Introduction
Temperature di congelamento che si verificano quando le piante sono in attiva crescita può essere letale, in particolare se la pianta ha poca o nessuna tolleranza congelamento. Tali eventi gelo spesso hanno effetti devastanti sulla produzione agricola e possono svolgere un ruolo importante nel plasmare la struttura della comunità in popolazioni naturali di piante, in particolare in montagna, gli ecosistemi sub-artiche e artiche 1-6. Gli episodi di gravi gelate primaverili hanno avuto maggiori impatti sulla produzione di frutta negli Stati Uniti e in Sud America, negli ultimi anni 7-9 e sono stati esacerbati dalla precoce inizio della stagione calda seguita da più tipici basse temperature medie. Il clima caldo precoce induce i germogli di rompere, attivando la crescita di nuovi germogli, foglie e fiori che hanno tutti molto poco o nessun tolleranza al freddo 1,3,10-12. Tali condizioni meteorologiche imprevedibili sono stati segnalati per essere un riflesso diretto del cambiamento climatico in corso e si prevede che essere un modello di tempo comune per Foresfuturo eeable 13. Gli sforzi per fornire tecniche di gestione economiche, efficaci e rispettosi dell'ambiente o prodotti agrochimici in grado di fornire una maggiore tolleranza al freddo hanno avuto un successo limitato per una serie di motivi, ma questo può essere in parte attribuito alla natura complessa di congelare la tolleranza e il congelamento dei meccanismi di evitamento nelle piante. 14
I meccanismi di adattamento associata a sopravvivenza gelo nelle piante sono stati tradizionalmente divisi in due categorie, il congelamento la tolleranza e il congelamento di evitamento. La prima categoria è associata con meccanismi biochimici regolati da uno specifico set di geni che permettono alle piante di tollerare tensioni associate con la presenza e l'effetto dehydrative di ghiaccio nei suoi tessuti. Mentre quest'ultima categoria è tipicamente, ma non esclusivamente, associato ad aspetti strutturali di una pianta che determinano se, quando, e dove si forma il ghiaccio in un impianto di 14. Nonostante la prevalenza di evasione freeze come un annuncioMeccanismo aptive, poca ricerca è stata dedicata negli ultimi tempi per la comprensione dei meccanismi e regolazione di evasione freeze sottostanti. Il lettore si riferisce a una recente revisione 15 per maggiori dettagli in merito.
Mentre la formazione di ghiaccio a basse temperature può sembrare un processo semplice, molti fattori contribuiscono a determinare la temperatura alla quale il ghiaccio nucleates in tessuti vegetali e come si diffonde all'interno della pianta. Parametri come la presenza di ghiaccio estrinseca e intrinseca nucleatori, eterogenei vs eventi nucleazione omogenea, termico-isteresi (antigelo) proteine, la presenza di zuccheri specifici e altri osmoliti, e una serie di aspetti strutturali della pianta possono tutti giocare un significativo ruolo nel processo di congelamento in impianti. Collettivamente, questi parametri influenzano la temperatura alla quale una pianta gela, in cui viene iniziata ghiaccio e come cresce. Essi possono anche influenzare la morfologia dei cristalli di ghiaccio risultanti.Vari metodi sono stati utilizzati per studiare il processo di congelamento in impianti in condizioni di laboratorio, compresa la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) 16, la risonanza magnetica (MRI) 17, crio-microscopia 18-19, e bassa temperatura di microscopia elettronica a scansione (LTSEM ). 20 Congelamento di piante intere in laboratorio e sul campo, però, è soprattutto stata monitorata con termocoppie. L'uso di termocoppie per studiare congelamento si basa sulla liberazione di calore (entalpia di fusione) quando l'acqua subisce una transizione di fase da liquido a solido. Congelamento viene quindi registrato come un evento esotermica. 21-23 Sebbene termocoppie sono il tipico metodo di scelta nello studio congelamento nelle piante, il loro uso ha molte limitazioni che limitano la quantità di informazioni ottenute durante un evento di congelamento. Ad esempio, con termocoppie è difficile quasi impossibile determinare dove viene iniziata ghiaccio in piante, come si propaga,se si propaga ad una frequenza costante, e se alcuni tessuti rimangono liberi di ghiaccio.
I progressi in alta risoluzione termografia a infrarossi (HRIT) 24-27, però, hanno aumentato significativamente la capacità di ottenere informazioni sul processo di congelamento di piante intere, specialmente se usata in modalità di imaging differenziale. 28-33 Nella presente relazione, abbiamo descrivere l'uso di questa tecnologia per studiare vari aspetti del processo di congelamento e vari parametri che influiscono dove e ghiaccio ea quale temperatura è iniziata nelle piante. Un protocollo sarà presentato che dimostrare la capacità del batterio di ghiaccio-nucleazione-attiva (INA), Pseudomonas syringae (Cit-7) per agire come un nucleator estrinseca avvio congelamento in una pianta erbacea ad una temperatura elevata sotto zero.
Ad alta risoluzione telecamera a infrarossi
Il protocollo e gli esempi documentati in questo rapporto utilizzano una alta risoluzione infrarossiVideo radiometro. Il radiometro (figura 1) fornisce un insieme di immagini spettro all'infrarosso e nel visibile e dati di temperatura. La risposta spettrale della fotocamera è nel range di 7,5-13,5 pm e fornisce 640 x 480 pixel. Immagini spettro visibile generati dalla fotocamera incorporata può essere fuso con IR-immagini in tempo reale, che facilita l'interpretazione dei complessi, immagini termiche. Una gamma di lenti per la macchina fotografica può essere usato per fare close-up e osservazioni microscopiche. La telecamera può essere utilizzata in una modalità autonoma, o interfacciato e controllato con un computer portatile utilizzando il software propietari. Il software può essere utilizzato per ottenere una varietà di dati termici incorporati nei video registrati. E 'importante notare che una grande varietà di radiometri infrarossi sono disponibili in commercio. Pertanto, è essenziale che il ricercatore discutere l'applicazione prevista con un tecnico esperto del prodotto e che il ricercatore testare la capacità di qualsiasi specific radiometro a fornire le informazioni necessarie. Il radiometro di imaging utilizzata nel protocollo descritto è posto in una scatola di acrilico (Figura 2) isolato con Styrofoam i n fine di dissuadere l'esposizione alla condensa durante i protocolli di riscaldamento e raffreddamento. Questa protezione non è necessaria per tutte le telecamere o le applicazioni.
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Protocol
1. Preparazione di materiali vegetali
- Utilizzare sia foglie o piante intere di materiale vegetale soggetto (Hosta spp. O Phaseolus vulgaris).
2. Preparazione di Water Solutions contenenti ghiaccio nucleazione attivi (INA) Batteri
- Culture batterio INA, Pseudomonas syringae (Strain Cit-7) in capsule di Petri a 25 ° C su Pseudomonas Agar F preparato con 10 g / L di 100% glicerolo per la direzione del produttore.
- Dopo culture sono cresciuti sufficientemente, posto a 4 ° C fino al momento dell'uso, ma mantenere a 4 ° C per due giorni prima di garantire un elevato livello di attività nucleazione del ghiaccio.
- Raschiare batteri da una singola placca dalla superficie del agar con una plastica, monouso o riutilizzabile spatola metallica al momento dell'uso e posto in 10-15 ml di acqua deionizzata in un 25 ml cuvetta monouso. La concentrazione deve essere nel range di 1 x 07-01 Ottobre x 10 9 · -1. La soluzione apparirà nuvoloso. Non è necessario per confermare la concentrazione utilizzando un emocitometro o spettrofotometro, la concentrazione deve essere solo approssimativa.
- Agitare la cuvetta per un minimo di 10 secondi per distribuire i batteri.
Nota: la concentrazione specifica della miscela INA risultante non è importante e il protocollo descritto fornirà più di un adeguato livello di attività di nucleazione del ghiaccio. Questa miscela di batteri INA e acqua sarà utilizzato in seguito negli esperimenti di nucleazione.
3. Impostazione di un esperimento di congelamento
- Posizionare la telecamera a infrarossi alta risoluzione (SC-660) all'interno della scatola acrilica di protezione in modo che i progetti lente attraverso l'apertura nella parte anteriore della scatola e sui cavi la fotocamera a un dispositivo di uscita laptop o la registrazione attraverso l'apertura posteriore della scatola . Fissare il coperchio della scatola e posizionare la scatola dentro la camera ambientale o congelatore in una posizione che saranno tuttiow il materiale vegetale soggetto di essere visto.
- Fornire un fondo scuro intorno al materiale vegetale da lungo le pareti della camera con cartoncino nero per evitare interferenze da energia infrarossa riflessa.
- Montare la camera con illuminazione a LED per ridurre al minimo il riscaldamento dalla fonte di luce quando è richiesta la registrazione di immagini in lunghezze d'onda visibili. Solo un minimo di illuminazione, ad esempio una luce di armadio a batteria o altro piccolo dispositivo LED, è necessaria per gli impianti siano visibili dalla telecamera.
- Una volta prese le immagini visibili del materiale vegetale soggetto, spegnere l'illuminazione a LED. Distribuire tutte le connessioni esterne cablate (collegamento firewire al calcolatore, cavo di alimentazione, ecc) alla fotocamera tramite un porto o altra apertura nella camera.
- Riempite ogni spazio nel porto o apertura con materiale isolante in schiuma per evitare o ridurre i gradienti di temperatura all'interno della camera. Impostare la temperatura iniziale della camera a 1 ° C.
- Allineate piante o parti di piante in modo che il materiale vegetale è nel campo di vista-della telecamera e il materiale vegetale è visibile sulla schermata di visualizzazione remota o all'interno del software scelto.
- Consentire piante equilibrare a 1 ° C per 30 minuti a 1 ora, a seconda delle dimensioni del materiale vegetale, prima di iniziare un esperimento di congelamento controllato. Questo assicura che la temperatura della pianta non ritardo temperatura dell'aria da molti gradi dopo l'inizio dell'esperimento di congelamento. Equilibrazione viene raggiunta quando la temperatura del materiale vegetale è entro 0,5 ° C di temperatura dell'aria.
- Posizionare uno strato di isolamento Styrofoam sulla parte superiore del terreno di piante in vaso se vengono utilizzate piante in vaso. Una volta che le piante sono equilibrati, iniziare il raffreddamento della camera.
Nota: Lo strato di isolante sulla superficie del terreno della pentola riduce la quantità di continua perdita di calore dal piatto per l'aria circostante l'impianto, e previene le radici da freezing, in quanto ciò non si verificano in genere durante un evento gelo in natura a causa della massiccia serbatoio di calore residuo presente nel terreno.
- Posizionare uno strato di isolamento Styrofoam sulla parte superiore del terreno di piante in vaso se vengono utilizzate piante in vaso. Una volta che le piante sono equilibrati, iniziare il raffreddamento della camera.
- Impostare i parametri della telecamera desiderati (tavolozza dei colori, range di temperatura, specifiche aree di interesse, ecc), come discusso in 3.4.1-3.4.4.
- Selezionare la tavolozza arcobaleno per visualizzare le variazioni di temperatura durante la visualizzazione dell'immagine live.
- Impostare l'intervallo di temperatura di 5 ° C regolando la barra di temperatura posta appena sotto l'immagine nel software.
- Scegliere la scala lineare (algoritmo) per convertire i dati infrarossi nell'immagine a falsi colori come definito dalla palette selezionata (arcobaleno) e impostare l'intervallo di temperature di 5 ° C e per monitorare automaticamente in base all'immagine. In alternativa, regolare la gamma insieme manualmente durante la conduzione dell'esperimento.
- Utilizzare la temperatura di un punto specifico o la temperatura media all'interno dell'area definita di interesse fornito dalla softwsono. Recuperare i dati di temperatura di tutti i pixel dalla sequenza video registrato o da informazioni incorporate nel file di immagine. La figura 3 mostra una tipica schermata dal software ResearchIR.
- Posizionare un cursore su una posizione sul tessuto vegetale che rappresenta un punto di interesse specifico. Definire l'area di interesse come punti (1 -3 pixel), scatole, linee, ellissi o cerchi. Molteplici combinazioni di punti e forme possono essere posizionati sopra l'immagine.
- Registrazione di una sequenza video
- Impostare la fotocamera per registrare a 60 Hz e per la registrazione di essere fermato manualmente.
- Indicare la posizione del computer o disco esterno dove verrà posizionato il file video registrato.
- Iniziare la registrazione.
Nota: La registrazione di un disco rigido esterno altamente è raccomandata in quanto verranno generati file video di grandi dimensioni. I file video registrati possono essere successivamente modificati per includere solo la parte contenente il neinformazioni sario. Questo ridurrà di molto la dimensione del file. - Abbassare la temperatura della camera incrementale di 0,5 -1.0 ° C. Attendere che la temperatura dell'impianto equilibra con la temperatura dell'aria e abbassare di nuovo la temperatura di 0,5-1,0 ° C. A seconda della massa del tessuto vegetale viene osservato e la sua morfologia, equilibramento può richiedere da 10 a 15 min. Così, dando una velocità di raffreddamento di circa 4 ° C / hr.
- Continuare in questo modo fino a quando l'impianto si blocca e le osservazioni sono stati completati. Terminare la registrazione quando il processo di congelamento è stato completato.
Nota: Il tessuto vegetale è equilibrata con temperatura dell'aria quando il materiale vegetale e sfondo sono dello stesso colore poiché sono alla stessa temperatura. Poiché la temperatura del fondo e la temperatura del tessuto vegetale sono gli stessi, può essere difficile visualizzare il materiale vegetale fino a nuovo abbassare la temperatura e c'è differenza di temperatura tra il tessuto vegetale etemperatura ir.
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Representative Results
Attività di Ice-nucleazione del ghiaccio + batterio, Pseudomonas syringae (ceppo Cit-7)
Una goccia 10 ml di acqua e 10 ml di acqua contenente P. syringae (Cit-7) sono stati collocati sulla superficie di una foglia abassiale Hosta (Hosta spp.) (Figura 4). Come illustrato, la goccia d'acqua contenente batteri INA congelato prima ed era responsabile per indurre la foglia di congelare mentre la goccia d'acqua sulla superficie del foglio è rimasto scongelati.
Congelamento e ghiaccio Propagazione in una pianta legnosa
Figura 5 illustra sia l'inizio di ghiaccio e la propagazione di ghiaccio in un fusto di quercia (Quercus robur). La formazione di ghiaccio è stato avviato nel cambium regione floema vascolare del fusto e propagato circonferenza attorno al fusto. La velocità di propagazione ghiaccio in pianta legnosa steli è molto maggiore in direzione longitudinale che in una laterale e circumfedirezione renziale. 31
Tassi di Ice propagazione e barriere a Ice Propagazione
Ice è stato avviato nel fusto di una pianta di fagiolo (P. vulgaris) nel luogo dove i batteri INA erano stati posti (figura 6A, freccia). Dopo l'evento iniziale di congelamento, ghiaccio propagato su e giù il gambo (Figura 6B-C). Usando la sequenza video, che ha un time stamp, e misurare la distanza sullo stelo, permette di calcolare la velocità di propagazione di ghiaccio su una data distanza. Il grafico della figura 6 presenta la velocità di propagazione del ghiaccio il gambo della pianta di fagiolo dal punto di congelamento incipiente ed illustra un tasso ridotto di propagazione ghiaccio ghiaccio passa attraverso la regione nodale della pianta. Utilizzando termografia infrarossi consente anche di determinare la presenza di eventuali barriere fisiche che impediscono la propagazione di ghiaccio nei tessuti specifici. Figura 7 </ Strong> illustra il congelamento in una specie alpine, procumbens Loiseleuria, dove (fusto e foglie) la parte vegetativa della pianta è congelato ma i boccioli dei fiori terminali rimanere scongelati. La formazione di ghiaccio non si è verificato fino a 126-164 minuti dopo il congelamento del fusto e si erano verificate le foglie e la risposta esotermica risultante aveva dissipato. Come germogli riproduttivi delle specie legnose alpine sono il congelamento sensibile 3,33, il congelamento di evitare è di cruciale importanza per il successo riproduttivo.
Capacità degli ostacoli idrofobi al gelo Block estrinseca Ice nucleazione indotta
Una pianta di pomodoro (Solanum lycopersicum) è stata rivestita con una base di caolino materiale idrofobo (Figura 8A) per determinare se la barriera idrofoba potrebbe bloccare estrinseca nucleazione del ghiaccio congelamento indotta. Il grado di contatto di gocce di liquido con la superficie del foglio era molto maggiore in foglie non rivestite (
Figura 1. ad alta risoluzione a infrarossi Radiometer. Il modello illustrato è una termocamera FLIR SC-660 Video infrarossi.
Figura 2. custodia protettiva per la telecamera a infrarossi. Una scatola acrilico viene utilizzato per ospitare la fotocamera ed evitare la formazione di condensa sulla telecamera a infrarossi durante il congelamento e scongelamento esperimenti. (A) Scatola con superiore rimosso. (B) Camera figurare nella casella acrilica e coperchio chiuso.
Figura 3. Visualizzazione e analisi immagini agli infrarossi e macchina fotografica di telecomando. Schermata dal software ResearchIR. Il software consente di visualizzare l'immagine in diretta, modificare le impostazioni della fotocamera, registrare singole immagini, effettuare registrazioni video, e analizzare i dati di temperatura nelle immagini. Inserire in mostra destra opzioni per la modifica delle impostazioni della fotocamera mentre inserto in basso a sinistra mostra un istogramma di temperatura dell'immagine dal vivo.
Figura 4. nucleazione indotta estrinseca congelamento di foglia Hosta (Hosta spp.). Gocce non congelata di acqua e batteri INA, Pseudomonas syringae (ceppo Cit-7), sono presenti sulla superficie abassiale della foglia (A). INA gocciolina congela prima (B) e avvia congelamento del foglio (C). Ice diffonde foglia (D) e nonostante il congelamento della foglia, la gocciolina acqua rimane gelate (E). Goccia d'acqua sulla superficie della foglia si blocca dopo l'intera foglia ha congelato e ha cominciato a raffreddarsi ai bordi (F).
Figura 5. Ice iniziazione e propagazione nel tronco di una pianta legnosa (Quercus robur) Pannello sinistro:. Sezione di un fusto legnoso di quercia. (AH) innescare il congelamento evento nella regione del floema e cambio vascolare (A) e la progressione di formazione di ghiaccio attorno al fusto (B - H). Kuprian e Neuner, inedito.
Figura 6. Tasso di propagazione ghiaccio in una pianta di fagiolo (Phaseolus vulgaris) calcolata utilizzando ad alta risoluzione termografia all'infrarosso. (A) Ice avviato nel gambo (freccia). (B - C) propagazione del ghiaccio su e giù per lo stelo. Grafico in alto della figura mostra la velocità di propagazione del ghiaccio presentato come il ghiaccio distanza percorsa nel tempo in seguito si lo stelo dal sito originale di congelamento. Un ritardo in iSi è verificato propagazione ce come il ghiaccio si muoveva attraverso la parte nodale del fusto della pianta. Questa cifra è stata modificata da Wisniewski et al. 24
Figura 7. Barriera di formazione di ghiaccio nel legnoso pianta alpina, procumbens Loiseleuria (azalea alpina). (A) visibile immagine luce del gambo di azalee alpino mostrare fusto centrale, foglie attaccate, e gemme terminali. (B - C) Il congelamento è iniziato nel gambo e il ghiaccio si propaga fuori in foglie. Gemme terminali rimangono scongelati. (D - E) gemme terminali congelare indipendentemente 126-164 min dopo il congelamento iniziale del fusto e delle foglie. Durante questo periodo il calore di entalpia prodotta dal congelamento del fusto e foglie è già dissipata. Kuprian e Neuner, unpublished.
Figura 8. barriere idrofobi bloccano estrinseco nucleazione indotta congelamento del pomodoro (Solanum Lycopersicon). (A) materiale a base di caolino-idrofobico applicato a piante di pomodoro. (B - C). Riduzione del livello di contatto tra la superficie del foglio e le gocce di liquido contenente batteri Ina patinata (B) vs. non patinata (C) foglie. (D) Impianto naturale (a destra) subisce una risposta esotermica associato con il congelamento degli impianti, mentre impianto rivestito rimane sottoraffreddati, ma non gelate a circa -6 ° C. Questo dato è stato modificato da Wisniewski et al. 34
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Discussion
L'acqua ha la capacità di Supercool a temperature inferiori a 0 ° C e la temperatura alla quale l'acqua si congela può essere molto variabile. 36 Il limite di temperatura per sottoraffreddamento di acqua pura è di circa -40 ° C ed è definito come il punto di nucleazione omogenea. Quando l'acqua gela A temperature superiori a -40 ° C si è portato dalla presenza di eterogeneo nucleatori che consentono piccoli embrioni di ghiaccio di forma che poi servire come catalizzatore per la formazione di ghiaccio e la crescita. 37 Ci sono una moltitudine di molecole in natura che agire agenti nucleanti ghiaccio molto efficiente, così la maggior congelamento dell'acqua in natura avviene a temperature di poco inferiori a 0 ° C. La possibilità di regolare o influenzare l'attività degli agenti nucleanti eterogenei ha un potenziale significativo come un nuovo approccio per fornire protezione dal gelo alle piante. Capire come si forma il ghiaccio e si propaga nel congelare le piante sensibili e di congelamento-tolerant è essenziale per achieving questo obiettivo.
Come indicato nell'introduzione, vari metodi sono stati utilizzati per studiare il processo di congelamento in impianti in condizioni di laboratorio, tuttavia, congelamento di piante in natura è principalmente stato monitorato con l'uso di termocoppie. Ad alta risoluzione termografia infrarossi (HRIT) 24-28,34, offre diversi vantaggi come metodo per studiare il processo di congelamento in impianti. HRIT consente di osservare il sito iniziale di formazione di ghiaccio, il numero di eventi di congelamento necessari per congelare un intero impianto, in realtà osservare come il ghiaccio si propaga in una pianta e se sono presenti ostacoli alla propagazione di ghiaccio, e determinare se eventuali porzioni di un impianto rimane privo di ghiaccio. Ancora più importante, permette di osservare il processo di congelamento in piante intere piuttosto che piccole porzioni isolate di una pianta che sono stati rimossi dalla pianta madre.
La presente relazione illustra l'applicazione del HRIT allo studio di freezing negli impianti intatti o parti di piante, e fornisce alcuni esempi di come questa tecnologia può essere utilizzata per esaminare diversi parametri che possono influenzare il modo e quando si forma il ghiaccio nelle piante, e in che modo il ghiaccio viene propagato. Aspetti critici di condurre questi studi riguardano la sensibilità e la precisione della telecamera a infrarossi, i parametri utilizzati per la configurazione della telecamera e la registrazione di sequenze video, la velocità di raffreddamento, la complessità strutturale / morfologica del soggetto sta guardando, e la conoscenza scienza dell'infrarosso. Questi elementi saranno affrontati individualmente.
La sensibilità e la precisione della telecamera a raggi infrarossi (radiometro)
Gli eventi esotermiche durante il congelamento dei tessuti vegetali che vengono visualizzati sono molto piccole, che vanno da <0,1 a circa 0,5 ° C. Pertanto la telecamera a infrarossi deve essere sufficientemente sensibili per distinguere facilmente piccole variazioni di temperatura. Accuratezza della temperatura è anche un aspetto importante erichiede che la fotocamera è calibrato su base regolare (almeno una volta l'anno). Mentre questo può essere fatto dall'utente, si richiede l'uso di diversi corpi neri che coprono una vasta gamma di temperature. Pertanto, è meglio avere la tarato in fabbrica macchina fotografica. Se un alto livello di precisione della temperatura è assolutamente essenziale, si raccomanda che una termocoppia essere utilizzato in congiunzione con la telecamera a infrarossi. Questo può essere montato vicino l'oggetto in fase di studio per dare una stima accurata della temperatura dell'aria.
Parametri della fotocamera
Una serie di parametri possono essere regolati su avanzate, di fascia alta telecamere a infrarossi. Usando la fotocamera per visualizzare e / o registrare eventi congelamento, è importante che l'immagine media essere utilizzato per ridurre un'immagine rumorosa, rendendo così più facile per visualizzare parti di piante ed eventi di congelamento. Media dell'immagine si verifica quando si seleziona un'immagine di alta qualità nelle impostazioni della fotocamera. Dal minore exotherm congelamentos sono attesi, è importante anche quando si visualizza il processo di congelamento per impostare l'intervallo temperture della telecamera per coprire un piccolo intervallo di temperatura (2-5 ° C). Questo è necessario perché il software distribuirà il pallette colore selezionato nell'arco completo set per la fotocamera. Pertanto, se ci sono 10 colori nella tavolozza e si ha la misura impostata a 100 ° C, la loro sarebbe solo un cambiamento di colore se c'è stato un cambiamento 10 ° C di temperatura. Un tasso di acquisizione ad alta (dieci fotogrammi al secondo) deve essere utilizzato in modo che piccoli eventi esotermici, che disperdono rapidamente, non sono mancati. Diverse palette di colori e scale di grigio possono essere scelti da un menu a discesa. Selezione della tavolozza più appropriato dovrebbe essere basata sulla necessità o meno che fornisce la migliore opzione per la visualizzazione degli eventi termici di interesse. Macchine fotografiche avanzate offrono anche diverse opzioni per la registrazione di una sequenza video e / o di acquisizione di immagini singole. È possibile selezionare un numero specifico di fotogrammi su una durata di tempo impostato.Questa è la cosa migliore per registrare sequenze di breve durata (minuti), piuttosto che ore. In alternativa, il numero di fotogrammi al secondo può essere indicato e la fotocamera impostata per arrestare la registrazione manualmente o dopo un determinato numero di fotogrammi. Telecamere avanzati offrono anche la possibilità per le registrazioni di iniziare o fine a base di trigger predefiniti (temperatura o tempo).
Tasso di raffreddamento
È importante che la temperatura del materiale vegetale essendo visti non differisce notevolmente dalla temperatura dell'aria durante il raffreddamento. Se la temperatura si abbassa troppo rapidamente, piante supercool e congelare a una temperatura dell'aria inferiore a quello che sarebbe sotto velocità di raffreddamento naturali. La maggior parte degli studi suggeriscono una velocità di raffreddamento di 1-2 ° C hr -1, in particolare a temperature superiori a -5 ° C, che fornisce tempo sufficiente per piante per raggiungere un equilibrio con la temperatura dell'aria. In realtà, il materiale vegetale può entrare in equilibrio molto più velocemente. Questopuò essere determinato confrontando la temperatura del materiale vegetale con la temperatura del fondo intorno alla pianta. Se la pianta è in equilibrio, sarà difficile discernere la pianta dal suo sfondo dell'immagine infrarossa come sarà alla stessa temperatura come sfondo e l'immagine appare essere quasi omogenea di colore.
Complessità morfologica strutturale dell'oggetto sta visualizzando
Dal momento che le immagini visionato rappresentano immagini di temperatura, gli oggetti che si sovrappongono verranno visualizzati come oggetti contigui piuttosto che oggetti discreti. Questo può rendere discernere dove eventi congelazione occuring molto difficile e anche aumentare la difficoltà nel determinare come ghiaccio si propaga nella pianta. Il modo migliore per affrontare questo problema è quello di primo lavoro con oggetti semplici (singole foglie, steli, ecc) e poi costruire fino a oggetti più complessi. L'esperienza nel lavoro con i ma specificariale ha un grande valore nel trattare con questo problema. Inoltre, la capacità di sovrapporre l'immagine ad infrarossi sulla sommità di una immagine digitale, luce visibile può anche contribuire notevolmente ad analizzare e comprendere i dati infrarossi.
Conoscenza della scienza a infrarossi
Anche se sarebbe vantaggioso per essere in grado di puntare semplicemente la fotocamera su un oggetto e sapere che i dati di temperatura ricevuti è accurato al 100%, la comprensione di come infrarossi energia interagisce con il suo ambiente può aumentare notevolmente quelli comprensione di come utilizzare al meglio la ricerca-grado telecamere a infrarossi e interpretare i dati. Uno dovrebbe diventare una certa familiarità con i termini di emissione, riflessione, e assorbanza. Per la maggior parte, la telecamera può essere utilizzato senza preoccuparsi di questi parametri, tuttavia, possono contribuire a spiegare la natura dell'immagine visualizzata e la sua qualità e la precisione complessiva. In breve, quando l'energia infrarossa colpisce un oggetto può essere sia reflected o assorbito e poi emessa. La natura dell'oggetto in fase di studio, quindi, può influenzare la precisione dei dati in ricezione. Se un oggetto ha un elevato grado di riflessione, si riceverà una immagine più rappresentativa degli oggetti circostanti che emettono energia infrarossa che l'oggetto stesso. Assorbanza di energia infrarossa senza emettere l'energia infrarossa può anche portare ad ottenere dati di temperatura falsi dall'oggetto in fase di studio. I sensori CAMERA DETECT emessi energia infrarossa, pertanto, le temperature più accurati sono ottenuti da oggetti che hanno un alto livello di emissività. Fortunatamente, le piante hanno un alto livello di emissività consentire misurazioni accurate della temperatura. Bassi livelli di emissività possono essere compensate regolando questo parametro nelle impostazioni della fotocamera che poi utilizzare un algoritmo per effettuare una regolazione appropriata nella lettura della temperatura.
La capacità di determinare come e quando le piante congelare precisioneè essenziale per comprendere l'evoluzione del meccanismo di congelamento-evasione e il ruolo della struttura dell'impianto nel processo di congelamento. Congelamento, nonostante la sua apparente semplicità, è un processo complesso e le piante hanno sviluppato una serie di adeguamenti strutturali per evitare il congelamento, in compartimenti formazione di ghiaccio, e prevenire la propagazione di ghiaccio. Ad alta risoluzione termografia infrarossi è un romanzo e potente strumento che può essere usato per studiare la complessità del processo di congelamento in impianti e portare allo sviluppo di nuovi metodi efficaci di protezione antigelo. Una migliore comprensione di freeze-evasione può anche aiutarci a capire come si sono evoluti questi meccanismi di adattamento, e il ruolo che svolgono nella biologia e la sopravvivenza di diverse specie di piante.
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Disclosures
Gli autori non hanno interessi finanziari in competizione o conflitti di interesse.
Acknowledgments
Questa ricerca è stata finanziata dal Fondo di Scienze austriaca (FWF): P23681-B16.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Infrared Camera | FLIR | SC-660 | Many models available depending on application |
| Infrared Analytical Software | FLIR | ResearchIR 4.10.2.5 | $3,500 |
| Pseudomonas syringae (strain Cit-7) | Kindly provided by Dr. Steven Lindow, University of California Berkeley icelab@berkeley.edu | ||
| Pseudomonas Agar F | Fisher Scientific | DF0448-17-1 |
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