Introduction
Congelamento temperaturas que ocorrem quando as plantas estão em crescimento activo pode ser letal, particularmente se a planta tem tolerância ao congelamento pouca ou nenhuma. Tais eventos geada muitas vezes têm efeitos devastadores sobre a produção agrícola e também podem desempenhar um papel importante na formação da estrutura da comunidade em populações naturais de plantas, especialmente em alpino, ecossistemas sub-árcticas e árcticas 1-6. Os episódios de geadas da Primavera graves tiveram grandes impactos sobre a produção de frutos nos EUA e América do Sul nos últimos anos 7-9 e foram exacerbadas pelo início precoce de tempo quente seguido por mais típicas baixas temperaturas médias. O clima quente no início induz botões para se abrirem, ativando o crescimento de novos brotos, folhas e flores todos os que têm muito pouca ou nenhuma tolerância geada 1,3,10-12. Tais padrões climáticos erráticos foram relatados para ser um reflexo direto das mudanças climáticas em curso e espera-se que seja um padrão de tempo comum para as foresfuturo eeable 13. Os esforços para proporcionar técnicas de gestão econômica, eficazes e respeitadores do ambiente ou agrotóxicos que podem fornecer tolerância a geadas aumento tiveram sucesso limitado por uma série de razões, mas isso pode ser atribuído em parte à natureza complexa do congelamento tolerância e mecanismos de prevenção de congelamento nas plantas. 14
Os mecanismos adaptativos associados com a sobrevivência geada em plantas têm sido tradicionalmente divididos em duas categorias, a tolerância ao congelamento e evitar o congelamento. A categoria anterior está associada com mecanismos bioquímicos regulados por um conjunto específico de genes que permitem que as plantas para tolerar as tensões associadas com a presença e o efeito desidratante de gelo nos seus tecidos. Enquanto a última categoria é normalmente, mas não exclusivamente, associado a aspectos estruturais de uma planta que determinam se, quando e onde as formas de gelo em uma planta 14. Apesar da prevalência de evitar congelamento como um anúnciomecanismo aptive, pouca pesquisa tem sido dedicada nos últimos tempos para a compreensão dos mecanismos subjacentes e regulação de evitar congelamento. O leitor é remetido para uma revisão recente 15 para maiores detalhes sobre este assunto.
Enquanto a formação de gelo a baixas temperaturas pode parecer um processo simples, muitos factores que contribuem para a determinação da temperatura à qual o gelo nucleia em tecidos de plantas e como se propaga dentro da planta. Parâmetros como a presença de extrínseco e intrínseco nucleadores de gelo, contra eventos nucleação homogênea heterogêneos, térmico-histerese (anticongelante) proteínas, a presença de açúcares específicos e outras osmolytes, e uma série de aspectos estruturais da planta pode desempenhar um importante papel no processo de congelação em plantas. Colectivamente, estes parâmetros influenciam a temperatura à qual uma planta congela, onde o gelo é iniciada e como ele cresce. Eles podem também afectar a morfologia dos cristais de gelo resultantes.Vários métodos têm sido utilizados para estudar o processo de congelação em plantas sob condições de laboratório, incluindo espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) 16, ressonância magnética (MRI) 17, crio-microscopia 18-19, e microscopia eletrônica de varredura de baixa temperatura (LTSEM ). 20 Congelamento de plantas inteiras em ambientes de laboratório e campo, no entanto, tem sido principalmente monitorizadas com termopares. A utilização de termopares para estudar congelamento baseia-se na libertação de calor (entalpia de fusão), quando a água passa por uma transição de fase do estado líquido para um sólido. A congelação é então gravada como um evento exotérmico. 21-23 Mesmo que os termopares são o método típico de escolha no estudo de congelação em plantas, a sua utilização tem muitas limitações que limitam a quantidade de informação obtida durante a ocorrência da congelação. Por exemplo, com termopares é difícil quase impossível de determinar onde o gelo é iniciado em plantas, como se propaga,se propaga a uma taxa ainda, e se alguns tecidos permanecem livres de gelo.
Avanços em termografia infravermelha de alta resolução (Hrit) 24-27, no entanto, têm aumentado significativamente a capacidade de obter informações sobre o processo de congelação em plantas inteiras, especialmente quando usado em um modo diferencial de imagem. 28-33 No presente relatório, descrevem a utilização desta tecnologia para o estudo de vários aspectos do processo de congelação e vários parâmetros que afectam onde e gelo e em que a temperatura é iniciada em plantas. Um protocolo irá ser apresentada que vai demonstrar a capacidade da bactéria-nucleação de gelo-activo (INA), Pseudomonas syringae (Cit-7), para actuar como um nucleador extrínseca iniciar a congelação em uma planta herbácea a, uma temperatura abaixo de zero elevado.
De alta resolução Infrared Camera
O protocolo e exemplos documentados neste relatório utilizar uma alta resolução infravermelhoradiómetro de vídeo. O radiómetro (Figura 1) fornece uma combinação de imagens de espectro visível e infravermelho e dados de temperatura. A resposta espectral da câmera é na faixa de 7,5 a 13,5 mm e fornece 640 x 480 pixels de resolução. Espectro visível imagens geradas pelo construído em câmara pode ser fundido com IR-imagens em tempo real, o que facilita a interpretação de imagens complexas, térmicas. A gama de lentes para a câmera pode ser usada para fazer close-up e observações microscópicas. A câmera pode ser usada em modo stand-alone, ou interface e controlada com um laptop usando software proprietária. O software pode ser utilizado para se obter uma variedade de dados térmicos incorporados nos vídeos gravados. É importante notar que uma grande variedade de radiómetros infravermelhos estão disponíveis comercialmente. Portanto, é essencial que o pesquisador discutir a sua aplicação pretendida com um engenheiro de produto experiente e que o investigador testar a capacidade de qualquer específic radiômetro para fornecer as informações necessárias. O radiômetro de imagem usados no protocolo descrito é colocado em uma caixa de acrílico (Figura 2) isoladas com isopor i n fim de dissuadir a exposição a condensação durante os protocolos de aquecimento e esfriamento. Essa proteção não é necessária para todas as câmeras ou aplicações.
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Protocol
1. Preparação de materiais de plantas
- Utilize qualquer folhas ou plantas inteiras de material sujeito planta (Hosta spp. Ou Phaseolus vulgaris).
2. Preparação de soluções aquosas contendo Ice nucleação ativos (INA) Bactérias
- Culturas da bactéria INA, Pseudomonas syringae (Estirpe Cit-7) em placas de Petri a 25 ° C em agar Pseudomonas F preparada com 10 g / L de glicerol a 100% por direcção do fabricante.
- Após culturas cresceram suficientemente, lugar a 4 ° C até ser necessário, mas manter a 4 ° C durante dois dias antes de garantir um elevado nível de actividade de nucleação de gelo.
- Raspe bactérias de uma única placa a partir da superfície do agar com um plástico, descartáveis ou reutilizáveis espátula de metal no momento da utilização e em lugar de 10-15 ml de água desionizada numa cuvete descartável de 25 ml. A concentração deve estar no intervalo de 1 x 07-1 outubro x 10 9 · -1. A solução aparece nublado. Não há necessidade de se confirmar a concentração, utilizando um hemocitómetro ou um espectrofotómetro, tal como concentração precisa ser apenas aproximados.
- Vortex a cuvete para um mínimo de 10 segundos para distribuir as bactérias.
Nota: A concentração específica da mistura INA resultante não é importante e o protocolo descrito irá fornecer mais do que um nível adequado de actividade de nucleação de gelo. Esta mistura de bactérias INA e água será usada mais tarde nos experimentos de nucleação.
3. configuração de uma experiência de congelação
- Coloque a câmara de infravermelhos de alta resolução (SC-660) no interior da caixa de protecção de acrílico de modo a que os projectos de lente através de uma abertura na parte da frente da caixa e os fios de ligação da câmara a uma saída do dispositivo portátil ou gravação através da abertura traseira da caixa . Fixe a tampa da caixa e coloque a caixa de dentro da câmara ambiental ou freezer em um local que vai tudoow o material sujeito planta a ser visto.
- Fornecer um fundo escuro em torno do material vegetal, forrando as paredes da câmara com papel de construção preto para impedir a interferência de energia infravermelha refletida.
- Montar a câmara com iluminação LED para minimizar o aquecimento da fonte de luz quando gravar imagens em comprimentos de onda visíveis é necessária. Apenas um mínimo de iluminação, tal como um armário de luz operado por bateria ou outro dispositivo de LED pequeno, é necessário para as plantas a ser visível pela câmara.
- Uma vez que as imagens visíveis do material sujeito planta são tomadas, desligue a iluminação LED. Distribua todas as conexões externas com fio (conexão firewire de computador, cabo de alimentação, etc.) para a câmera através de uma porta ou outra abertura na câmara.
- Preencha qualquer espaço extra na porta ou abertura com material isolante de espuma para evitar ou reduzir os gradientes de temperatura dentro da câmara. Ajustar a temperatura inicial da câmara a 1 ° C.
- Alinhe plantas ou partes de plantas para que o material vegetal é no campo de visão da câmera-e o material vegetal é visível na tela de visualização remota ou dentro do software escolhido.
- Permitir que as plantas atinjam a 1 ° C durante 30 min a 1 hora, dependendo do tamanho do material de planta, antes de iniciar uma experiência de congelação controlada. Isto garante que a temperatura da planta não vai ficar para trás da temperatura do ar por diversos graus uma vez que o experimento de congelação é iniciada. A equilibração é conseguida quando a temperatura do material vegetal é a menos de 0,5 ° C de temperatura do ar.
- Coloque uma camada de isolamento de isopor no topo do solo de vasos de plantas se as plantas em vaso são utilizados. Uma vez que as plantas têm equilibrada, iniciar o arrefecimento da câmara.
Nota: A camada de isolamento sobre a superfície do solo do vaso reduz a quantidade de perda de calor continuou a partir do vaso ao ar que envolve a planta, e impede que as raízes de freezing, dado que isto não ocorrem tipicamente durante um evento de geada na natureza devido ao enorme reservatório de calor residual presente no solo.
- Coloque uma camada de isolamento de isopor no topo do solo de vasos de plantas se as plantas em vaso são utilizados. Uma vez que as plantas têm equilibrada, iniciar o arrefecimento da câmara.
- Defina os parâmetros da câmera desejados (paleta de cor, faixa de temperatura, áreas específicas de interesse, etc.), como discutido na 3.4.1-3.4.4.
- Selecione a paleta de arco-íris para exibir as variações de temperatura enquanto visualiza a imagem ao vivo.
- Definir a amplitude de temperatura de 5 ° C por ajustamento da barra de temperatura localizado logo abaixo da imagem no software.
- Escolha a escala linear (algoritmo), para converter os dados de infravermelhos para a imagem de cor falsa, tal como definido pela paleta seleccionados (arco-íris) e definir o intervalo de temperatura de 5 ° C e para controlar automaticamente com base na imagem. Alternativamente, ajustar o intervalo definido manualmente durante a realização do experimento.
- Utilizar a temperatura de um ponto específico ou uma temperatura média dentro da área definida de interesse fornecida pelo softwsão. Recuperar os dados de temperatura de todos os pixels da sequência de vídeo gravado ou da informação embutido no arquivo de imagem. Figura 3 mostra uma tela típica de dentro de software ResearchIR.
- Posicionar um cursor num local dentro do tecido da planta que representa um ponto específico de interesse. Definir a área de interesse como pontos (1 -3 pixels de tamanho), caixas, linhas, círculos ou elipses. Várias combinações de pontos ou formas pode ser localizada sobre a imagem.
- Gravação de uma seqüência de vídeo
- Ajuste a câmera para gravar a 60 Hz e para a gravação de ser parado manualmente.
- Indicar o local no computador ou disco rígido externo onde o ficheiro de vídeo gravado será colocado.
- Iniciar a gravação.
Nota: A gravação de um disco rígido externo é altamente recomendável uma vez que grandes arquivos de vídeo serão gerados. Arquivos de vídeo gravados podem ser mais tarde editada para conter somente a parte que contém o neinformações neces-. Isto irá reduzir significativamente o tamanho do arquivo. - Diminuir a temperatura da câmara de incrementos de 0,5 -1,0 ° C. Espere até que a temperatura da planta equilibra com a temperatura do ar e, em seguida, baixar a temperatura novamente por 0,5-1,0 ° C. Dependendo da massa de tecido da planta a ser observada e a sua morfologia, de equilíbrio pode levar de 10 a 15 min. Assim, dando uma velocidade de arrefecimento de cerca de 4 ° C / h.
- Continuar dessa maneira até que a planta congela e observações estão concluídas. Terminar a gravação quando o processo de congelação foi concluída.
Nota: O tecido da planta se ter equilibrado com a temperatura do ar quando o material de planta e de fundo são da mesma cor, uma vez que estão à mesma temperatura. Uma vez que a temperatura de fundo e a temperatura do tecido da planta são os mesmos, pode ser difícil de visualizar o material vegetal até a temperatura diminuir de novo e não há diferencial de temperatura entre o tecido da planta e umatemperatura IR.
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Representative Results
Ice-atividade de nucleação do gelo + bactéria, Pseudomonas syringae (estirpe Cit-7)
Uma gota de 10 ul de água e 10 ml de água contendo P. syringae (Cit-7) foram colocados sobre a superfície abaxial de uma folha Hosta (Hosta spp.) (Figura 4). Tal como ilustrado, a gota de água contendo as bactérias INA congelou primeiro e era responsável por induzir a folha para congelar enquanto a gota de água sobre a superfície da folha permaneceu descongelada.
Congelamento e Propagação de gelo em uma planta lenhosa
A figura 5 ilustra tanto iniciação gelo e propagação de gelo em uma haste de carvalho (Quercus robur). A formação de gelo foi iniciada na região floema câmbio vascular da haste e propagadas de modo circunferencial em torno da haste. A taxa de propagação de gelo em plantas lenhosas hastes é muito maior numa direcção longitudinal do que em uma lateral e circumfedireção rential. 31
Taxas de gelo de propagação e as barreiras à propagação do gelo
Gelo foi iniciado no caule de uma planta de feijão (Phaseolus vulgaris) no local onde as bactérias INA tinha sido colocado (Figura 6A, seta). Após o evento inicial de congelamento, gelo propagada cima e para baixo do tronco (Figura 6B-C). Usando a sequência de vídeo, que tem um selo de tempo, e medir a distância sobre a haste, permite-nos calcular a taxa de propagação de gelo ao longo de uma determinada distância. O gráfico da Figura 6 apresenta a taxa de propagação de gelo se o caule da planta do feijão, do ponto de congelamento inicial e ilustra uma diminuição da taxa de propagação de gelo como gelo passa através da região nodal da planta. Usando a termografia de infravermelhos também permite determinar a presença de quaisquer barreiras físicas que impedem a propagação de gelo em tecidos específicos. A Figura 7 </ Strong> ilustra congelamento em uma espécie alpinos, procumbens Loiseleuria, onde a parte vegetativa (caule e folhas) da planta tem congelado, mas os botões de flores terminais permanecem descongelados. A formação de gelo não ocorreu até 126-164 minutos após a congelação do caule e das folhas tinha ocorrido e a resposta exotérmica resultante tinha dissipado. Como brotos reprodutivos de espécies lenhosas alpinas estão congelando sensível 3,33, congelamento evasão é de importância crucial para o sucesso reprodutivo.
Capacidade de Barreiras hidrofóbicas ao congelamento Bloco extrínseca Ice nucleação Induzida
Uma planta de tomate (Solanum lycopersicum) foi revestida com um material à base de caulino hidrofóbico (Figura 8A), a fim de determinar se a barreira hidrofóbica extrínseca poderia bloquear a nucleação de gelo de congelação induzida. O grau de contacto de gotas de líquido com a superfície da folha era muito maior em folhas não revestidas (
Figura 1. de alta resolução Infrared Radiometer. O modelo ilustrado é uma câmera FLIR SC-660 Infrared Vídeo.
Figura 2. gabinete de protecção para a câmara de infravermelhos. Uma caixa de acrílico é utilizado para abrigar a câmera e evitar a formação de condensação na câmera infravermelha durante o congelamento e descongelamento experimentos. (A) Caixa com top removido. (B) Câmara inserido na caixa de acrílico e tampa fechada.
Figura 3. Visualização e análise de imagens de infravermelhos e remoto Captura de tela da câmera de controle. Do software ResearchIR. O software é utilizado para visualizar a imagem ao vivo, alterar definições da câmara, ficha imagens individuais, fazer gravações de vídeo e analisar dados de temperatura nas imagens. Insira na direita mostra opções para alterar as configurações da câmera enquanto inserção na parte inferior esquerda mostra um histograma da temperatura da imagem ao vivo.
Figura 4. nucleação extrínseca congelamento induzido de folha Hosta (Hosta spp.). Descongelada gotículas de água e bactérias INA, Pseudomonas syringae (estirpe Cit-7), estão presentes na superfície abaxial da folha (A). INA gota congela em primeiro lugar (B) e o início da congelação da folha (C). Gelo se espalha por toda a folha (D) e, apesar de o congelamento da folha, a gota de água permanece não congelado (E). Gota de água na superfície da folha congela após a folha inteira tem congelado e está começando a esfriar em suas bordas (F).
Figura 5. iniciação e propagação de gelo no tronco de uma planta lenhosa (Quercus robur) Painel esquerdo:. Secção transversal de um caule lenhoso de carvalho. (AH) Iniciação de congelação evento na região do floema e câmbio vascular (A) e progressão da formação de gelo em torno da haste (B - H). Kuprian e Neuner, não publicado.
Figura 6. Taxa de propagação de gelo em uma planta de feijão (Phaseolus vulgaris), calculado usando alta resolução de termografia infravermelha. (A) Ice iniciado em haste (seta). (B - C) propagação Ice cima e para baixo da haste. Gráfico no topo da figura mostra a taxa de propagação de gelo apresentado como o gelo distância percorrida ao longo do tempo enquanto se movia-se a haste do local original de congelamento. Um atraso na ipropagação ce ocorreu como o gelo se moveu através da parte nodal da haste da planta. Este valor foi modificado a partir Wisniewski et al 24.
Figura 7. Barreira à formação de gelo na planta lenhosa alpino, procumbens Loiseleuria (azaléia alpino). (A) visível na luz do tronco de azaléia alpino mostrando haste central, as folhas anexadas e botões terminais. (B - C) Congelamento é iniciada no tronco e gelo se propaga para fora em folhas. Botões terminais permanecem descongelados. (D - E) Botões terminais congelar independentemente 126-164 min após congelamento inicial de caule e folhas. Durante este tempo, o calor produzido pela entalpia de congelamento do caule e folhas já se ter dissipado. Kuprian e Neuner, unpublished.
Figura 8. barreiras hidrofóbicos bloquear extrínseca nucleação induzida congelamento de tomate (Solanum lycopersicon). (A) material à base de caulino hidrofóbico aplicada a plantas de tomate. (B - C). Reduzido nível de contato entre a superfície da folha e gotas de líquido contendo bactérias INA em revestido (B) vs. não revestido (C) folhas. (D) não revestido planta (à direita) sofre uma resposta exotérmica associada com o congelamento da planta enquanto revestido planta permanece supercooled, e descongelado em cerca de -6 ° C. Este valor foi modificado a partir Wisniewski et al 34.
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Discussion
A água tem a capacidade de supercool a temperaturas bem abaixo de 0 ° C e a temperatura a que a água irá congelar podem ser bastante variável. 36 A temperatura limite para a super-ref rigeração de água pura é de cerca de -40 ° C e é definido como o ponto de nucleação homogénea. Quando a água congela a temperaturas mais altas do que -40 ° C que é provocada pela presença de heterogénea nucleadores que permitem pequenas embriões de gelo para formar o qual, em seguida, servir como um catalisador para a formação de gelo e crescimento. 37 Há uma multiplicidade de moléculas em que a natureza actuar como agentes de nucleação de gelo muito eficientes, assim, a maioria de congelação da água na natureza ocorre apenas a temperaturas abaixo de 0 ° C. A capacidade de regular ou influenciar a actividade dos agentes de nucleação heterogêneas tem um potencial significativo como uma nova abordagem para fornecer proteção contra geadas para as plantas. Compreender como as formas de gelo e se propaga no congelamento plantas sensíveis e tolerantes-congelamento é essencial para achieving este objectivo.
Tal como indicado na introdução, vários métodos têm sido utilizados para estudar o processo de congelação em plantas sob condições laboratoriais, no entanto, o congelamento das plantas na natureza tem principalmente sido monitorizada com a utilização de termopares. A termografia de alta resolução de infravermelhos (Hrit) 24-28,34, oferece várias vantagens distintas como um método para estudar o processo de congelação em plantas. Hrit permite observar o local inicial de formação de gelo, o número de eventos de congelação necessária para congelar uma planta inteira, efectivamente observar como o gelo é propagado numa planta e se quaisquer obstáculos à propagação de gelo estão presentes, e determinar se qualquer porção de um planta permanecem livres de gelo. Mais importante ainda, que permite observar o processo de congelação em plantas integrais, em vez de pequenas porções, isolados de uma planta que tenham sido removidos da planta progenitora.
O presente relatório descreve a aplicação de Hrit para o estudo de Freezção nas plantas ou partes de plantas intactas, e fornece vários exemplos de como esta tecnologia pode ser utilizada para examinar diversos parâmetros que podem influenciar a forma como e quando se forma gelo em plantas, e como o gelo é propagada. Aspectos críticos da realização desses estudos envolve a sensibilidade e precisão da câmera infravermelha, os parâmetros utilizados na configuração da câmera e gravação de sequências de vídeo, a taxa de resfriamento, a complexidade estrutural / morfológica do assunto que está sendo visto, e conhecimento sobre ciência infravermelho. Esses itens serão tratadas individualmente.
Sensibilidade e precisão da câmera infravermelha (radiómetro)
Os eventos exotérmicos durante a congelação de tecidos vegetais que estão a ser visualizadas são muito pequenas, na gama de <0,1 a cerca de 0,5 ° C. Por isso, a câmera infravermelha deve ser sensível o suficiente para diferenciar facilmente pequenas mudanças de temperatura. Precisão da temperatura é também um aspecto importante erequer que a câmara está calibrada em uma base regular (pelo menos uma vez por ano). Enquanto isso pode ser feito pelo utilizador, ele exige o uso de vários corpos negros que cobrem uma vasta gama de temperaturas. Portanto, é melhor ter o calibrado de fábrica da câmera. Se um elevado nível de precisão da temperatura é absolutamente essencial, é altamente recomendável que um termopar ser usado em conjunto com a câmara de infravermelhos. Este pode ser montado perto do objecto a ser estudada para dar uma estimativa precisa da temperatura do ar.
Parâmetros da câmara
Uma série de parâmetros podem ser ajustados em, câmeras avançadas infravermelhos high-end. Na utilização da câmara para ver e / ou gravar eventos de congelação, é importante que a imagem de média ser usado de modo a reduzir uma imagem com ruído, tornando assim mais fácil de visualizar partes da planta e eventos de congelação. Média imagem ocorre quando uma imagem de alta qualidade é selecionada nas configurações da câmera. Desde pequena exotermia congelamentos devem, também é importante quando a visualização do processo de congelação, para definir o intervalo temperture da câmara para cobrir uma pequena gama de temperaturas (2-5 ° C). Isso é necessário porque o software vai distribuir o paleta de cores selecionada sobre a extensão completa definido para a câmera. Portanto, se houver 10 na paleta de cores e tem um conjunto de divisões para 100 ° C, a sua seria apenas uma mudança de cor, se houve uma mudança de 10 ° C na temperatura. A alta taxa de captura (dez quadros por segundo) deve ser usado para que pequenos eventos exotérmicos, que dissipam rapidamente, não são perdidas. Paletas de cores diferentes e escalas de cinza podem ser selecionados a partir de um menu drop-down. Seleção da paleta mais adequado deve ser baseada em se ou não ele fornece a melhor opção para visualizar os eventos térmicos de interesse. Câmeras avançadas também oferecem várias opções para a gravação de uma seqüência de vídeo e / ou captura de imagens individuais. Um determinado número de quadros durante um período de tempo definido pode ser seleccionado.Este é o melhor para as sequências de gravação de curta duração (minutos), em vez de horas. Alternativamente, o número de quadros por segundo e pode ser indicada a câmara definida para parar a gravação manualmente ou depois de um determinado número de quadros. Câmeras avançadas também oferecem a opção de gravações para início ou término com base em gatilhos pré-definidos (temperatura ou tempo).
Taxa de resfriamento
É importante que a temperatura do material vegetal a ser visualizado não difere significativamente da temperatura do ar durante o arrefecimento. Se a temperatura é reduzida muito rapidamente, as plantas supercool e congelar a uma temperatura de ar inferior do que seria sob taxas de resfriamento naturais. A maioria dos estudos recomendar uma taxa de arrefecimento 1-2 ° C h @ 1, especialmente a temperaturas superiores a -5 ° C, o que proporciona tempo suficiente para as plantas a entrar em equilíbrio com a temperatura do ar. Na realidade, o material vegetal pode entrar em equilíbrio muito mais rápido. Estepode ser determinada por comparação da temperatura do material vegetal com a temperatura do fundo em torno da planta. Se a planta está em equilíbrio, será difícil discernir a planta a partir do seu fundo na imagem de infravermelhos, uma vez que será a mesma temperatura que o fundo e a imagem aparece para ser praticamente homogénea em cor.
Complexidade morfológica estrutural do objeto que está sendo visto
Uma vez que as imagens que estão sendo vistos representar imagens de temperatura, objetos que se sobrepõem aparece como objetos contíguos em vez de objetos discretos. Isso pode tornar mais exigentes onde os eventos de congelamento estão ocorrendo muito difícil e também aumentar a dificuldade na determinação de como o gelo está sendo propagada na planta. A melhor maneira de lidar com esse problema é primeiro trabalho com objetos simples (de folhas individuais, caules, etc.) e, em seguida, construir até objetos mais complexos. Experiência em trabalhar com ma específicoterial tem grande valor para lidar com este problema. Além disso, a capacidade de sobrepor a imagem infravermelha em cima de uma imagem digital, de luz visível pode também ajudar muito na análise e compreensão dos dados infravermelhos.
Conhecimento de ciência infravermelho
Apesar de que seria vantajoso ser capaz de simplesmente apontar a câmera para um objeto e saber que os dados de temperatura recebidas é 100% exato, entender como infravermelho energia interage com seu ambiente pode aumentar muito queridos compreensão de como melhor usar o grau de pesquisa câmeras infravermelhas e interpretar os dados. Um deve tornar-se um pouco familiarizado com os termos emissividade, reflectância e absorção. Para a maior parte, a câmera pode ser usada sem se preocupar com esses parâmetros, no entanto, eles podem ajudar a explicar a natureza da imagem que está sendo exibida e sua qualidade global e precisão. Resumidamente, quando a energia infravermelha atinge um objeto que pode ser reflected ou absorvida e, em seguida, emitida. A natureza do objeto que está sendo estudado, portanto, pode afetar a precisão dos dados que estão sendo recebidos. Se um objeto tem uma alta reflectância, um vai receber uma imagem mais representativa dos objetos ao redor que estão emitindo energia infravermelha que o objeto em si. A absorvância de energia infravermelha sem emitir a energia infravermelha pode também conduzir a obtenção de dados de temperatura falsas a partir do objecto a ser estudada. Os sensores da câmara detectar a energia infravermelha emitida, por conseguinte, as temperaturas mais precisos são obtidos a partir de objectos que têm um elevado nível de emissividade. Felizmente, as plantas que têm um elevado grau de emissividade, permitindo medições de temperatura precisas. Níveis mais baixos de emissividade pode ser compensado ajustando este parâmetro nas configurações da câmera que irá, em seguida, usam um algoritmo para fazer um ajuste apropriado na leitura da temperatura.
A capacidade de determinar com precisão como e quando as plantas congelaré essencial para a compreensão da evolução do mecanismo de congelamento e evasão eo papel da estrutura da planta no processo de congelamento. Congelamento, apesar da sua aparente simplicidade, é um processo complexo e as plantas desenvolveram uma série de adaptações estruturais para evitar o congelamento, compartimentar a formação de gelo, e para impedir a propagação de gelo. Alta resolução termografia de infravermelhos é uma nova e poderosa ferramenta que pode ser usado para estudar a complexidade do processo de congelação em plantas e levar ao desenvolvimento de novos métodos eficazes de protecção contra a geada. Uma melhor compreensão da-avoidance congelamento também pode nos ajudar a entender como esses mecanismos adaptativos evoluíram, eo papel que desempenham na biologia e sobrevivência de diferentes espécies vegetais.
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Disclosures
Os autores não têm concorrentes interesses financeiros ou conflitos de interesse.
Acknowledgments
Esta pesquisa foi financiada pelo Fundo de Ciência Austríaco (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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