यहां, हम कैसे बनाने के लिए और अनुसंधान गुणवत्ता ceptometers (प्रकाश सेंसर है कि कई सेंसरों में प्रकाश तीव्रता एक क्षैतिज पट्टी के साथ रेखीय arrayed भर एकीकृत) के निर्माण और जांचना पर विस्तृत निर्देश प्रस्तुत करते हैं ।
Ceptometry एक लंबी पट्टी पर समानांतर में जुड़े कई प्रकाश सेंसरों का उपयोग कर एक संयंत्र चंदवा के माध्यम से photosynthetically सक्रिय विकिरण के संप्रेषण को मापने के लिए इस्तेमाल किया तकनीक है । Ceptometry अक्सर चंदवा संरचना और प्रकाश अवरोधन, विशेष रूप से पत्ती क्षेत्र सूचकांक (लाइ) और प्रभावी संयंत्र क्षेत्र सूचकांक (PAIeff) के गुणों का अनुमान करने के लिए प्रयोग किया जाता है । वाणिज्यिक रूप से उपलब्ध ceptometers की उच्च लागत के कारण, माप की संख्या है कि लिया जा सकता है अक्सर स्थान और समय में सीमित है । यह प्रकाश अवरोधन में आनुवंशिक परिवर्तनशीलता का अध्ययन करने के लिए ceptometry की उपयोगिता की सीमा है, और के लिए सुधार के गहन विश्लेषण, और के लिए संशोधन, biases कि दिन के समय के आधार पर माप तिरछा कर सकते हैं । हम विकसित लगातार ceptometers (कहा जाता है PARbars) है कि USD $७५ प्रत्येक के लिए उत्पादन किया जा सकता है और उच्च गुणवत्ता के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध विकल्पों तुलनीय डेटा उपज । यहाँ हम कैसे बनाने के लिए और PARbars जांचना, कैसे उन्हें क्षेत्र में तैनात करने के लिए और कैसे एकत्र संप्रेषण डेटा से पै अनुमान लगाने के लिए पर विस्तृत अनुदेश प्रदान करते हैं. हम गेहूं canopies से प्रतिनिधि परिणाम प्रदान करने और आगे विचार है कि जब PARbars का उपयोग किया जाना चाहिए पर चर्चा की ।
Ceptometers (प्रकाश सेंसरों के रैखिक arrays) photosynthetically सक्रिय विकिरण (PAR) संयंत्र canopies द्वारा पकड़ा के अनुपात को मापने के लिए उपयोग किया जाता है । Ceptometers व्यापक रूप से कृषि फसल के मापन और डेटा की व्याख्या की सादगी की अपेक्षाकृत सरल प्रकृति के कारण अनुसंधान के लिए उपयोग किया जाता है । सेप्टोमेट्री का मूल सिद्धांत यह है कि पादप चंदवा (τ) के आधार पर प्रकाश का संप्रेषण, उपरोक्त प्रकाश अवशोषित सामग्रियों के प्रक्षेपित क्षेत्र पर निर्भर करता है । इसके बाद के संस्करण और चंदवा नीचे बराबर के माप, इसलिए, पत्ती क्षेत्र सूचकांक (लाइ) और प्रभावी संयंत्र क्षेत्र सूचकांक (PAIeff) के रूप में चंदवा लक्षण का अनुमान करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है (जो शामिल है उपजी, culms और पत्तियों के अलावा प्रजनन संरचनाओं)1 ,2,3. (क) तथा प्रभावी वितान विलोप गुणांक (ज्ञ) के बीम अंश के प्रभाव को मॉडलिंग द्वारा संशोधित कर दिया गया है । ); K, बारी में, दोनों सौर जेनिथ कोण (θ) और पत्ती कोण वितरण (χ)1,4,5,6पर निर्भर करता है । यह इन प्रभावों के लिए सही करने के लिए एक आम अभ्यास है । तथापि, ऐसे अन्य पूर्वाग्रह हैं जिन पर methodological और लागत सीमाओं के कारण पूर्व में उचित विचार नहीं किया गया है ।
हमने हाल ही में गेहूं और जौ7जैसे पंक्ति की फसलों के मापन में तात्कालिक सेप्टोमेट्री माप में महत्वपूर्ण समय-निर्भर पूर्वाग्रह की पहचान की है । इस पूर्वाग्रह पंक्ति रोपण अभिविन्यास और सौर जेनिथ कोण के बीच एक बातचीत के कारण होता है । इस पूर्वाग्रह को दूर करने के लिए, लगातार प्रवेश ceptometers के क्षेत्र में रखा जा सकता है चंदवा प्रकाश अवरोधन के दैनिक औसत और फिर τ और पैeff के डेली एवरेज की गणना की जा सकती है । हालांकि, निरंतर माप अक्सर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ceptometers की निषेधात्मक उच्च लागत-एक उपकरण के लिए कई हजार अमेरिकी डॉलर-और कई क्षेत्र भूखंडों की माप के लिए आवश्यकता के कारण अव्यवहार्य हैं । उत्तरार्द्ध-omics युग में विशेष रूप से स्पष्ट है जहां जीनोटाइप के कई सैकड़ों जीनोमिक विश्लेषण के लिए आवश्यक हैं, जैसे जीनोम वाइड एसोसिएशन अध्ययन (gwas) और जीनोमिक चयन (जी एस) (समीक्षा के लिए देखने के लिए, २०१४ हुआंग & हान,8 हमने यह स्वीकार किया है कि लागत प्रभावी ceptometers की आवश्यकता थी जिसे बड़ी संख्या में उत्पादित किया जा सके और अनेक जीनोटाइपों में सतत मापन के लिए उपयोग किया जा सके ।
एक समाधान के रूप में, हम डिजाइन आसान बनाने के लिए, उच्च सटीकता ceptometers (PARbars) USD $७५ प्रति यूनिट की लागत से और श्रम के लगभग एक घंटे की आवश्यकता के निर्माण के लिए । PARbars का उपयोग कर निर्मित कर रहे है ५० photodiodes कि केवल बराबर waveband में संवेदनशील है (तरंग दैर्ध्य ३९०-७०० एनएम), इस रेंज के बाहर बहुत कम संवेदनशीलता के साथ, महंगा फिल्टर के उपयोग के निराकरण । Photodiodes एक 1 मीटर लंबाई में समानांतर में जुड़े एक एकीकृत विभेदक वोल्टेज संकेत है कि एक datalogger के साथ दर्ज किया जा सकता उत्पादन कर रहे हैं । Circuitry वाटरप्रूफिंग के लिए epoxy में encased है और सेंसर एक बड़े तापमान रेंज (-४० से + ८० डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं, PARbars समय की विस्तारित अवधि के लिए क्षेत्र में तैनात किया जा करने की अनुमति । Photodiodes के अपवाद और एक कम तापमान गुणांक रोकनेवाला के साथ, सभी भागों एक PARbar बनाने के लिए आवश्यक एक हार्डवेयर की दुकान से खरीदा जा सकता है. आवश्यक भागों और उपकरणों की एक पूरी सूची सामग्री की तालिकामें प्रदान की जाती है । यहां हम कैसे बनाने के लिए और पैeff और गेहूं canopies से वर्तमान प्रतिनिधि परिणाम के आकलन के लिए parbars का उपयोग करने पर विस्तृत निर्देश प्रस्तुत करते हैं ।
Ceptometers के निर्माण के लिए यहां उल्लिखित प्रोटोकॉल के सफल कार्यांवयन (PARbars) दो चरणों पर सबसे संवेदनशीलता से निर्भर करता है: १.५ (जगह में gluing photodiodes) और १.६ (तांबे के तार को टांका photodiodes) । चरण १.५ त्रुटि करने के लिए अपने आंतरिक polarity के संबंध में गलत तरीके से photodiodes संरेखित द्वारा प्रवण है । के लिए photodiodes है कि हम इस्तेमाल किया, और जो हम आवश्यक विशिष्ट मदों के रूप में सलाह देते हैं, polarity डायोड स्पष्ट रूप से अलग आकार वाले पर दो विद्युत संबंधक टैब के आधार पर पहचाना जाता है । इस प्रकार, जगह में cyanoacrylate गोंद और टांका photodiodes लागू करने से पहले, यह दृढ़ता से डबल की जांच करने की सलाह दी है कि सभी डायोड बड़े संबंधक एक दिशा में सामना करना पड़ रहा है और अंय दिशा में छोटे टैब का सामना कर रहे टैब्स के साथ रखा जाता है । चरण १.६ गरीब टांका लगाने की तकनीक और एक ठंडा soldered जंक्शन के गठन के कारण विफलता के लिए प्रवण है । यह टांका लगाने से पहले तुरंत एक फ्लक्स कलम का उपयोग कर पतली मिलाप फ्लक्स लागू करने से बचा जा सकता है और यह सुनिश्चित करना है कि दोनों तार और photodiode टैब मिलाप टिप के साथ गर्म कर रहे हैं (लगभग 350-400 oC) टांका लगाने से पहले ही करने के लिए लागू किया जाता है जंक्शन. एक पार्बर में बिजली के कनेक्शन के साथ कोई समस्या आम तौर पर एक अंशांकन ढलान के रूप में स्पष्ट रूप से अन्य Parbar के उन लोगों से अलग. इस तरह की समस्याओं के निर्माण के दौरान प्रत्येक विद्युत कनेक्शन के परीक्षण द्वारा जल्दी पकड़ा जा सकता है (के रूप में १.६ कदम में वर्णित), और फिर सभी कनेक्शनों के बाद soldered किया गया है, लेकिन इससे पहले कि वे epoxy में encased किया गया है (चरण १.९) । त्रुटि का एक तीसरा संभावित स्रोत एक कम तापमान का उपयोग करने की विफलता से उठता है-गुणांक परिशुद्धता रोकनेवाला, जिसका प्रतिरोध तापमान के प्रति असंवेदनशील है; एक साधारण रोकनेवाला का उपयोग कर प्रतिरोध के रूप में त्रुटि का कारण होगा, और इसलिए डायोड द्वारा अवशोषित प्रकाश की प्रति इकाई वोल्टेज उत्पादन, परिवेश के तापमान के साथ परिवर्तन. त्रुटि के अंतिम प्रमुख स्रोत PARbars के लिए अद्वितीय नहीं है, लेकिन सभी ceptometry माप के लिए लागू होता है: अर्थात्, प्रकाश पर कब्जा से प्रभावी संयंत्र क्षेत्र सूचकांक या पत्ती क्षेत्र सूचकांक के अनुमान चंदवा संरचना की सुविधाओं पर निर्भर करता है (विशेष रूप से मतलब पत्ती अवशोषक और पत्ती कोण वितरण; ए और सी eqns 1 और 2 में) है कि पौधों के विकास के दौरान और जीनोटाइप के बीच भिंन हो सकते हैं ।
वहां दो मुख्य क्षेत्रों में प्रोटोकॉल यहां वर्णित संशोधित या अनुकूलित किया जा सकता है । सबसे पहले, पैरबार है कि हम यहां मौजूद गेहूं और जौ जैसे पंक्ति फसलों में उपयोग के लिए विशेष रूप से डिजाइन किए गए थे, लेकिन डिजाइन आसानी से अंय अनुप्रयोगों के लिए संशोधित किया जा सकता है । उदाहरण के लिए, बड़ा प्रतिरोध के साथ एक अलग धकेल रोकनेवाला लाभ बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है (एमवी आउटपुट प्रति यूनिट बराबर) कम सममूल्य पर्वतमाला पर. बहुमुखी प्रतिभा के लिए, एक कम तापमान गुणांक परिशुद्धता तनाव नापने का यंत्र (चर रोकनेवाला) के रूप में की जरूरत है या छोटे समायोजन करने के लिए इतना लाभ है कि कई Parbar के समान अंशांकन ढलानों है करने के लिए है PARbar संवेदनशीलता रेंज को संशोधित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । दूसरा, photodiodes भी क्वांटम सेंसरों के रूप में व्यक्तिगत रूप से इस्तेमाल किया जा सकता है, उपयोगकर्ता स्थानिक के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एक बहुत कम लागत के लिए व्यक्तिगत canopies के भीतर अस्थाई परिवर्तन व्यावसायिक रूप से उपलब्ध क्वांटम सेंसरों का उपयोग संभव से कब्जा करने की अनुमति । यह विशेष रूप से मूल्यवान हो सकता है, जिसमें अस्थिर प्रकाश की स्थिति के अंतर्गत गतिशील प्रकाश संश्लेषण में बढ़ती रुचि को देखते हुए12। तीसरा, हालांकि हम इस अध्ययन में प्रस्तुत डेटा के लिए एक पारंपरिक (और महंगी) डेटा लकड़हारा इस्तेमाल किया, वहां डेटा लकड़हारा के लिए गुंजाइश है बजाय बंद-the-शेल्फ घटक का उपयोग कर बनाया जा सकता है, एक संयुक्त ceptometry और डेटा लकड़हारा प्रणाली के निर्माण को सक्षम करने पर एक सीमित बजट । इस तरह के Arduino और रास्पबेरी Pi के रूप में तथाकथित निर्माता प्लेटफार्मों, की लोकप्रियता, इस क्षेत्र में महान वादा प्रस्ताव; हम खुले स्रोत Arduino-आधारित गुफा पर्ल परियोजना13 आगे विकास के लिए एक स्टार्टर के रूप में सुझाव देते हैं. गुफा पर्ल dataloggers गुफा पारिस्थितिकी प्रणालियों के पर्यावरण की निगरानी के लिए डिजाइन किए गए थे, तो ruggedness और कम बिजली की मांग उनके डिजाइन में महत्वपूर्ण विचार थे । इसी तरह के विचार के लिए लागू करने के लिए संगत कर रहे है संयंत्र फीनोटाइपिंग काम करते हैं । गुफा पर्ल डेटा लकड़हारा घटकों सस्ती (USD $५० प्रति इकाई से कम) और छोटे हैं, जो उंहें सीधे parbars में शामिल करने के लिए सक्षम कर सकता है ।
यहां वर्णित पैराबार्स के अनुप्रयोग तीन मुख्य सीमाओं का सामना करते हैं । सबसे पहले, संयंत्र क्षेत्र सूचकांक या पत्ती क्षेत्र सूचकांक मापा प्रकाश पर कब्जा से अनुमान मजबूत समय पर निर्भर biases, विशेष रूप से पंक्ति फसलों7में बाधा है । यह एक दिन में दोहराया या लगातार मापन कर दूर किया जा सकता है । दूसरा, सस्ती photodiodes एक वर्णक्रमीय उत्पादन है कि बिल्कुल फोटॉन फ्लक्स (प्रकाश संश्लेषण अनुसंधान में सबसे अधिक रुचि के चर) के लिए आनुपातिक है नहीं है । यह पूर्वाग्रह पैदा कर सकता है जब प्रकाश की गुणवत्ता में एक चंदवा के माध्यम से काफी परिवर्तन, परिणामी त्रुटि के पिछले अनुमानों से संकेत मिलता है कि यह कुछ प्रतिशत7के आदेश पर है, हालांकि । तीसरा, पारपट्टियां सीधे बीम और चंदवा के ऊपर आने वाले बराबर के फैलाना घटकों के बीच भेद नहीं कर सकते । के रूप में फैलाना विकिरण प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश से चंदवामें गहरी प्रवेश, संप्रेषण बढ़ जाएगा और पैeff कुल विकिरण बढ़ के फैलाना अंश के रूप में कम करके आंका जाएगा. जब सभी विकिरण विसरित होते हैं, पैEff समीकरण 115में दर्शाए गए संबंध के बजाय 1/τ के लघुगणक के सीधे समानुपाती होता है । Cruse एट अल। (२०१५) 16 कि वर्तमान में उपलब्ध वाणिज्यिक उपकरणों है कि प्रत्यक्ष और फैलाना बराबर उपाय कर सकते है महंगा कर रहे है और नियमित रखरखाव की आवश्यकता है, तो वे एक सरल और सस्ती उपकरण इस मुद्दे को संबोधित डिजाइन का उल्लेख किया । उनकी प्रणाली एक क्वांटम संवेदक के होते है कि नियमित रूप से एक motorized द्वारा छायांकित है, shadowband चलती है और कुल, प्रत्यक्ष और फैलाना बराबर के सतत मापन के लिए अनुमति देता है । Cruse एट अलमें इस्तेमाल सेंसर । 16 प्रणाली की जगह उसी फोटोडायोड का इस्तेमाल किया जा सकता है जो पारबारों में होता है ताकि लागत में और कमी लाई जा सके और इसे मौजूदा पैंबर सेटअप में आसानी से शामिल किया जा सके । ये मापन डेटा प्रोसेसिंग पाइपलाइन में एकीकृत किया जा सकता है और पैeffके अनुमानों की विश्वसनीयता को और बढ़ाएगा ।
मौजूदा वाणिज्यिक ceptometers के सापेक्ष PARbars का प्रमुख लाभ उनकी कम लागत है, जो उन्हें बड़ी संख्या में उत्पादन करने के लिए व्यवहार्य बनाता है । हाल ही में, वहां उपंयास उच्च थ्रूपुट संयंत्र फीनोटाइपिंग प्रौद्योगिकियों में एक बढ़ती रुचि चंदवा लक्षण के आकलन के लिए किया गया है (समीक्षा के लिए देखो यांग एट अल., २०१७17) । Whilst इन तरीकों में वादा कर रहे है कि वे डेटा की भारी मात्रा में वे आम तौर पर बहुत अप्रत्यक्ष है उत्पादन और पारंपरिक तकनीकों के खिलाफ सत्यापन की आवश्यकता होती है । PARbars इन नई तकनीकों के लिए एक लागत प्रभावी, जमीन आधारित सत्यापन उपकरण के रूप में सेवा कर सकता है ।
PARbars की कम उत्पादन लागत भी उंहें क्षेत्र में सतत मापन के लिए एक व्यवहार्य विकल्प बनाते हैं । यह कई कारणों से उपयोगी हो सकता है । उदाहरण के लिए, सतत मापन पंक्ति की विशेषता के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है-अभिविंयास तात्कालिक मापन के लिए समय-विशिष्ट सुधार कार्यों को विकसित करने के लिए biases (अधिक जानकारी के लिए Salter एट अल. २०१८7देखें) । सतत ceptometry भी समय के साथ चंदवा प्रकाश कब्जा में कम उतार चढ़ाव पर कब्जा कर सकते है (sunflecks और shadeflecks) बादलों के ऊपर से गुजर, चंदवा के आंदोलन, आदि के कारण प्रकाश संश्लेषण पर्यावरण की स्थिति में छोटे परिवर्तन के लिए अत्यधिक संवेदनशील हो जाना जाता है और प्रकाश संश्लेषण में ‘ गतिशील ‘ परिवर्तन अब फसल उपज ड्राइविंग में महत्वपूर्ण माना जाता है (समीक्षा के लिए देखें Murchie एट अल., २०१८12). एक उपयुक्त कम लॉगिंग अंतराल के साथ क्षेत्र में स्थापित PARbars इन छोटे उतार चढ़ाव को पकड़ने और संयंत्र canopies के गतिशील प्रकृति की बेहतर समझ प्रदान करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
The authors have nothing to disclose.
लेखक डॉ रिचर्ड रिचर्ड्स और डॉ शेक हुसैन CSIRO, कृषि, और इस अनुसंधान के लिए इस्तेमाल किया क्षेत्र भूखंडों की पहुंच और प्रबंधन के लिए खाद्य में शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । यह अनुसंधान अनाज अनुसंधान और विकास निगम (US00082) द्वारा प्रदान किए गए अनुदान के माध्यम से अंतर्राष्ट्रीय गेहूं उपज भागीदारी द्वारा समर्थित किया गया था । TNB को ऑस्ट्रेलियन रिसर्च काउंसिल (DP150103863 and LP130100183) और नेशनल साइंस फाउंडेशन (पुरस्कार #1557906) द्वारा समर्थित किया गया था । इस काम के खाद्य और कृषि के USDA राष्ट्रीय संस्थान द्वारा समर्थित किया गया था, हैच परियोजनाओं १०१६४३९ और १००१४८० ।
1.5 Ω low temperature coefficient precision resistor | TE Connectivity Ltd., Schaffhausen, Switzerland. | UPW25 series | Could be made using multiple larger resistors in parallel but they need to have low temperature coefficient (i.e. ± 3 ppm/°C). URL for commercial source: https://bit.ly/2DFuPpm |
Acrylic diffuser | Plastix Australia Pty. Ltd., Arncliffe, NSW, Australia. | 445 – Opal White | 1200 mm length x 30 mm width x 4.5 mm thick. URL for commercial source: https://bit.ly/2Bq0fyc |
Aluminum U-bar | Capral Ltd., Bundamba, QLD, Australia. | EK9160 | 1220 mm length x 35 mm width x 25 mm depth. URL for commercial source: https://bit.ly/2PPfJou |
Bare solid core copper wire | Non-specific part | ||
Bolts | Non-specific part | ||
Clamps | Non-specific part | ||
Clear epoxy potting resin | Solid Solutions, East Bentleigh, VIC, Australia. | 651 – Universal Epoxy Potting Resin | Clear epoxy resin for electrical applications. URL for commercial source: https://bit.ly/2qY0pHa |
Cyanoacrylate glue | Non-specific part | ||
Datalogger | Campbell Scientific, Logan, Utah, USA. | CR5000 | Other dataloggers that record differential voltages could be used. URL for commercial source: https://bit.ly/2U7Io5H |
Drill or drill press | Non-specific part | ||
Glue lined heat shrink | Non-specific part | ||
Heat gun | Non-specific part | ||
LED torch | Non-specific part | ||
Masking tape | Non-specific part | ||
Photodiodes (50) | Everlight Americas Inc., Carrollton, Texas, USA. | EAALSDSY6444A | It is important that this specific component is used due to spectral response. URL for commercial source: https://bit.ly/2FzVnuH |
Polyurethane foam filler | Non-specific part | ||
Quantum sensor | LI-COR, Lincoln, Nebraska, USA. | LI-190R | For calibration of PARbars only. URL for commercial source: https://bit.ly/2HEfKbh |
Screwdrivers | Non-specific part | ||
Silicone sealant | Non-specific part | ||
Solder | Non-specific part | ||
Solder flux pen | Non-specific part | ||
Soldering iron | Non-specific part | ||
Spirit/bubble level | Non-specific part | ||
Tap and die set | Non-specific part | ||
Two-core cable | Non-specific part | ||
Voltmeter | Non-specific part | ||
Waterproof connectors | Core Electronics, Adamstown, NSW, Australia. | ADA743 | 2 core waterproof connector. DC power connectors work well. URL for commercial source: https://bit.ly/2Brcrik |