Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications.
Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a series of incubators. A temperature gradient is passively established across the surface of the table between the heated and cooled ends and is lost quickly at distances above the surface. Since temperature is only controlled on the table surface, experiments are restricted to shallow containers, such as Petri dishes, placed on the table. Welding continuous aluminum vertical strips or gussets perpendicular to the surface of a table enables temperature control in depth via convective heat flow. Soil in the channels between gussets was maintained across a gradient of temperatures allowing a greater diversity of experimentation. The gusseted design was evaluated by germinating oat, lettuce, tomato, and melon seeds. Soil temperatures were monitored using individual, battery-powered dataloggers positioned across the table. LED lights installed in the lids or along the sides of the gradient table create a controlled temperature chamber where seedlings can be grown over a range of temperatures. The gusseted design enabled accurate determination of optimum temperatures for fastest germination rate and the highest percentage germination for each species. Germination information from gradient table experiments can help predict seed germination and seedling growth under the adverse soil conditions often encountered during field crop production. Temperature effects on seed germination, seedling growth, and soil ecology can be tested under controlled conditions in a laboratory using a gusseted thermogradient table.
Thermogradient टेबल नए नहीं हैं और उनके उपयोग के कई दशकों 1-6 ओवर साहित्य में सूचित कर दिया गया है। प्रारंभिक टेबल कागज सब्सट्रेट पर प्रयोगशाला बीज अंकुरण परीक्षण अक्सर एक ही प्रयोग में तापमान की एक व्यापक रेंज पर (चित्रा 1) के लिए जाहिरा तौर पर विकसित किए गए। वहाँ thermogradient तालिकाओं के विभिन्न डिजाइन कर रहे हैं, लेकिन सबसे आम में से एक, धातु की एक अपेक्षाकृत मोटी चादर आयताकार, अक्सर अपनी जंग प्रतिरोध के लिए एल्यूमीनियम के होते विपरीत छोर पर नीचे करने के लिए वेल्डेड पाइप वर्ग के एक पाश के साथ। प्लास्टिक की ट्यूब, तापमान नियंत्रित करने के लिए तालिका में और आउटलेट पाइप कनेक्ट स्नान है कि मेज के नीचे विपरीत छोर पर पाइप के माध्यम से ठंडा और गर्म तरल पदार्थ पंप परिसंचारी। पाइप अगर सिस्टम के पास या ठंड तापमान नीचे संचालित किया जा रहा है ठंड को रोकने के लिए, तरल पदार्थ, आमतौर पर एक पानी एंटीफ्ऱीज़र (एथिलीन ग्लाइकोल) मिश्रण का आयोजन करता है। एक और डिजाइन के साथ धातु के स्ट्रिप्स वेल्ड करने के लिए रचनात्मक करने के लिए हैinlets और दोनों छोर पर गर्म और ठंडे समाधान के संचलन के लिए दुकानों के साथ तालिका में से प्रत्येक के अंत में एक तरल पदार्थ जलाशय खा लिया। घूम स्नान मेज के नीचे फर्श पर या एक अलग juxtaposed मेज पर तैनात किया जा सकता है। हीटिंग कॉयल और / या Peltier ठंडा मॉड्यूल के साथ इलेक्ट्रिक thermogradient टेबल बनाया गया है, लेकिन उच्च लागत, चुनौतियों लगातार कम तापमान पैदा करने, समस्याओं की विश्वसनीयता और बड़े पैमाने पर वाणिज्यिक उपयोग के 8 को रोका है।
घूम तरल पदार्थ डिजाइन निष्क्रिय थर्मल चालन के माध्यम से एक आयामी ढाल बना सकते हैं। एल्यूमिनियम प्लेट वर्दी आकार और मोटाई की है और ठीक से अछूता है, तो गर्मी एक मेज एक सतत एक आयामी तापमान ढाल की स्थापना की ठंड अंत करने के लिए गर्म से समान रूप से बहती है, ऊष्मा 7 के दूसरे कानून का पालन। सतह भर में ढाल तालिका लंबाई के एक समारोह के अंत और तापमान के बीच मतभेद है। मेज और plumbinजी आमतौर पर उपयोग के लिए पलकों के साथ एक अछूता बाड़े में रखे जाते हैं। बाड़े अपने परिवेश से अलग कर मेज, छोटे तापमान परिवर्तन के साथ सतह भर में एक समान ढाल बनाने। अछूता बाड़े पैरों द्वारा समर्थित या इस तरह के एक टेबल या बेंच के रूप में एक सपाट सतह पर रखा जा सकता है। आवेदन कहाँ समान तापमान नियंत्रण के लिए एक ढाल के बिना की जरूरत है के लिए, एक मेज दोनों सिरों में एक ही तापमान पर तरल पदार्थ प्रसारित यदि इज़ोटेर्माल शर्तों का उत्पादन करने के लिए स्थापित किया जा सकता है।
जब ढाल तालिका सही ढंग से कार्य कर रहा है, पेट्री डिश, मोहरबंद प्लास्टिक बैग, फ्लैट तली कंटेनर, आदि, सतह पर रखा जाता है और विभिन्न तापमान (चित्रा 1) के लिए थर्मामीटरों संतुलित करना। प्रत्येक कंटेनर में प्रयोगात्मक तापमान airspaces कि कंटेनर और मेज की सतह और मोटाई और प्रत्येक कंटेनर की इन्सुलेट गुणों के बीच मौजूद हो सकता है पर निर्भर करता है। ढाल तालिका प्रभावी ढंग से नमूना ते का कहना हैसतह के करीब mperatures, लेकिन नियंत्रण सतह से ऊपर खो दिया है। खड़ी तापमान नियंत्रण के अभाव में एक पारंपरिक ढाल मेज पर संभव प्रयोगों के प्रकार को सीमित करता है।
एल्यूमिनियम स्ट्रिप्स या gussets पारंपरिक ढाल तालिका डिजाइन करने के लिए जोड़ा गया था मेज की सतह से ऊपर तापमान नियंत्रण में सुधार होगा। गसेट्स मेज की सतह को सीधा अंतराल पर वेल्डेड रहे थे। gussets खड़ी फ्लैट मेज की सतह से ऊपर संवहनी गर्मी प्रवाह की सुविधा। gussets के बीच रखा नमूने, और अधिक प्रभावी तापमान नियंत्रण प्रदान तीन तरफ से तापमान विनियमित सतहों की है। क्लेग और Eastin 2 एक ढाल मेज की सतह पर रेत क्वार्ट्ज रखा गहराई में तापमान नियंत्रण बनाने के लिए। क्लेग और Eastin 2 भी तालिका के शीर्ष पर इन्सुलेशन रखने के साथ प्रयोग किया। वेब एट अल। 9 नियंत्रण तापमान समान रूप से करने के प्रयास में एक मेज पर मिट्टी से भरा पाइप रखा।
नई टाble डिजाइन यहां बताया नौ 7.6 सेमी (3 इंच) उच्च gussets (एल्यूमीनियम स्ट्रिप्स) तालिका की लम्बाई (चित्रा 2) के ऊपर की सतह के लिए वेल्डेड रहे हैं कि है। एलईडी प्रकाश जुड़नार photosynthetically सक्रिय आवृत्तियों उत्सर्जन जब मेज बंद कर दिया है अंकुर विकास का समर्थन करने के लिए मेज के पक्षों पर स्थापित कर रहे हैं। कलीदार thermogradient तालिका के लिए अछूता बाड़े एक सफेद पीवीसी बोर्ड है कि पानी, ताना हैं का निर्माण किया है, और प्रतिरोधी दरार है। इस पत्र का उद्देश्य नई Gusseted ढाल तालिका डिजाइन और संभव अनुप्रयोगों का वर्णन है।
Thermogradient टेबल मुख्य रूप से उथले कंटेनरों में बीज अंकुरण प्रयोगों तापमान की एक सीमा से अधिक एक साथ आयोजित करने के लिए कई वर्षों के लिए इस्तेमाल किया गया है। हालांकि, प्रयोगात्मक तापमान मेज की सतह तक ही सीमित हैं इसलिए तापमान नियंत्रण की गहराई तक ही सीमित है। पारंपरिक ढाल टेबल पर आयोजित बीज परीक्षण प्रोटोकॉल पेट्री डिश या अन्य फ्लैट कंटेनरों में कागज सब्सट्रेट पर रेडिकिल उद्भव के साथ खत्म होती है और वास्तविक स्वाभाविक रूप से मिट्टी में घटित होता है के रूप में उद्भव और विकास अंकुर परीक्षण नहीं है। आज बीज कंपनियों अक्सर बीज ताक़त नकली क्षेत्र की स्थिति यह है कि उत्पादकों की संभावना रोपण के बाद का सामना करना होगा का उपयोग कर (इष्टतम स्थितियों से कम के तहत उगना करने की क्षमता) का आकलन करना चाहते हैं। मृदा परीक्षण भी फंगल और बैक्टीरियल के लिए बीज की बीमारी के दबाव बेदाग़ मीडिया पर मानकीकृत प्रयोगशाला अंकुरण परीक्षण में आम नहीं उजागर करता है। मिट्टी एक फ्लैट गैर-कलीदार मेज पर रखा जाता है, 5 डिग्री सेल्सियस या उससे अधिक हम के बड़े बदलावमिट्टी प्रोफ़ाइल में पदों और मेज सतहों (अप्रकाशित परिणाम) के बीच असामान्य नहीं कर रहे हैं।
gussets के साथ एक आयामी ढाल तालिका खड़ी तापमान नियंत्रण में सुधार करने के लिए इतना है कि मिट्टी अंकुरण परीक्षण और अन्य प्रयोगों जहां मिट्टी तापमान के सटीक नियंत्रण के लिए महत्वपूर्ण है में इस्तेमाल किया जा सकता है विकसित किया गया था। gussets गहराई में मिट्टी या सिंथेटिक बढ़ते मीडिया और नियंत्रण तापमान सीमित। gussets एल्यूमीनियम, टेबलटॉप के रूप में एक ही सामग्री है, और जब सतह पर सीधा वेल्डेड वे प्रवाहकीय गर्मी हस्तांतरण के बीच अंतरिक्ष के तापमान नियंत्रण प्रदान करते हैं। gussets लंबाई तालिका नीचे या widthwise मेज के पार उन्मुख किया जा सकता। दोनों डिजाइन इसी तरह प्रदर्शन लेकिन widthwise कली उन्मुखीकरण सुविधाजनक है जब ढाल ठीक से निकाला जाता है क्योंकि gussets के बीच अंतरिक्ष के लिए एक एकल प्रायोगिक तापमान के रूप में सेवा कर सकते हैं। क्षैतिज अभिविन्यास प्रयोगात्मक इकाइयों (इस उदाहरण में बीज) एक दूरी पर होना करने के लिए अनुमति देता हैएक लाइन एक दूसरे के बगल में मेज के पार। कली रिक्ति केवल निर्माण के दौरान अलग किया जा सकता है क्योंकि gussets जगह तो वैकल्पिक स्थिति में वेल्डेड रहे हैं एक बार मेज निर्माण पूरा हो गया है परीक्षण नहीं किया जा सकता है। 10.9 सेमी की एक कली रिक्ति अक्सर मिट्टी के अलावा बीज परीक्षण के लिए इस्तेमाल उथले कंटेनरों को समायोजित करने के लिए चुना गया था। करीब कली रिक्ति बेहतर तापमान नियंत्रण प्रदान कर सकता है, लेकिन कंटेनर के प्रकार है कि मेज पर इस्तेमाल किया जा सकता है की सीमा होती है।
तापमान और thermogradient तालिका में बढ़ते मीडिया की नमी लगातार वांछित प्रयोगात्मक शर्तों को प्राप्त करने के लिए निगरानी की जानी चाहिए। बोने से पहले, घूम स्नान थोड़ा वांछित न्यूनतम नीचे और थोड़ा अधिकतम तापमान समायोजित से जब तक नमूने प्रयोगात्मक तापमान वांछित तक पहुँच चुके ऊपर स्थापित किया जाना चाहिए। लगभग 24 घंटा के नमूने के लिए अनुमति दी जानी चाहिए थर्मल ढाल तालिका के साथ संतुलित करने के लिए। वें की नमी सामग्रीई बढ़ते मीडिया पर्याप्त (फ़ील्ड क्षमता का 70-80%) बीज अंकुरण या अन्य जैविक प्रक्रियाओं आगे बढ़ने के लिए होना चाहिए। तालिका इन्सुलेशन और दोहरी पलकों के तापमान में उतार-चढ़ाव और पानी के वाष्पीकरण को कम जब जगह में।
तालिका 1 में परिणाम अलग तापमान पर 4 प्रजाति के अंकुर विकास की तुलना करें। तरबूज और टमाटर के बीज के विकास के लिए 15 डिग्री सेल्सियस पर शुरू हुआ और समझा रूप में गर्म मौसम फसलों 10 क्यों वे विशेषता है 40 डिग्री सेल्सियस पर अच्छी तरह से अंकुरित। इसके विपरीत, सलाद कम तापमान पर सबसे अच्छा अंकुरित। जई बीज अन्य प्रजातियों (तालिका 1) की तुलना में तापमान का एक व्यापक रेंज पर अंकुरित। जबकि इसी तरह के परिणाम समन्वित प्रयोगों की एक श्रृंखला में विकास कक्षों की एक श्रृंखला का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है, कली डिजाइन दोनों अंकुरण और अंकुर विकास मिट्टी तापमान एक साथ की एक सीमा से अधिक तुलना में किया जा करने के लिए अनुमति देता है। अलग क्षेत्र की मिट्टी या बढ़तीमीडिया क्षेत्र की स्थिति की एक सीमा अनुकरण करने के लिए प्रतिस्थापित किया जा सकता है। माइक्रोबियल या रासायनिक उपचार, उर्वरक शासनों, सूखा तनाव, और बदलाव प्रकाश के वातावरण में ढाल मेज पर तापमान भर में लगाया जा सकता है।
छोटे dataloggers मेज पर विभिन्न पदों पर तापमान दर्ज किया गया। तापमान डेटा अधिक से अधिक भिन्नता के साथ तालिका के बीच में दिखाया है, अपेक्षाकृत वर्दी तापमान, विशेष रूप से गर्म अंत में। मेज की सतह के साथ संपर्क में संग्रह करने वालों स्थिति और मिट्टी की सतह पर हवा के संपर्क में होने की संभावना बढ़ चरम सीमाओं। केंद्र की स्थिति में दर्ज तापमान शायद थोक मिट्टी की स्थिति का संकेत थे। उदाहरण के लिए, एक बीज gussets क्षेत्र रोपण अनुकरण करने के लिए के बीच ढाल मेज पर मिट्टी में लगाया ही थोक मिट्टी के तापमान को उजागर किया जाएगा और न हवा या मेज की सतह के तापमान। नमी की मात्रा और मिट्टी की बनावट तालिका तापमान का निर्धारण करने में एक भूमिका निभाता है। यदिई मिट्टी सूखी है, हवा रिक्त स्थान तापमान परिवर्तन का विरोध और प्रभावी ढंग से gussets से गर्मी आचरण नहीं करते। नम मिट्टी को प्रभावी ढंग से मिट्टी प्रोफ़ाइल के माध्यम से गर्मी का संचालन करने के लिए कुछ हवा रिक्त स्थान है और अधिक तरल पानी है। इस प्रयोग में, मिट्टी इसकी अधिकतम जल धारण क्षमता का 70 से 80% पर बनाए रखा गया था, लेकिन उच्च पानी सामग्री मिट्टी तापमान परिवर्तन कम हो सकता है। रेत उच्च कार्बनिक पदार्थ के साथ मिट्टी की तुलना में कम बड़े ताकना रिक्त स्थान के रूप में है और इस प्रकार और अधिक समान तापमान प्रदान करने की उम्मीद होगी।
ठंड अंत की तुलना में मेज के गर्म अंत में मिट्टी के तापमान में अधिक से अधिक अंतर था। एक संभावित व्याख्या यह तालिका भर में नमी के वितरण में निहित है। जबकि गर्म अंत क्योंकि अधिक से अधिक बाष्पीकरणीय घाटे से बाहर सूखी जाता नमी, ठंड अंत में बनाए रखा जाना जाता है। चूंकि पानी आचरण गर्मी में मदद करता है, यह महत्वपूर्ण है कि मेज की नमी सामग्री के रूप में संभव के रूप में एक समान हो। वेब एट अल। 9 blott इस्तेमाल कियाएर कागज केशिका क्रिया के माध्यम से एक thermogradient तालिका भर में पानी का संचालन करने के लिए है, जबकि अखबार कलीदार thermogradient तालिका में एक कम महंगा विकल्प के रूप में अच्छी तरह से काम किया। हालांकि gussets नमी वितरण जोड़ने के लिए, दोनों शांत और गर्म रखने सिरों हाइड्रोफिलिक कागज के साथ लाइन कर रहे थे समान रूप से गीला चुनौतीपूर्ण है।
उच्च तापमान पर तेजी से वाष्पीकरण सभी ढाल तालिका डिजाइन पर होता है। संघनन अक्सर एक समस्या है जब कंटेनर प्रयोगों अधिक परिवेश से ऊपर तापमान पर एक ढाल की मेज पर आयोजित की जाती हैं, क्योंकि कंटेनर के नीचे कूलर ढक्कन के भीतर की ओर इकट्ठा करने के लिए पानी के कारण शीर्ष अपेक्षा अधिक गर्म है। कलीदार मेज पर मिट्टी प्रयोगों में, पानी कलीदार तालिका में ऊपर हवा में ऊपरी मिट्टी की परतों से सुखाया। यदि मिट्टी बहुत गीला है, टेबल के गर्म अंत में बाष्पीकरणीय कूलर घाटा भीतरी एक्रिलिक ढक्कन पर गाढ़ा हो सकती है। एक्रिलिक या प्रत्यक्ष इन्सुलेशन polystyrene की चुस्त टुकड़े आरामLy gussets के शीर्ष पर मिट्टी और अधिक समान रूप से नम और तापमान स्थिर रखने तालिका के ऊपर हवाई क्षेत्र के साथ वाष्प आदान प्रदान को कम करता है (डेटा) नहीं दिखाया। तालिका polystyrene इन्सुलेशन के साथ कवर किया गया था, जब तापमान परिवर्तन तापमान चरम पर मिट्टी प्रोफ़ाइल के माध्यम से केवल 1 से 2 डिग्री सेल्सियस तक था (डेटा) नहीं दिखाया। हालांकि, polystyrene इन्सुलेशन उभरते से पौध को रोकता है और विकास के लिए ऊष्मायन के प्रारंभिक मानव संसाधन विश्लेषण के बाद हटा दिया जाना चाहिए। गर्म मिट्टी के तेजी से सूखने को रोकने के लिए एक अन्य समाधान preferentially बाष्पीकरणीय नुकसान के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए गर्म अंत करने के लिए और अधिक पानी जोड़ने के लिए है। हाथ से पानी समस्याग्रस्त क्योंकि पलकों हटा दिया जाना चाहिए और आवेदन की मात्रा कम सटीक हो रहा है। सूक्ष्म सिंचाई उत्सर्जक एक ढाल की मेज पर बनाया जा सकता है और रियायत के तौर पर गर्म अंत करने के लिए और अधिक पानी लागू करने के लिए समायोजित किया जा सकता है।
Thermogradient टेबल कार्यक्षमता और संभावित रूप में वैकल्पिक विकास कक्षों की सेवा है। when दोनों स्नान, एक ही सेट कर रहे हैं तालिका जहां एक ढाल की आवश्यकता नहीं है अनुप्रयोगों के लिए एकल प्रायोगिक तापमान को equilibrates। दिन और रात को प्रकाश और तापमान में उतार-चढ़ाव भी प्रोग्राम घूम स्नान का उपयोग कर नकली जा सकता है और रोशनी बढ़ने का नेतृत्व किया। एलईडी के साथ पलकों के अंदर populating रोशनी बढ़ती प्रकाश तीव्रता में वृद्धि कर सकते हैं। एलईडी प्रणाली में रोशनी इनपुट कम से कम गर्मी बढ़ने और क्योंकि इसी तरह मिट्टी तापमान पर और बंद रोशनी के साथ दर्ज किया गया ढाल के साथ हस्तक्षेप नहीं किया था (डेटा) नहीं दिखाया। रोशनी के अलावा पौधों की वृद्धि और अधिक पर्यावरण नियंत्रण सक्षम बनाता है।
Thermogradient टेबल अतीत में अंकुरण के अध्ययन के लिए बीज उद्योग द्वारा मुख्य रूप से इस्तेमाल किया गया है, लेकिन कई अन्य अनुप्रयोगों संभव हो रहे हैं। कीट व्यवहार एक ढाल की मेज पर अध्ययन किया गया है कुछ व्यवहार 11 के तापमान ऑप्टिमा निर्धारित करने के लिए। आइस टी subfreezing पर परीक्षण घटना के लिए एक ढाल मेज की सतह पर जमा किया जा सकताemperatures (डेटा) नहीं दिखाया। मिट्टी और वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड विकास सहित, के बीच गैस विनिमय, अलग-अलग पानी सामग्री, मिट्टी आदानों, और तापमान पर एक कलीदार ढाल मेज पर संभव है। तापमान की एक सीमा से अधिक मीडिया के विभिन्न प्रकारों में बैक्टीरियल और फंगल विकास के प्रभावों का अध्ययन इस प्रायोगिक प्रणाली के साथ भी संभव है।
The authors have nothing to disclose.
We thank Kent J. Bradford and his students at the UC Davis Seed Biotechnology Center for recording seedling emergence data.
Thermogradient table | Appalachian Machinge Inc | Custom made, gussetted thermogradient table (schematics are included in the manuscript). The aluminum fabrication and welding were peformed by Appalachian Machinge Inc. 5304 State Rd 790, Dublin, VA 24084. | |
Insulated polymer board cabinet | TASCO LLC | The insulated polymer board cabinet containing the aluminum plate was constructed by TASCO LLC, 1440 Roanoke Street, Christiansburg, VA 24073 | |
Blue Hawk Folding Steel Adjustable Sawhorse | Lowes Home Improvement | 162111 | Model #: 60142 Folding Steel Adjustable Sawhorses |
Circulating Refrigerated water baths or comparable units | Brookfield Engineering | TC-550SD | |
Seeds (200 seeds) | Johnny's Selected Seeds | Oat, lettuce, tomato, melon seeds from Johnny's Selected Seeds 955 Benton Ave, Winslow, ME 04901 or any other seed for germination testing, | |
Professional 550 Grow Light | SolarOasis | Pro550 | |
ID braided PVC tubing | United States Plastics Inc. | 60703 | 0.6 m pieces of 200 cm OD, 130 mm (1/2") |
Super Tech 50/50 Antifreeze/Coolant Pre-Mix | Walmart | 1012574 | 4 liters distilled water-antifreeze (ethylene glycol) mixture |
WatchDog Data Loggers | Spectrum Technologies Inc | Model 100 | |
Parafilm M 4 cm wide | Fisher Scientific | S37440 | |
Container Acrylic 5 1/4"x5"x1 3/8" plastic boxes | Hoffman Manufacturing Inc | Hoffman Manufacturing Inc. 16541 Green Bridge Road, Jefferson, OR | |
1" Collared-screw | Global Industrial | CS16H | Global Industrial, 11 Harbor Park Drive, Port Washington, NY |
Collared Screw Worm Gear Hose Clamp | Global Industrial | WGB513588 | 3/4" – 1-1/2" Clamping Dia. 10-Pack . |
Everbilt Model Foam Pipe Insulation | Home Depot | ORP11812 | Internet # 204760805 Store SKU # 1000031792 1 in. x 6 ft. |
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