Waiting
Processando Login

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biochemistry
Click here for the English version

Biochemistry

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

Published: January 7, 2017 doi: 10.3791/54835
Automatic Translation
1,2, 1, 3
1Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME, Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V., 2Institute for Molecular Biotechnology, RWTH Aachen University, 3Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.

Abstract

Bitkiler gibi sekonder metabolitler ve rekombinant proteinler gibi değerli maddeler üretebilir. Bitki biyokütleden ikinci arıtma ısıl işlem (beyazlaşma) tarafından modernize edilebilir. Yaprakları termal özellikleri detaylı örneğin, özgül ısı kapasitesi ve ısı iletkenlik bilinen durumunda bir beyazlatma cihazı daha kesin tasarlanabilir. Bu özelliklerin ölçümü, zaman alıcı ve emek yoğundur ve genellikle doğrudan numune ile temas yöntemlere gerek duyar. Bu ürün verimini azaltabilir ve iyi imalat uygulamaları çerçevesinde, örneğin çevreleme gereksinimleri ile uyumsuz olabilir. Bu sorunları gidermek için, bir non-invaziv, temassız yöntem yaklaşık bir dakika içinde özgül ısı kapasitesi ve sağlam bir bitki yaprağının ısı iletkenliği belirler geliştirildi. yöntem, küçük bir alanda tanımlanmış uzunluğu ve bir yoğunluk kısa lazer palsının uygulanmasını içeriryakın kızılötesi sensör kullanılarak ölçüldüğü bir sıcaklık artışına neden yaprak örneği. Sıcaklık artışı, belirli bir ısı kapasitesini belirlemek için, bilinen yaprak özellikleri (kalınlık ve yoğunluğu) ile birleştirilir. ısıl iletkenlik sonra termal radyasyon ve dikkate konvektif ısı transferini alarak, daha sonraki sıcaklık düşüş profiline göre hesaplanır. ilişkili hesaplamalar ve numune işleme kritik yönleri tartışılmıştır.

Introduction

Biyolojik materyalin büyük ölçekli işlemler genellikle pastörizasyon gibi ısı işlemi adımları gerektirir. Biyolojik materyalin termal özellikleri, iyi karakterize edilmiştir bu tür işlemler için donatım özgül ısı kapasitesi (CP, s) ve ısı iletkenliği (λ) de dahil olmak üzere, daha kesin olarak tasarlanabilir. Bu parametreler kalorimetrisi 1 ile sıvılar, süspansiyonlar ve homojenatlar kolayca belirlenebilir. Bununla birlikte, katı numunelerde ölçüm gibi parametreler emek yoğun olabilir ve genellikle numune ya da imha 2 ile doğrudan temas gerektirir. Örneğin, fototermal teknikleri Numune ve dedektör 3 arasında doğrudan teması gerektirmektedir. Bu tür sınırlamalar gıda işlenmesi sırasında kabul edilebilir, ancak bu tür iyi imalat uygulamaları 4 bağlamında bitkilerde biyofarmasötik proteinlerin üretimi gibi son derece ile düzenlenen süreçler ile uyumlu değildir. benn böyle bir bağlam, termal özelliklerinin tekrarlanan (örneğin, haftalık) izleme kalite kontrol aracı olarak bireysel bitkiler için yedi haftalık büyüme döneminde gerekli olabilir. Böyle bir izleme gerektirir ve her ölçüm için bir yaprak tüketmek istiyorsanız, hasat zamanında işlemek için sol hiçbir biyokütle olmazdı.

Ayrıca, bitki yaralama sebep ve tekrar işlem verimi azalan, nekroz ya da patojen enfeksiyon riskini artıracak yerine tek yaprak parçalarını kullanarak. örnek doğrudan temas için bir yöntem kullanılacak olması halinde, patojen enfeksiyonu olasılığı da bitkilerin bütün parti kirlenmiş bir sensör cihazı ile temas yoluyla enfekte olabilir riskini uyarılması, artabilir. Benzer yönleri bitkinin izlenmesi bir ecophysiological bağlamda, örneğin kuraklık gibi vurgular için dikkate alınmalıdır. Örneğin su kaybı sıklıkla invazif tre gerektiren yeni biyokütle bir değişimi ile izlenirBir yaprak diseksiyon gibi soruşturma 5, altında bitkilerin, ait kısmi. Bunun yerine, tarif edildiği üzere non-invazif şekilde, bir numunenin su içeriğine bağlıdır özgül ısı kapasitesi, belirleyici, bitki hidrasyon durumu için bir vekil bir parametre olarak kullanılabilir. Onlar deneysel verileri bozabilir olarak iki senaryo (ilaç üretim ve ekofizyoloji) ise, yıkıcı veya invaziv ölçüm teknikleri ile oluşturulan yapay stresler zararlı olacaktır. Bunlar ya örnek doğrudan temas gerektiren veya tahrip edici nedenle, daha önce rapor flaş yöntemleri 6 ya da gümüş plakalar 7 arasında örneklerin yerleştirilmesi bu işlemler ve deneyler için uygun değildir. Parametreler c p, s ve λ üretim maliyetlerini 8-10 azaltmak ve böylece ürün arınma basitleştirmek ve bir beyazlaşma adım için proses ekipmanları tasarlamak amacıyla tespit edilmelidir. Her iki CıP, S ve λ hemen hızlı bir şekilde tutarlı ve tekrarlanabilir bir şekilde 11 tarama temassız tahribatsız yakın kızıl ötesi (NIR) lazer ile tespit edilebilir ve bu yeni yöntem, aşağıda daha ayrıntılı olarak açıklanacaktır. Tütün uygun işlem ekipman tasarımı ve haşlama sıcaklığı gibi parametrelerin uygun seçimi izin 12 bırakır, bu yöntem ile elde edilen sonuçlar başarılı ısı transferini simüle etmek için kullanıldı.

Yöntem (Şekil 1) kurmak kolaydır ve iki büyük adımlardan oluşur, her biri iki faz, ölçüm ve analiz sahiptir. Ölçüm aşamasında, yaprak numunesi önce yerel kısa lazer darbesi tarafından ısıtılır ve maksimum numune sıcaklık kaydedilir. Numunenin sıcaklığı profili daha sonra 50 sn'lik bir süre için kaydedilmektedir. Analiz aşamasında, yoğunluk gibi yaprak özellikleri (kolayca ve doğru Piknometrik measurem tarafından belirlenirENT), S CP hesaplamak için maksimum örnekleme sıcaklığı ile birleştirilir. İkinci aşamada, yaprak sıcaklık profili l hesaplamak için, dikkate iletim, konveksiyon ve radyasyon alarak, bir enerji dengesi denklemi için girdi olarak kullanılır.

Detaylı adım adım talimatlar beraberindeki video içeriğine genişleyen, protokol bölümünde verilmiştir. Tipik ölçümler daha sonra sonuçlar bölümünde gösterilmiştir. Son olarak, yöntemin yararları ve sınırlılıkları potansiyel iyileştirmeler ve ileri uygulamaları ile birlikte tartışma bölümünde vurgulanır.

Şekil 1
Şekil 1: yaprak termal özelliklerini belirlemek için kullanılan aparat. Bir. Ölçüm cihazının Fotoğraf özgül ısı kapasitesi ve le ısı iletkenliğini belirlemek için kullanılıraves. çevresel cihazlar (bilgisayarlar, osiloskop) gösterilmemiştir. B. Ölçüm cihazının şematik temsili. Lazer ve bağlı ekipmanları kırmızı vurgulanır, sıcaklık ölçümü için NUR dedektör mor gösterilir, yaprak örneği yeşil ve fotodiyot güç sensörü mavidir. Cı. B. aynı renk kodu ile ölçüm kurulum elemanlarının çizimi boyutu çubuğu 0.1 m gösterir. D. Ekran, lazer kontrol yazılımı tipik öğeleri gösteren. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Bitki Yetiştirme ve Numune Hazırlama

  1. 1-2 L deiyonize su ve daha sonra,% 0.1 ile 1 L [m / h] gübre çözeltisi her maden yünü blok yıkayın. Bir tütün (Nicotiana tabacum veya N. benthamiana) her blokta tohum ve tohum yıkayarak olmadan gübre çözeltisi 0.25 L nazikçe yıkayın yerleştirin.
  2. % 70 nispi neme sahip bir sera veya fitotranda 7 hafta boyunca bitkiler yetiştirmek, 16 saatlik ışık periyodu (180 umol S - 1 M - 2, 400-700 nm λ =) ve 25/22 ° C açık / koyu sıcaklığı rejim.
  3. Ölçüm cihazının bitkiler hareket ettirin. bitkiler, termal özelliklerinin ölçümü için hareketsiz, hasat tek yaprakları ise.

2. Yaprak Kalınlığı ve Yoğunluk belirleme

  1. yaprak kalınlığını belirlemek
    1. fosfat tamponlu tuzlu su içinde% 2 [m / hacim] agaroz çözeltisi hazırlayın (PBS)Bunu otoklav. Çözelti -40 ° C'ye soğutulmuş ve bir Petri tabağına yerleştirilir yaprak örneği gömmek olsun. 30 dakika süre ile 4 ° C'de bir buzdolabı içinde Petri kabı yerleştirerek agaroz katılaşmaya.
    2. 15 ° traş bıçağı kesme açısına sahip bir vibratome kullanarak 200 mikron dilimler halinde agaroz blok kesin. 1,0 mm s kesme hızı 1 ve 0,5 mm arasında bir genliğe kullanın.
    3. Dağı sabitleştirici olarak siyanoakrilat kullanarak bir bardak slayt beş çapraz yaprak bölümleri. üreticinin talimatlarına göre mikroskop yazılımı yerleşik ölçüm aletleri kullanılarak, bir 20 × objektif ile mikroskop ve 10 × büyütme ile mercek altında yaprak kalınlığı belirleyin.
    4. damarlar olmadan örnek alanlarda yaprak kalınlığı belirleyin.
    5. Alternatif olarak, yaprak bıçak bir damar içermeyen alanda bir çevirmeli ölçer ile yaprak kalınlığını belirler. Çevirmeli gösterge yaprak bıçak düzlemine dik tutulur emin olun.
      CAUTION: japon yapıştırıcısı bir cilt tahriş edici ve dikkatle ele değilse de birbirine değdirerek tutkal olabilir.
  2. yaprak yoğunluğu belirleme
    1. Kuru Piknometre boş KÜTLE (m 0) belirlemek, daha sonra su ile doldurun ve tekrar (m 1) Kütle belirler. Tamamen pisnometre kurutun içinde bir yaprak yerleştirin ve kitle (m 2) bir kez daha belirlemek. Iç yaprağı ile dikkatlice suyla pisnometre doldurmak ve kitle (m 3) belirler.
    2. Denklem 1 kullanılarak yaprak yoğunluğu (Ps) hesaplayın.
      Denklem 1: denklem

3. Yaprakların spektral İletim ve Yansıma belirleme

  1. Numune tutma kelepçeleri arasında sabitlemek bir UV / VIS spektrofotometre numune odasında bir yaprak yerleştirin. iletim ölçümleri için, det önünde yaprak yerleştirin ector. yansıması için ölçümler algılama odasının arka yaprağı koyun.
  2. spektrofotometre kontrol yazılımı başlatın. 1600 nm 900 nm bir spektrum seçin. Yeni bir tarama başlatın ve spektral eğri dayalı değerleri iletimi için (μ T) ve UV / VIS spektrofotometre yazılım tarafından görüntülenen yansıma (μ R), kaydedin.
  3. En az üç biyolojik çoğaltır tüm ölçümler yapmak. Yani beş veya heterojen bir örnek kalite beklenebilir eğer daha fazla, biyolojik çoğaltır sayısını artırın, yaprak yüzey morfolojisi ve kalınlığı değişimi.
  4. Denklem 2 ve 3'e göre ölçülen lazer gücü P Lazer ile ölçülen μ T veya μ R değerleri çarpılarak iletim (P T) ve yansıma (P R) için gücünü hesaplamak.
    Denklem 2:ftp_upload / 54835 / 54835eq2.jpg "/>
    Denklem 3: denklem
    NOT: şanzıman da ölçüm sırasında bir fotodiyot sensörü (6.3'e bakınız) ile tespit edilebilir.

4. Ölçüm Aparatı kurma

  1. Bir paslanmaz çelik tutucu bir 25.4 mm çaplı konisine fiber bağlanmış tek çubuğu NIR diyot lazer (dalga boyu = 1.550 nm) monte edin. 4-6 W'a NIR lazerin çıkış gücü (P Lazer) ayarlamak için bir denetleyici bağlayın
  2. 13 mm ışın genişliğini ayarlamak için koni sonunda 25.4 mm odak uzunluğuna sahip bir iki dışbükey lens yerleştirin.
  3. Bir fotodiyot güç sensörü lensin altına altına 354 mm yerleştirin. Daha sonra 1.0 bir optik yoğunluğa ve sensör üzerinde bir 22 mm seramik tabakası ile nötr yoğunluklu bir filtre yerleştirilerek fotodiyot hafifletir.
  4. koaksiyel kablo kullanarak bir osiloskop fotodiyot güç sensörünü bağlayın.
  5. bağlamakobjektif altında 308 mm (Şekil 1) bir yükseklikte ölçüm kurulum iskelesi ile 6 × 6 cm numune poz alanına sahip bir 10 × 10 cm kare. 10 × 10 cm çerçeve içine monte edilerek uzayda yaprak konumunu düzeltmek.
  6. Bir evrensel seri veri yolu (USB) kablosu kullanarak bir kişisel bilgisayara bir NIR dedektör bağlayın ve dedektör için arayüz yazılımı yükleyin.
  7. 135 mm seramik katman üzerinde lazer ışınına 45 ° açıyla dedektör yerleştirin. Maksimum sıcaklık sinyali görülmektedir kadar sensör konumunu ve açısını değiştirerek örnek üzerinde lazer nokta dedektör ölçüm alanını aynı hizaya getirin.
  8. 5 W çıkış lazer gücü ve 0,5 saniye lazer darbesinin süresini ayarlamak için lazer kontrol arayüzü yazılımı kullanın. lazer gücünün grafiksel gösterimi aşağıda kontrol seçenekleri penceresinde "Akım kontrolü" komutunu seçin ve & # içine "5" yazarak lazer gücünü ayarlamak34; Güç [W] Zaman [s] "alanına" içine "0.5". Alan yazarak lazer darbe süresi ayarlayın ".
  9. Deneylerin her set için mutlak lazer gücünü belirlemek için, deneyler her set sonunda termal yüzey emici güç sensörü ile fotodiyot güç sensörünü değiştirin ve bir örnek olmadan 20 saniye lazer çıkış gücü ölçer.

5. Yaprak Örnekleri hazırlayın

  1. ölçümler için sağlam ve hasarsız yaprakları kullanın.
  2. soruşturma hakkında ise, açık alev veya 2-3 saniye süreyle lazer ışını, için yaprak açığa veya diğer taklit etmek diğer teknikleri kullanmak, lateks eldiven arasındaki yaprak ovuşturarak, bir neşter ile yaprak delerek tipik yaprak hasar türlerini taklit hasar türleri.
  3. Dikkatli ama hızlı bir şekilde örnek tutma kelepçeleri arasında yaprak örneği monte edin.

Sıcaklık Ölçümleri alın 6.

  1. yaprak ve seramik arasındaki doğrudan temastan kaçınınfotodiyot sensörü üzerine yerleştirilen zayıflatıcı c p, s ve l hesaplanması müdahale yapay ısı transferini engellemek için (bölüm 9).
  2. NIR detektörü ile 60 saniye arasında, toplam yaprak örneğinin sıcaklık profilini toplamak için sıcaklık ölçme yazılımı kullanarak. Birincisi, 10 sn için sıcaklık taban çizgisini kaydetmek sonra 0.5 saniye boyunca lazer etkinleştirmek ve 49.5 saniye için veri toplama devam ediyor.
    1. "Ölçüm" ve ardından "Yeni Ölçümü" tıklayarak bir ölçüm başlayın. Daha sonra termal profilin grafiksel gösterimi üstündeki yeşil oku tıklatın. profilin grafiksel gösterimi yukarıdaki "Kaydet" ikonuna tıklayarak sıcaklık profilini (stilize bir disk) kaydedin.
  3. ve bağlı bir osiloskop kullanarak bir yaprak numunesi olmadan ölçümler için sinyal farkını hesaplayarak fotodiyot güç sensörü kullanılarak iletilen lazer gücünü onaylamakBir koaksiyel kablo ile fotodiyot güç sensörü (Şekil 2).
    1. Iki kanat yüksekliğini belirlemek (1 f, S ve f 2, S) osiloskop ile elde edilen gerilim profilinde.
    2. (1,0 ve f 2,0 f) referans olarak yaprak numunesi olmadan ölçümü tekrarlayın. Denklem 4 (ayrıca Şekil 2 bakınız) göre bu ölçümlerin oranı olarak iletimini μ T hesaplayın.
      Denklem 4: denklem

şekil 2
Şekil 2: fotodiyot güç sensörü kullanılarak yaprak iletim ölçülmesi. Bir. Bir yaprak numunesi olmadan bir referans deney için tipik gerilim profili bir osiloskop kullanılarak görüntülendi. B. gerilim profilicihaz içine monte yaprak numunesi ile. Her iki durumda da, iletilen lazer gücü iki kanat her orantılıdır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

7. Yaprak Numune Özgül Isı Kapasitesi hesaplayın

  1. Maksimum yaprak sıcaklığı T ma x [K] (Denklem 5) dan oda sıcaklığı T 0 [K] çıkarılarak lazer darbesi sırasında maksimum sıcaklık farkını DT [K] hesaplayın.
    Denklem 5: denklem
  2. P T [W] iletilen lazer P R [W] yansıyan lazer gücü ve efektif lazer gücü ve lazer darbe süresi (Denklem 6) dayalı bir yaprak tarafından emilen enerji (E S [J]) hesaplayın güç.
    equation 6: denklem
  3. D S [m]) 2.1 göre yaprak kalınlığı ısıtılan yaprak alanının kitle (m S [kg]) kullanılarak Denklem 7, hesaplamak, r Lazer [m] lazer nokta yarıçapı, V S [olduğunu m 3] ısıtılmış yaprak hacmi ve ρ S [m -3 kg] yaprak yoğunluğu) 2.2 göre olduğunu.
    Denklem 7: denklem
  4. CP hesaplayın kullanıcının [J kg-1 K -1] ısıtılmış yaprak alanı Kitle m S ve maksimum sıcaklık farkı ürünü tarafından emilen enerji E S bölerek Denklem 8'e göre yöntem.
    Denklem 8: denklem

8. Therm için Sıcaklık Profili Verileri hazırlayınal İletkenlik Hesaplamalar

  1. Bir tablo işlemci dosyayı bir * .dat dosyası olarak zaman ve sıcaklık ham veri ihracat ve açmak için NIR sensörü kontrol yazılımı "İhracat" komutunu kullanın.
  2. 1 uygula: Bir kullanarak, örneğin 100 veri azaltma, "IF (MOD (değer; 100) = 0;" x ";" 0 ")" komutu, 0,1 saniye başına bir veri noktası veri yoğunluğu elde edilir.
  3. Lazer hala kapalı olduğu sırasında ölçüm, ilk 10 saniye boyunca her sıcaklık profili için [° C] ortalama bazal sıcaklık T B hesaplayın. Sonra, T B ve gerçek ortam sıcaklığı T 0 [° C] arasındaki farkı hesaplar.
  4. Bireysel T 0 (örn y-normalleştirme), doğru kayması T B ise her profil normalleştirmek için bu farkı kullanın - T 0 = 2.0 K, daha sonra pr sıcaklık her sıcaklık değerinden 2.0 K çıkarmaOFile (Şekil 3A).
  5. Maksimum örnekleme sıcaklığı önce (T max) her veri noktası silerek zaman, her sıcaklık profili (x-normalleştirme) koordinatı normalleştirmek ve T max (Şekil 3B) için t = 0 ile başlayan yeni zaman değerlerini atayın.
  6. Ekran ani sıcaklık vardiya, üç katından fazla onlar eserler ölçümden karşılık çünkü ≈ 1,0 K. (veri kümesinden bu bölgeleri Kaldır genellikle Şekil 3C 3 × 0.31 K bazal gürültü seviyesi vardır, yani sıcaklık farkları için her profil ).
  7. T t [K] t [s] olarak monte yaprak numune sıcaklığı olan bir tablo işlemci kullanarak verilere üstel bozunma fonksiyonu (Denklem 9) Fit, T 0 ortam sıcaklığı, A [K] genlik olduğunu ve t 1 [s] bozunma sabiti (Şekil3D).
    Denklem 9: denklem
  8. Lazer darbesinin ardından 0-80 s yaprak numunesi sıcaklık düşüşü hesaplamak için takılan işlevini kullanın.
  9. Her sıcaklık veri noktasına (Şekil 3E) için 273,15 değerini ekleyerek [K] ölçeğine [° C] ölçülen sıcaklık verileri dönüştürmek.

Şekil 3,
Şekil 3: l hesaplanması için veri işleme şeması. Bir. veri azaltma sonra sıcaklık profilleri çevre sıcaklığına normalleştirilir. B. Sonraki, maksimum örnekleme sıcaklık (T max) önce tüm veri noktaları kaldırılır. Cı. Ölçüm eserler ( "tutarsız" veri setinde gösterilir) sıcaklığına göre belirlenirler inci daha büyük vardiyaree kez taban gürültü ve üstel fonksiyonu montajdan önce veri kümesi kaldırıldı. D. Santigrat sıcaklık ölçeği Kelvin ölçeği dönüştürülür. Her bir zaman aralığı için, E., λ sıcaklık profiline göre hesaplanır. F. 20 s bir pencere, bir uygun sıcaklık değişimi gözlenebildiği tanımlanmıştır. G. Seçilen zaman penceresi dayanarak, ortalama ve standart sapma l için hesaplanır. H. İki farklı N. tabacum yaprak numuneleri için Örnek sonuçlanır. Turuncu oklar ve çizgiler sunulan verilere karşılık gelen işlem adımında etkisini göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Yaprak Numunenin Termal İletkenlik 9. hesaplanması

  1. Sıcaklık differe hesaplayınYaprak numune ve DT x [K] sıcaklık farkı olan, Denklem 10, uygun olarak, her 0.1-s aralığında ortam arasında nce, t t [° C] donatılmış yaprak örneği sıcaklığı ve T, 0 [C] ortam sıcaklığı (Şekil 3E).
    Denklem 10: denklem
  2. sıcaklık düşüşü konvektif ısı transferi, ısı radyasyonu ve ısı iletimi kombine etkisine bağlı olduğu varsayılmaktadır. AE Sıcaklık [J], iki ardışık zaman noktalarında numunenin termal enerji farkıdır N- hesaplanması için bir temel olarak karşılık gelen enerji dengesi (Denklem 11) kullanarak, AE rad [J] nedeniyle enerji farkı termal radyasyona, AE dönüşüm [J] nedeniyle konvektif ısı transferi enerji farkı ve Δ; E koşul [J] nedeniyle termal iletim enerji farkıdır.
    Denklem 11: denklem
  3. DT t [K] monte yaprak örneği sıcaklık farkı Denklem 12, unitless ışıma ε, σ [kg s -3 K -4] Stefan verimli gerçek fiziksel özelliklere sahip enerji dengesinde genel terimleri yerine -Boltzmann sabiti, A rad [m 2] termal radyasyon alanı, h [J s -1 m -2 K -1] konvektif ısı transfer katsayısı, A dönüşüm [m 2] konvektif ısı transferi alanı, bir koşul [m 2] termal iletim ve l [m] karakteristik uzunluk alanı.
    Denklem 12:
    denklem
  4. chara hesaplayınkorelasyon dayalı cteristic uzunluğu l: l = V / A.
  5. Bir [m2] hesaplamak için ısıtıldı örnek hacmi V S ve yaprak örneğinin enine kesit alanına kullanın. Kesit yaprak alanı bir koşul iletim R Lazer nokta yarıçapı d yaprağı kalınlığı oluşur alan denklem 13, uygun bir koşul karşılık gelir.
    Denklem 13: denklem
  6. Lazer lazer noktası alanıdır Denklem 14, uygun bir rad ve A dönüşümler hesaplayın.
    Denklem 14: denklem
  7. Yedek denklemler 9, 12 ve Denklem 11 içine 13 ve t Lazer t Denklem 15 verimli l için ikincisi, çözümlemekO lazer darbe süresi [s].
    Denklem 15:
    denklem
  8. Ε için 0.94 değerini varsayalım ve sıcaklık profilinin ilk 20 saniye boyunca her 0.1-s zaman aralığı için l hesaplayın. Bu şekilde elde edilen l 200 değerlerin ortalamasını ve standart sapma (Şekil 3F - H) hesaplayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Yaprak Özelliklerinin Ölçülmesi

Yukarıdaki mikroskobik yöntem, 0,22-0,29 × 10 bir yaprak kalınlığı kullanarak - ve N. benthamiana (0.26 ± 0.02 × 10 - 3 m, hem N. tabacum (3 m, n = 33 0.25 ± 0.04 × 10) için tespit edilmiştir - Daha önce çeşitli bitki türlerinin 3 yaprakları için rapor 3 m aralığında - 0,20-0,33 × 10 içinde iyi 3 m, n = 24). Mikroskobik ölçüm sonuçlarının bir standart sapma içinde oldu 3 m (n = 10), - bir çevirmeli ölçer ile kalınlığının belirlenmesi ~ 0.28 × 10 değerlerini vermiştir. o uygulamak daha kolay ve Böylece, çevirmeli gösterge ölçümü rutin uygulamalarda kalınlık tayini için mikroskopik yöntemle tercih edilebilirc p, s ve ʎ sonuçları daha emek yoğun tekniğinden% 10'dan az sapmış. 631-918 kg m eşleşen 3 (n = 20), - 3 - aralığı, daha önce diğer türlerin 3 yaprakları için bildirilen N. tabacum ve N. benthamiana yapraklarından yoğunluğu 750 ± 10 kg m idi.

Özgül Isı Kapasitesi hesaplanması

Nicotiana türü için toplanan sıcaklık profilleri yüksek sıcaklık (T max) kadar lazer ışını ile ilgili olarak zamanla hızlı bir artış gösterdi 1 saniyeden daha kısa içinde ulaşılmıştır. Darbe sonrası, sıcaklık, ortam sıcaklığı (T 0) (E - Şekil 3A) ulaşana kadar katlanarak azalmıştır. Özgül ısı kapasitesi (c p, s N. tabacum için -1 K -1 kg ve 2252 ± 285 kg J -1 K -1 N. benthamiana için 323 ± 3661 8 verimli değerleri hesaplandı. İki yetiştirme ayarları ve süreleri her biri için kullanılmıştır türleri (Bölüm 1.2), ancak bu, s (Şekil 4) c p etkilemedi. Bununla birlikte, Cı P, S değerleri su içeriği [gg korelasyon N. tabacum (Şekil 4A), durumunda, genç (üst) yaprak (R2 = 0.85), eski (alt) doğrusal olarak düşmüştür -1 hasat zamanında, ıslak biyo-kütle farkı ve 60 ° C'de 11 C'de 72 saat inkübe edildikten sonra, kütle olarak tespit edilmiştir biyokütle]. Su içeriği ve özgül ısı kapasitesi arasındaki bu ilişki diğer yazarlar 13 önceki gözlemlerle uyumludur oldu. Bir ters korelasyon N benthamia gözlemlendi(; genç üst = alt = eski) N. tabacum% 21 oranla sadece% 13 olan farklı olgunluk derecesi yaprakların özgül ısı kapasiteleri arasındaki fark na (R2 = 0.79). Bu fark N. benthamiana yapraklarında su içeriği yaprak olgunlaşma 11 farklı derece üzerinde hemen hemen sabit olduğu gerçeğinde kaynaklanabilir. Bir duyarlılık analizi c p farklılıklar, s Denklem 8'de ölçüm parametreleri dalgalanmalara etkisi orantılı olduğunu ortaya koydu yansıyan ve bu parametreler Denklem 7'de bireysel faktörler Buna göre değildi çünkü iletilen lazer gücü, alt orantılıdır, bu iki parametre hataları etkisi lazer gücü ya da çevre sıcaklığında dalgalanmalara neden olduğu daha küçüktü. Genel olarak, ölçüm tüm parametreleri C p hesaplanmasında içerdiğinden sağlam olarak kabul edildi, S katsayısına sahip% 10'dan daha az değişim (Şekil 4C, D).

Şekil 4,
Şekil 4: Belirli ısı kapasitesi ve ısı iletkenlik değerleri N. tabacum ve N. benthamiana için tespit edilmiştir. Bir. Özgül ısı kapasitesi ve yaprakları bitki yaprak konumuna göre N. tabacum termal iletkenliği (alt = yaşlı yapraklarda; orta = olgun yapraklar; üst = genç yapraklar). Yıldızlar ve üçgenler sırasıyla 49 ve 56 gün eski bitkiler göstermektedir. B. Özgül ısı kapasitesi ve N. benthamiana ısı iletkenliği bitki üzerinde yaprak konumuna göre bırakır. Yıldızlar ve üçgenler sırasıyla pitotran veya serada, yetiştirildi bitkiler göstermektedir. Cı. giriş parametrelerinde değişikliklere özgül ısı kapasitesi değerlerinin duyarlılık. Triangles özgül ısı kapasitesi (yukarı, kırmızı)% 10'luk bir artış kaynaklanan değerleri veya tek bir model parametrelerinde azalma (aşağı, mavi) göstermektedir. D. Giriş parametrelerindeki değişiklikler, termal iletkenlik değerlerinin duyarlılığı. Üçgenler tek model parametreleri ayakkabı ısıl iletkenlik (yukarı, kırmızı)% 10'luk bir artış kaynaklanan değerleri veya azalma (mavi, aşağı) işaretleyin. bunlar% 10 değişiklik duyarlılık analizi esnasında elde edilen değerlerin tam aralığını temsil eden C ve D ise, A ve B Hata çubukları, standart sapmayı (n≥3) işaret etmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Termal İletkenlik hesaplanması

ısıl iletkenlik (ʎ) üstel tarafından sıcaklık profillerinin hesaplandıiletken ve konvektif ısı transferi yanı sıra termal radyasyon için denklemler ile birlikte montaj (Şekil 3). 1 s - 1 - K - Denklem 15 0.49 ± 0.13 J m ortalama değerleri vermiştir N. tabacum için 1 (n = 19) ve 0.41 ± 0.20 J m - N. 1 (n = 25) - 1 s - 1 K benthamiana. Yaprak yaş ve ʎ arasında bir korelasyon diğer bitki türlerinden 14 daha önce rapor yaşa bağlı farklılıklar kabul N. benthamiana (Şekil 4B) için gözlendi, ancak ʎ ve bitki yaş veya ekim ayarı arasında bir ilişki vardı. Yukarıda ele alındığı gibi, su içeriği N. benthamiana için olgunluk değişen yaprakları üzerinde homojen olduğu bulunmuştur Bu fark için bir olası neden oldu. Bunun yerine, biz l değişiklikleri spekülasyonEAF doku, örneğin, hücre duvarı bileşimi, yaprakların ısı transfer özelliklerini değiştirerek ve böylece ʎ değerini etkileyen bu gözlem sorumlu idi. ʎ belirlenmesi, ortam sıcaklığında değişikliklere hassastır. Bir duyarlılık analizi ± 2.3 K dalgalanmalar 64-125 göre% ʎ değeri değişmiş olduğunu ortaya koymuştur. Denklem 15'e göre, ortam sıcaklığı termal radyasyon ile dört gücü ile bir etkiye sahiptir ve bu nedenle, doğrudan ʎ değerini etkiler.

Ölçüm aletinin değerlendirilmesi

3 saat içinde ölçüm düzeneğini kurmak mümkün olmuştur. Bu tamamlandıktan sonra, sistemin başlangıç ​​zaman ölçüm serisi başına yaklaşık 15 dakika idi. Tek ölçümler örnek hazırlama ve tüm ölçüm döngüsü dahil olmak üzere, en az 3 dakika sürdü. lazer pozlama süresi analizi ortaya0.5 s, ısıtma süresi (n = 55) 19.9 ± 4.3 ° C arasında bir sıcaklık artışı ile sonuçlanmıştır iyi bir sinyal-gürültü oranında (SNR) ve gerekli (uzun lazer darbeleri ile elde edilen), yüksek DT arasında en iyi uzlaşma olduğu (kısa lazer darbeleri ile elde edilen), düşük DT doku hasarını önlemek için gerekli. 0.5 saniyeden daha uzun puls süreleri muhtemelen (n sadece 42.9 ± 4.2 ° C iken, 70 ° C'ye kadar ulaşan numune sıcaklığı yaprak dokusu su ve / veya hasar buharlaşmasını yansıtan, örnek kütle kaybı ile sonuçlanan = 55) 0,5 s lazer darbeleri gözlenmiştir. Az 0,5 saniyeden, sıcaklık ± 0.31 K gürültü (standart sapma, n = 25) süreleri için, DT fazla% 5 sorumluydu ve bu nedenle DT önemli bir parçası oldu. Buna karşılık, 0,5 s gürültü sinyal% 2,5 sadece sorumluydu ve bu nedenle önemsiz olarak kabul edildi. Buna ek olarak, örnekler daha ~ fazla 45 ° C, ısı değiltütün bitkileri de alt tropik yaşam doğal tropik olarak maruz edilebilir bir ısı tundra habitatları 15 bulunan bitki türlerinin sadece zararlıdır. Doğal güneş radyasyonu 1.0-1.4 kW m -2 16,17 aralığında, tipik olarak ise lazerin güç yoğunluğu, 170 kW-m-2 idi. Yakın zamanda yayınlanan bir mikroskopik analizi 11 ile gösterildiği gibi Bununla birlikte, darbenin çok kısa bir süre için, daha yüksek bir enerji dozu, muhtemelen, yaprak dokusuna zarar yoktu. ʎ hesaplamak için kullanılan sıcaklık verileri, çünkü sadece bu dönemde lazer darbesi sonrasında ilk 20 s ile sınırlı idi numunenin sıcaklık sinyalinin az% 5'ini hesaba (0.31 K ±) gürültü yaptı ve böylece önemsiz olarak kabul edildi. 20 s zaman dilimini aşan sıcaklık verileri kullanıldığında, ʎ için hesaplanan değerler (Şekil 3F) geriledi. Olası bir açıklama yapıldı varsayımların bazı olduğunu¨t düşük değerler için geçerli değildi ʎ hesaplanması için yapılmış. sıcaklığın ileri gücüyle etkilenir özellikle, Denklem 15 termal radyasyon tanımlayan terim etkilenmiş olabilir. Ayrıca, lazer maruz örnek nokta çevreleyen yaprak alanı hafifçe ısıtılır olabilir ve dolayısıyla etkili DT x ve sonuçta hesaplanan ʎ azaltarak modelde kabul ideal bir ısı emici olmayabilirdi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Yukarıda açıklanan temas gerektirmeyen, yıkıcı olmayan, ölçüm yöntemi bir eş zamanlı ve tekrarlanabilir bir şekilde Cı P, S ve ʎ belirlemek için kullanılabilir. Özellikle ʎ hesaplanması hatalarına hassas olan çeşitli parametrelere bağlıdır. Bununla birlikte, bu hataların etkisi doğrusal ya da alt orantılıdır ve tüm parametreler için varyasyon katsayısı için, 10% 'den daha az olduğu tespit edilmiştir oldu. Dolayısıyla bu yöntem, sağlam olarak kabul edilebilir olsa da, bazı teknik iyileştirmeler hata geri kalan kaynaklarını azaltmak için yapılabilir.

Düz yaprak yüzey ölçümü için tercih edilir ama örnek doğal bir dalgalı yüzeye sahiptir, çünkü derleme örnek montaj teknik açıdan zor oldu. Bu sorun, tercih numune sıkma, tam yaprak numunesi, örneğin, yaprak kalınlığı ve genişliği ayarlanabilir geometriye sahip özel bir örnek tutucu tasarlayarak aşılabileceğinemümkün yönelim. Bu yaklaşım ölçümleri daha tekrarlanabilir yapar, ama numune ve tutucu arasındaki sıkı temas yaprak yüzeyi düz çekmek için gerekli olacak çünkü ölçüm temassız doğasını taviz verecek. Sahibinin bu tür kullanmanın yararları nedenle ölçüm hassasiyeti ya da temassız doğa en önemli olup olmadığı, ölçüm, yani bağlamında bağlı olacaktır. Bunun tersine, bu gibi faktörler doğal olarak düz bir yüzeye, örneğin, pirinç ve ilgili türler yaprakların seyahati gerekli olmayabilir.

Bu güçlü hem c p, s hesaplamasını etkiler ve 18 ʎ çünkü örnek bir ortamda hava hareketi nedeniyle konvektif ısı transferi ölçümleri sırasında minimumda tutulmalıdır. Cihaz, bu nedenle bu tür ile bilgisayar gibi iklimlendirme sistemlerinde, kalorifer veya diğer ekipmanlar tarafından oluşturulan hava akımlarından uzak bulunmalıdırİntegral soğutma fanları. Hava hareketleri 20 artırılabilir önce veya buharlaşma nedeniyle ölçüm sırasında meydana gelebilecek yaprakların 19, nispi su içeriğinde değişiklikler modelinde hesaba değildi çünkü bu da önemlidir. veri alımı sırasında hataları önlemek için protokol bölümünde tarif edildiği gibi Böylece, ölçümler, özellikle de müstakil yaprak ile hızla yapılmalıdır. Gelecekte, ölçüm buharlaştırma etkileri azaltılmış veya ölçüm uygulanan bir nem kontrolü ile, en azından kısmen kapalı bir ölçüm odası içinde yapılırsa önlenebilir.

C P, S ve ʎ değerlerin doğruluğu daha kesin karşılık gelen denklem kullanılan parametreleri ölçmek arttırılabilir. Cı p durumunda, bu parametreler, yani lazer gücü, maksimum ve ortam sıcaklığı ve örnek hacmi, LAS ürünüdür sSpot alanı ve kalınlığı, ve örnek yoğunluğu (Denklem 8) er. Son iki parametre, fiili ölçüm birlikte deneylerde tespit edilmelidir ve birkaç Örnek biyolojik örnek test edilir ise güvenilirlikleri geliştirilebilir. Bununla birlikte, basit bir çevirmeli ölçer ölçümü kullanılmıştır bile, mikroskopik analiz ile karşılaştırıldığında kanat kalınlığı farkı, aynı derecede C P, S ve ʎ için hesaplanan değerler etkilenen sadece% 11 oldu. Bunun aksine, sıcaklık ve lazer gücü ölçümü boyunca izlenebilir. Bu online veri, lazer gücü ve çevre sıcaklığında sabit değerleri yerine kullanıldığında Cı p doğruluğu, s geliştirilebilir ve veri iyi kalibre edilmiş sensörler kullanılarak toplanır. Bu düşünceler de ʎ için de geçerlidir, fakat her ikisi de dört güç tarafından hesaplanan değerini etkileyebilecek çünkü ortam ve örnek sıcaklıkları en önemli parametrelerdir.

ʎ mevcut hesaplama konvektif ısı transferi ve termal radyasyon ile ilgili çeşitli varsayımlara dayalı edildi. Örneğin, yayma (ε) ve konvektif ısı transfer katsayısı (h) ölçülen değildi ya da yukarıda sunulan yöntemde açıkça hesaplanmış, ancak önceki yayınlarda 18,21 elde edilmiştir. ʎ kesinliği gerçek ölçüm koşulları altında, bu iki parametrenin belirlenmesiyle geliştirilebilir. Ancak, hesaplamalar için literatür verileri kullanılarak yine dolayı yani Nicotiana türleri ve fizyolojisi, otsu bitkiler 3 onların phylogeny deneysel benzer özellikler beklenebilir ki diğer bitki türleri için belirlenen sınırlar içinde idi ʎ değerleri vermiştir. Ε ve h değerleri, ε daha önce bitkilerde bu değerleriyle tüm aralığı, örneğin, 0.93-0.98 fazla değiştiği bile 21 ʎ nihai değeri üzerindeki etkisi% 10 ve böylece burada gözlenen doğal varyasyon içinde <oldu.

Yukarıda belirtilen yöntem, sadece sağlam sağ salim yaprak ve müstakil yaprakların termal özelliklerini belirlemek mümkün oldu, ama aynı zamanda doğru ölçümden önce kasıtlı tanıtıldı daha ağır hasar farklı belirledi. Bu nedenle, yaprak numuneleri farklı türleri kolaylıkla uzaklaştırmak için bir araç sağlayan ayırt edilebilir, analizden önce, düşük kaliteli veri elde herhangi bir kötü örnekler. Numuneler c p, s bakımından özelliklerini karşılamak için başarısız ve ʎ fazla işlem dışında olabilir, örneğin biyolojik malzemeler, izleme Bu özellik kalite kontrolü için kullanılabilir. Bu tür moleküler çiftçilik 4 olarak son derece düzenlenen süreçler bağlamında bir varlık olacaktır.

kıyasla, bu yeni yöntemin avantajlarıLiteratür hızlı numune işleme, minimum hazırlık, c p, s ve ʎ temassız ve tahribatsız ölçümünü ve birçok optik laboratuvarda bulunabilir ortak ekipman kullanımını içerir. Bu, diferansiyel tarama kalorimetre gibi özel ve pahalı cihazlar gerektirir kıyasla yöntemin geniş bir uygulama kolaylaştıracaktır. Ayrıca, kalorimetre numunesi 22 ile doğrudan temas gerektiren bu yüzden hasar riski vardır ve yöntem genellikle özgül ısı kapasitesi 22 ölçüm ile sınırlıdır. Buna karşılık, termal görüntüleme oysa nekrozu ya da temassız bir şekilde 23 yaprak veya tüm bitkilerde fiziksel değişiklikleri tespit edebilir, aynı zamanda daha ucuz ve daha güçlü IR kameralar tarafından ileride üstesinden olabilir karmaşık görüntü analizi ve adanmış özel cihazlar 24 gerektirir ve çevresel aygıtlar eşlik. Spektral analiz başka bir kişi-free su içeriği ve klorofil seviyelerine 25 analizi için bir yöntem, ancak henüz özgül ısı kapasitesi ve / veya termal iletkenliği belirlemek için değil.

Burada bildirilen ölçüm yaklaşımı bitki düşük yatırım maliyetleri ve kısa ölçüm süreleri ile yaprakları termal özelliklerini belirlemek için güçlü bir yöntemdir. Başarıyla N. tabacum ve N. benthamiana, bir moleküler tarım 4 alanında ilgili olan iki türde C P, S ve ʎ belirlemek için kullanılmıştır. Yaprak sıcaklığı profillerine dayalı her iki parametre için hesaplanan değerler daha önce diğer bitki türlerinin 3 için rapor edilen ile iyi bir anlaşma vardı. yöntem, tahribatsız, temassız ve termal özelliklerin analizi için mevcut alternatif yöntemlere göre daha sağlayan karmaşık örnek hazırlama gerektirmez. basit bir tasarım, aynı zamanda, el hel gelişimini kolaylaştırabilird cihazlar esnekliği artırmak için.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1" tube Thorlabs SM1L10E Tube for fiber holder
Agarose Sigma Aldrich A0701 Agarose
Bi-Convex lense f=25.4 Thorlabs LB1761 Lense
Digital Handheld Optical Power and Energy Meter Console Thorlabs PM100D Console for thermal surface absorber sensor
Digital Phosphor Oscilloscope  Tektronix DPO7104 Oscilloscope
DMR light microscope Leica n.a. Light microscope
Falcon 50 mL Conical Centrifuge Tubes Fisher Scientific 14-432-2 Pycnometer
Ferty 2 Mega Kammlott 5.220072 Fertilizer
Fiber holder Thorlabs Fiber holder
Forma -86 °C ULT freezer ThermoFisher 88400 Freezer
Greenhouse n.a. n.a. For plant cultivation
Grodan Rockwool Cubes 10 x 10 cm Grodan 102446 Rockwool block
Infrared Detector Optris CT Optris OPTCTLT15 Infrared detector
Infrared Detector Software Compact Connect Optris n.a. Control software for infrared detector
Lambda 1050 UV/Vis spectrophotometer PerkinElmer L1050 UV/VIS Spectrophotometer
Laser 400 μm, 1,550 nm Conduction Cooled Single Bar Fiber Coupled Module DILAS M1F-SS2.1 Laser
Laser cover Amtron LM200 Laser Cover
Laser Driver  Amtron CS 408 Laser Driver
Osram cool white 36 W Osram 4930440 Light source
Photodiode sensor  Thorlabs PDA20H-EC Power sensor for transmission measurements
Precision weight Ohaus Analytical Plus Ohaus 80251552 Precision weight
Sample frame Fraunhofer ILT n.a. Fixation of the leaf sample
Software Pyro Control Amtron n.a. Laser Power Control Software
Stainless-steel-holder n.a. n.a. Holder for measurement set-up
Teflon plates 2 cm Fraunhofer ILT n.a. Teflon attenuation
Thermal surface absorber Power sensor Thorlabs S314C Sensor for laser power measurements
Vibratome Leica 1491200S001 Vibratome
Zoc/Pro 6.51  EmTec Innovative Software n.a. Laser Control Software 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wilhelm, E. Heat Capacities: Liquids, Solutions and Vapours. , Royal Society of Chemistry. 516 (2010).
  2. Costa, J. M., Grant, O. M., Chaves, M. M. Thermography to explore plant-environment interactions. J. Exp. Bot. 64, 3937-3949 (2013).
  3. Jayalakshmy, M. S., Philip, J. Thermophysical Properties of Plant Leaves and Their Influence on the Environment Temperature. International Journal of Thermophysics. 31, 2295-2304 (2010).
  4. Buyel, J. F. Process development strategies in plant molecular farming. Curr. Pharm. Biotechnol. 16, 966-982 (2015).
  5. Schuster, A. C., et al. Effectiveness of cuticular transpiration barriers in a desert plant at controlling water loss at high temperatures. AoB PLANTS. 8, (2016).
  6. Parker, W. J., Jenkins, R. J., Abbott, G. L., Butler, C. P. Flash Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity, and Thermal Conductivity. J Appl Phys. 32, 1679-1684 (1961).
  7. Hays, R. L. The thermal conductivity of leaves. Planta. 125, 281-287 (1975).
  8. Menzel, S., et al. Optimized blanching reduces the host cell protein content and substantially enhances the recovery and stability of two plant derived malaria vaccine candidates. Front. Plant Sci. , (2015).
  9. Buyel, J. F., Hubbuch, J., Fischer, R. Blanching intact leaves or heat precipitation in an agitated vessel or heat exchanger removes host cell proteins from tobacco extracts. J. Vis. Exp. , Under review (2015).
  10. Beiss, V., et al. Heat-precipitation allows the efficient purification of a functional plant-derived malaria transmission-blocking vaccine candidate fusion protein. Biotechnol. Bioeng. 112, 1297-1305 (2015).
  11. Buyel, J. F., Gruchow, H. M., Tödter, N., Wehner, M. Determination of the thermal properties of leaves by non-invasive contact free laser probing. J. Biotechnol. 217, 100-108 (2016).
  12. Buyel, J. F. Numeric simulation can be used to predict heat transfer during the blanching of leaves and intact. Biochem. Eng. J. , (2015).
  13. Hedlund, H., Johansson, P. Heat capacity of birch determined by calorimetry: implications for the state of water in plants. Thermochim Acta. 349, 79-88 (2000).
  14. Chandrakanthi, M., Mehrotra, A. K., Hettiaratchi, J. P. A. Thermal conductivity of leaf compost used in biofilters: An experimental and theoretical investigation. Environ. Pollut. 136, 167-174 (2005).
  15. Larcher, W. Physiological Plant Ecology: Ecophysiology and Stress Physiology of Functional Groups. , Springer Science & Business Media. (2003).
  16. Cowen, R. A gamma-ray burst's enduring fireball. Science News. 152, 197 (1997).
  17. Jones, H. G., et al. Thermal infrared imaging of crop canopies for the remote diagnosis and quantification of plant responses to water stress in the field. Funct. Plant Biol. 36, 978-989 (2009).
  18. Defraeye, T., Verboven, P., Ho, Q. T., Nicolai, B. Convective heat and mass exchange predictions at leaf surfaces: Applications, methods and perspectives. Comput. Electron. Agric. 96, 180-201 (2013).
  19. Arndt, S. K., Irawan, A., Sanders, G. J. Apoplastic water fraction and rehydration techniques introduce significant errors in measurements of relative water content and osmotic potential in plant leaves. Physiol. Plant. 155, 355-368 (2015).
  20. Jones, H. G., Schofield, P. Thermal and other remote sensing of plant stress. General and Applied Plant Physiology. 34, 19-32 (2008).
  21. Jones, H. G., Archer, N., Rotenberg, E., Casa, R. Radiation measurement for plant ecophysiology. J. Exp. Bot. 54, 879-889 (2003).
  22. Dupont, C., Chiriac, R., Gauthier, G., Toche, F. Heat capacity measurements of various biomass types and pyrolysis residues. Fuel. 115, 644-651 (2014).
  23. Chaerle, L., et al. Multi-sensor plant imaging: Towards the development of a stress-catalogue. Biotechnol. J. 4, 1152-1167 (2009).
  24. Hackl, H., Baresel, J. P., Mistele, B., Hu, Y., Schmidhalter, U. A Comparison of Plant Temperatures as Measured by Thermal Imaging and Infrared Thermometry. J. Agron. Crop. Sci. , 415-429 (2012).
  25. Yuan, L., et al. Spectral analysis of winter wheat leaves for detection and differentiation of diseases and insects. Field Crops Res. 156, 199-207 (2014).

Tags

Biyokimya Sayı 119 Isı kapasitesi Yakın kızılötesi lazer Bitki kökenli biopharmaceuticals Bitki büyüme izleme Proses optimizasyonu Termal iletkenlik
Bir Rapid Lazer Yöntemi Yaprak Termal Özelliklerinin non-invazif ve İletişim serbest Tayini kolaylaştırır Probing
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Buyel, J. F., Gruchow, H. M.,… More

Buyel, J. F., Gruchow, H. M., Wehner, M. A Rapid Laser Probing Method Facilitates the Non-invasive and Contact-free Determination of Leaf Thermal Properties. J. Vis. Exp. (119), e54835, doi:10.3791/54835 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter