מחקר זה מומן על ידי קרנות המחקר הבסיסיות לאוניברסיטאות המרכזיות, מענק מספר 2019GJZL04. אנו מודים לפרופסור וישנג זנג באקדמיה למלאי ותכנון יערות, מינהל היערנות הלאומי וארץ העשב, סין על מתן גישה לנתונים.

1. הכנת נתונים
<ol><li>הכינו נתוני מידול, הכוללים מידע על עץ יחיד (מינים וקוטר בגובה השד בגובה 1.3 מ') ומידע עלילה (שיפוע, היבט וגובה). במחקר זה, הנתונים התקבלו מן 8 (2009) ו 9 (2014) מלאי היער הלאומי הסיני במחוז שינג'יאנג, צפון מערב סין, הכולל 21,898 תצפיות של 779 חלקות מדגם. חלקות מדגם אלה הן בצורת ריבוע עם גודל של 1 Mu (יחידה סינית של שטח שווה ערך 0.067 חה) ומסודרים באופן שיטתי על רשת של 4 ק"מ x 8 ק"מ. הערה: תוספת נתונים עבור מידול (אזור בסיסי) דורשת לפחות תקופת גידול אחת (כלומר, שתי תצפיות).</li>
	<li>חלק את הנתונים באופן אקראי לשתי ערכות נתונים, כאשר 80% מהנתונים מהחלקות לדוגמה המשמשות להתאמת מודל (ערכת נתונים של פיתוח מודל), המורכבת מ- 17,145 תצפיות מ- 623 חלקות מדגם ו- 20% עבור אימות מודל (ערכת נתונים של אימות מודל) המורכבת מ- 4,753 תצפיות מ- 156 התוויות לדוגמה. סטטיסטיקה תיאורית עבור משתני המפתח בהם נעשה שימוש מסופקת בטבלה 1. הערה: ניתן להשמיט שלב זה של הליך הדוגמנות, וכל הנתונים משמשים לפיתוח מודלים.</li>
</ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td rowspan="2">משתנים</td>
			<td colspan="4">התאמת נתונים</td>
			<td></td>
			<td colspan="4">נתוני אימות</td>
		</tr>
<tr>
<td>דקות</td>
			<td>מקס</td>
			<td>מתכוון</td>
			<td>ס.ד.</td>
			<td></td>
			<td>דקות</td>
			<td>מקס</td>
			<td>מתכוון</td>
			<td>ס.ד.</td>
		</tr>
<tr>
<td>DBH1 (ס"מ)</td>
			<td>5</td>
			<td>124.8</td>
			<td>19.9</td>
			<td>13.2</td>
			<td></td>
			<td>5</td>
			<td>101.5</td>
			<td>19.5</td>
			<td>13.4</td>
		</tr>
<tr>
<td>QMD (ס"מ)</td>
			<td>6.7</td>
			<td>82.3</td>
			<td>22.5</td>
			<td>8.5</td>
			<td></td>
			<td>9.2</td>
			<td>73.3</td>
			<td>21.8</td>
			<td>9.2</td>
		</tr>
<tr>
<td>מזהה (ס"מ)</td>
			<td>0.1</td>
			<td>14.4</td>
			<td>1.1</td>
			<td>1</td>
			<td></td>
			<td>0.1</td>
			<td>16.9</td>
			<td>1</td>
			<td>1.1</td>
		</tr>
<tr>
<td>BAL (m3)</td>
			<td>0</td>
			<td>5.2</td>
			<td>1.7</td>
			<td>0.9</td>
			<td></td>
			<td>0</td>
			<td>5.4</td>
			<td>1.7</td>
			<td>1</td>
		</tr>
<tr>
<td>NT (עצים/חה)</td>
			<td>14.9</td>
			<td>3642</td>
			<td>1072</td>
			<td>673.7</td>
			<td></td>
			<td>14.9</td>
			<td>3418</td>
			<td>1205</td>
			<td>829.3</td>
		</tr>
<tr>
<td>תואר ראשון (מ'2/חה)</td>
			<td>0.1</td>
			<td>77.5</td>
			<td>34.2</td>
			<td>13.9</td>
			<td></td>
			<td>0.1</td>
			<td>80.6</td>
			<td>34.5</td>
			<td>15.3</td>
		</tr>
<tr>
<td>אל (ז)</td>
			<td>2</td>
			<td>3302</td>
			<td>2189</td>
			<td>340.3</td>
			<td></td>
			<td>1441</td>
			<td>3380</td>
			<td>2256</td>
			<td>308.3</td>
		</tr>
</tbody></table>שולחן 1. סטטיסטיקת סיכום עבור נתוני התאמה ואימות. DBH1: קוטר ראשוני בגובה השד ב 1.3 מטר (DBH), DBH2: DBH נמדד לאחר 5 שנים של צמיחה, QMD: קוטר ממוצע ריבועי, מזהה: תוספת קוטר במשך 5 שנים (DBH2 – DBH 1 ), BAL: השטח הבסיסי שלעציםגדולים יותר מעץ הנושא (עץ הנושא: העץ שחושב מדדי התחרות), NT: מספר העצים לדונם, BA: אזור בסיסי לדונם, EL: גובה, SD: סטיית תקן.
2. פיתוח מודל בסיסי
<ol><li>עיין בהפניות לזיהוי משתנים המשפיעים על מרווחי שטח בסיסיים של עץ בודד.</li>
	<li>בחר וחישב משתנים בהתבסס על הנתונים. בדרך כלל, תוספת השטח הבסיסית של העץ הבודד מושפעת משלוש קבוצות של משתנים: גודל עץ, תחרות ומצב אתר27,28,29,30.<ol>
<li>שקול אפקטים בגודלעץכגון DBH 1 , ריבוע של DBH1 ( <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq11.jpg"> ), הטרנספורמציה ההופכית של DBH1 (1/DBH1), ואת הלוגריתם המשותף של DBH1 (logDBH1) או שילובים שלהם.</li>
		<li>שקול השפעות תחרותיות כגון מדדי תחרות חד-צדדיים ושני צדדיים כדי לכמת באופן מקיף יותר את רמת התחרות שחווה עץ, כמו גם את מעמדו החברתי בתוך הדוכן. תחרות חד-צדדית כוללת את BAL ואת מדד הצפיפות היחסית (RD=DBH1/QMD); תחרות דו-צדדית כוללת את NT ו- BA. הערה: יש לקחת בחשבון את מדדי התחרות התלויים במרחק אם הנתונים זמינים.</li>
		<li>שקול אפקטי אתר כגון היבט (ASP), שיפוע (SL) ו EL. SL ו ASP יש לכלול באמצעות טרנספורמציה של שלב31.</li>
	</ol>
</li>
	<li>בחר יומן רישום( <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq12.jpg"> - <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq11.jpg"> +1) ( <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq12.jpg"> מציין ריבוע של DBH2) כמשתנה התלוי.</li>
	<li>פתח את המודל הבסיסי בשיטת הרגרסיה החורגת. ודא שהמודל סביר מבחינה ביולוגית ומציג הבדלים משמעותיים בין משתנים בלתי תלויים. השתמש בגורם האינפלציה של השונות (VIF) כדי לבדוק אם יש רב-קולינריות.</li>
	<li>השאר את המשתנים הבלתי תלויים עם p < 0.05 ו- VIF < 5 במודל הבסיסי.</li>
	<li>הפק פלט של תוצאות המודל הבסיסי ושל שאריות ההתוויה. המודל הבסיסי המיוצר כאן משמש בסיס להמשך פיתוח מודל אפקטים מעורבים.</li>
</ol>3. פיתוח מודל אפקטים מעורבים ליניארי עם החבילה "nlme" בתוכנת R
<ol><li>קרא את ערכת הנתונים של פיתוח המודל וטען את החבילה "nlme". >model.development.dataset=קריאה.csv("E:/DATA/JoVE/מידול.csv", כותרת=TRUE) >ספריה(nlme)</li>
	<li>בחר התוויות לדוגמה כאפקטים אקראיים כדי לפתח את מודל האפקטים המעורבים.</li>
	<li>התאם את כל השילובים האפשריים של אפקטים אקראיים לשיטת הסבירות המרבית (ML) ופלט את התוצאות. >דגם<-lme(Y~1/DBH1+BAL+NT+EL,נתונים=model.development.dataset, שיטה="ML", אקראי =~1| עלילה) >סיכום(דגם) 
	<ol>
<li>הגדר אקראי =~1 הוא היירוט לפרמטרים אקראיים. שנה את ההצהרות האקראיות עד שכל השילובים יתאימו. לדוגמה, כדי להגדיר 1/DBH1 ו- BAL כפרמטרים אקראיים, הקוד הוא כדלקמן: אקראי =~1/DBH1+BAL-1. בנוסף, בתהליך ההתאמה, הקודים עשויים לדווח על שגיאות עקב אי-שיתוף של הדגם המותאם.</li>
	</ol></li>
	<li>בחר את המודל הטוב ביותר לפי קריטריון המידע של Akaike (AIC), קריטריון המידע הבייסיאני (BIC), הסבירות לוגריתם (Loglik) ומבחן יחס הסבירות (LRT). >אנובה(דגם.1, דגם.6) >אנובה(דגם.6, דגם.23) >אנובה(דגם.23, דגם.30)</li>
	<li>קבע את המבנה של Ri. טפל בהטרוסקסטיות ובעיצוב האוטומטי של Ri32. Ri כתוב כדלקמן: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq1.jpg">(1) כאשר σ 2 הוא גורם קנהמידה לא ידוע השווה לשונות שיורית המודל, Gi היא מטריצה אלכסונית המתארת הטרוסקסטיות, ו- Γi היא מטריצה המתארת תיעול אוטומטי.<ol>
<li>שימו לב אם לשיורי ההטרוסקסואליות יש הטרוסקסואליות מהחלקה השיורית. אם קיימת הטרוסקסואליות (לשיורי תבנית או מגמה ברורה), הצג שלוש פונקציות שונות הנמצאות בשימוש תכוף - פונקציית כוח החיבור הקבועה, פונקציית העוצמה והפונקציה המעריכית - כדי ליצור מודל של מבנה השונות של השגיאות. >דגם.30.1<-lme(Y ~ 1 / DBH1+ BAL + NT + EL,data=model.development.dataset, שיטה="ML",אקראי=~ 1/DBH1+BAL+NT| מגרש משקולות=varConstPower(טופס=~ מותאם(.))) >סיכום(דגם.30.1) >דגם.30.2<-lme(Y ~ 1 / DBH1+ BAL + NT + EL,data=model.development.dataset, שיטה="ML",אקראי=~ 1/DBH1+BAL+NT| מגרש משקולות=varPower(טופס=~ מותאם(.))) >סיכום(דגם.30.2) >דגם.30.3<-lme(Y ~1/DBH1+BAL+NT+EL,data=model.development.dataset, שיטה="ML",אקראי=~1/DBH1+BAL+NT| מגרש משקולות=varExp(טופס=~ מותאם(.))) >סיכום(דגם.30.3)
</li>
		<li>קבע את פונקציית השונות הטובה ביותר עבור המודל בהתאם ל- AIC, BIC, Loglik ו- LRT. >anova(דגם.30, דגם.30.1) >אנובה(דגם.30, דגם.30.2) >אנובה(דגם.30, דגם.30.3)
</li>
		<li>הצג שלושה מבני תיקון אוטומטי נפוצים - מבנה הסימטריה המורכב (CS), מבנה תוקפנות אוטומטית מסדר ראשון [AR(1)], ושילוב של מבנים ממוצעים רגרסיביים ומרגשים מסדר ראשון [ARMA(1,1)]- כדי להסביר את התיקון האוטומטי. >דגם.30.3.1<-lme(Y~ 1/DBH1+BAL+NT+EL,נתונים=model.development.dataset, שיטה="ML", אקראי=~1/DBH1+BAL+NT| עלילה, משקולות=varExp(טופס=~מותאם(.)), corr= corCompSymm()) >סיכום(דגם.30.3.1) >דגם.30.3.2<-lme(Y~1/DBH1+BAL+NT+EL,data=model.development.dataset, שיטה="ML", אקראי=~1/DBH1+BAL+NT| עלילה,משקולות=varExp(טופס=~ מותאם(.)), corr=corAR1()) >סיכום(דגם.30.3.2) >דגם.30.3.3<-lme(Y~1/DBH1+BAL+NT+EL,data=model.development.dataset, שיטה="ML", אקראי=~1/DBH1+BAL+NT| עלילה,משקולות=varExp(טופס=~ מותאם(.)), corr=corARMA(q=1,p=1)) >סיכום(דגם.30.3.3)
</li>
		<li>קבע את מבנה התיקון האוטומטי הטוב ביותר בהתאם ל- AIC, BIC, Loglik ו- LRT. >אנובה(דגם.30.3, דגם.30.3.2) הערה: לא ניתן להגדיר את ה- Gi ו- Γi אם אין הטרוסקסואליות ותיקון אוטומטי.</li>
		<li>הפק פלט של התוצאות הסופיות של מודל האפקטים המעורבים באמצעות שיטת הסבירות המרבית המוגבלת (REML). >מעורב.מודל<-lme(Y ~ 1 / DBH1+ BAL + NT + EL, נתונים = model.development.dataset, שיטה ="REML",אקראי =~ 1 /DBH1+BAL+NT| מגרש משקולות=varExp(טופס=~ מותאם(.)), corr=corAR1()) >סיכום(מעורב.דגם)
</li>
	</ol></li>
</ol>4. תיקון הטיה
<ol><li>שנה את הערכים החזויים של תוספת שטח הבסיס באמצעות המודל הסופי בקנה מידה לוגריתמי לקנה המידה המקורי. עם זאת, שינוי צורה ליניארי כזה של ערך חזוי ממודל שעבר המרת יומן רישום יוצר הטיה משויכת של המרת יומן רישום. כדי להתמודד עם הטיית יומן הרישום, נגזר גורם תיקון ושולב במשוואת החיזוי, המעריכה את ההפרש בפועל של שטח הבסיס החזוי עבור עץ נתון [משוואה (2)]: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq2.jpg">(2) כאשר <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq13.jpg"> הערך הלוגריתמי החזוי של שטח הבסיס גדל מהמודל, בעוד <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq14.jpg"> שהערך המומר החזוי של אזור הבסיס גדל σ במשך 5 שנים לאחר תיקון עבור הטיית טרנספורמציה של <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq15.jpg"> יומן.</li>
	<li>המר תוספת שטח בסיס ( <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq14.jpg"> ) למרווח הקוטר.</li>
</ol>5. חיזוי והערכה של מודלים
<ol><li>הכן את ערכת הנתונים של אימות המודל שהופקה בסעיף 1.2 לחיזוי.</li>
	<li>השתמש במודל האפקטים המעורבים הליניאריים כדי לחזות תוספת קבועה של אזור בסיס של עץ בודד. הרכיבים האקראיים חושבו באמצעות מנבא הליניארי הבלתי משוחד הבא: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq3.jpg">(3) כאשר <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq16.jpg"> היא וקטור לרכיבים האקראיים; <img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq17.jpg"> היא מטריצת השונות-covariance עבור שונות בין התוויות; <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq18.jpg"> היא מטריצת העיצוב של הרכיבים האקראיים הפועלים בתצפיות המשלימות; היא <img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq19.jpg"> הווקטור השיורי שמרכיביו ניתנים על ידי ההבדל בין מרווחי אזור הבסיס לבין הגדלים החזויים באמצעות מודל האפקטים הקבועים.</li>
	<li>להעריך ולהשוות את יכולת החיזוי של המודל הבסיסי ואת מודל ההשפעות המעורבות הליניאריות באמצעות שלושת האינדיקטורים הסטטיסטיים הבאים23,33. <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq4.jpg">(4) <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq5.jpg">(5) <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq6.jpg">(6) כאשר obji הוא תוספת אזור הבסיס, esti הוא במרווחי אזור הבסיס החזויים, <img alt="Equation 20" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq20.jpg"> הוא ממוצע התצפיות, ו- N הוא מספר התצפיות.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Meng, J., Lu, Y., Ji, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transformation+of+a+Degraded+Pinus+massoniana+Plantation+into+a+Mixed-Species+Irregular+Forest:+Impacts+on+Stand+Structure+and+Growth+in+Southern+China.">Transformation of a Degraded Pinus massoniana Plantation into a Mixed-Species Irregular Forest: Impacts on Stand Structure and Growth in Southern China.</a> Forests. 5 (12), 3199-3221 (2014).</li><li>Sharma, A., Bohn, K., Jose, S., Cropper, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Converting+even-aged+plantations+to+uneven-aged+stand+conditions:+A+simulation+analysis+of+silvicultural+regimes+with+slash+pine+(Pinus+elliottii+Engelm).">Converting even-aged plantations to uneven-aged stand conditions: A simulation analysis of silvicultural regimes with slash pine (Pinus elliottii Engelm).</a> Forest Science. 60 (5), 893-906 (2014).</li><li>Zhu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feasibility+of+implementing+thinning+in+even-aged+Larix+olgensis+plantations+to+develop+uneven-aged+larch&#8211;broadleaved+mixed+forests.">Feasibility of implementing thinning in even-aged Larix olgensis plantations to develop uneven-aged larch&#8211;broadleaved mixed forests.</a> Journal of Forest Research. 15 (1), 71-80 (2010).</li><li>Leites, L. P., Robinson, A. P., Crookston, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accuracy+and+equivalence+testing+of+crown+ratio+models+and+assessment+of+their+impact+on+diameter+growth+and+basal+area+increment+predictions+of+two+variants+of+the+Forest+Vegetation+Simulator.">Accuracy and equivalence testing of crown ratio models and assessment of their impact on diameter growth and basal area increment predictions of two variants of the Forest Vegetation Simulator.</a> Canadian Journal of Forest Research. 39 (3), 655-665 (2009).</li><li>Pretzsch, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Forest Dynamics, Growth and Yield. , (2009).</li><li>Weiskittel, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forest+growth+and+yield+modeling.">Forest growth and yield modeling.</a> Forest Growth &amp; Yield Modeling. 7 (2), 223-233 (2002).</li><li>Burkhart, H. E., Tom&#233;, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Modeling Forest Trees and Stands. , (2012).</li><li>Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chinese+Academy+Of+Forestry.+A+linkage+among+whole-stand+model,+individual-tree+model+and+diameter-distribution+model.">Chinese Academy Of Forestry. A linkage among whole-stand model, individual-tree model and diameter-distribution model.</a> Journal of Forest Science. 56 (56), 600-608 (2010).</li><li>Peng, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+yield+models+for+uneven-aged+stands:+past,+present+and+future.">Growth and yield models for uneven-aged stands: past, present and future.</a> Forest Ecology &amp; Management. 132 (2), 259-279 (2000).</li><li>Lhotka, J. M., Loewenstein, E. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+individual-tree+diameter+growth+model+for+managed+uneven-aged+oak-shortleaf+pine+stands+in+the+Ozark+Highlands+of+Missouri,+USA.">An individual-tree diameter growth model for managed uneven-aged oak-shortleaf pine stands in the Ozark Highlands of Missouri, USA.</a> Forest Ecology &amp; Management. 261 (3), 770-778 (2011).</li><li>Port&#233;, A., Bartelink, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+mixed+forest+growth:+a+review+of+models+for+forest+management.">Modelling mixed forest growth: a review of models for forest management.</a> Ecological Modelling. 150 (1), 141-188 (2002).</li><li>Moses, L. E., Gale, L. C., Altmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+analysis+of+unbalanced,+longitudinal,+growth+data.">Methods for analysis of unbalanced, longitudinal, growth data.</a> American Journal of Primatology. 28 (1), 49-59 (2010).</li><li>Biging, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+Estimates+of+Site+Index+Curves+Using+a+Varying-Parameter+Model.">Improved Estimates of Site Index Curves Using a Varying-Parameter Model.</a> Forest Science. 31 (31), 248-259 (1985).</li><li>Kowalchuk, R. K., Keselman, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mixed-model+pairwise+multiple+comparisons+of+repeated+measures+means.">Mixed-model pairwise multiple comparisons of repeated measures means.</a> Psychological Methods. 6 (3), 282-296 (2001).</li><li>Hayes, A. F., Cai, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+heteroskedasticity-consistent+standard+error+estimators+in+OLS+regression:+An+introduction+and+software+implementation.">Using heteroskedasticity-consistent standard error estimators in OLS regression: An introduction and software implementation.</a> Behavior Research Methods. 39 (4), 709-722 (2007).</li><li>Gutzwiller, K. J., Riffell, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Using Statistical Models to Study Temporal Dynamics of Animal-Landscape Relations. , (2007).</li><li>Calama, R., Montero, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Multilevel linear mixed model for tree diameter increment in stone pine (Pinus pinea): a calibrating approach. 39, (2005).</li><li>Vonesh, E. F., Chinchilli, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linear+and+nonlinear+models+for+the+analysis+of+repeated+measurements.">Linear and nonlinear models for the analysis of repeated measurements.</a> Journal of Biopharmaceutical Statistics. 18 (4), 595-610 (1996).</li><li>Zobel, J. M., Ek, A. R., Burk, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+Forest+Inventory+and+Analysis+surveys,+basal+area+models,+and+fitting+methods+for+the+aspen+forest+type+in+Minnesota.">Comparison of Forest Inventory and Analysis surveys, basal area models, and fitting methods for the aspen forest type in Minnesota.</a> Forest Ecology &amp; Management. 262 (2), 188-194 (2011).</li><li>Sharma, M., Parton, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Height-diameter+equations+for+boreal+tree+species+in+Ontario+using+a+mixed-effects+modeling+approach.">Height-diameter equations for boreal tree species in Ontario using a mixed-effects modeling approach.</a> Forest Ecology &amp; Management. 249 (3), 187-198 (2007).</li><li>Crecente-Campo, F., Tom&#233;, M., Soares, P., Di&#233;guez-Aranda, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+generalized+nonlinear+mixed-effects+height&#8211;diameter+model+for+Eucalyptus+globulus+L.+in+northwestern+Spain.">A generalized nonlinear mixed-effects height&#8211;diameter model for Eucalyptus globulus L. in northwestern Spain.</a> Forest Ecology &amp; Management. 259 (5), 943-952 (2010).</li><li>Fu, L., Sharma, R. P., Hao, K., Tang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+generalized+interregional+nonlinear+mixed-effects+crown+width+model+for+Prince+Rupprecht+larch+in+northern+China.">A generalized interregional nonlinear mixed-effects crown width model for Prince Rupprecht larch in northern China.</a> Forest Ecology &amp; Management. 389 (2017), 364-373 (2017).</li><li>Hao, X., Yujun, S., Xinjie, W., Jin, W., Yao, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linear+mixed-effects+models+to+describe+individual+tree+crown+width+for+China-fir+in+Fujian+Province,+southeast+China.">Linear mixed-effects models to describe individual tree crown width for China-fir in Fujian Province, southeast China.</a> Plos One. 10 (4), 0122257 (2015).</li><li>Vanderschaaf, C. L., Burkhart, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparing+methods+to+estimate+Reineke's+Maximum+Size-Density+Relationship+species+boundary+line+slope.">Comparing methods to estimate Reineke's Maximum Size-Density Relationship species boundary line slope.</a> Forest Science. 53 (3), 435-442 (2007).</li><li>Zhang, L., Bi, H., Gove, J. H., Heath, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+alternative+methods+for+estimating+the+self-thinning+boundary+line.">A comparison of alternative methods for estimating the self-thinning boundary line.</a> Canadian Journal of Forest Research. 35 (6), 1507-1514 (2005).</li><li>Hart, D. R., Chute, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimating+von+Bertalanffy+growth+parameters+from+growth+increment+data+using+a+linear+mixed-effects+model,+with+an+application+to+the+sea+scallop+Placopecten+magellanicus.">Estimating von Bertalanffy growth parameters from growth increment data using a linear mixed-effects model, with an application to the sea scallop Placopecten magellanicus.</a> Ices Journal of Marine Science. 66 (9), 2165-2175 (2009).</li><li>Uzoh, F. C. C., Oliver, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Individual+tree+diameter+increment+model+for+managed+even-aged+stands+of+ponderosa+pine+throughout+the+western+United+States+using+a+multilevel+linear+mixed+effects+model.">Individual tree diameter increment model for managed even-aged stands of ponderosa pine throughout the western United States using a multilevel linear mixed effects model.</a> Forest Ecology &amp; Management. 256 (3), 438-445 (2008).</li><li>Cond&#233;s, S., Sterba, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparing+an+individual+tree+growth+model+for+Pinus+halepensis+Mill.+in+the+Spanish+region+of+Murcia+with+yield+tables+gained+from+the+same+area.">Comparing an individual tree growth model for Pinus halepensis Mill. in the Spanish region of Murcia with yield tables gained from the same area.</a> European Journal of Forest Research. 127 (3), 253-261 (2008).</li><li>Pokharel, B., Dech, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mixed-effects+basal+area+increment+models+for+tree+species+in+the+boreal+forest+of+Ontario,+Canada+using+an+ecological+land+classification+approach+to+incorporate+site+effects.">Mixed-effects basal area increment models for tree species in the boreal forest of Ontario, Canada using an ecological land classification approach to incorporate site effects.</a> Forestry. 85 (2), 255-270 (2012).</li><li>Wykoff, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+basal+area+increment+model+for+individual+conifers+in+the+northern+Rocky+Mountains.">A basal area increment model for individual conifers in the northern Rocky Mountains.</a> Forest Science. 36 (4), 1077-1104 (1990).</li><li>Stage, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Notes:+An+Expression+for+the+Effect+of+Aspect,+Slope,+and+Habitat+Type+on+Tree+Growth.">Notes: An Expression for the Effect of Aspect, Slope, and Habitat Type on Tree Growth.</a> Forest Science. 22 (4), 457-460 (1976).</li><li>Gregorie, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generalized+Error+Structure+for+Forestry+Yield+Models.">Generalized Error Structure for Forestry Yield Models.</a> Forest Science. 33 (2), 423-444 (1987).</li><li>Zhao, L., Li, C., Tang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Individual-tree+diameter+growth+model+for+fir+plantations+based+on+multi-level+linear+mixed+effects+models+across+southeast+China.">Individual-tree diameter growth model for fir plantations based on multi-level linear mixed effects models across southeast China.</a> Journal of Forest Research. 18 (4), 305-315 (2013).</li><li>Hall, D. B., Bailey, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+and+Prediction+of+Forest+Growth+Variables+Based+on+Multilevel+Nonlinear+Mixed+Models.">Modeling and Prediction of Forest Growth Variables Based on Multilevel Nonlinear Mixed Models.</a> Forest Science. 47 (3), 311-321 (2001).</li><li>Yang, Y., Huang, S., Meng, S. X., Trincado, G., Vanderschaaf, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multilevel+individual+tree+basal+area+increment+model+for+aspen+in+boreal+mixedwood+stands+:+Journal+canadien+de+la+recherche+forestie&#768;re.">A multilevel individual tree basal area increment model for aspen in boreal mixedwood stands : Journal canadien de la recherche forestie&#768;re.</a> Revue Canadienne De Recherche Foresti&#232;re. 39 (39), 2203-2214 (2009).</li><li>Pinheiro, J. C., Bates, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mixed-effects+models+in+S+and+S-Plus.">Mixed-effects models in S and S-Plus.</a> Publications of the American Statistical Association. 96 (455), 1135-1136 (2000).</li></ol>

למחברים אין מה לחשוף.

נושא מכריע לפיתוח מודלים של אפקטים מעורבים היא לקבוע אילו פרמטרים ניתן להתייחס כמו אפקטים אקראיים ואשר צריך להיחשב אפקטים קבועים34,35. הוצעו שתי שיטות. הגישה הנפוצה ביותר היא להתייחס לכל הפרמטרים כאל אפקטים אקראיים ולאחר מכן לבחור את המודל הטוב ביותר על-ידי A...

בהשוואה למונוקולטורה מיושנת, ניהול יערות מעורבים בגילאים לא אחידים עם מטרות מרובות זכה לאחרונה לתשומת לב מוגברת1,2,3. חיזוי חלופות ניהול שונות הכרחי לגיבוש אסטרטגיות חזקות לניהול יערות, במיוחד עבור יער מורכב שאינו מיושן בין מינים מעורבים4. גידול יער מודלים תשואה שימשו בהרחבה כדי לחזות עץ או לעמוד פיתוח וקציר תחת תוכניות ניהול שונות5,6,7. מודלים של צמיחת יערות ותפוקה מסווגים למודלים של עצים בודדים, דגמי גודל ומודלים של צמיחה שלמים6,7,8. למרבה הצער, מודלים בגודל מעמד ומודלים שלמים אינם מתאימים ליערות מעורבים בגילאים לא אחידים, הדורשים תיאור מפורט יותר כדי לתמוך בתהליך קבלת ההחלטות של ניהול היער. מסיבה זו, מודלים של צמיחת עצים בודדים ומודלים של תשואה קיבלו תשומת לב מוגברת לאורך העשורים האחרונים בגלל יכולתם לבצע תחזיות עבור יער עומד עם מגוון רחב של הרכבים מינים, מבנים, ואסטרטגיות ניהול9,10,11.
רגרסיה רגילה הריבועים הפחותים (OLS) היא השיטה הנפוצה ביותר לפיתוח מודלים לצמיחת עצים בודדים12,13,14,15. ערכות הנתונים עבור מודלים של צמיחת עצים בודדים שנאספו שוב ושוב לאורך זמן קבוע על אותה יחידת דגימה (כלומר, חלקת מדגם או עץ) יש מבנה סטוכסטי היררכי, עם חוסר עצמאות מתאם מרחבי וטמפורלי גבוה בין תצפיות10,16. המבנה הסטוצטי ההיררכי מפר את הנחות היסוד של רגרסיה OLS: כלומר שאריות עצמאיות ונתונים מופצים בדרך כלל עם שונות שווה. לכן, השימוש ברגרסיה OLS מייצר באופן בלתי נמנע הערכות מוטות של השגיאה הסטנדרטית של אומדני הפרמטרים עבור נתונים אלה13,14.
מודלים של אפקטים מעורבים מספקים כלי רב עוצמה לניתוח נתונים עם מבנים מורכבים, כגון נתוני מדידות חוזרות ונשנות, נתונים אורך ונתונים מרובי רמות. מודלים של אפקטים מעורבים מורכבים הן מרכיבים קבועים, המשותפים לאוכלוסיה המלאה והן רכיבים אקראיים, הספציפיים לכל רמת דגימה. בנוסף, מודלים של אפקטים מעורבים לוקחים בחשבון הטרוסקסואליות ותיקון אוטומטי במרחב ובזמן על ידי הגדרת מבנה שונות-שונות-שונות לא אלכסוני מטריצות17,18,19. מסיבה זו, מודלים של אפקטים מעורבים שימשו בהרחבה ביערנות, כגון במודלים בגובה קוטר20,21, דגמיכתר 22,23, מודלים לדילול עצמי24,25, ומודלים צמיחה26,27.
כאן, המטרה העיקרית הייתה לפתח מודל בהפרש קבוע של אזור בזלת של עץ יחיד באמצעות גישה ליניארית של אפקטים מעורבים. אנו מקווים כי הגישה אפקטים מעורבים יכול להיות מיושם באופן נרחב.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:666px;" width="665">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Computer</td>
			<td style="width:121px;">acer</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microsoft Office 2013</td>
			<td style="width:121px;"></td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">R x64 3.5.1</td>
			<td style="width:121px;"></td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of an individual-tree basal area increment model using a linear mixed-effects approach

כאן, פיתחנו מודל של עץ יחיד של מרווחי שטח בסיסיים ל-5 שנים המבוססים על ערכת נתונים הכוללת עצי אספרטה של Picea משנת 21898 מ-779 חלקות לדוגמה הממוקמות במחוז שינג'יאנג, צפון-מערב סין. כדי למנוע מתאמים גבוהים בין תצפיות מאותה יחידת דגימה, פיתחנו את המודל באמצעות גישה ליניארית מעורבת אפקטים עם אפקט עלילה אקראית כדי להסביר את השונות הסטוצ'סטית. משתנים שונים ברמת העצים והמעמד, כגון מדדים לגודל עץ, תחרות ומצב אתר, נכללו כאפקטים קבועים כדי להסביר את השונות השיורית. בנוסף, הטרוסקסטיות וטיפוח אוטומטי תוארו על ידי החדרת פונקציות שונות ומבני תיקון אוטומטי. מודל ההשפעות המעורבות הליניאריות האופטימלי נקבע על ידי מספר סטטיסטיקות התאמה: קריטריון המידע של Akaike, קריטריון המידע הבייסיאני, הסבירות לוגריתם ומבחן יחס הסבירות. התוצאות הצביעו על כך שמשתנים משמעותיים של שטח הבסיס של עץ יחיד היו הטרנספורמציה ההופכית של קוטר בגובה השד, שטח הבסיס של עצים הגדולים מעץ הנושא, מספר העצים לדונם וגובהם. יתר על כן, שגיאות במבנה השונות תוכננו בהצלחה רבה על-ידי הפונקציה המעריכית, והתיקון האוטומטי תוקן באופן משמעותי על-ידי מבנה תוקפנות אוטומטית מסדר ראשון (AR(1)). הביצועים של מודל האפקטים המעורבים הליניאריים שופרו באופן משמעותי ביחס לדגם באמצעות רגרסיה רגילה של ריבועים לפחות.

מודל ההפרש הקבוע הבסיסי של אזור הבסיס עבור P. אספרטה הובע כמשוואה (7). הערכות הפרמטרים, שגיאות התקן המתאימות שלהן וסטטיסטיקת חוסר ההתאמה מוצגות בטבלה 2. העלילה שיורית מוצגת באיור 1. נצפתה הטרוסקסואליות בולטת של שאריות השיוריות. <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/60827/60827eq7.jpg">(7)...

Watch this Scientific Journal Video about Development of an Individual-Tree Basal Area Increment Model using a Linear Mixed-Effects Approach at JoVE.com

Development of an Individual-Tree Basal Area Increment Model using a Linear Mixed-Effects Approach

מודלים של אפקטים מעורבים הם כלים גמישים ושימושיים לניתוח נתונים עם מבנה סטוכסטי היררכי ביערנות ויכולים לשמש גם לשיפור משמעותי בביצועים של מודלים לצמיחת יער. כאן מוצג פרוטוקול המסונתז מידע הקשור למודלים של אפקטים מעורבים ליניאריים.

פיתוח מודל תוספת קבועה של אזור בזלית של עץ יחיד באמצעות גישה ליניארית של אפקטים מעורבים

Here, we developed an individual-tree model of 5-year basal area increments based on a dataset including 21898 Picea asperata trees from 779 sample plots ...

development-an-individual-tree-basal-area-increment-model-using

Research

JoVE Journal

Biology

3.3K Views.  Beijing Forestry University. מודלים של אפקטים מעורבים הם כלים גמישים ושימושיים לניתוח נתונים עם מבנה סטוכסטי היררכי ביערנות ויכולים לשמש גם לשיפור משמעותי בביצועים של מודלים לצמיחת יער. כאן מוצג פרוטוקול המסונתז מידע הקשור למודלים של אפקטים מעורבים ליניאריים.

Video: Development of an Individual-Tree Basal Area Increment Model using a Linear Mixed-Effects Approach

Microfabricated Post-Array-Detectors (mPADs): an Approach to Isolate Mechanical Forces

In this video, we will present our approach to measure cellular traction forces using a microfabricated array of posts.  Traction forces are generated through myosin-actin interactions and play an important role in our physiology.  During development, they enable cells to move from one location to the next in order to form the early structures of tissue.  Traction forces help in the healing processes.  They are necessary for the proper closure of wounds or the migration and crawling of leukocytes through our body.  These same forces can be detrimental to our health in the case of cancer metastasis or vascular growth towards a tumor.  The most common method by which to study cells in vitro has been to use a glass or polystyrene dish.  However, the rigidity of the substrates makes it impossible to physically measure cell traction forces, and there are relatively few methods to study traction forces.  Our lab has developed a technique to overcome these limitations.  The method is based on a vertical array of flexible cantilevers, the stiffness and size scale of which are such that individual cells spread across many cantilevers and deflect them in the process.  The pillars we use are 3 &mu;m in diameter, 10 &mu;m tall, and are configured in a regular array with 9 &mu;m center-to-center spacing.  But these physical dimensions can be readily varied to accommodate a variety of studies.  We start with a silicon master, but the final posts are made out of silicone rubber called poly (dimethyl siloxane), or PDMS.  We can measure the deflections under a microscope and calculate the magnitude and direction of traction forces required to produce the observed deflections.  We call these substrates microfabricated post-array-detectors, or mPADs.  Here, we will show you how we fabricate and use the mPADs to assess modulations of cellular contractility.

Microfabricated Post-Array-Detectors mPADs: an Approach to Isolate Mechanical Forces

In this video, we demonstrate how to fabricate and utilize microfabricated post array detectors (mPADs) to assess modulations of cellular contractility.

Microfabricated פוסט מערך גלאים (mPADs): גישה לבודד כוחות מכניים

In this video, we will present our approach to measure cellular traction forces using a microfabricated array of posts.  Traction forces are generated ...

Development of New Therapeutic Applications Using Microfluidics

הפיתוח של יישומים טיפולית חדשה באמצעות מיקרופלואידיקה

Spatial Multiobjective Optimization of Agricultural Conservation Practices using a SWAT Model and an Evolutionary Algorithm

Finding the cost-efficient (i.e., lowest-cost) ways of targeting conservation practice investments for the achievement of specific water quality goals across the landscape is of primary importance in watershed management. Traditional economics methods of finding the lowest-cost solution in the watershed context (e.g.,5,12,20) assume that off-site impacts can be accurately described as a proportion of on-site pollution generated. Such approaches are unlikely to be representative of the actual pollution process in a watershed, where the impacts of polluting sources are often determined by complex biophysical processes. The use of modern physically-based, spatially distributed hydrologic simulation models allows for a greater degree of realism in terms of process representation but requires a development of a simulation-optimization framework where the model becomes an integral part of optimization.
Evolutionary algorithms appear to be a particularly useful optimization tool, able to deal with the combinatorial nature of a watershed simulation-optimization problem and allowing the use of the full water quality model. Evolutionary algorithms treat a particular spatial allocation of conservation practices in a watershed as a candidate solution and utilize sets (populations) of candidate solutions iteratively applying stochastic operators of selection, recombination, and mutation to find improvements with respect to the optimization objectives. The optimization objectives in this case are to minimize nonpoint-source pollution in the watershed, simultaneously minimizing the cost of conservation practices. A recent and expanding set of research is attempting to use similar methods and integrates water quality models with broadly defined evolutionary optimization methods3,4,9,10,13-15,17-19,22,23,25. In this application, we demonstrate a program which follows Rabotyagov et al.'s approach and integrates a modern and commonly used SWAT water quality model7 with a multiobjective evolutionary algorithm SPEA226, and user-specified set of conservation practices and their costs to search for the complete tradeoff frontiers between costs of conservation practices and user-specified water quality objectives. The frontiers quantify the tradeoffs faced by the watershed managers by presenting the full range of costs associated with various water quality improvement goals. The program allows for a selection of watershed configurations achieving specified water quality improvement goals and a production of maps of optimized placement of conservation practices.

This work demonstrates an integration of a water quality model with an optimization component utilizing evolutionary algorithms to solve for optimal (lowest-cost) placement of agricultural conservation practices for a specified set of water quality improvement objectives. The solutions are generated using a multi-objective approach, allowing for explicit quantification of tradeoffs.

אופטימיזציה למרחבי Multiobjective של שיטות שימור חקלאיות באמצעות מודל SWAT ואלגוריתם אבולוציונית

Finding the cost-efficient (i.e., lowest-cost) ways of targeting conservation practice investments for the achievement of specific water quality goals ...

A Semi-quantitative Approach to Assess Biofilm Formation Using Wrinkled Colony Development

Biofilms, or surface-attached communities of cells encapsulated in an extracellular matrix, represent a common lifestyle for many bacteria. Within a biofilm, bacterial cells often exhibit altered physiology, including enhanced resistance to antibiotics and other environmental stresses 1. Additionally, biofilms can play important roles in host-microbe interactions. Biofilms develop when bacteria transition from individual, planktonic cells to form complex, multi-cellular communities 2. In the laboratory, biofilms are studied by assessing the development of specific biofilm phenotypes. A common biofilm phenotype involves the formation of wrinkled or rugose bacterial colonies on solid agar media 3. Wrinkled colony formation provides a particularly simple and useful means to identify and characterize bacterial strains exhibiting altered biofilm phenotypes, and to investigate environmental conditions that impact biofilm formation. Wrinkled colony formation serves as an indicator of biofilm formation in a variety of bacteria, including both Gram-positive bacteria, such as Bacillus subtilis 4, and Gram-negative bacteria, such as Vibrio cholerae 5, Vibrio parahaemolyticus 6, Pseudomonas aeruginosa 7, and Vibrio fischeri 8.
The marine bacterium V. fischeri has become a model for biofilm formation due to the critical role of biofilms during host colonization: biofilms produced by V. fischeri promote its colonization of the Hawaiian bobtail squid Euprymna scolopes 8-10. Importantly, biofilm phenotypes observed in vitro correlate with the ability of V. fischeri cells to effectively colonize host animals: strains impaired for biofilm formation in vitro possess a colonization defect 9,11, while strains exhibiting increased biofilm phenotypes are enhanced for colonization 8,12. V. fischeri therefore provides a simple model system to assess the mechanisms by which bacteria regulate biofilm formation and how biofilms impact host colonization.
In this report, we describe a semi-quantitative method to assess biofilm formation using V. fischeri as a model system. This method involves the careful spotting of bacterial cultures at defined concentrations and volumes onto solid agar media; a spotted culture is synonymous to a single bacterial colony. This 'spotted culture' technique can be utilized to compare gross biofilm phenotypes at single, specified time-points (end-point assays), or to identify and characterize subtle biofilm phenotypes through time-course assays of biofilm development and measurements of the colony diameter, which is influenced by biofilm formation. Thus, this technique provides a semi-quantitative analysis of biofilm formation, permitting evaluation of the timing and patterning of wrinkled colony development and the relative size of the developing structure, characteristics that extend beyond the simple overall morphology.

We provide a simple, semi-quantitative method to investigate biofilm formation in vitro. This method takes advantage of the Zeiss stemi 2000-C Dissecting Microscope (with camera attachment) to monitor both the timing and pattern of biofilm formation, as assessed by the development of wrinkled colonies.

גישה חצי כמותי להערכת גיבוש biofilm באמצעות פיתוח המושבה מקומט

Biofilms, or surface-attached communities of cells encapsulated in an extracellular matrix, represent a common lifestyle for many bacteria. Within a ...

Conversion of a Capture ELISA to a Luminex xMAP Assay using a Multiplex Antibody Screening Method

The enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) has long been the primary tool for detection of analytes of interest in biological samples for both life science research and clinical diagnostics. However, ELISA has limitations. It is typically performed in a 96-well microplate, and the wells are coated with capture antibody, requiring a relatively large amount of sample to capture an antigen of interest . The large surface area of the wells and the hydrophobic binding of capture antibody can also lead to non-specific binding and increased background. Additionally, most ELISAs rely upon enzyme-mediated amplification of signal in order to achieve reasonable sensitivity. Such amplification is not always linear and can thus skew results.
In the past 15 years, a new technology has emerged that offers the benefits of the ELISA, but also enables higher throughput, increased flexibility, reduced sample volume, and lower cost, with a similar workflow 1, 2. Luminex xMAP Technology is a microsphere (bead) array platform enabling both monoplex and multiplex assays that can be applied to both protein and nucleic acid applications 3-5. The beads have the capture antibody covalently immobilized on a smaller surface area, requiring less capture antibody and smaller sample volumes, compared to ELISA, and non-specific binding is significantly reduced. Smaller sample volumes are important when working with limiting samples such as cerebrospinal fluid, synovial fluid, etc. 6. Multiplexing the assay further reduces sample volume requirements, enabling multiple results from a single sample.
Recent improvements by Luminex include: the new MAGPIX system, a smaller, less expensive, easier-to-use analyzer; Low-Concentration Magnetic MagPlex Microspheres which eliminate the need for expensive filter plates and come in a working concentration better suited for assay development and low-throughput applications; and the xMAP Antibody Coupling (AbC) Kit, which includes a protocol, reagents, and consumables necessary for coupling beads to the capture antibody of interest. (See Materials section for a detailed list of kit contents.)
In this experiment, we convert a pre-optimized ELISA assay for TNF-alpha cytokine to the xMAP platform and compare the performance of the two methods 7-11. TNF-alpha is a biomarker used in the measurement of inflammatory responses in patients with autoimmune disorders.
We begin by coupling four candidate capture antibodies to four different microsphere sets or regions. When mixed together, these four sets allow for the simultaneous testing of all four candidates with four separate detection antibodies to determine the best antibody pair, saving reagents, sample and time. Two xMAP assays are then constructed with the two most optimal antibody pairs and their performance is compared to that of the original ELISA assay in regards to signal strength, dynamic range, and sensitivity.

An ELISA can be easily converted to a Luminex xMAP assay and, through the benefits of multiplexing, several antibodies can be screened simultaneously to identify an optimum antibody pair, resulting in increased sensitivity and dynamic range, while reducing assay cost.

המרת ELISA ללכוד Assay Luminex Xmap באמצעות נוגדן Multiplex שיטת הקרנה

The enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) has long been the primary tool for detection of analytes of interest in biological samples for both life ...

Cell Tracking Using Photoconvertible Proteins During Zebrafish Development

Embryogenesis is a dynamic process that is best studied by using techniques that allow the documentation of developmental changes in vivo. The use of genetically-encoded fluorescent proteins has proven a valuable strategy for elucidating dynamic morphogenetic processes as they occur in the intact organism. During the past decade, the development of photoactivatable and photoconvertible fluorescent proteins has opened the possibility to investigate the fate of discrete subpopulations of tagged proteins1. Unlike photoactivatable proteins, photoconvertible fluorescent proteins (PCFPs) are readily tracked and imaged in their native emission state prior to photoconversion, making it easier to identify and select regions by optical inspection. PCFPs, such as Kaede2, KikGR3, Dendra4 and EosFP5, can be shifted from green to red upon exposure to UV or blue light due to a His-Tyr-Gly tripeptide sequence which forms a green chromophore that can be photoconverted to a red one by a light-catalyzed &beta;-elimination and subsequent extension of a &pi;-conjugated system3. PCFPs and their monomeric variants are useful tools for tracking cells6-10 and studying protein dynamics11-14, respectively. During recent years, PCFPs have been expressed in different animal model, such as zebrafish6, chicken7,8 and mouse9,10 for cell fate tracking. Here we report a protocol for cell-specific photoconversion of PCFPs in the living zebrafish embryo and further tracking of photoconverted proteins at later developmental stages. This methodology allows studying, in a tissue-specific manner, cell biological events underlying morphogenesis in the zebrafish animal model.

Here, we present a method for the photoactivated switch of photoconvertible fluorescent proteins (PCFPs) in the living zebrafish embryo and further tracking of photoconverted protein at specific time points during development. This methodology allows monitoring of cell biological events underlying different developmental processes in a live vertebrate organism.

מעקב נייד באמצעות חלבוני Photoconvertible במהלך פיתוח דג זברה

Embryogenesis is a dynamic process that is best studied by using techniques that allow the documentation of developmental changes in vivo. The use of ...

Assessing Species-specific Contributions To Craniofacial Development Using Quail-duck Chimeras

The generation of chimeric embryos is a widespread and powerful approach to study cell fates, tissue interactions, and species-specific contributions to the histological and morphological development of vertebrate embryos. In particular, the use of chimeric embryos has established the importance of neural crest in directing the species-specific morphology of the craniofacial complex. The method described herein utilizes two avian species, duck and quail, with remarkably different craniofacial morphology. This method greatly facilitates the investigation of molecular and cellular regulation of species-specific pattern in the craniofacial complex.&#160;Experiments in quail and duck chimeric embryos have already revealed neural crest-mediated tissue interactions and cell-autonomous behaviors that regulate species-specific pattern in the craniofacial skeleton, musculature, and integument. The great diversity of neural crest derivatives suggests significant potential for future applications of the quail-duck chimeric system to understanding vertebrate development, disease, and evolution.

This article describes a method to generate chimeric embryos that are&#160;designed to test the species-specific contributions of neural crest and/or other tissues to craniofacial development.

הערכת תרומות מינים ספציפיות כדי Craniofacial פיתוח באמצעות מפלצות שליו-ברווז

The generation of chimeric embryos is a widespread and powerful approach to study cell fates, tissue interactions, and species-specific contributions to ...

Development of a Quantitative Recombinase Polymerase Amplification Assay with an Internal Positive Control

It was recently demonstrated that recombinase polymerase amplification (RPA), an isothermal amplification platform for pathogen detection, may be used to quantify DNA sample concentration using a standard curve. In this manuscript, a detailed protocol for developing and implementing a real-time quantitative recombinase polymerase amplification assay (qRPA assay) is provided. Using HIV-1 DNA quantification as an example, the assembly of real-time RPA reactions, the design of an internal positive control (IPC) sequence, and co-amplification of the IPC and target of interest are all described. Instructions and data processing scripts for the construction of a standard curve using data from multiple experiments are provided, which may be used to predict the concentration of unknown samples or assess the performance of the assay. Finally, an alternative method for collecting real-time fluorescence data with a microscope and a stage heater as a step towards developing a point-of-care qRPA assay is described. The protocol and scripts provided may be used for the development of a qRPA assay for any DNA target of interest.

Provided is a protocol for developing a real-time recombinase polymerase amplification assay to quantify initial concentration of DNA samples using either a thermal cycler or a microscope and stage heater. Also described is the development of an internal positive control. Scripts are provided for processing raw real-time fluorescence data.

פיתוח של כמותי recombinase פולימראז ההגברה Assay עם בקרה פנימית חיובית

It was recently demonstrated that recombinase polymerase amplification (RPA), an isothermal amplification platform for pathogen detection, may be used to ...

Using a Whole-mount Immunohistochemical Method to Study the Innervation of the Biliary Tract in Suncus murinus

This work describes the whole-mount immunohistochemistry staining method in detail, using neurofilament protein antibody to label the innervation of the biliary tract in Suncus murinus (S. murinus&#160;). First, the specimen was dissected from S. murinus and fixed in 4% paraformaldehyde (PFA). Second, an enzymatic treatment and potential endogenous peroxidase inactivation were performed. The specimen was then exposed to the primary antibody, anti-neurofilament protein antibody, for 3-6 days. It was then incubated with the secondary antibody conjugated with horseradish peroxidase. The color reaction was revealed by reacting the specimen with a 3,3&#39;-diaminobenzidine (DAB) substrate. This method can be applied to analyze the innervation of all visceral organs. Furthermore, this protocol can also be adapted to test other neuronal antibodies, but optimization of the antibodies should be done first. This method was originally introduced by Kuratani and Tanaka1,2,3.

Using a Whole-mount Immunohistochemical Method to Study the Innervation of the Biliary Tract in Suncus murinus

A whole-mount immunohistochemical approach, to visualize neurofilament protein expression in the extrahepatic biliary tract in Suncus murinus. is presented here. This protocol can be used to analyze the innervation of all visceral organs in S. murinus or other species.

באמצעות שיטת הר שלמה Immunohistochemical ללמוד את שימור של דרכי המרה<em&gt; סונקוס מורן</em

This work describes the whole-mount immunohistochemistry staining method in detail, using neurofilament protein antibody to label the innervation of the ...

Mass Spectrometry Analysis to Identify Ubiquitylation of EYFP-tagged CENP-A (EYFP-CENP-A)

Studying the structure and the dynamics of kinetochores and centromeres is important in understanding chromosomal instability (CIN) and cancer progression. How the chromosomal location and function of a centromere (i.e., centromere identity) are determined and participate in accurate chromosome segregation is a fundamental question. CENP-A is proposed to be the non-DNA indicator (epigenetic mark) of centromere identity, and CENP-A ubiquitylation is required for CENP-A deposition at the centromere, inherited through dimerization between cell division, and indispensable to cell viability.
Here we describe mass spectrometry analysis to identify ubiquitylation of EYFP-CENP-A K124R mutant suggesting that ubiquitylation at a different lysine is induced because of the EYFP tagging in the CENP-A K124R mutant protein. Lysine 306 (K306) ubiquitylation in EYFP-CENP-A K124R was successfully identified, which corresponds to lysine 56 (K56) in CENP-A through mass spectrometry analysis. A caveat is discussed in the use of GFP/EYFP or the tagging of high molecular weight protein as a tool to analyze the function of a protein. Current technical limit is also discussed for the detection of ubiquitylated bands, identification of site-specific ubiquitylation(s), and visualization of ubiquitylation in living cells or a specific single cell during the whole cell cycle.
The method of mass spectrometry analysis presented here can be applied to human CENP-A protein with different tags and other centromere-kinetochore proteins. These combinatory methods consisting of several assays/analyses could be recommended for researchers who are interested in identifying functional roles of ubiquitylation.

Mass Spectrometry Analysis to Identify Ubiquitylation of EYFP-tagged CENP-A EYFP-CENP-A

CENP-A ubiquitylation is an important requirement for CENP-A deposition at the centromere, inherited through dimerization between cell division, and indispensable to cell viability. Here we describe mass spectrometry analysis to identify ubiquitylation of EYFP-tagged CENP-A (EYFP-CENP-A) protein.

פיתוח מודל תוספת קבועה של אזור בזלית של עץ יחיד באמצעות גישה ליניארית של אפקטים מעורבים

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video