سير عمل جديد لأخذ العينات ورقمنة مراكز الزيادة

Summary

نقدم بروتوكولا لاستخدام حوامل مطبوعة 3D لإصلاح نوى الزيادة في الحقل دون الحاجة إلى تفريغها ولصقها على حوامل خشبية. يسمح حامل GSC الجديد بوضع النوى في ميكروتوم أساسي لقطع سطحها ونقلها مباشرة إلى التقاط الصور الرقمية.

Abstract

نقدم هنا سير عمل جديد من أخذ نوى الزيادة في الحقل ، وتخزينها ونقلها إلى المختبر ، إلى رقمنة حلقات الأشجار الخاصة بهم لمزيد من التحليلات للتحليلات الشجرية اللاحقة. يتضمن الإجراء استخدام ناقلات عينات جديدة لنوى الزيادة. تم تصميم حوامل Gärtner Schneider Core (GSC) الجديدة هذه باستخدام برنامج نمذجة ثلاثي الأبعاد (3D) وطباعتها أخيرا باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. باستخدام هذه الحوامل من البداية في الحقل ، يمكن قطع النوى مباشرة باستخدام ميكروتوم أساسي ، ويمكن بعد ذلك رقمنة سطحها دون مزيد من إعادة الترتيب باستخدام نظام جديد لالتقاط الصور عالي الدقة. وبالتالي فهي متاحة للتحليل المباشر. يسمح هذا النظام برقمنة حلقات الأشجار من النوى والأقراص ، وكذلك التقاط الصور من المقاطع الدقيقة الطويلة (حتى 40 سم) باستخدام الضوء المرسل. هذه الميزة ذات أهمية خاصة للتطبيقات الشجرية والجيومورفية لتحديد بداية أي اضطراب في المقاطع الدقيقة المقطوعة بميكروتوم أساسي.

Introduction

تم تقديم مبدأ تأريخ حلقات الأشجار من خلال تطبيق تقنية التأريخ المتقاطع لأول مرة من قبل عالم الغابات النمساوي آرثر فرايهر فون سيكندورف-جودنت في عام 1881¹. في النصف الأول^{من القرن} 20 ، تم إعادة اختراع هذه التقنية من قبل "والد علم التسلسل الزمني" أندرو إليكوت دوغلاس ، الذي طبقها بشكل مكثف في تأريخ المواقع الأثرية والأشجار الحية².

في الوقت الحاضر ، يتم تعريف علم البيئة الشجرية ، وهو موضوع البحث الذي يعمل كنوع من الإطار البيئي لعلم التغصن الزمني ، على أنه دراسة حلقات الأشجار وتغيرات نموها المتأصلة الناجمة عن التغيرات البيئية والبيئية في الوقت³. في البحوث الشجرية الإيكولوجية ، يتم استخدام العديد من الخصائص الأخرى غير اختلافات عرض الحلقة ، مثل النظائر المستقرة ، أو كثافة الخشب المتأخرة ، أو خصائص الخلية داخل الحلقات المفردة ، لربط هذه البيانات بالمعلمات البيئية لفهم تأثير الظروف البيئية على نمو الأشجار بمرور الوقت⁴. من خلال التكامل المستمر للدراسات التشريحية الخشبية في الأبحاث الشجرية ، تطورت أبحاث علم البيئة الشجرية في العقد الماضي وهي أكثر من أي وقت مضى العمود الفقري في إعادة بناء الظروف المناخية السابقة^5،6،7،8.

على الرغم من أن التطور التقني فيما يتعلق بإعداد العينات وتحليلها ، وخاصة في تشريح الخشب ، كان قويا في العقد الماضي^{9،10،11،12،13،14} ، لم يكن هناك أي تقدم حقيقي تقريبا فيما يتعلق بتبسيط تقنيات أخذ العينات¹⁵. على الرغم من تكنولوجيا الموجات الصوتية¹⁶ ، على سبيل المثال ، حتى الوقت الحاضر لا توجد طريقة "غير مدمرة" موثوقة لاستخراج خصائص الحلقات من الأشجار.

وبالتالي ، لا تزال جميع الدراسات المتعلقة بحلقات الأشجار تعتمد على عينات خشبية مأخوذة من الأشجار أو الشجيرات المأخوذة في المواقع ذات الأهمية. عند التركيز على الأشجار ، فإن الإجراء القياسي هو أخذ نوى الزيادة من السيقان¹⁵.

غالبا ما يتم التعبير عن أخذ النوى باستخدام نوى الزيادة على أنها تقنية "غير مدمرة"¹⁷. مقارنة بأخذ الأقراص من السيقان ، هذا صحيح. ومع ذلك ، فإن تقنية أخذ العينات هذه تسبب ثقبا في الجذع يبلغ قطره حوالي 1 سم ، ويصل في الغالب إلى ما وراء لب الساق³. الشجرة قادرة على إغلاق هذا الجرح من تلقاء نفسها ، لكن هذه العملية تسبب تفاعلات نمو ، وتغيير البنية الشائعة في المنطقة المجاورة للجرح بالإضافة إلى تغير لون الخشب الموجود حول الحفرة بشكل أو بآخر بسبب الأمراض الفطرية^18,19. لذلك ، من الأفضل أن يطلق عليه "الحد الأدنى من التدخل الجراحي" بدلا من "غير المدمر".

تطورت تقنية أخذ نوى الزيادة مؤخرا من خلال القدرة على استخدام المثاقب الميكانيكية ، مما أدى إلى عينات عالية الجودة ، خاصة بالنسبة للتحليلات التشريحية للخشب¹⁵. يوفر هذا الإجراء أيضا الكثير من الوقت في الميدان مقارنة بالحفر اليدوي. ما لم يتغير هو إجراء التعامل مع النوى ، بدءا من الاستخراج من الشجرة إلى وضع العلامات ، والتخزين للنقل ، وإعدادها في المختبر لمختلف تقنيات التحليل الممكنة.

لا تزال هناك حاجة إلى تعبئة النوى في حاويات ثابتة ، مثل القش المصنوع من البلاستيك أو الورق ، لمنعها من الكسر أثناء النقل. يتم وضع العلامات على النوى مباشرة على القلب باستخدام أقلام رصاص ناعمة أو (بشكل متكرر) على السطح الخارجي لكل قشة. عند استخدام الحاويات البلاستيكية ، يجب إخراج النوى بعد وقت قصير لتجنب انتشار الفطريات. لذلك ، يجب إخراج النوى من الحاويات مرة أخرى. لتثبيت النوى ومنعها من الانحناء عند بدء التجفيف ، يجب تثبيت النوى على حامل. يساعد هذا أيضا في إعداد السطح اللاحق لمزيد من التحليلات. عند القيام بذلك ، يجب أيضا نقل الملصقات إلى الحوامل المعنية. الإجراء القياسي هو لصق النوى على حوامل خشبية أو تثبيتها بشريط في رتوش الألواح المموجة. لصقها على حوامل خشبية هو الأسلوب الأكثر استخداما. على الرغم من أن هذا الإجراء مثالي لتثبيت النوى وصنفرتها أو قطعها ، إلا أن له العديد من العيوب فيما يتعلق بالتحليلات الكيميائية والنظيرية وحتى التشريحية للأخشاب. عيب آخر ، على الرغم من الوقت المطلوب ، هو النقل المعرض للخطأ للتسميات لكل نواة إلى الحوامل الجديدة.

في علم التسلسل الزمني الشجري ، تعد قياسات عرض الحلقة كقاعدة للتأريخ الدقيق العمود الفقري لجميع الدراسات الشجرية²⁰. على الرغم من أن العديد من المختبرات لا تزال تعتمد على القياسات اليدوية باستخدام جداول القياس ، على سبيل المثال ، Lintab²¹ مع مناظير مرفقة ، إلا أن هناك اتجاها لاستخدام الماسحات الضوئية المسطحة لرقمنة الأسطح الأساسية وقياس عرض الحلقة باستخدام برامج مثل CooRecorder²² أو WinDENDRO²³. لسوء الحظ ، لا تتمتع هذه الماسحات الضوئية ، على سبيل المثال ، Epson Expression 10000XL المستخدمة على نطاق واسع ، بدقة كافية لتصوير الهياكل بوضوح على أنها قصيبات من الخشب المبكر أو الخشب المتأخر (الشكل 1). لهذا السبب ، فإن الصور الناتجة ليست مناسبة للتعرف على الهياكل الصعبة مثل الحلقات الضيقة جدا أو تقلبات الكثافة ، والتي تعتبر ضرورية لإجراء تأريخ دقيق دون العودة إلى النوى الأصلية باستخدام مناظير^24,25.

وبما أن الاستبانة العالية للصور شرط أساسي لا غنى عنه لإجراء تحليلات كافية للصور في علم حلقات^{الأشجار 10}، فقد تم تطوير نظام جديد لالتقاط الصور في WSL (Skippy؛ https://www.wsl.ch/en/services-produkte/skippy/) لرقمنة حلقات الأشجار على الأسطح الأساسية باستخدام كاميرا رقمية مما يؤدي إلى تقديم صور ذات استبانة أعلى من جميع الماسحات الضوئية المسطحة الموجودة. استند هذا النظام إلى فكرة نظام ATRICS²⁶ ، الذي تم تطويره في عام 2007. في الآونة الأخيرة ، تم تقديم نظام التقاط صور بسيط ولكنه فعال يمكن مقارنته ب Skippy كمجموعة تجميع ذاتي²⁷.

تعد رقمنة حلقات الشجرة ، أي التقاط الصور بالضوء المنعكس ، خطوة مهمة في إنشاء صور عالية الدقة لنوى أو أقراص الزيادة لدعم قياس عرض الحلقة الرقمي الموفر للوقت. يسمح النظام الذي تم تطويره في WSL أيضا بالتقاط الصور من المقاطع الدقيقة الطويلة (حتى 40 سم) باستخدام الضوء المرسل. هذه الميزة الإضافية ، على سبيل المثال ، ذات أهمية للتطبيقات الشجرية لتحديد بداية تفاعل الخشب في المقاطع الدقيقة.

في الدراسة ، نقدم بروتوكولا لتسهيل عملية التعامل مع النوى في الميدان والمختبر. قاعدة التقنية الجديدة المقدمة هي حامل قابل لإعادة الاستخدام. حامل GSC الجديد GärtnerSchneiderCore (GSC) حامل مصمم باستخدام برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد ومطبوع بطابعة ثلاثية الأبعاد. يسمح حامل GSC بالتعامل المباشر مع النوى المأخوذة في الحقل دون إعادة تعبئتها أو إعادة تسميتها. نقدم أيضا نظاما جديدا فعالا لرقمنة الأسطح المعدة للنوى. يمتد هذا البروتوكول إلى الإجراء بأكمله من أخذ النوى في الحقل إلى إعداد العينات ، ورقمنة الأسطح الأساسية للتحليلات اللاحقة ، وتخزينها في النهاية في أرشيف.

Protocol

1. إنشاء حامل GSC

1. افتح الطراز ثلاثي الأبعاد للحامل في برنامج تقطيع متوافق مع طابعة ثلاثية الأبعاد. قم بإنشاء ملف طباعة يمكن قراءته بواسطة طابعة 3D (في هذه الحالة ، ملف "* .gcode").
   ملاحظة: يمكن تصميم النموذج ثلاثي الأبعاد باستخدام أي برنامج نمذجة ثلاثي الأبعاد.
2. انقل ملف الطباعة إلى الطابعة ثلاثية الأبعاد باستخدام بطاقة ذاكرة أو محرك أقراص USB وقم بتنشيط ملف الطباعة على الطابعة ثلاثية الأبعاد.
3. بمجرد طباعة الحامل، انتظر حتى يبرد الحامل إلى درجة حرارة الغرفة (RT). بعد ذلك ، قم بإزالة اللوحة التي يلتصق بها الحامل من الطابعة وثني اللوحة قليلا حتى ينفصل النموذج عن السطح.
4. قم بإزالة جميع الخيوط أو المرفقات الزائدة من الحامل.
   ملاحظة: يعتمد عدد الحوامل المراد طباعتها مرة واحدة على حجم الطابعة. على طابعة ثلاثية الأبعاد بأبعاد لوحة 36 سم × 36 سم ، يمكن للمرء طباعة حوالي 30 حاملا بطول 35 سم في جولة واحدة. يعتمد الوقت اللازم لطباعة 30 حاملا على الجهاز. في المتوسط ، يجب أن يتم ذلك في حوالي 8 ساعات (الطباعة طوال الليل).

2. استخراج وتثبيت ونقل نوى الزيادة في الحقل

1. خذ مثقابا لاسلكيا مزودا بمعزز عزم الدوران ومحفور زيادة ، وحدد موضع الحفر ، وضع الحفر بشكل عمودي على المحور المتنامي للساق.
   ملاحظة: يمكن القيام بنفس الشيء يدويا باستخدام أداة الحفر الإضافية بدون مثقاب لاسلكي.
2. ابدأ الحفر حتى يصل الحامل إلى نصف قطر الساق على الأقل. تحقق من العمق كما هو موضح أعلاه عن طريق إمساك النازع (الذي له نفس طول المقشر) بجانب المقشر.
3. في حالة استخدام مثقاب لاسلكي ، انزع المثقاب ، ضع المقبض على الحامل (وهو ما يحدث بالفعل عند استخدام أداة الحفر الإضافية يدويا) ، خذ المستخرج بحيث يكون الجانب المفتوح متجها لأعلى ، وأدخله بالكامل في المثقاب.
4. أدر أداة الزيادة للخلف (دورة واحدة كاملة) لكسر القلب من الجذع. أخرج المستخرج ، بما في ذلك النواة.
5. قم بإزالة النواة من المستخرج. تحقق من اتجاه الألياف في القلب لضمان الاتجاه المستقيم للألياف عند وضع القلب في الحامل.
   ملاحظة: يمكن التحقق من اتجاه الألياف في طرفي القلب وكذلك على جانب القلب. لهذا ، أمسك القلب بالضوء وقم بتدويره حتى يظهر جانب ساطع. يحدث هذا لأن الجدران الخلوية الشعاعية في هذا الجانب مقطوعة طوليا، وتعكس الضوء بشكل مختلف عن بقية النواة.
6. ضع القلب أعلى الحامل مع وضع اتجاه الألياف في وضع مستقيم. اضغط على الجزء العلوي من القلب بكل الأصابع حتى ينزلق القلب إلى الحامل.
7. قم بتسمية القلب على جانب الحامل باستخدام قلم رصاص ناعم ، مما يتيح الكتابة حتى على الزجاج.
   ملاحظة: يمكن إزالة الكتابة لاحقا باستخدام مطاط شائع.
8. ضع الحامل مع القلب في صندوق النقل وأغلق الغطاء.

3. تحضير النوى المركبة في المختبر

1. اختياري: تضمين النوى المركبة في البارافين للتقسيم الدقيق المحتمل.
   1. ضع صندوقا فولاذيا بغطاء مزود بصمام لتوصيل مضخة تفريغ على لوح تسخين ، واملأه حتى حوالي 2 سم بالبارافين ، وانتظر حتى يذوب تماما.
   2. أخرج النوى المركبة من صندوق النقل. ضع الحوامل مع النوى كما هي في البارافين السائل وأغلق الغطاء.
   3. ابدأ تشغيل مضخة التفريغ ، وقم بتطبيق فراغ ثابت وخفيف على الحاوية ، وانتظر حوالي 2 ساعة. بسبب الهيكل المفتوح للحامل ، يمكن للبارافين اختراق النوى دون حواجز إضافية.
   4. أوقف مضخة التفريغ وافتح الغطاء. أخرج الحوامل ذات النوى ، وضعها على شبكة ، واتركها تبرد.
   5. إذا لزم الأمر ، قم بإزالة فائض البارافين من جوانب الحامل.
2. تحضير الأسطح الأساسية
   1. أخرج النوى المركبة من صندوق النقل أو حمام البارافين. ضع الحامل مع القلب كما هو في حامل العينة الخاص بميكروتوم النواة. تأكد من توجيه القلب بطريقة يواجهها الخشب المتأخر للحلقات نحو النصل.
   2. أحكم ربط مسامير حامل العينة حتى يصبح الحامل الأساسي آمنا تماما.
   3. ارفع حامل العينة حتى يلامس القلب الشفرة قليلا. اسحب الشفرة على كامل مدى القلب لقطع الجزء الأول من الجزء العلوي.
   4. ادفع السكين خلف القلب للخلف ، وارفع حامل العينة بضعة ميكرونات ، وكرر الإجراء حتى يتم الحصول على سطح مستو لا يقل عرضه عن 2-3 مم.
   5. بمجرد قطع السطح على النحو المنشود ، قم بإزالة الحامل الأساسي من حامل عينة الميكروتوم.
      ملاحظة: يوصى بقطع النوى باستخدام ميكروتوم أساسي وعدم صنفرتها لأن السطح أنظف ومستقيم ، والخلايا غير مملوءة بالغبار.

4. رقمنة الأسطح الأساسية

1. ضع الحامل الأساسي مع السطح الأساسي العادي على طاولة نظام التقاط الصور ، حيث يتم تقديم نظام WSL-Skippy هنا.
2. تأكد من محاذاة الحامل الأساسي مع الاتجاه المتحرك للطاولة أو الكاميرا.
3. ضع الطاولة بحيث يكون الحامل الأساسي أسفل الكاميرا للحصول على الحلقة الخارجية في وسط الرؤية أسفل هدف الكاميرا.
4. ضع مقياسا بجوار بداية النواة والتقط صورة لأغراض المعايرة.
   ملاحظة: يجب القيام بذلك مرة واحدة فقط عند عمل صور للعديد من النوى على التوالي.
5. حدد طول النواة في البرنامج وابدأ عملية التقاط الصور. عند التقاط الصورة الأخيرة ، يعود الجدول إلى وضع البداية.
6. قم بإزالة العينة من الطاولة ، وضع الحامل التالي أسفل الكاميرا ، وكرر الإجراء الموضح من قبل عن طريق تحديد طول القلب حتى يتم تصوير جميع النوى.
7. استخدم برنامج خياطة (خال من التشويه) ، على سبيل المثال ، PTGui ، لدمج الصور الفردية في صورة واحدة نهائية للسطح الأساسي.

5. تخزين النوى

1. خذ النوى التي تم تحليلها في الحامل وضعها في رف التخزين المحمول المطبوع بطابعة 3D.
2. قم بتسمية الحامل لتحديد النوى من الخارج.
3. قم بتخزين الرف على رف أو أي أرشيف آخر متاح.

النتائج

حامل GSC
تتم طباعة حاملات النواة (كإعداد افتراضي) بطول 35 سم ، وهو ما يتوافق تقريبا مع الحد الأقصى لحجم الطباعة للطابعة ثلاثية الأبعاد المستخدمة (Original Prusa XL ، حجم البناء 36 سم × 36 سم × 36 سم). في حالة أخذ نوى أطول ، يمكن تمديد الحامل بحوامل إضافية عن طريق توصيلها بقطع توصيل صغيرة من خلال المسافات البادئة الموجودة على طرفي جميع الحوامل (الشكل 2 أ).

عند القيام بالعمل الميداني ، فإن الوقت اللازم لتخزين النوى مباشرة في الحامل يمكن مقارنته بمجرد وضعها في قش أو مادة تغليف أخرى. على الرغم من أن هناك حاجة إلى احترام اتجاه الألياف لكل قلب قبل الضغط على القلب في الحامل (الشكل 2) ، فإن هذا الوقت الإضافي لا يستغرق سوى بضع ثوان ويمكن دعمه باستخدام عدسة. في تجربتنا ، فإن الوقت الإضافي اللازم (إن وجد) يصل إلى حوالي 1 دقيقة لكل 10 نوى. يشير هذا الحد الأدنى من الوقت الإضافي أيضا إلى النوى المكسورة. بدلا من أخذ النوى المكسورة قطعة قطعة في قشة ، يتم وضع هذه القطع ببساطة في الحامل واحدة تلو الأخرى والضغط عليها.

لضمان النقل الآمن للنوى في الحقل وإلى المختبر ، قمنا بتصميم وطباعة صندوق نقل خاص للحوامل ، بما في ذلك النوى (الشكل 3). يمكن ببساطة وضع الحوامل في الصندوق حيث يتم تثبيتها بواسطة انتفاخات صغيرة تتناسب تماما مع المسافات البادئة على طرفي الحاملات. يمكن بعد ذلك إغلاق الصندوق بغطاء يتم دفعه عند الأخاديد الجانبية للصندوق.

تصبح الميزة الحقيقية للحامل الجديد واضحة في المختبر. بدلا من إخراج النوى من القش (أو الحاويات الأخرى) ، وإعداد حوامل خشبية مع دليل ، وتثبيت النوى على الحامل ، ونقل الملصق إلى الحامل الجديد والانتظار بضع ساعات على الأقل حتى يجف الغراء ومستقر لمزيد من المعالجة ، يمكن تثبيت النوى الموجودة في الحامل مباشرة (i) في ميكروتوم أساسي لقطع سطح عادي أو (ii) يمكن صنفرتها مباشرة باستخدام الصنفرة آلة دون الحاجة إلى أي عملية تحضير أخرى. إن التخلص من الحاجة إلى نقل الملصقات إلى أي حوامل جديدة يتجنب بشكل خاص أخطاء الإرسال المحتملة.

نظرا لأنه يمكن تصميم الحوامل لأي قطر أساسي ، فلا يهم ما إذا كانت هناك حاجة إليها للنوى "القياسية" مقاس 5 مم أو النوى مقاس 10 مم أو 12 مم عند أخذها ، على سبيل المثال ، النظائر أو التحليلات الكيميائية الأخرى.

فيما يتعلق بالتحليلات النظيرية أو الكيميائية ، فإن ميزة الحامل هي أن النوى مثبتة دون الحاجة إلى غراء أو وسيط تثبيت. لذلك ، فإن النوى ليست ملوثة ، ويمكن إزالتها بسهولة من الحامل لإجراء تحليلات أكثر تحديدا. أيضا ، فيما يتعلق بالتحليلات التشريحية للخشب ، فإن القدرة على إزالة النوى بسهولة من الحامل تتيح التعامل المباشر مع النوى لإعداد المقاطع الدقيقة.

تسمح الإمكانية الاختيارية لتضمين النوى المثبتة في الحامل بتثبيت الهياكل الحساسة ، حيث تميل الخلايا ذات الجدران الخلوية الرقيقة إلى الانكسار أثناء القطع. إن تثبيت النواة عن طريق تضمينها في البارافين يكون في كثير من الحالات أكثر كفاءة من مجرد إضافة محلول نشا الذرة.

تظهر ميزة أخرى أيضا عندما تحتاج النوى إلى تخزينها لأي عمليات تفتيش أو إعادة تحليل لاحقة. يمكن وضع الحوامل في رفوف مصممة خصيصا (الشكل 4) وطباعتها أيضا باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد يمكن مقارنتها بالتخزين في صندوق النقل. يتم وضع حاملات GSC مع النوى في الرف كما هي ويمكن بعد ذلك تخزينها في أي مكان. يعتمد عرض الرفوف ، أي عدد النوى التي يمكن تثبيتها في رف واحد ، على المساحة المتاحة على الرف أو غرفة التخزين. يمكن تكييف نماذج الرف مع أي حاجة محددة وطباعتها وفقا لذلك.

رقمنة الأسطح الأساسية أو القرص
يسمح نظام التقاط الصور ، الذي تم تطويره في WSL (الشكل 5) ، برقمنة حلقات الشجرة (التقاط الصور الآلي) لإنشاء صور عالية الدقة لنوى أو أقراص الزيادة لدعم قياس عرض الحلقة الرقمي الموفر للوقت. يتكون النظام من لوحة مثبتة على قضيب ملولب تحرك العينة أسفل الهدف (Sony FE 90 mm f / 2.8 Macro) لكاميرا بدقة 61 ميجابكسل (Sony Alpha 7R IV) في خطوات محددة مسبقا بين 0.1 إلى 1 سم. يتم التقاط الصور باستخدام نظام التركيز البؤري التلقائي للكاميرا لضمان تركيز الصور الفردية. تسمح دقة الكاميرا بدقة حقيقية لكل صورة بدقة 6500 نقطة في البوصة تم اختبارها باستخدام هدف دقة SilverFast (USAF 1951). قد يبدو هذا منخفضا بعض الشيء مقارنة بالدقة الرسمية لماسح ضوئي مسطح بدقة محددة تبلغ 4800 نقطة في البوصة. ولكن عند اختبار صور لنفس الهدف تم التقاطها باستخدام ماسح ضوئي من إبسون XL باستخدام دقة 4800 نقطة في البوصة ، أظهرت الصور الناتجة دقة حقيقية تبلغ 1825 نقطة في البوصة فقط (الشكل 6). تسمح الدقة العالية للصور برؤية واضحة للخلايا المفردة ولهذا ، تعريف واضح لحدود الحلقة الملتقطة في الصور (الشكل 7). إذا كان سطح النوى أو الأقراص المستخدمة مهيأ جيدا ، فلا داعي للعودة إلى العينة الأصلية للتحقق من الهيكل مرة أخرى. بعد خياطة الصور الفردية ، يمكن تحليل الصور الأساسية الناتجة باستخدام برنامج التحليل المفضل.

يسمح نظام التقاط الصور أيضا بالتقاط الصور من الأقسام الدقيقة حتى طول 40 سم باستخدام الضوء المنقول. هذه الميزة ذات أهمية ، على سبيل المثال ، التطبيقات الشجرية لتحديد بداية تفاعل الخشب أو ميزات محددة أخرى في المقاطع الدقيقة لنوى الأشجار بأكملها (الشكل 8).

الشكل 1: مسح صور مطحنة لاريكس ديسيدوا . تم مسح حلقات الشجرة بدقة مختلفة باستخدام ماسح ضوئي مسطح. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: عرض تخطيطي لحامل GSC. (أ) تسمح الفتحة الموجودة على طرفي الحامل بتوصيل حاملين بعمود صغير لتثبيت النوى الأطول. تشير الأسهم الخضراء إلى اتجاه الضغط عندما يتم تثبيت الحامل في الميكروتوم الأساسي. على اليسار: تشير الأسهم البيضاء إلى الفتحات التي تسمح بتدوير الهواء أو السائل (للتضمين). على اليمين: حامل GSC مع ضغط قلب للداخل. (ب) يجب أن يكون اتجاه اللب الليفي مستقيما. (ج) يشير الخط الأبيض إلى سطح القطع في القلب. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: صندوق النقل لتخزين ونقل حامل GSC مع النوى في الحقل. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 4: إطارات التخزين لوضع حاملات GSC للتخزين النهائي في الأرشيف. يمكن تكديس الإطارات لتوفير المساحة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: نظام التقاط الصور الذي تم تطويره في WSL. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 6: مقارنة دقة الصورة بين الماسح الضوئي المسطح ونظام التقاط الصور. (أ) هدف الدقة SilverFast (القوات الجوية الأمريكية 1951). (B) الصورة الممسوحة ضوئيا باستخدام ماسح ضوئي مسطح بدقة محددة تبلغ 4800 نقطة في البوصة (مقحمة) وتكبيرات الأقسام ذات الصلة أدناه. (ج) الصورة التي تم التقاطها باستخدام نظام التقاط الصور وتكبيرات الأقسام ذات الصلة أدناه. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 7: صورة مركبة لمطحنة لاريكس ديسيدوا . نواة الزيادة (الصورة العلوية) وتكبيرات القسم المعني أدناه. تم التقاط صور فردية للمركب باستخدام نظام التقاط الصور. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 8: صورة مركبة لمقطع صغير من نواة زيادة كاملة (مطحنة Larix decidua .) وتكبير القسم المعني. تم التقاط صور فردية للمركب بنظام التقاط الصور (الضوء المرسل). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

إن إدراج تشريح الخشب في الدراسات البيئية الشجرية فتح هذه الدراسات على نطاق واسع لتحليلات جديدة ومتعمقة للظروف البيئية السابقة^28،29،30. كما كثفت هذه التقنيات الجديدة الجهود التحليلية ، أي وقت المختبر اللازم لتوليد البيانات ذات الأهمية. كانت هناك محاولات عديدة لتحسين العمل المخبري وتقليل الوقت اللازم في المختبر فيما يتعلق بالتقنيات التشريحية الخشبية^{9،12،13،15،30}. ولكن لم يتم بذل أي جهد تقريبا لتسهيل الإجراء الشائع للتعامل مع النوى وإعدادها وتخزينها لهذه الدراسات.

توفر الطباعة 3D إمكانيات جديدة في هذا الصدد⁹. حامل النواة الجديد المطبوع 3D هو المحاولة الأولى لتبسيط هذا الإجراء بأكمله ، مما يجعله أقل استهلاكا للوقت ، ولهذا فهو أكثر كفاءة.

بينما يجب إخراج النوى المخزنة في القش البلاستيكي^31,32 أو حاويات مماثلة لمنع الفطريات من التطور من الخارج (وقريبا أيضا من الداخل) من القلب ، يمكن أن تظل النوى المثبتة في حوامل GSC كما هي. حتى هذه النقطة ، يمكن مقارنتها بتخزينها في قش ورقي³³.

تصبح الميزة واضحة بمجرد الإجراء الكامل (i) إزالة النوى من القش (أو حاوية أخرى) ، (ii) لصقها على حوامل خشبية أو تثبيتها على أشياء أخرى كدعامات للكابل ، و (iii) العملية التي يحتمل أن تكون عرضة للخطأ لنقل الكود المعني المستخدم لكل نواة لأنه كان معيارا تقريبا لعقود الآن³⁴ ، يصبح غير ضروري.

يسمح الهيكل المفتوح لحامل GSC بتخزين النوى دون التعرض لخطر الإصابة الفطرية ، كما هو الحال عند تخزينها في حاوية بلاستيكية. كما هو موضح أعلاه ، يسمح الحامل أيضا بالتضمين في البارافين لتثبيت الهيكل. ومع ذلك ، لا يمكن مقارنة هذا التضمين "البسيط" بإجراءات التضمين الشائعة باستخدام أشرطة لتضمين العينة في كتلة البارافين كما هو الحال بالنسبة للنوى الصغيرة³⁵. التقنية البسيطة قابلة للمقارنة إلى حد ما مع تطبيق نشا الذرة عند قطع الأقسام الدقيقة³⁶. سوف يعمل على استقرار الخلايا بشكل أفضل ومنعها من الكسر أثناء إجراء القطع ، ولكنه يستغرق وقتا أطول من مجرد إضافة نشا الذرة. لن يؤدي هذا النوع من التضمين إلى استقرار النواة بأكملها كما لو كانت مضمنة في كتلة. إذا تم كسر النواة ، فسوف تنكسر الأقسام أيضا. نظرا لأن حامل GSC يتناسب مع الميكروتوم الأساسي³⁷ ، فإن تحضير السطح لعملية الرقمنة اللاحقة لا يستغرق سوى بضع دقائق.

بالنسبة لعملية رقمنة حلقات الأشجار ، لم يكن تطبيق الماسحات الضوئية المسطحة ، التي تستخدم بشكل متكرر لقياسات الكثافة الزرقاء ^38,39 ، مرضيا فيما يتعلق بالمناظر الأكثر تفصيلا لهيكل الحلقة بسبب الجودة المنخفضة إلى حد ما للصور الناتجة. على الرغم من أن حدود الحلقات الشائعة (العريضة) من الصنوبريات كانت مرئية في هذه الصور ، إلا أن الحلقات الضيقة ، أو حتى تقلبات الكثافة ، كان من المستحيل تقريبا تحديدها.

على الرغم من وجود محاولات جديدة رائعة لرقمنة حلقات الأشجار بدقة عالية ، مثل الأشعة السينية CT⁴⁰ ، إلا أن استخدام الكاميرات الرقمية ذات الدقة العالية لا يزال الطريقة الأكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة لإنتاج صور عالية الجودة لمزيد من القياسات.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Core-microtome	WSL	https://www.wsl.ch/en/services-produkte/microtomes/	Microtome to cut micro sections from increment cores
Epson Expression 10000XL	EPSON	https://epson.com/Support/Scanners/Expression-Series/Epson-Expression-10000XL---Graphic-Arts/s/SPT_E10000XL-GA	flatbed scanner
GSC holder	WSL	in-house	3D printed mount to fix cores for transport, preparation, analyses, and storage
Skippy image capturing system	WSL	https://www.wsl.ch/en/services-produkte/skippy/)	Image capturing system developed at WSL equiped with a 61 MP camera (Sony Alpha 7R IV and Sony FE 90mm f/2.8 Macro lens)