Bir Rapid Lazer Yöntemi Yaprak Termal Özelliklerinin non-invazif ve İletişim serbest Tayini kolaylaştırır Probing

Bu prosedürün genel amacı, yaprakların termal özelliklerini temassız bir şekilde belirlemektir. Bu yöntem, moleküler tarım alanında bitki büyümesi ve sağlığının süreç içi kontrolü ile ilgili temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin başlıca avantajları temassız, hızlı olması ve numuneye zarar vermemesidir.

Bu tekniğin etkileri, bitki bazında besleme ve beslenmeyi tanımlamak için plantasyonların mobil bir dedektörle otomatik olarak denetlenmesine kadar uzanır. Bitki yetiştiriciliğine başlamak için, mineral yün bloklarını her biri bir ila iki litre deiyonize su ile yıkayın, ardından her bloğu bir litre %0.1'lik gübre çözeltisi ile yıkayın. Her bloğa bir tütün tohumu koyun ve 250 mililitre gübre çözeltisi ile yıkayın, tohumun yıkanmamasını sağlayın.

Bitkileri yedi hafta boyunca bir serada veya fitotronda yetiştirin. Bitkiler büyüdükten sonra, bitki karakterizasyonu için sağlam, hasarsız tek yaprakları hasat edin veya bozulmamış bitkiler kullanın. Yaprak kalınlığı belirlemeye başlamak için, otoklavda hacimce %2 kütlece 50 mililitre agaroz çözeltisi ve fosfat tamponlu tuzlu su hazırlayın.

Çözeltinin 40 santigrat dereceye kadar soğumasını bekleyin ve ardından çözeltiyi tek bir yaprak örneği içeren bir Petri kabına ekleyin. Agarozu katılaştırmak ve yaprağı gömmek için numuneyi 30 dakika boyunca dört santigrat derecede soğutun. Daha sonra agaroz bloğunu 200 mikrometrelik dilimler halinde kesmek için bir vibratom kullanın.

Beş enine kanat bölümünü siyanoakrilat içeren bir cam slayt üzerine monte edin. Yaprak örneğinin damarsız alanlarının kalınlığını belirlemek için bir mikroskop veya kadranlı ölçer kullanın. Bir piknometre ile yaprak yoğunluğunu belirlemek için suda başka bir tek yaprak örneği kullanın.

Ardından, dedektörün önüne bir UV vis spektrofotometre numune haznesine başka bir tek kanat sıkıştırın. Spektrofotometre yazılımında, 900 ila 1.600 nanometre arasında bir spektrum seçin. Taramayı gerçekleştirin ve spektral eğriye göre iletim değerini kaydedin.

Ardından, kanadı dedektörün arkasına sıkıştırın ve taramayı tekrarlayın. Spektral eğriden yansıma değerini belirleyin. En az üç yaprak örneğinden iletim ve yansıma ölçümleri elde edin.

Başlamak için, koniye 1.550 nanometre fiber bağlantılı tek çubuklu IR diyot lazeri monte edin. Ardından, koninin ucuna 25,4 milimetre odak uzaklığına sahip bikonveks bir lens sabitleyin. 25,4 milimetre çapında bir koniyi paslanmaz çelik tutuculu bir laboratuvar standına sıkıştırın.

Lazer ışınını zayıflatmak için sansürleyicinin üzerine 22 milimetre kalınlığında bir seramik plakaya optik yoğunluğu 1,0 olan bir nötr yoğunluk filtresi yerleştirin. Lensin alt kısmının 354 milimetre altına bir foto diyot güç sensörü monte edin. Foto diyot güç sensörünü bir osiloskopa bağlayın.

10 santimetreye 10 santimetrelik bir çerçeveyi, lensin 308 milimetre altına altı santimetreye altı santimetrelik bir örnek pozlama alanı ile yapıştırın. Dedektörü seramik zayıflatıcının 135 milimetre üzerine monte edin. Bir bilgisayara yakın bir IR dedektörü bağlayın ve yazılımı hazırlayın.

Yaprağın üzerine bir emici plaka yerleştirin ve lazeri açın. Dedektör açısını lazer ışınına göre 45 dereceye ayarlayın. Maksimum sıcaklık okuması gözlemlenene kadar dedektör açısını ve yüksekliğini ayarlamaya devam edin.

Lazer kontrol yazılımında güç kontrolünü seçin. Çıkış lazer gücünü beş watt'a ve darbe süresini 0,5 saniyeye ayarlayın. Ölçümlere başlamak için ya bütün bir bitkiyi ölçüm aparatına getirin ya da bütün, zarar görmemiş tek yaprakları hasat edin.

Yaprağa zarar vermemeye dikkat ederek yaprak numunesini hemen çerçeveye monte edin. Yaprağın seramik zayıflatıcıya temas etmesine izin vermeyin. Yakın IR yazılımında, 60 saniyelik yeni bir ölçüm başlatın.

10 saniyelik tek bir lazer darbesini etkinleştirmeden önce temel sıcaklık profilini 0.5 saniye boyunca kaydedin. Kalan 49,5 saniye boyunca veri kaydetmeye devam edin. Ölçüm tamamlandığında, termal profilin üzerindeki durdur düğmesine tıklayın ve ardından profili kaydedin.

Daha fazla analiz için ham zaman ve sıcaklık verilerini bir nokta dat dosyası olarak dışa aktarın. Daha sonra osiloskop yazılımında, lazer darbesi sırasında otomatik olarak toplanan voltaj profilindeki yan yükseklikleri belirleyin. Sıcaklık profili ölçümünü her numune için 0,5 saniyelik tek bir lazer darbesi ile tekrarlayın.

Ardından, referans olarak bir yaprak örneği olmadan lazer sinyali ölçümünü tekrarlayın. Bu voltaj profilinden kanat yüksekliklerini belirleyin ve her numune için iletim değerlerini hesaplayın. Numunelerin özgül ısı kapasitesini ve termal iletkenliğini hesaplamak ve grafiğini çıkarmak için elektronik tablo yazılımını kullanın.

Tütün olarak bilinen bitki türü Nicotiana tabacum ve Nicotiana benthamiana'ya ait tek yapraklı örnekler bu yöntemle analiz edilmiştir. Her iki tür de lazer darbesine yanıt olarak bir saniyeden daha kısa sürede maksimum sıcaklığa hızlı bir artış gösterdi, ardından ortam sıcaklığında üstel bir düşüş gösterdi. Bitkinin alt, orta ve üst kısımlarında toplanan yapraklardan her iki tür için özgül ısı kapasitesi ve ısıl iletkenlik değerleri hesaplanmıştır.

Her iki tür için de bitkinin daha yukarısındaki yapraklar için ısıl iletkenlikte bir artış gözlendi, ancak Nicotiana tabacum özgül ısı kapasitesinde ters bir eğilim gösterdi. Nicotiana tabacum'da yetiştirme süresi ile termal iletkenlik arasında bir ilişki gözlenmemiştir. Ayrıca, Nicotiana benthamiana'da yetiştirme koşulları ile termal özellikler arasında bir ilişki gözlenmemiştir.

Bireysel değişkenlerin özgül ısı kapasitesi ve termal iletkenlik üzerindeki etkisi incelenmiştir. Nicotiana benthamiana'nın termal iletkenliği, ortam sıcaklığına karşı oldukça hassastı. Özgül ısı kapasitesi, hesaplanmasında yer alan parametrelerin hiçbirine önemli ölçüde duyarlı değildi.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik düzgün bir şekilde gerçekleştirilirse numune başına birkaç dakika içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, yüksek kaliteli ölçümler ve tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için kanadı verilen hassasiyette doğru şekilde monte etmeyi unutmamak önemlidir. Bu prosedürü takiben, rekombinant protein ekspresyonu gibi ek soruları yanıtlamak için floresan ölçümleri gibi diğer yöntemler de gerçekleştirilebilir.

Geliştirilmesinden sonra bu teknik, bitki biyoteknolojisi alanındaki araştırmacıların Nicotiana türlerinde bitki büyümesini keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, yaprakların özgül ısı kapasitesini ve ısıl iletkenliğini temassız ve tahribatsız bir şekilde nasıl belirleyeceğinizi iyi anlamış olmalısınız. Lazerlerle çalışmanın gözleriniz için tehlikeli olabileceğini ve bu işlemi gerçekleştirirken her zaman uygun koruyucu gözlük takmak gibi önlemlerin alınması gerektiğini unutmayın.