We thank Eli Jensen, Stefano Padilla, and Kasey Yturralde for assistance, and Karen London and anonymous reviewers of the manuscript. We thank Jake Baker and Karla Torres for video footage. Funding was provided to R.W.H by the NAU School of Forestry and NAU Technology and Research Initiative Fund (TRIF).

1. floema Selección y Separación del Árbol <ol><li> Seleccione un árbol con características particulares. Recoger floema de pinos (es decir, los árboles en el género Pinus), ya que tienen una capa distintiva floema que es de varios milímetros de espesor. 18,27 Una vez que un árbol se encuentra que tiene pocas ramas más bajas, lo examinan para otros defectos, tales como ataques de insectos y / o patógenos. Como alternativa, utilice el floema de otras coníferas como los abetos en sándwiches floema. 9 Otras especies de árboles pueden ser adecuados para la eliminación de floema, tales como maderas duras. NOTA: Los árboles de coníferas con grandes coronas suelen tener el tejido floema más gruesa. Para maximizar la cantidad de floema, lo mejor es cortar los árboles que tienen pocos defectos y ramas en el tronco (tronco) es. Especies de pino que son el trabajo de auto-poda mejor. Floema es típicamente más gruesa durante la temporada de crecimiento y es más grueso más arriba en el tronco de cerca del suelo. Floema es a veces difícil de Removcorreo de los árboles durante las temporadas de otoño o invierno. </li><li> Cortar un árbol hacia abajo o utilizar los registros recientemente cortados para obtener tejido del floema. Elija una dirección de caída que reduzca al mínimo el daño al árbol, así como los árboles cercanos. Ramas cortar el tronco para permitir un acceso más fácil a los materiales de la corteza durante la extracción del floema. </li><li> Una vez que se corta un árbol (talado; caído en el suelo) comenzará el raspado de la corteza del tronco con una cuchilla afilada empate (Fig. 1A). Raspe un área de la corteza hasta que se alcanza la capa de floema. NOTA: La capa de floema es típicamente un color más claro (por ejemplo, el color crema) y húmedo, mientras que la corteza exterior es más seca y de color más oscuro (Figura 1B.). Tenga especial cuidado de no raspar el floema. La zona de la corteza de raspado depende del tamaño de la pieza (s) floema necesario. </li><li> Después de retirar la corteza, cortar un contorno de la pieza floema con un cuchillo afilado. Asegúrese de que el cuchillo corta todo el camino hasta el xilema (Fig. 2A). </li><li> Para quitar el floema, comience en una esquina de la pieza floema usando los dedos para pelar cuidadosamente hacia atrás el floema. Utilice un cuchillo para ayudar a raspar el floema de la xilema. Continuar tirando del floema fuera hasta que se retire toda la pieza. NOTA: floema normalmente se despega del árbol más fácil del verano. Para floema que es extremadamente difícil de quitar, una herramienta en forma de espátula puede ayudar en el esfuerzo. </li><li> Coloque la pieza de floema de inmediato en una bolsa estéril. Para obtener los mejores resultados, vacío sellar la bolsa (Fig. 2B) o, si el uso de bolsas ziploc, eliminar todo el aire de la bolsa. Esto aumenta la longevidad del floema. Opcionalmente, colocar varias piezas de floema en una bolsa. Floema tienda en bolsas herméticas ligeramente por encima de la congelación (entre 1 y 10C) para retener su frescura. </li></ol> 2. Crear el floema Sandwich <ol><li> Cortar dos piezas iguales de acrílico transparente, policarbonato o un material duro, claro similar (por ejemplo, vidrio) ligeramente grander que la pieza de floema (Fig. 2C). Alrededor de los bordes de la de acrílico para evitar que las esquinas se rompa el sello Parafilm. Este protocolo utiliza un 1/8 pulg. De espesor de acrílico transparente. NOTA: El tamaño de las piezas cortadas depende de las necesidades del organismo del sujeto y de la duración del estudio. Por ejemplo, un par de escarabajos de la corteza utiliza 4 dm 2 de floema en un período de meses, pero sólo necesitará 1 dm 2 si el estudio se lleva a cabo dentro de varios días. </li><li> Haga un agujero en una de las piezas de acrílico para permitir la entrada del organismo (s) de estudio. El tamaño y el número de orificios depende de los objetivos (Fig. 2D). </li><li> Antes de colocar el floema entre las piezas de acrílico, esterilizar la superficie de acrílico (con&gt; 70% de etanol) o, si el uso de nuevo de acrílico, retire la película protectora. </li><li> Coloque la pieza fresca de floema entre las piezas de acrílico estériles. Orient la pieza de acrílico con el orificio (s) en el lado interior o exterior de la floema, whicheveSe necesita r. Típicamente, frente a la cara exterior de la floema (lado que tenía la corteza en él) hacia los orificios de entrada. </li></ol> 3. Sellar el floema Sandwich <ol><li> Para crear un sello temporal en todo el sándwich floema, utilice 2 en. Tiras anchas Parafilm tirados alrededor de los bordes del sándwich floema (Fig. 2C). Alternativamente, usar una envoltura de cloruro de polivinilideno para sellar los bordes. 6 A continuación, colocar una abrazadera en cada lado del sándwich para exprimir el acrílico para el floema. Asegúrese de que toda la superficie se sujeta hacia abajo para evitar que el espacio de aire entre el acrílico y el floema (figura 2C). Si no sujeta adecuadamente, las muestras pueden moverse entre el acrílico y el floema. </li><li> Para crear un sello semi-permanente añadir un epoxi o vaselina no encolado alrededor del floema. Asegúrese de que el material rodea completamente el floema. A continuación, utilice abrazaderas o tornillos con tornillos (puede que tenga que perforar los agujeros antes de tiempo) para sostener el acrílico ajustado al floema.Los sándwiches sólo permanecen viables durante un máximo de uno o dos meses. </li><li> Dependiendo de las necesidades de oxígeno de los organismos de estudio, añadir un filtro de aire en uno o más lados del sándwich. Esto permitirá que el aire entre en el sándwich floema pero limitar la pérdida de agua desde el floema. Utilizamos filtros de carbón simples que también reducen el riesgo de hongos y la contaminación bacteriana. </li><li> Para las muestras de estudio que requieren la entrada y salida a voluntad, reemplazar una de las piezas de acrílico con madera o material similar que un insecto puede perforan. Esto es particularmente importante para la observación de barrenadores de la madera, porque después de que se complete su estado larval en la capa de floema, que a continuación se clavaron en el xilema. </li><li> Para evitar que los sujetos de prueba desde que sale de los orificios de entrada, coloque pequeñas placas de Petri (u otros objetos, cinta) en los orificios de escape, el bloqueo. Desde los organismos que se encuentran en estos espacios son acostumbrar a los bajos niveles de luz, puede ser necesario colocar los sándwiches en una habitación o una caja oscura, o lugar omaterial de paque en la parte superior para bloquear la luz. </li></ol> 4. Los organismos de observación en el floema Sandwich <ol><li> Introducir las muestras de estudio en el orificio de entrada del sándwich floema (Fig. 2D). Observar las muestras usando un microscopio de disección con una luz roja o luz blanca fija en un nivel bajo (Fig. 2E). </li><li> Para grabar las actividades o el crecimiento de las muestras dentro del sándwich floema adjuntar una cámara o cámara de vídeo para el microscopio. Conecte cámaras de video especiales para el ocular del microscopio (Fig. 2E y F). Para organismos muy pequeños tales como los ácaros, nematodos, y pseudoscorpions, utilizar una cámara de vídeo de alta definición adjunta al microscopio. </li><li> Para grabar sonidos, micrófonos insertar en el orificio de entrada del sándwich floema o a través del lado del sándwich floema. Debido a que el orificio de entrada es pequeño, use un pequeño micrófono como un micrófono de condensador electret. </li><li> Para grabar desde la cara o superficie deel sándwich de floema utilizar un elemento piezoeléctrico (Fig. 3B). Para reproducir el sonido, utilice el mismo elemento piezoeléctrico o adjuntar un transductor táctil (excitador) a la superficie de la parte superior o inferior del acrílico. </li></ol>

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No conflicts of interest declared

El sándwich floema permite la introducción y la observación de los artrópodos, los microbios, y otros pequeños organismos que habitan en los tejidos del floema. 1,7,8,9,17,18 Esta técnica ha dado lugar a nuevos descubrimientos y una mejor comprensión de los comportamientos, la vida rasgos de historia, el desarrollo, y las interacciones de los organismos dentro del floema del árbol. 1,5,10 El protocolo sándwich descrito aquí es un híbrido de los diseños anteriores, y proporcionará un sándwich económica que se construye fácilmente con los equipos y materiales mínimos. Las piezas de vidrio, acrílico, policarbonato o pueden ser reutilizados, y los únicos materiales consumibles son el Parafilm y floema. A pesar de que todos los pasos del protocolo son importantes, ciertos pasos deben seguirse estrictamente para garantizar el más alto grado de éxito. En primer lugar, un árbol debe colocar que tiene una parte del tronco libre, o relativamente libres de las ramas. Los árboles que tienen muchas ramas son difíciles de afeitar y la voluntad yalgunas piezas del floema viables ield, como todas las ramas deben cortarse alrededor cuando retire el floema. A continuación, es importante reducir al mínimo la exposición al aire de la floema. Nos colocamos rápidamente cada pieza floema en una bolsa si se retira. Una vez que se eliminan cinco y cincuenta y siete piezas, se transfieren en una bolsa sellada al vacío; usamos un inversor de potencia para ejecutar el sellador fuera de una batería de vehículo en el campo. Por último, la desinfección de las piezas de acrílico y limpieza general en la ejecución de este protocolo se reducirá el crecimiento de hongos en el sándwich. Esto es especialmente importante para las observaciones extendidas. Como se mencionó anteriormente, existen limitaciones del aparato de sándwich de floema. Puesto que la capa es delgada floema, sólo pequeños organismos que típicamente se mantienen en el floema pueden ser introducidos en el sándwich. Insectos más grandes, como los barrenadores de madera (es decir, buprestid, especies Cerambycid) se pueden introducir y se observan durante las primeras etapas de su ciclo de vida. Este plazo de tiempo se suele limitar a dos ade tres semanas; después de este punto las larvas requieren madera xilema a aburrir en para la pupación. En contraste, para los escarabajos de la corteza, especialmente los del género Ips, un ciclo de vida completo se puede observar, incluyendo el apareamiento, incubación de huevos, la alimentación, convertirse en pupas, y la eclosión en un escarabajo adulto. En este punto, la viabilidad del sándwich por lo general se agota debido a la desecación y el crecimiento de hongos. 28 Además, este aparato no permite a los insectos libre y naturalmente colonizan o salen del sándwich de floema. 27 Nuestro protocolo es flexible en términos de tamaño, forma y tipo de floema utilizado. Estudios cortos requieren menos material floema y tamaño sándwich se pueden escalar en consecuencia. Muchas especies de coníferas se han utilizado como donantes del floema en un sándwich de floema (por ejemplo, pino ponderosa 12, abeto de Douglas 2, picea 29, el pino de incienso 27, pino de hoja larga 27). Materiales en el sándwich también pueden ser alterados; para examplias, placas de vidrio se pueden usar en lugar de acrílico y epoxi o cinta en lugar de Parafilm. La parte más difícil de este protocolo es el proceso de eliminación del floema. Los árboles próximos entre sí pueden diferir en lo difícil de su floema es quitar. Cuando un árbol tiene difícil floema, la paciencia es fundamental. En estos casos, ejecute cuidadosamente un cuchillo entre el xilema y el floema duro esponjoso. Este proceso se siente literalmente como pelar el árbol. Después de dominar la técnica básica de sándwich, alteraciones en el protocolo pueden ayudar a las necesidades específicas de ajuste. Por ejemplo, por perfeccionar las técnicas requeridas para eliminar el floema, las piezas más grandes pueden ser removidos y utilizados para crear sándwiches más grandes. Además, las alteraciones se pueden hacer para dar cabida a instrumentos específicos, por ejemplo, agujeros adicionales para monitorear las emisiones químicas (Fig. 3A), o de grabación o reproducción de sonidos (Fig. 3B). Se pueden hacer modificaciones para permitir la conservación semi-permanente del floema y su órganoismos, o por observaciones temporales de organismos que más tarde se pueden dejan libre.

Los tejidos del floema y corteza de coníferas son anfitriones de miles de organismos. Phloeophagy, la alimentación en los tejidos del floema de la corteza interior, es un hábito por lo general asociados con los escarabajos de corteza, las bromas, y varios otros taxones de invertebrados y microbios que viven dentro de los árboles 23 escarabajos de corteza. (Coleoptera: Curculionidae) desarrollar y vivir dentro de floema a excepción de períodos cortos cuando los adultos buscan nuevos árboles hospederos. 31 escarabajos de corteza han sido estudiados ampliamente debido a sus impactos económicos en los árboles 18,19, pero las observaciones conductuales directas de los insectos dentro de los materiales de los árboles han sido limitados. 4 Además, las galerías construidas por escarabajos de la corteza convertido en el hábitat de una gran variedad de especies. 11 Un gran número de hongos, bacterias 30 3, ácaros y nematodos 10,21, 16,19, junto con otros artrópodos depredadores y parásitos 22,24 habitan el material floema. Las técnicas proporcionadas aquípermitir la observación directa de los escarabajos de la corteza, los ácaros y los barrenadores de madera que normalmente viven en ambientes subcorticales. Alteraciones leves en el protocolo se pueden hacer para estudiar los hongos y las bacterias. Los escarabajos de corteza y organismos asociados dentro de los tejidos de los árboles han sido estudiados utilizando un &quot;sándwich floema.&quot; El uso temprano de esta técnica se puede encontrar en la literatura que se remonta a 1933, cuando fue utilizado para observar los estadios larvales de escarabajo de pino oregón (Dendroctonus pseudotsugae). 2 El sándwich floema ha pasado por muchas derivaciones como se dispusiera de diferentes materiales. Originalmente, este dispositivo consistía en una pieza de floema colocado entre dos placas de vidrio, prensadas entre sí por bandas elásticas. 2 Más tarde, abrazaderas, cinta adhesiva, pegamento, plástico y otros materiales se han utilizado en la construcción del sandwich. 13,14 , 15,17,26,28 El protocolo descrito aquí ofrece mejoras con respecto a algunos de los últimos diseños. Por ejemplo, enel pasado, las especies de ensayo se introdujeron en el lado del sándwich, entre las placas de vidrio o plástico. Esto restringe la construcción de galerías para una dirección. El uso de orificios de entrada en la placa superior permite una mayor libertad para las especies de prueba para iniciar la construcción de la galería natural. Otra ventaja del protocolo presentado es su diseño simplificado, que puede ser fácilmente construido con pocas herramientas. El uso del sándwich floema ha permitido la observación directa de la conducta de alimentación, la reproducción, el desarrollo, y las interacciones de los organismos que de otro modo no habría sido posible. 1,5, 22 Este método es también una excelente herramienta para la educación K-12 y de la ciencia programas y exhibiciones. Hay varias sutilezas en la creación de un sándwich de floema que son difíciles de interpretar a partir de o no se informa en los manuscritos. Creemos que es necesario un visual (es decir, vídeo) Descripción de la producción de un sándwich de floema y seríade valor para los científicos y educadores interesados ​​en el estudio de los organismos phloeophagous. Nuestro protocolo proporciona una forma simple y barata para observar los artrópodos, microbios y otros organismos que habitan en los tejidos del floema.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Draw blade</td>
			<td>Big Horn Brand&#160;</td>
			<td>20265</td>
			<td>11&#8221; blade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fillet Knife</td>
			<td>American Angler</td>
			<td>30530</td>
			<td>9&#8221; blade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate</td>
			<td>Nexan</td>
			<td>GE-33</td>
			<td>0.093 in. thickness</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm M</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S37441</td>
			<td>2&#8221; wide</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clamps</td>
			<td>Pony Jaw Opening</td>
			<td>3201-HT-K</td>
			<td>4&#8221; x 1&#8221;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Sealer&#160;</td>
			<td>FoodSaver</td>
			<td>V2840,&#160;</td>
			<td>VacLoc vacuum&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>and bags</td>
			<td></td>
			<td>FSFSBF0742-015</td>
			<td>bags in rolls</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

technique for studying arthropod and microbial communities within tree tissues

Phloem tissues of pine are habitats for many thousands of organisms. Arthropods and microbes use phloem and cambium tissues to seek mates, lay eggs, rear young, feed, or hide from natural enemies or harsh environmental conditions outside of the tree. Organisms that persist within the phloem habitat are difficult to observe given their location under bark. We provide a technique to preserve intact phloem and prepare it for experimentation with invertebrates and microorganisms. The apparatus is called a &#8216;phloem sandwich&#8217; and allows for the introduction and observation of arthropods, microbes, and other organisms. This technique has resulted in a better understanding of the feeding behaviors, life-history traits, reproduction, development, and interactions of organisms within tree phloem. The strengths of this technique include the use of inexpensive materials, variability in sandwich size, flexibility to re-open the sandwich or introduce multiple organisms through drilled holes, and the preservation and maintenance of phloem integrity. The phloem sandwich is an excellent educational tool for scientific discovery in both K-12 science courses and university research laboratories.

El protocolo descrito anteriormente permitirá a un investigador para observar los organismos que viven en el entorno críptico debajo de la corteza de un árbol. Para ilustrar el uso de esta técnica se describe un estudio representativo de nuestro laboratorio que utiliza. Esta técnica 12 En este experimento, se utilizaron sándwiches floema para observar los efectos de los tratamientos acústicos en el rendimiento reproductivo, distancia de túneles, y la supervivencia de los escarabajos de la corteza (Fig . 2E y 2F). La observación directa de los escarabajos, posible gracias a la utilización de un sándwich de floema, reveló varios hallazgos interesantes. En primer lugar, se registró las distancias de túnel diarias marcando la ubicación de los escarabajos en el acrílico con un marcador cada 24 horas. Este proceso reveló diferencias significativas entre los tratamientos de sonido que se han ocultado sin el sándwich floema. A continuación, se observó una reducción en la producción de huevos con particulares tratamientos de sonido. La naturaleza móvil del sándwich floema permitido para el correoobservaciones gg a ser completado bajo un microscopio de disección sin molestar a los escarabajos. Durante estas observaciones, capturamos huevo comportamiento por el que se escarabajo con una cámara de alta definición conectado a un microscopio. Otras observaciones notables incluyen el asesinato de compañeros y la iniciación de vuelo asociado con tratamientos acústicos particulares. El ensayo de tipo sándwich floema fue crucial para nuestro estudio de las respuestas de escarabajos de corteza a los tratamientos acústicos. Estos descubrimientos, lo que sería imposible observar debajo de la corteza de un árbol, son contribuciones valiosas para el desarrollo de opciones de gestión para combatir los brotes de escarabajos de la corteza. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/50793/50793fig1highres.jpg" /> Figura 1. A) Herramientas necesarias para quitar la corteza de árbol. Los artículos 1 y 2 son hojas de dibujo que se utilizan para raspar corteza del árbol. Los artículos 3 (hacha) y 4 (sierra de tracción) son útiles para eliminar las ramasárea de afeitar cerca. B) El uso de la hoja de sorteo para quitar la corteza de árbol. Observe el color de la luz del floema por debajo de la corteza de color rojizo. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/50793/50793fig2highres.jpg" /> Figura 2. A) La eliminación de floema después corteza se raspó de árbol. B) floema fresca almacenada en bolsa sellada al vacío. C) sándwich floema con pinzas la celebración de las piezas de acrílico juntos y Parafilm alrededor de los bordes para evitar la contaminación y la desecación del floema. D ) agujero cerca del escarabajo de la corteza perforado en acrílico. E) El uso de microscopio para observar sándwich floema. pantalla F) Vídeo de escarabajos de la corteza en sándwich floema. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/50793/50793fig3highres.jpg" /> La Figura 3. <strong&gt; A) la adquisición de feromonas de escarabajos en sándwich floema. El aire se está tirando a través de tubos que contienen Super-Q absorbente. B) La grabación y reproducción de sonido a través de un transductor piezoeléctrico (centro de la foto) a los escarabajos de pino de montaña dentro de sándwich floema.

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Technique for Studying Arthropod and Microbial Communities within Tree Tissues

We provide a technique to preserve intact tree phloem and prepare it for observation. We create an apparatus called a phloem sandwich that allows for the introduction and observation of arthropods, microbes, and other organisms that inhabit phloem tissues.

Técnica para el estudio de los artrópodos y las comunidades microbianas dentro de los tejidos del árbol

Phloem tissues of pine are habitats for many thousands of organisms.  Arthropods and microbes use phloem and cambium tissues to seek mates, lay eggs, rear ...

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Research

JoVE Journal

Environment

10.3K vistas.  Northern Arizona University. We provide a technique to preserve intact tree phloem and prepare it for observation. We create an apparatus called a phloem sandwich that allows for the introduction and observation of arthropods, microbes, and other organisms that inhabit phloem tissues. 

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Waste Water Derived Electroactive Microbial Biofilms: Growth, Maintenance, and Basic Characterization

The growth of anodic electroactive microbial biofilms from waste water inocula in a fed-batch reactor is demonstrated using a three-electrode setup controlled by a potentiostat. Thereby the use of potentiostats allows an exact adjustment of the electrode potential and ensures reproducible microbial culturing conditions. During growth the current production is monitored using chronoamperometry (CA). Based on these data the maximum current density (jmax) and the coulombic efficiency (CE) are discussed as measures for characterization of the bioelectrocatalytic performance. Cyclic voltammetry (CV), a nondestructive, i.e. noninvasive, method, is used to study the extracellular electron transfer (EET) of electroactive bacteria. CV measurements are performed on anodic biofilm electrodes in the presence of the microbial substrate, i.e. turnover conditions, and in the absence of the substrate, i.e. nonturnover conditions, using different scan rates. Subsequently, data analysis is exemplified and fundamental thermodynamic parameters of the microbial EET are derived and explained: peak potential (Ep), peak current density (jp), formal potential (Ef) and peak separation (&#916;Ep). Additionally the limits of the method and the state-of the art data analysis are addressed. Thereby this video-article shall provide a guide for the basic experimental steps and the fundamental data analysis.

Chronoamperometric growth of anodic electroactive microbial biofilms in a fed-batch reactor using a three-electrode setup, controlled by a potentiostat, is demonstrated. The extracellular electron transfer is characterized using cyclic voltammetry in the presence of the electron donor and in the absence of the electron donor. Fundamental data analysis is demonstrated.

The growth of anodic electroactive microbial biofilms from waste water inocula in a fed-batch reactor is demonstrated using a three-electrode setup ...

Investigación

Medio ambiente

Methods for Facilitating Microbial Growth on Pulp Mill Waste Streams and Characterization of the Biodegradation Potential of Cultured Microbes

The kraft process is applied to wood chips for separation of lignin from the polysaccharides within lignocellulose for pulp that will produce a high quality paper. Black liquor is a pulping waste generated by the kraft process that has potential for downstream bioconversion. However, the recalcitrant nature of the lignocellulose resources, its chemical derivatives that constitute the majority of available organic carbon within black liquor, and its basic pH present challenges to microbial biodegradation of this waste material. Methods for the collection and modification of black liquor for microbial growth are aimed at utilization of this pulp waste to convert the lignin, organic acids, and polysaccharide degradation byproducts into valuable chemicals. The lignocellulose extraction techniques presented provide a reproducible method for preparation of lignocellulose growth substrates for understanding metabolic capacities of cultured microorganisms. Use of gas chromatography-mass spectrometry enables the identification and quantification of the fermentation products resulting from the growth of microorganisms on pulping waste. These methods when used together can facilitate the determination of the metabolic activity of microorganisms with potential to produce fermentation products that would provide greater value to the pulping system and reduce effluent waste, thereby increasing potential paper milling profits and offering additional uses for black liquor.

Industrial wastes can be collected and modified to analyze microbial growth. Lignocellulose extraction techniques provide components to analyze specific biodegradation ability. Gas chromatography-mass spectrometry identifies fermentation products of microorganisms grown on pulping waste. These methods determine the metabolic capacity of microorganisms to degrade pulping waste.

The kraft process is applied to wood chips for separation of lignin from the polysaccharides within lignocellulose for pulp that will produce a high ...

Transcript and Metabolite Profiling for the Evaluation of Tobacco Tree and Poplar as Feedstock for the Bio-based Industry

The global demand for food, feed, energy, and water poses extraordinary challenges for future generations. It is evident that robust platforms for the exploration of renewable resources are necessary to overcome these challenges. Within the multinational framework MultiBioPro we are developing biorefinery pipelines to maximize the use of plant biomass. More specifically, we use poplar and tobacco tree (Nicotiana glauca) as target crop species for improving saccharification, isoprenoid, long chain hydrocarbon contents, fiber quality, and suberin and lignin contents. The methods used to obtain these outputs include GC-MS, LC-MS and RNA sequencing platforms. The metabolite pipelines are well established tools to generate these types of data, but also have the limitations in that only well characterized metabolites can be used. The deep sequencing will allow us to include all transcripts present during the developmental stages of the tobacco tree leaf, but has to be mapped back to the sequence of Nicotiana tabacum. With these set-ups, we aim at a basic understanding for underlying processes and at establishing an industrial framework to exploit the outcomes. In a more long term perspective, we believe that data generated here will provide means for a sustainable biorefinery process using poplar and tobacco tree as raw material. To date the basal level of metabolites in the samples have been analyzed and the protocols utilized are provided in this article.

Plant biomass offers a renewable resource for multiple products, including fuel, feed, food, and a variety of materials. In this paper we investigate the properties of tobacco tree (Nicotiana glauca) and poplar as suitable sources for a biorefinery pipeline.

Transcripción y metabolito de perfiles para la Evaluación de árbol Tabaco y Poplar como materia prima para la industria basada en Bio

The global demand for food, feed, energy, and water poses extraordinary challenges for future generations. It is evident that robust platforms for the ...

A Technical Perspective in Modern Tree-ring Research - How to Overcome Dendroecological and Wood Anatomical Challenges

Dendroecological research uses information stored in tree rings to understand how single trees and even entire forest ecosystems responded to environmental changes and to finally reconstruct such changes. This is done by analyzing growth variations back in time and correlating various plant-specific parameters to (for example) temperature records. Integrating wood anatomical parameters in these analyses would strengthen reconstructions, even down to intra-annual resolution. We therefore present a protocol on how to sample, prepare, and analyze wooden specimen for common macroscopic analyses, but also for subsequent microscopic analyses. Furthermore we introduce a potential solution for analyzing digital images generated from common small and large specimens to support time-series analyses. The protocol presents the basic steps as they currently can be used. Beyond this, there is an ongoing need for the improvement of existing techniques, and development of new techniques, to record and quantify past and ongoing environmental processes. Traditional wood anatomical research needs to be expanded to include ecological information to this field of research. This would support dendro-scientists who intend to analyze new parameters and develop new methodologies to understand the short and long term effects of specific environmental factors on the anatomy of woody plants.

Here we present a protocol outlining how to sample wooden specimens for the overall assessment of their growth structures. Macro- and microscopic preparation and visualization techniques necessary to generate well-replicated and highly resolved wood anatomical and dendroecological dataset, are described are described.

Una Perspectiva Técnica en Modern Árbol-anillo de Investigación - Cómo superar dendroecológica y madera anatómicas Desafíos

Dendroecological research uses information stored in tree rings to understand how single trees and even entire forest ecosystems responded to ...

Watershed Planning within a Quantitative Scenario Analysis Framework

There is a critical need for tools and methodologies capable of managing aquatic systems within heavily impacted watersheds. Current efforts often fall short as a result of an inability to quantify and predict complex cumulative effects of current and future land use scenarios at relevant spatial scales. The goal of this manuscript is to provide methods for conducting a targeted watershed assessment that enables resource managers to produce landscape-based cumulative effects models for use within a scenario analysis management framework. Sites are first selected for inclusion within the watershed assessment by identifying sites that fall along independent gradients and combinations of known stressors. Field and laboratory techniques are then used to obtain data on the physical, chemical, and biological effects of multiple land use activities. Multiple linear regression analysis is then used to produce landscape-based cumulative effects models for predicting aquatic conditions. Lastly, methods for incorporating cumulative effects models within a scenario analysis framework for guiding management and regulatory decisions (e.g., permitting and mitigation) within actively developing watersheds are discussed and demonstrated for 2 sub-watersheds within the mountaintop mining region of central Appalachia. The watershed assessment and management approach provided herein enables resource managers to facilitate economic and development activity while protecting aquatic resources and producing opportunity for net ecological benefits through targeted remediation.

There is a critical need for tools and methodologies capable of managing aquatic systems in the face of uncertain future conditions. We provide methods for conducting a targeted watershed assessment that enables resource managers to produce landscape-based cumulative effects models for use within a scenario analysis management framework.

Planificación de cuencas dentro de un marco de análisis cuantitativo Escenario

There is a critical need for tools and methodologies capable of managing aquatic systems within heavily impacted watersheds. Current efforts often fall ...

Isolation and Analysis of Microbial Communities in Soil, Rhizosphere, and Roots in Perennial Grass Experiments

Plant and soil microbiome studies are becoming increasingly important for understanding the roles microorganisms play in agricultural productivity. The purpose of this manuscript is to provide detail on how to rapidly sample soil, rhizosphere, and endosphere of replicated field trials and analyze changes that may occur in the microbial communities due to sample type, treatment, and plant genotype. The experiment used to demonstrate these methods consists of replicated field plots containing two, pure, warm-season grasses (Panicum virgatum and Andropogon gerardii) and a low-diversity grass mixture (A. gerardii, Sorghastrum nutans, and Bouteloua curtipendula). Briefly, plants are excavated, a variety of roots are cut and placed in phosphate buffer, and then shaken to collect the rhizosphere. Roots are brought to the laboratory on ice and surface sterilized with bleach and ethanol (EtOH). The rhizosphere is filtered and concentrated by centrifugation. Excavated soil from around the root ball is placed into plastic bags and brought to the lab where a small amount of soil is taken for DNA extractions. DNA is extracted from roots, soil, and rhizosphere and then amplified with primers for the V4 region of the 16S rRNA gene. Amplicons are sequenced, then analyzed with open access bioinformatics tools. These methods allow researchers to test how the microbial community diversity and composition varies due to sample type, treatment, and plant genotype. Using these methods along with statistical models, the representative results demonstrate there are significant differences in microbial communities of roots, rhizosphere, and soil. Methods presented here provide a complete set of steps for how to collect field samples, isolate, extract, quantify, amplify, and sequence DNA, and analyze microbial community diversity and composition in replicated field trials.

Excavation of plant roots from the field as well as processing of samples into endosphere, rhizosphere, and soil are described in detail, including DNA extraction and data analysis methods. This paper is designed to enable other laboratories to use these techniques for the study of soil, endosphere, and rhizosphere microbiomes.

Aislamiento y análisis de comunidades microbianas en el suelo, rizosfera y raíces en los experimentos de pastos perennes

Plant and soil microbiome studies are becoming increasingly important for understanding the roles microorganisms play in agricultural productivity. The ...

Assessing the Particulate Matter Removal Abilities of Tree Leaves

Based on the conventional cleaning methods (water cleaning (WC) + brush cleaning (BC)), this study evaluated the influence of ultrasonic cleaning (UC) on collecting various sized particulate matter (PM) retained on leaf surfaces. We further characterized the retention efficiency of leaves to various sized PM, which will help to assess the abilities of urban trees to remove PM from ambient air quantitatively. 
Taking three broadleaf tree species (Ginkgo biloba, Sophora japonica, and Salix babylonica) and two needleleaf tree species (Pinus tabuliformis and Sabina chinensis) as the research objects, leaf samples were collected 4 days (short PM retention period) and 14 days (long PM retention period) after the latest rainfall. PM retained on the leaf surfaces was collected by means of WC, BC, and UC in sequence. Then, retention efficiencies of leaves (AEleaf) to three types of the various sized PM, including easily removable PM (ERP), difficult-to-remove PM (DRP), and totally removable PM (TRP), were calculated. Only around 23%-45% of the total PM retained on leaves could be cleaned off and collected by WC. When the leaves were cleaned through WC+BC, the underestimation of the PM retention capacity of different tree species was in the range of 29%-46% for various sized PM. Almost all PM retained on leaves could be removed if UC was supplemented to WC+BC. 
In conclusion, if the UC was complemented after the conventional cleaning methods, more PM on leaf surfaces could be eluted and collected. The procedure developed in this study can be used for assessing the PM removal abilities of different tree species.

The ultrasonic cleaning method was applied to elute the particulate matter (PM) retained on leaf surfaces after PM was eluted by the conventional cleaning methods (water cleaning only or water cleaning plus brush cleaning). The methodology can help to improve the estimation accuracy for PM retention capacity of leaves.

Evaluación de las capacidades de eliminación de materia particulada de árbol hojas

Based on the conventional cleaning methods (water cleaning (WC) + brush cleaning (BC)), this study evaluated the influence of ultrasonic cleaning (UC) on ...

Characterizing Microbiome Dynamics &#8211; Flow Cytometry Based Workflows from Pure Cultures to Natural Communities

The investigation of pure cultures and monitoring of microbial community dynamics is vital to understand and control natural ecosystems and technical applications driven by microorganisms. Next generation sequencing methods are widely utilized to resolve microbiomes, but they are generally resource and time intensive and deliver mostly qualitative information. Flow cytometric microbiome analysis does not suffer from those disadvantages and can provide relative subcommunity abundances and absolute cell numbers at-line. Although it does not deliver direct phylogenetic information, it can enhance the analysis depth and resolution of sequencing approaches. In sharp contrast to medical applications in both research and routine settings, flow cytometry is still not widely used for microbiome analysis. Missing information on sample preparation and data analysis pipelines may create an entry barrier for the researchers facing microbiome analysis challenges that would often be textbook flow cytometry applications. Here, we present three comprehensive workflows for pure cultures, complex communities in clear medium and complex communities in challenging matrices, respectively. We describe individual sampling and fixation procedures and optimized staining protocols for the respective sample sets. We elaborate the cytometric analysis with a complex research centered and an application focused bench top device, describe the cell sorting procedure and suggest data analysis packages. We furthermore propose important experimental controls and apply the presented workflows to the respective sample sets.

Characterizing Microbiome Dynamics &amp;#8211; Flow Cytometry Based Workflows from Pure Cultures to Natural Communities

Flow cytometric analysis has proven valuable for investigating pure cultures and monitoring microbial community dynamics. We present three comprehensive workflows, from sampling to data analysis, for pure cultures and complex communities in clear medium as well as in challenging matrices, respectively.

Caracterización dinámica de microbioma-citometría de flujo basado en flujos de trabajo de cultivos puros de las comunidades naturales

The investigation of pure cultures and monitoring of microbial community dynamics is vital to understand and control natural ecosystems and technical ...

Automated 3D Optical Coherence Tomography to Elucidate Biofilm Morphogenesis Over Large Spatial Scales

Biofilms are a most successful microbial lifestyle and prevail in a multitude of environmental and engineered settings. Understanding biofilm morphogenesis, that is the structural diversification of biofilms during community assembly, represents a remarkable challenge across spatial and temporal scales. Here, we present an automated biofilm imaging system based on optical coherence tomography (OCT). OCT is an emerging imaging technique in biofilm research. However, the amount of data that currently can be acquired and processed hampers the statistical inference of large scale patterns in biofilm morphology. The automated OCT imaging system allows covering large spatial and extended temporal scales of biofilm growth. It combines a commercially available OCT system with a robotic positioning platform and a suite of software solutions to control the positioning of the OCT scanning probe, as well as the acquisition and processing of 3D biofilm imaging datasets. This setup allows the in situ and non-invasive automated&#160;monitoring of biofilm development and may be further developed to couple OCT imaging with macrophotography and microsensor profiling.

Microbial biofilms form complex architectures at interphases and develop into highly scale-dependent spatial patterns. Here, we introduce an experimental system (hard- and software) for the automated acquisition of 3D optical coherence tomography (OCT) datasets. This toolset allows the non-invasive and multi-scale characterization of biofilm morphogenesis in space and time.

Tomografía de coherencia óptica 3D automatizada para dilucidar la morfogénesis de Biofilm a grandes escalas espaciales

Biofilms are a most successful microbial lifestyle and prevail in a multitude of environmental and engineered settings. Understanding biofilm ...

Using Caenorhabditis elegans for Studying Trans- and Multi-Generational Effects of Toxicants

Information about toxicities of chemicals are essential in their application and waste management. For chemicals at low concentrations, the long-term effects are very important in judging their consequences in the environment and on human health. In demonstrating long-term influences, effects of chemicals over generations in recent studies provide new insight. Here, we describe protocols for studying effects of chemicals over multiple generations using free-living nematode Caenorhabditis elegans. Two aspects are presented: (1) trans-generational (TG) and (2) multi-generational effect studies, the latter of which is separated to multi-generational exposure (MGE) and multi-generational residual (MGR) effect studies. The TG effect study is robust with a simple purpose to determine whether chemical exposure to parents can result in any residual consequences on offspring. After the effects are measured on parents, sodium hypochlorite solutions are used to kill the parents and keep the offspring so as to facilitate effect measurement on the offspring. The TG effect study is used to determine whether the offspring are affected when their parent is exposed to the pollutants. The MGE and MGR effect study is systematical used to determine whether continuous generational exposure can result in adaptive responses in offspring over generations. Careful pick-up and transfer are used to distinguish generations to facilitate effect measurement on each generation. We also combined protocols to measure locomotion behavior, reproduction, lifespan, biochemical and gene expression changes. Some example experiments are also presented to illustrate the trans- and multi-generational effect studies.

Using Caenorhabditis elegans for Studying Trans- and Multi-Generational Effects of Toxicants

Trans- and multi-generational effects of persistent chemicals are essential in judging their long-term consequences in the environment and on the human health. We provide novel detailed methods for studying trans- and multi-generational effects using free-living nematode Caenorhabditis elegans.

Uso de Caenorhabditis elegans para el estudio de los efectos trans y multigeneracionales de los tóxicos

Information about toxicities of chemicals are essential in their application and waste management. For chemicals at low concentrations, the long-term ...