstoring te identificeren in microsecties die met een kernmicrotoom zijn gesneden.

Introduction

Het principe van het dateren van boomringen door toepassing van de kruisdateringstechniek werd voor het eerst geïntroduceerd door de Oostenrijkse boswetenschapper Arthur Freiherr von Seckendorff-Gudent in 1881¹. In de eerste helft van de 20e^{eeuw werd} deze techniek opnieuw uitgevonden door de "vader van de dendrochronologie" Andrew Ellicott Douglass, die het intensief toepaste bij het dateren van archeologische vindplaatsen en levende bomen².

Tegenwoordig wordt dendroecologie, het onderzoeksonderwerp dat fungeert als een soort milieukader van de dendrochronologie, gedefinieerd als de studie van boomringen en hun inherente groeivariaties veroorzaakt door ecologische en ecologische veranderingen in de tijd³. In dendroecologisch onderzoek worden veel andere kenmerken dan variaties in de ringbreedte, zoals stabiele isotopen, late houtdichtheid of celkenmerken binnen enkele ringen, gebruikt om deze gegevens te correleren met milieuparameters om de impact van milieuomstandigheden op de boomgroei in de loop van de tijd beter te begrijpen⁴. Door de voortdurende integratie van houtanatomische studies in dendroecologisch onderzoek, is dendroecologisch onderzoek de afgelopen tien jaar geëvolueerd en is het meer dan ooit een ruggengraat bij het reconstrueren van klimaatomstandigheden in het verleden 5,6,7,8.

Hoewel de technische ontwikkeling met betrekking tot de voorbereiding en analyse van monsters, met name in de houtanatomie, in het afgelopen decennium sterk was 9,10,11,12,13,14, was er bijna geen echte vooruitgang op het gebied van de vereenvoudiging van bemonsteringstechnieken ¹⁵. Ondanks bijvoorbeeld de akoestische golftechnologie¹⁶ is er tot op heden geen betrouwbare "niet-destructieve" methode om de eigenschappen van ringen uit bomen te extraheren.

Bijgevolg zijn alle jaarringgerelateerde onderzoeken nog steeds gebaseerd op houten monsters die zijn genomen van bomen of struiken die op de relevante locaties zijn genomen. Bij het focussen op bomen is de standaardprocedure het nemen van incrementele kernen van stammen¹⁵.

Het nemen van kernen met behulp van increment corers wordt vaak uitgedrukt als een "niet-destructieve" techniek¹⁷. Vergeleken met het nemen van schijven van stengels, is dit correct; Niettemin veroorzaakt deze bemonsteringstechniek een gat in de stengel met een diameter van ongeveer 1 cm, dat meestal verder reikt dan het merg van de stengel³. De boom is in staat om deze wond zelf te sluiten, maar dit proces veroorzaakt groeireacties, waardoor de gemeenschappelijke structuur in de directe omgeving van de wond verandert, evenals een min of meer intense verkleuring van het bestaande hout rond het gat als gevolg van schimmelziekten^18,19. Het zou dus beter "minimaal invasief" moeten worden genoemd in plaats van "niet-destructief".

De techniek van het nemen van incrementele kernen is onlangs geëvolueerd door de mogelijkheid om mechanische boren te gebruiken, wat resulteert in monsters van hogere kwaliteit, vooral voor anatomische houtanalyses¹⁵. Deze procedure bespaart ook veel tijd in het veld in vergelijking met handmatig boren. Wat ongewijzigd bleef, was de procedure voor het hanteren van de kernen, beginnend bij de extractie uit de boom tot het labelen, opslag voor transport en het voorbereiden ervan in het laboratorium voor verschillende mogelijke analysetechnieken.

Kernen moeten nog steeds worden verpakt in stabiele containers, zoals rietjes van plastic of papier, om te voorkomen dat ze tijdens het transport breken. Het labelen van de kernen gebeurt direct op de kern met behulp van zachte potloden of (vaker) aan de buitenkant van elk rietje. Bij gebruik van plastic containers moeten de kernen na korte tijd worden verwijderd om de verspreiding van schimmels te voorkomen. De cores moeten dus weer uit de containers worden gehaald. Om de kernen te stabiliseren en om te voorkomen dat ze buigen wanneer ze beginnen te drogen, moeten de kernen op een houder worden bevestigd. Dit helpt ook bij de latere voorbereiding van het oppervlak voor verdere analyses. Daarbij moeten de labels ook op de respectievelijke houders worden overgebracht. Een standaardprocedure is het lijmen van de kernen op houten bevestigingen of ze met tape in de rillen van golfkarton bevestigen. Het verlijmen op houten passe-partouts is de meest gebruikte techniek. Hoewel deze procedure perfect is voor het stabiliseren en schuren of snijden van de kernen, heeft het verschillende nadelen met betrekking tot mogelijke chemische, isotopische en zelfs houtanatomische analyses. Een ander nadeel, ondanks de benodigde tijd, is de foutgevoelige overdracht van de labels voor elke kern naar de nieuwe mounts.

In de dendrochronologie vormen ringbreedtemetingen als basis voor nauwkeurige datering de ruggengraat van alle dendroecologische studies²⁰. Hoewel veel laboratoria nog steeds vertrouwen op handmatige metingen met behulp van meettabellen, bijvoorbeeld Lintab²¹ met bevestigde verrekijker, is er een trend om flatbedscanners te gebruiken om kernoppervlakken te digitaliseren en ringbreedte te meten met behulp van software zoals CooRecorder²² of WinDENDRO²³. Helaas hebben deze scanners, bijvoorbeeld de veelgebruikte Epson Expression 10000XL, niet voldoende resolutie om structuren duidelijk weer te geven als vroeghout of latewood tracheïden (Figuur 1). Om deze reden zijn de resulterende beelden niet geschikt voor het herkennen van moeilijke structuren zoals zeer smalle ringen of dichtheidsfluctuaties, die van cruciaal belang zijn voor een nauwkeurige kruisdateringsprocedure zonder met een verrekijker terug te gaan naar de originele kernen^24,25.

Aangezien een hoge beeldresolutie een onmisbare voorwaarde is voor adequate beeldanalyses in de jaarringwetenschap¹⁰, werd bij WSL (Skippy; https://www.wsl.ch/en/services-produkte/skippy/) een nieuw beeldvastlegsysteem ontwikkeld om jaarringen op kernoppervlakken te digitaliseren met behulp van een digitale camera, wat resulteert in beelden met een hogere resolutie dan alle bestaande flatbedscanners. Dit systeem was gebaseerd op het idee van het ATRICS-systeem²⁶, ontwikkeld in 2007. Onlangs werd een eenvoudig maar efficiënt beeldopnamesysteem dat vergelijkbaar is met de Skippy gepresenteerd als een zelfbouwpakket²⁷.

Het digitaliseren van jaarringen, d.w.z. het vastleggen van beelden met gereflecteerd licht, is een belangrijke stap in het maken van afbeeldingen met een hoge resolutie van incrementele kernen of schijven ter ondersteuning van een tijdbesparende, digitaal gebaseerde ringbreedtemeting. Het bij WSL ontwikkelde systeem maakt het ook mogelijk om met doorvallend licht beelden te maken van lange microsecties (tot 40 cm). Deze extra eigenschap is bijvoorbeeld van belang voor dendrogeomorfe toepassingen om het begin van reactiehout in microsecties te identificeren.

In de studie presenteren we een protocol om het proces van het hanteren van kernen in het veld en het laboratorium te vergemakkelijken. De basis van de gepresenteerde nieuwe techniek is een herbruikbare houder; de nieuwe GSC-houder GärtnerSchneiderCore (GSC) houder, ontworpen met behulp van 3D-modelleringssoftware en geprint met een 3D-printer. De GSC-houder maakt het mogelijk om de kernen die in het veld worden meegenomen eenvoudig te hanteren zonder ze opnieuw te verpakken of opnieuw te labelen. We presenteren ook een efficiënt nieuw systeem voor het digitaliseren van de voorbereide oppervlakken van de kernen. Dit protocol omvat de hele procedure, van het nemen van kernen in het veld tot de voorbereiding van monsters, het digitaliseren van de kernoppervlakken voor latere analyses en uiteindelijk het opslaan ervan in een archief.

Protocol

1. Aanmaken van de SGR-houder

1. Open het 3D-model van de houder in een slicer-programma dat compatibel is met een 3D-printer. Maak een printbestand dat door de 3D-printer kan worden gelezen (in dit geval een "*.gcode"-bestand).
   OPMERKING: Het 3D-model kan worden ontworpen met behulp van elke 3D-modelleringssoftware.
2. Breng het printbestand over naar de 3D-printer met behulp van een geheugenkaart of een USB-stick en activeer het printbestand op de 3D-printer.
3. Zodra de houder is bedrukt, wacht u tot de houder is afgekoeld tot kamertemperatuur (RT). Verwijder vervolgens de plaat waaraan de houder kleeft van de printer en buig de plaat een beetje totdat de vorm loskomt van het oppervlak.
4. Verwijder alle overtollige schroefdraad of hulpstukken uit de houder.
   OPMERKING: Het aantal houders dat tegelijk moet worden afgedrukt, is afhankelijk van de grootte van de printer. Op een 3D-printer met een plaatafmeting van 36 cm x 36 cm kan men in één keer ongeveer 30 houders met een lengte van 35 cm printen. De tijd die nodig is om 30 houders te printen, is afhankelijk van het apparaat. Gemiddeld is dit in ongeveer 8 uur gebeurd ('s nachts printen).

2. Extraheren, stabiliseren en transporteren van incrementele kernen in het veld

1. Neem een accuboormachine die is uitgerust met een koppelbooster en een incrementele boor, selecteer de positie van het boren en plaats de boor loodrecht op de groeias van de stengel.
   NOTITIE: Hetzelfde kan handmatig worden gedaan met behulp van de increment corer zonder accuboormachine.
2. Begin met boren totdat de boor ten minste de helft van de stengeldiameter bereikt. Controleer de diepte zoals hierboven uitgelegd door de extractor (die dezelfde lengte heeft als de boor) naast de boor te houden.
3. Als u een accuboormachine gebruikt, haalt u de boor eraf, plaatst u de hendel op de boor (wat al het geval is bij handmatig gebruik van de verhogingsboor), neemt u de extractor met de open kant naar boven en steekt u deze volledig in de boor.
4. Draai de increment corer naar achteren (één volledige slag) om de kern van de steel af te breken. Haal de extractor eruit, inclusief de kern.
5. Verwijder de kern uit de extractor. Controleer de vezelrichting van de kern om er zeker van te zijn dat de vezels rechtop staan wanneer u de kern in de houder plaatst.
   OPMERKING: De vezelrichting kan aan beide uiteinden van de kern en aan de zijkant van de kern worden gecontroleerd. Houd hiervoor de kern tegen het licht en draai deze totdat er een zijschijn te zien is. Dit gebeurt omdat aan deze kant de radiale celwanden in de lengterichting zijn doorgesneden en het licht anders weerkaatsen dan de rest van de kern.
6. Plaats de kern op de houder met de vezelrichting rechtop. Druk met alle vingers op de bovenkant van de kern totdat de kern in de houder glijdt.
7. Label de kern aan de zijkant van de houder met een zacht potlood, zodat u zelfs op glas kunt schrijven.
   OPMERKING: Het schrift kan later worden verwijderd met een gewoon rubber.
8. Plaats de houder met de kern in de transportbox en sluit het deksel.

3. Voorbereiding van de gemonteerde kernen in het lab

1. OPTIONEEL: Inbedding van de gemonteerde kernen in paraffine voor mogelijke microsecties.
   1. Plaats een stalen kist met deksel voorzien van een ventiel voor de aansluiting van een vacuümpomp op een kookplaat, vul deze tot ongeveer 2 cm met paraffine en wacht tot deze volledig is gesmolten.
   2. Haal de gemonteerde aders uit de transportdoos. Plaats de houders met de kernen zoals ze in de vloeibare paraffine zitten en sluit het deksel.
   3. Start de vacuümpomp, breng een constant, licht vacuüm aan op de container en wacht ongeveer 2 uur. Door de open structuur van de houder kan de paraffine zonder extra barrières in de kernen doordringen.
   4. Stop de vacuümpomp en open het deksel. Haal de houders met de kernen eruit, leg ze op een rooster en laat ze afkoelen.
   5. Verwijder indien nodig overtollige paraffine van de zijkanten van de houder.
2. Voorbereiding van de kernoppervlakken
   1. Haal de gemonteerde kernen uit de transportbox of het paraffinebad. Plaats de houder met de kern zoals deze is in de monsterhouder van een kern-microtoom. Zorg ervoor dat u de kern zo oriënteert dat het latehout van de ringen naar het blad wijst.
   2. Draai de schroeven van de monsterhouder vast totdat de kernhouder volledig vastzit.
   3. Til de monsterhouder op totdat de kern het mes lichtjes raakt. Trek het mes over de gehele breedte van de kern om het eerste deel van de bovenkant af te snijden.
   4. Duw het mes achter de kern terug, til de monsterhouder een paar micron op en herhaal de procedure totdat een vlak oppervlak van ten minste 2-3 mm breed is verkregen.
   5. Zodra het oppervlak is gesneden zoals bedoeld, verwijdert u de kernhouder uit de monsterhouder van de microtoom.
      OPMERKING: Het wordt aanbevolen om de kernen met een kernmicrotoom te snijden en niet te schuren omdat het oppervlak schoner en recht is en de cellen niet gevuld zijn met stof.

4. Digitaliseren van de kernoppervlakken

1. Plaats de kernhouder met het gladde kernoppervlak op de tafel van een beeldregistratiesysteem, zoals hier het WSL-Skippy-systeem wordt gepresenteerd.
2. Zorg ervoor dat de kernhouder is uitgelijnd met de bewegingsrichting van de tafel of camera.
3. Plaats de tafel met de kernhouder onder de camera om de buitenste ring in het midden van het zicht onder het cameraobjectief te hebben.
4. Plaats een schaal naast het begin van de kern en maak een foto voor kalibratiedoeleinden.
   OPMERKING: Dit hoeft maar één keer te worden gedaan bij het maken van afbeeldingen van veel kernen achter elkaar.
5. Definieer de lengte van de kern in de software en start het proces voor het vastleggen van afbeeldingen. Wanneer de laatste foto is gemaakt, beweegt de tafel terug naar de startpositie.
6. Verwijder het monster van de tafel, plaats de volgende houder onder de camera en herhaal de eerder beschreven procedure door de lengte van de kern te definiëren totdat alle kernen zijn gefotografeerd.
7. Gebruik een (vervormingsvrije) stitching-software, bijv. PTGui, om de afzonderlijke afbeeldingen te combineren tot één definitief beeld van het kernoppervlak.

5. Opbergen van de cores

1. Neem de geanalyseerde kernen in de houder en plaats ze in het draagbare opslagrek dat met een 3D-printer is geprint.
2. Label het rek om de kernen van buitenaf te identificeren.
3. Bewaar het rek op een plank of een ander beschikbaar archief.

Results

SGR-houder
De kernhouders worden (standaard) geprint op een lengte van 35 cm, wat bijna overeenkomt met het maximale printformaat van de gebruikte 3D-printer (Original Prusa XL, bouwvolume 36 cm × 36 cm × 36 cm). In het geval dat langere aders worden genomen, kan de houder worden uitgebreid met extra houders door ze te verbinden met kleine verbindingsstukken door de inkepingen die aan beide uiteinden van alle houders aanwezig zijn (Figuur 2A).

Bij veldwerk is de tijd die nodig is om de kernen direct in de houder op te slaan vergelijkbaar met het simpelweg in een rietje of ander verpakkingsmateriaal te doen. Hoewel het nodig is om de vezelrichting van elke kern te respecteren voordat de kern in de houder wordt gedrukt (Figuur 2), is deze extra tijd slechts enkele seconden en kan deze worden ondersteund met behulp van een lens. In onze ervaring komt de extra benodigde tijd (indien aanwezig) neer op ongeveer 1 minuut voor 10 cores. Deze minimale extra tijd heeft ook betrekking op kapotte kernen. In plaats van gebroken kernen stuk voor stuk in een rietje te nemen, worden deze stukken gewoon een voor een in de houder gelegd en erin geperst.

Om het veilige transport van de kernen in het veld en naar het lab te garanderen, ontwierpen en printten we een speciale transportbox voor de houders, inclusief de kernen (Figuur 3). De houders kunnen eenvoudig in de doos worden geplaatst waar ze worden gestabiliseerd door kleine uitstulpingen die precies in de inkepingen aan beide uiteinden van de houders passen. De doos kan vervolgens worden afgesloten door een deksel dat in de zijgroeven van de doos wordt geschoven.

Het echte voordeel van de nieuwe houder wordt duidelijk in het laboratorium. In plaats van de kernen uit het rietje (of andere containers) te halen, houten houders met aanwijzingen voor te bereiden, de kernen op de houder te bevestigen, het label over te brengen op de nieuwe houder en minstens een paar uur te wachten tot de lijm droog en stabiel is voor verdere verwerking, kunnen de kernen in de houder direct (i) in een kernmicrotoom worden bevestigd om een effen oppervlak te snijden of (ii) direct worden geschuurd met een schuurmiddel machine zonder dat er een verder voorbereidingsproces nodig is. Vooral het ontbreken van de noodzaak om de labels over te brengen op nieuwe houders voorkomt mogelijke overdrachtsfouten.

Aangezien de houders voor elke kerndiameter kunnen worden ontworpen, maakt het niet uit of ze nodig zijn voor "standaard" kernen van 5 mm of aders van 10 mm of 12 mm, omdat ze bijvoorbeeld worden gebruikt voor isotopen- of andere chemische analyses.

Met betrekking tot isotopen- of chemische analyses is het voordeel van de houder dat de aders worden gefixeerd zonder dat er lijm of een fixatiemedium nodig is. De kernen zijn dus niet vervuild en kunnen gemakkelijk uit de houder worden gehaald voor meer specifieke analyses. Ook bij de anatomische analyses van hout maakt de mogelijkheid om de kernen gemakkelijk uit de houder te halen een eenvoudige hantering van de kernen voor de voorbereiding van microsecties mogelijk.

De optionele mogelijkheid om in de houder bevestigde kernen in te bedden, maakt het mogelijk om gevoelige structuren te stabiliseren, aangezien cellen met dunne celwanden de neiging hebben om te breken tijdens het snijden. Het stabiliseren van de kern door deze in te bedden in paraffine is in veel gevallen efficiënter dan simpelweg een maizena-oplossing toe te voegen.

Een ander voordeel doet zich ook voor wanneer de kernen moeten worden opgeslagen voor latere inspecties of heranalyses. De houders kunnen in speciaal ontworpen rekken worden geplaatst (Figuur 4) en ook worden geprint met een 3D-printer die vergelijkbaar is met de opslag in de transportdoos. De GSC-houders met de kernen worden in het rek geplaatst zoals ze zijn en kunnen vervolgens op elke plek worden opgeborgen. De breedte van de rekken, d.w.z. hoeveel aders in een enkel rek kunnen worden bevestigd, hangt af van de beschikbare ruimte op een plank of opslagruimte. De rackmodellen kunnen worden aangepast aan elke specifieke behoefte en dienovereenkomstig worden bedrukt.

Digitaliseren van kern- of schijfoppervlakken
Het beeldvastlegsysteem, ontwikkeld bij WSL (Afbeelding 5), maakt het mogelijk om boomringen te digitaliseren (geautomatiseerde beeldvastlegging) om afbeeldingen met een hoge resolutie van incrementele kernen of schijven te maken ter ondersteuning van een tijdbesparende, digitaal gebaseerde ringbreedtemeting. Het systeem bestaat uit een plaat die op een draadstang is bevestigd en het monster onder het objectief (Sony FE 90 mm f/2.8 Macro) van een 61 MP-camera (Sony Alpha 7R IV) beweegt in vooraf gedefinieerde stappen tussen 0,1 en 1 cm. De foto's worden gemaakt met behulp van het autofocussysteem van de camera om gerichte afzonderlijke beelden te garanderen. De resolutie van de camera maakt een echte resolutie van elk beeld van 6500 dpi mogelijk, getest met behulp van een SilverFast-resolutiedoel (USAF 1951). Dit klinkt misschien een beetje laag in vergelijking met de officiële resolutie van een flatbedscanner met een opgegeven resolutie van 4800 dpi. Maar bij het testen van foto's van hetzelfde doel die zijn gemaakt met een Epson XL-scanner met een resolutie van 4800 dpi, vertoonden de resulterende afbeeldingen een echte resolutie van slechts 1825 dpi (Afbeelding 6). De hoge resolutie van de beelden maakt een duidelijk beeld van de afzonderlijke cellen mogelijk en hiervoor een duidelijke definitie van de ringgrenzen die in de beelden zijn vastgelegd (Figuur 7). Als het oppervlak van de gebruikte kernen of schijven goed is voorbereid, is het niet nodig om terug te gaan naar het originele monster om de structuur opnieuw te controleren. Na het samenvoegen van de afzonderlijke afbeeldingen kunnen de resulterende kernafbeeldingen worden geanalyseerd met behulp van de voorkeursanalysesoftware.

Het beeldregistratiesysteem maakt het ook mogelijk om met doorvallend licht foto's te maken van microsecties tot een lengte van 40 cm. Deze eigenschap is van belang voor bijvoorbeeld dendrogeomorfe toepassingen om het begin van reactiehout of andere specifieke kenmerken in microsecties van hele boomkernen te identificeren (Figuur 8).

Figuur 1: Scan afbeeldingen van Larix decidua Mill. Boomringen gescand met verschillende resoluties met behulp van een flatbedscanner. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Schematische weergave van de SGR-houder. (A) De opening aan beide uiteinden van de houder maakt het mogelijk om twee houders met een paaltje te verbinden om langere aders te bevestigen. De groene pijlen geven de drukrichting aan wanneer de houder in de kernmicrotoom is bevestigd. Links: Witte pijlen geven openingen aan die lucht- of vloeistofcirculatie (voor inbedding) mogelijk maken. Rechts: De GSC-houder met een ingeperste kern. (B) De vezelrichting van de kern moet rechtop staan. (C) De witte lijn geeft het snijvlak van de kern aan. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Transportkist om de GSC-houder met de kernen in het veld op te slaan en te vervoeren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Opbergframes om de SGR-houders in te plaatsen voor definitieve opslag in een archief. De frames kunnen worden gestapeld om ruimte te besparen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Het beeldregistratiesysteem dat bij WSL is ontwikkeld. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: Vergelijking van de beeldresolutie tussen een flatbedscanner en het beeldregistratiesysteem. (A) SilverFast resolutie-doel (USAF 1951). (B) Afbeelding gescand met een flatbedscanner met een gespecificeerde resolutie van 4800 dpi (geïnterpoleerd) en de respectievelijke sectievergrotingen hieronder. (C) Afbeelding gemaakt met het beeldopnamesysteem en de respectievelijke sectievergrotingen hieronder. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7: Samengestelde afbeelding van een Larix decidua Mill. increment kern (bovenste afbeelding) en de respectievelijke doorsnedevergrotingen hieronder. Van de composiet zijn enkele foto's gemaakt met het beeldopnamesysteem. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 8: Samengestelde afbeelding van een microdoorsnede van een volledige toenamekern (Larix decidua Mill.) en de bijbehorende doorsnedevergroting. Van de composiet zijn enkele foto's gemaakt met het beeldopnamesysteem (doorvallend licht). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussion

De opname van houtanatomie in dendroecologische studies heeft deze studies op grote schaal geopend voor nieuwe en diepgaande analyses van milieuomstandigheden in het verleden 28,29,30. Deze nieuwe technieken intensiveerden ook de analytische inspanningen, d.w.z. de laboratoriumtijd die nodig was om de interessante gegevens te genereren. Er zijn talloze pogingen gedaan om het laboratoriumwerk te optimaliseren en de tijd die nodig is in het laboratorium te verkorten met betrekking tot houtanatomische technieken 9,12,13,15,30. Maar er zijn bijna geen inspanningen geleverd om de gebruikelijke procedure voor het hanteren, voorbereiden en bewaren van kernen die voor deze studies is genomen, te vergemakkelijken.

3D-printen biedt op dit gebied nieuwe mogelijkheden⁹. De nieuwe, 3D-geprinte kernhouder is de eerste poging om deze hele procedure te vereenvoudigen, waardoor het minder tijdrovend en dus efficiënter wordt.

Terwijl kernen die zijn opgeslagen in plastic rietjes^31,32 of vergelijkbare containers eruit moeten worden gehaald om te voorkomen dat schimmels zich aan de buitenkant (en binnenkort ook de binnenkant) van de kern ontwikkelen, kunnen kernen die in de SGR-houders zijn bevestigd blijven zoals ze zijn. Tot nu toe is het vergelijkbaar met het bewaren in papieren rietjes³³.

Het voordeel wordt duidelijk zodra de hele procedure van (i) het verwijderen van de kernen uit het rietje (of een andere container), (ii) het verlijmen ervan op houten steunen of het bevestigen ervan op andere objecten als kabeldragers, en (iii) het mogelijk foutgevoelige proces van het overbrengen van de respectieve code die voor elke kern wordt gebruikt, aangezien het nu al tientallen jaren bijna een standaard was³⁴, overbodig wordt.

De open structuur van de GSC-houder maakt het mogelijk om de kernen op te slaan zonder het risico van schimmelaantasting, zoals het geval zou zijn wanneer ze in een plastic container worden bewaard. Zoals hierboven beschreven, maakt de houder ook een inbedding in paraffine mogelijk om de structuur te stabiliseren. Desalniettemin kan deze "eenvoudige" inbedding niet worden vergeleken met gebruikelijke inbeddingsprocedures waarbij cassettes worden gebruikt om het monster in een paraffineblok in te sluiten, zoals bij microkernen³⁵. De eenvoudige techniek is vergelijkbaar met het aanbrengen van maïszetmeel bij het snijden van microsecties³⁶. Het zal de cellen beter stabiliseren en voorkomen dat ze breken tijdens het snijproces, maar het kost meer tijd dan simpelweg maïszetmeel toe te voegen. Deze vorm van inbedding zal niet de hele kern stabiliseren alsof deze in een blok is ingebed. Als de kern wordt gebroken, zullen de secties ook breken. Omdat de GSC-houder in de kernmicrotoom³⁷ past, duurt het voorbereiden van het oppervlak op het daaropvolgende digitaliseringsproces slechts enkele minuten.

Voor het digitaliseren van boomringen was de toepassing van flatbedscanners, die vaak worden gebruikt voor blauwintensiteitsmetingen^38,39, niet bevredigend voor meer gedetailleerde weergaven van de ringstructuur vanwege de vrij lage kwaliteit van de resulterende beelden. Hoewel de grenzen van gemeenschappelijke (brede) ringen van coniferen op deze afbeeldingen zichtbaar waren, waren smalle ringen, of zelfs dichtheidsfluctuaties, bijna onmogelijk te identificeren.

Hoewel er fascinerende nieuwe pogingen zijn om jaarringen in hoge resolutie te digitaliseren, zoals röntgenfoto CT⁴⁰, is het gebruik van digitale camera's met hoge resolutie nog steeds de meest efficiënte en kosteneffectieve manier om beelden van hoge kwaliteit te produceren voor verdere metingen.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Core-microtome	WSL	https://www.wsl.ch/en/services-produkte/microtomes/	Microtome om microsecties uit incrementkernen te snijden
Epson Expression 10000XL	EPSON	https://epson.com/Support/Scanners/Expression-Series/Epson-Expression-10000XL---Graphic-Arts/s/SPT_E10000XL-GA	flatbed scanner
GSC houder	WSL	in-house	3D geprinte houder om kernen te fixeren voor transport, voorbereiding, analyses en opslag
Skippy beeldvastleggingssysteem	WSL	https://www.wsl.ch/en/services-produkte/skippy/)	Beeldvastleggingssysteem ontwikkeld bij WSL, uitgerust met een 61 MP camera (Sony Alpha 7R IV en Sony FE 90mm f/2.8 Macro lens)