PARbars: सस्ता, संयंत्र Canopies में प्रकाश अवरोधन के सतत मापन के लिए Ceptometers बनाने के लिए आसान

Environment
 

Summary

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 ।

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Salter, W. T., Merchant, A. M., Gilbert, M. E., Buckley, T. N. PARbars: Cheap, Easy to Build Ceptometers for Continuous Measurement of Light Interception in Plant Canopies. J. Vis. Exp. (147), e59447, doi:10.3791/59447 (2019).

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Abstract

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 ।

Introduction

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. () 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 ।

Protocol

1. बनाएँ और पैलार्स जांचना

  1. एक स्वच्छ कार्यस्थान में असेंबली के लिए आवश्यक सभी भागों और उपकरणों को इकट्ठा करें ।
  2. एक सफेद एक्रिलिक विसारक बार (१,२०० मिमी लंबाई x 30 मिमी चौड़ाई x ४.५ मिमी मोटाई) के प्रत्येक अंत से एक 4 मिमी व्यास छेद 20 मिमी ड्रिल । ड्रिल और नल लड़ी पिरोया छेद 20 मिमी एल्यूमीनियम U-बार के एक खंड के प्रत्येक अंत से विसारक सुरक्षित करने के लिए । बढ़ते हार्डवेयर (उदाहरण के लिए, एक तिपाई बढ़ते थाली) सूट करने के लिए ड्रिल और पिरोया छेद नल ।
  3. एक १.२५ मीटर नंगे तांबे के तार (१.२५ mm व्यास) की लंबाई प्राप्त करें । यदि तार एक रोल पर आया है, तो यह सीधा एक अंत में एक उप या दबाना और दूसरे अंत में एक हाथ ड्रिल की पकड़ में सुरक्षित है, और फिर एक कम गति (100-200 rpm) पर ड्रिल पर मोड़ । नंगे तांबे के तार की एक दूसरी १.२५ मीटर लंबाई के साथ दोहराएं ।
  4. एक ठीक टिप स्थाई मार्कर का उपयोग विसारक के किनारे के साथ photodiodes के इच्छित स्थानों को चिह्नित करें, विसारक के एक छोर से १३.५ सेमी में पहली photoडायोड की स्थिति के साथ शुरुआत और अंय पदों पर हर 2 सेमी स्थित पहले डायोड और के बीच विसारक का अब तक का अंत ।
    1. अपने विद्युत कनेक्शन पट्टी के पक्षों की ओर इशारा करते हुए टैब के साथ विसारक पट्टी पर एक photodiode केंद्रित द्वारा विसारक पर पहले तांबे के तार की स्थिति को चिह्नित, टैब में से एक के नीचे तार रखने, और तार स्थान अंकन ।
    2. केंद्र पर वायर की स्थिति और बार के विपरीत छोर को चिह्नित करने के लिए पिछला चरण दोहराएं ।
  5. Cyanoacrylate गोंद का प्रयोग विसारक के लिए पहले सीधा तांबे के तार, तार संरेखित करने के लिए पिछले कदम में चिह्नित स्थानों का उपयोग कर ।
    1. का प्रयोग करें cyanoacrylate गोंद करने के लिए गोंद ५० photodiodes चेहरे नीचे 20 मिमी अंतराल पर विसारक के साथ (के रूप में पिछले कदम में चिह्नित), यह सुनिश्चित करना है कि वे विसारक के केंद्र में है और यह कि सभी एक ही उंमुखीकरण में सभी की व्यवस्था कर रहे है ऐसी है कि बड़े टैब सह पर बैठता है pper वायर, और छोटे टैब विपरीत बैठता है ।
    2. दूसरी तांबे के तार ऐसी है कि यह photodiodes के छोटे टैब्स के प्रत्येक के नीचे बैठता है, और फिर cyanoacrylate गोंद के साथ विसारक को तार गोंद प्लेस ।
  6. गीला एक photodiode के दोनों टैब, साथ ही आसंन और अंतर्निहित तारों, प्रवाह के साथ एक मिलाप फ्लक्स कलम का उपयोग कर । इस डायोड के प्रत्येक टैब को अंतर्निहित तांबे के तारों से मिलाप करें जो लगभग 350-400 हेसी के तापमान पर ठीक इत्तला वाले टांका लोहे का उपयोग करके फोटोडायोड पर प्रकाश चमकाते हुए और तारों के आरपार वोल्टेज सिग्नल की जाँच करके मिलाप कनेक्शन का परीक्षण करे एक मल्टीमीटर का उपयोग कर । सभी ५० photodiodes के लिए इस चरण को दोहराएं ।
    नोट: चरण १.७ वैकल्पिक है (यदि रोकनेवाला PARbar में soldered नहीं है, यह बजाय बाद में datalogger पर पैंबर संकेत आदानों के साथ समानांतर में जोड़ा जा सकता है).
  7. मिलाप एक १.५ Ω कम तापमान गुणांक परिशुद्धता में तांबे के तारों के पार समानांतर प्रतिरोधक ।
  8. तांबे के तारों के सिरों को एक पनरोक डीसी संबंधक के पुरुष अंत मिलाप (एक ही समाप्त होता है जो करने के लिए रोकनेवाला soldered था, यदि आप वैकल्पिक कदम १.७) और फिर गोंद लाइन गर्मी टयूबिंग हटना का उपयोग कर कनेक्शन सील ।
  9. विसारक पर circuity के आसपास एक सतत सिलिकॉन बैरियर बनाने के लिए एक तरल पदार्थ तंग अच्छी तरह से फार्म, विसारक की सतह पर सिलिकॉन सीलेंट के एक मनका, किनारे के पास लागू करने से । मनका बारीकी से निरीक्षण करने के लिए सुनिश्चित करें कि कोई हवा अंतराल सिलिकॉन और विसारक पट्टी के बीच रहते हैं, के रूप में अंतराल epoxy बाहर रिसाव की अनुमति होगी । एक बार सीलेंट ठीक हो गया है, epoxy राल के साथ अच्छी तरह से भरें ।
  10. जब epoxy राल (रातोंरात) कठोर है, सिलिकॉन सीलेंट एक उस्तरा ब्लेड का उपयोग कर हटा दें । बोल्ट पूर्व लड़ी पिरोया एल्यूमीनियम यू बार के विसारक M4 बोल्ट का उपयोग कर ।
  11. अपने पूरे लंबाई के साथ एल्यूमीनियम के लिए विसारक सुरक्षित करने के लिए मास्किंग टेप का प्रयोग करें, और फिर polyurethane फोम भराव के साथ ceptometer अंदर शूंय भरें । एक बार फोम भराव (रातोंरात) सेट है, मास्किंग टेप को हटा दें ।
  12. दो कंडक्टर केबल की लंबाई करने के लिए डीसी संबंधक के महिला अंत मिलाप और गोंद पंक्तिवाला गर्मी हटना के साथ कनेक्शन सील ।
  13. एक क्वांटम संवेदक के खिलाफ पैंबर जांचना,
    1. एक डेटा लकड़हारा या वोल्टमापी करने के लिए दोनों सेंसरों से कनेक्ट एक अंतर वोल्टेज उत्पादन को मापने में सक्षम (एक १.५ Ω कम तापमान-समानांतर में गुणांक परिशुद्धता रोकनेवाला parbar के साथ कनेक्ट अगर एक रोकनेवाला डिजाइन में १.७ चरण में एकीकृत नहीं किया गया था),
    2. एक स्तर विमान (एक आत्मा के स्तर या आत्मा बुलबुला के साथ स्तर) पर पूर्ण सूर्य में उन्हें बाहर सेट, एक अवधि के दौरान दोनों सेंसरों के outputs रिकॉर्ड जिसके दौरान सौर विकिरण व्यापक रूप से बदलता है, इस तरह के एक पूर्ण दैनिक चक्र के रूप में, और parbar के लिए अंशांकन कारक का निर्धारण सममूल्य के एक रैखिक प्रतीपगमन के ढलान क्वांटम संवेदक से रिपोर्ट (निर्भर चर के रूप में) बनाम कच्चे वोल्टेज उत्पादन (स्वतंत्र चर के रूप में) ।

2. क्षेत्र में स्थापित करें

  1. प्रभावी संयंत्र क्षेत्र सूचकांक (PAIeff) अनुमान लगाने के लिए, चंदवा के ऊपर एक पैंबर स्थापित करें (यह सुनिश्चित करना है कि यह किसी भी प्रकाश-चंदवा के भीतर तत्वों को अवशोषित द्वारा छायांकित नहीं है) और एक और सभी प्रकाश को अवशोषित तत्वों जिनकी absorptance आप को मापने चाहते है ( आमतौर पर, सबसे कम पत्तियों के नीचे), दोनों PARbars के साथ एक ४५ ° कोण पर संरेखित पंक्तियों रोपण के लिए । सुनिश्चित करें कि ऊपरी पैंबर इतनी के रूप में तैनात नहीं है कम PARbar छाया है । एक आत्मा स्तर या बुलबुला स्तर का उपयोग कर PARbars स्तर.
  2. एक डेटा लकड़हारा या वोल्टमापी करने के लिए चरण १.११ में किए गए केबल का उपयोग कर parbars कनेक्ट करें । यदि एक १.५ Ω कम तापमान-गुणांक परिशुद्धता रोकनेवाला PARbar सर्किट में निर्माण के दौरान एकीकृत नहीं किया गया था (चरण १.७), तो इस स्तर पर प्रत्येक PARbar के साथ समानांतर में इस तरह के एक रोकनेवाला कनेक्ट.
  3. परिवर्तित अवकलन वोल्टेज उत्पादन सममूल्य का उपयोग कर अंशांकन चरण में प्रत्येक PARbar के लिए निर्धारित कारक १.१३ ।

3. प्रभावी संयंत्र क्षेत्र सूचकांक (PAIeff) की गणना

  1. इसके बाद के संस्करण की प्रत्येक जोड़ी के लिए पैeff की गणना-और नीचे-चंदवा बराबर माप निम्नलिखित समीकरणों6का उपयोग:
    (1) Equation 1 ,
    जहां a = ०.२८३ + ०.०७८५ – ०.१५९a2 (जिसमें a पत्ती अवशोषक है), τ नीचे से ऊपर-चंदवा पार का अनुपात है, और K और fb समीकरण 24 द्वारा मॉडलिंग की जाती है और समीकरण 39, क्रमशः:
    (2) Equation 2 ,
    जहाँ χ पत्ती के कोण के वितरण का वर्णन करने वाला एक विमाहीन प्राचल है, θ सौर शिरोबिंदु कोण है, और
    (3) Equation 3 ,
    जहाँ त के ऊपर (सममूल्य के बराबर) चंदवा से अधिक हो, वहीं अधिकतम संभव मान के अंश के रूप अर्थात आर = बराबरऊपर/बराबर, अधिकतमएक और अपने अध्ययन प्रजातियों के लिए उपयुक्त सी के मूल्यों के लिए साहित्य से परामर्श (हम एक = ०.९ और सी = ०.९६10 परीक्षण मापन के लिए इस्तेमाल किया गेहूं canopies के लिए यहां प्रस्तुत) मान लिया ।
    नोट: एक नमूना R स्क्रिप्ट स्वचालित संसाधन बड़े डेटासेट के लिए कोड को विकसित करने में उपयोगकर्ताओं की सहायता करने के लिए एक पूरक फ़ाइल के रूप में प्रदान की गई है ।

Representative Results

पैंबर बिल्ड के लिए एक योजनाबद्ध चित्र 1में दिखाया गया है । एक पैंबर के लिए एक प्रतिनिधि अंशांकन वक्र चित्र 2में दिखाया गया है । एक parbar के अंतर वोल्टेज उत्पादन रेखीय एक क्वांटम संवेदक से बराबर उत्पादन करने के लिए आनुपातिक है, के साथ R2 = ०.९९९८. PARbars गेहूं canopies में तैनात है और पौधों के विकास के पार हर 20 एस लॉग इन किया गया । चंदवा प्रकाश वातावरण का एक ठेठ दैनिक समय एक स्पष्ट धूप दिन पर एक parbar का उपयोग कर एकत्र के चित्र 3 में दिखाया गया है (कच्चे संप्रेषण डेटा और सही पैeff तुलना के लिए दिखाए जाते हैं). 3 बी के आंकड़े और 3c पूर्वाग्रह है कि दिन के विभिंन समय पर तात्कालिक ceptometry माप लेने के द्वारा शुरू किया जा सकता है प्रदर्शन (salter एट अल२०१८7के अनुसार) । इस डेटा के संग्रह के लिए उपयोग किए गए गेहूं के भूखंडों में एक पंक्ति रोपण अभिविन्यास था जो उत्तर-दक्षिण की वजह से प्रकाश के संचरण के साथ 12:30 पर निचले चंदवा में बढ़ता गया (चित्र 3b) । यदि इस बिंदु पर तात्कालिक मापन किया जाना था, तो पैeff को कम करके आंका जाएगा, जबकि यदि इसे सुबह या दोपहर में लिया जाता तो यह अधिक आकलित किया जा सकता था । Weatherproof पाबार्स भी लंबे समय अवधि के लिए क्षेत्र में तैनात किया जा सकता है; चित्रा 4 प्रदर्शित करता है कि कैसे parbars के रूप में पौधों के विकास के रूप में वितान प्रकाश पर्यावरण परिवर्तन की निगरानी करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

Figure 1
चित्रा 1 । पैंबर बनाने के लिए schematics । (क) निविड़ अंधकार संबंधक और आंतरिक शंट रोकनेवाला के स्थान और व्यवस्था; (ख) फोटोडायोड की व्यवस्था एवं रिक्ति; (ग) ऐक्रेलिक विसारक पट्टी पर ड्रिलिंग स्थानों; (घ) एल्यूमीनियम यू बार पर ड्रिलिंग स्थानों; और (ई) एक PARbar के इलेक्ट्रॉनिक सर्किट आरेख. इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2 । प्रतिनिधि पैंबर अंशांकन वक्र । एक पैरबार (एमवी) की विभेदक वोल्टता निर्गत तथा प्रकाशसंश्लेषित फोटॉन फ्लक्स घनत्व या सममूल्य (म्मोल उ-2-1) का क्वांटम संवेदक से संबंध । प्रत्येक बिंदु एक दिन के लिए 4 घंटे की अवधि में हर 20 सेकंड में एक बार दर्ज की पार्बर और क्वांटम संवेदक से माप की एक जोड़ी का प्रतिनिधित्व करता है. इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3 । PARbar उत्पादन के प्रतिनिधि दैनिक timecourse । कैनबरा, ऑस्ट्रेलिया (-35 ° 12 ' 00.1008 ", 149 ° 05 ' 17.0988") में प्रफुल्लन में गेहूं canopies में parbars का उपयोग कर एक स्पष्ट दिन पर एकत्र डेटा । (क) चंदवा (एमएमओएल एम-2 एस-1) से ऊपर मापा गया (ख) असंशोधित पारेषण (समतुल्य सेऊपर/समतुल्य का अनुपात)(यूनिकम), और (ग) प्रभावी पादप क्षेत्र सूचकांक समीकरण 1 से परिकलित । (ख) और (ग) में दर्शाए गए डेटा बिंदुओं का अर्थ है ( = 30), ठोस रेखाएँ, R (a = ०.५) में लगे लोएस स्थानीय अभिनति हैं, छायांकित क्षेत्र फ़िट की मानक त्रुटियां है और डैश्ड क्षैतिज रेखाएं दैनिक साधनों का प्रतिनिधित्व करती हैं । बिंदीदार लाइनों के बीच छायांकित क्षेत्र समय खिड़की (११००-1400h) CIMMYT11द्वारा गेहूं में तात्कालिक ceptometer मापन के लिए सिफारिश की है । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4 । बढ़ते हुए मौसम में एकत्रित किया गया प्रतिनिधि डेटा। पैंबर डेटा कैनबरा, ऑस्ट्रेलिया (-35 ° 12 ' 00.1008 ", 149 ° 05 ' 17.0988") में गेहूं canopies में जल्दी जुताई से प्रफुल्लन के लिए एकत्र की । (क) असंशोधित पारेषण डेटा (यूनिकम), और (ख) प्रभावी संयंत्र क्षेत्र सूचकांक (पैeff, m2 m-2) समीकरण 1 से परिकलित । दिखाए गए डेटा पॉइंट्स १,०००-1, 400h (n = 30) अवधि के लिए दैनिक साधनों का प्रतिनिधित्व करते हैं । ठोस लाइनें loess स्थानीय हीनताओं आर में लगे हुए है (एक = ०.७५), छायांकित क्षेत्रों फिट की मानक त्रुटियां हैं । यदिऊपर सममूल्य १,५०० μmol m-2 s-1 < था और यदिऊपर नीचे/सममूल्य > 1 था तो कच्चे डेटा को आगे के विश्लेषण में शामिल नहीं किया गया था । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

Discussion

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; 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 ।

Disclosures

लेखकों की पुष्टि करते है कि वे ब्याज और कुछ नहीं का खुलासा करने के लिए कोई संघर्ष है ।

Acknowledgments

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 ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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