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 Selezione e Cancellazione dal albero <ol><li> Selezionare un albero con caratteristiche particolari. Raccogliere floema da pini (vale a dire, gli alberi del genere Pinus) in quanto hanno un livello caratteristico floema che ha uno spessore di qualche millimetro. 18,27 Una volta che un albero si trova che ha pochi rami più bassi, verificare l&#39;assenza di eventuali altri difetti come gli attacchi di insetti e / o agenti patogeni. In alternativa, utilizzare floema da altri alberi di conifere come abeti panini floema. 9 Altri alberi specie possono essere adatti per la rimozione floema come legni duri. NOTA: Conifere con grandi corone in genere hanno il tessuto floema più spessa. Per massimizzare la quantità di floema, è meglio tagliare alberi che hanno pochi difetti e rami sul tronco (tronco). Specie di pino che sono il lavoro di auto-potatura migliore. Floema è in genere più spesso durante la stagione di crescita ed è spesso più in alto il tronco che in prossimità del suolo. Floema è a volte difficile da Remove dagli alberi durante l&#39;autunno o inverno. </li><li> Tagliare un albero verso il basso o utilizzare i registri di recente tagliati a ottenere tessuto floema. Scegliere una direzione che cade che ridurrà al minimo i danni per l&#39;albero e alberi vicini. Rami tagliati fuori dal tronco per consentire un più facile accesso ai materiali di corteccia durante la rimozione floema. </li><li> Una volta che un albero viene tagliato (abbattuti, caduto a terra) iniziano raschiando la corteccia del tronco con una lama affilata pareggio (Fig 1A.). Raschiare una zona della corteccia fino a raggiungere lo strato floema. NOTA: Lo strato floema è in genere di colore più chiaro (ad esempio, color crema) e umido, mentre la corteccia esterna è più secco e di colore più scuro (Fig 1B.). Fare attenzione a non raschiare il floema. L&#39;area di corteccia raschiata dipende dalla dimensione del pezzo floema (s). </li><li> Dopo la corteccia viene rimossa, tagliare un contorno del pezzo floema con un coltello affilato. Assicurarsi che la lama taglia fino al xilema (Fig. 2A). </li><li> Per rimuovere il floema, partono da un angolo del pezzo floema con le dita per rimuovere con cautela indietro il floema. Utilizzare un coltello per aiutare a raschiare il floema fuori dal xilema. Continuare a tirare il floema spento fino l&#39;intero pezzo viene rimosso. NOTA: Floema bucce in genere fuori della struttura più semplice in estate. Per floema che è estremamente difficile da rimuovere, uno strumento a forma di spatola può aiutare nello sforzo. </li><li> Posizionare immediatamente il pezzo floema in un sacchetto sterile. Per ottenere i migliori risultati, vuoto sigillare il sacchetto (Fig. 2B) o, se si usa sacchetti ziploc, rimuovere tutta l&#39;aria dal sacchetto. Questo aumenta la longevità del floema. Facoltativamente, inserire più pezzi di floema in un sacchetto. Conservare floema in sacchetti ermetici leggermente sopra zero (tra 1 e 10C) per mantenere la freschezza. </li></ol> 2. Creazione del Sandwich floema <ol><li> Tagliate due pezzi uguali di acrilico trasparente, in policarbonato, o un disco, materiale trasparente simile (ad esempio, vetro) un po &#39;di grandi dimensionir rispetto al pezzo di floema (Fig. 2C). Attorno ai bordi del acrilica per evitare angoli strappi la guarnizione Parafilm. Questo protocollo utilizza un 1/8 in. Di spessore acrilico trasparente. NOTA: La dimensione dei pezzi tagliati dipende dalle esigenze dell&#39;organismo soggetto e la durata dello studio. Per esempio, una coppia di scolitidi utilizza 4 dm 2 del floema un periodo mese, ma solo bisogno di 1 dm 2 se lo studio ha luogo entro alcuni giorni. </li><li> Realizzare un foro in uno dei pezzi acrilici per consentire l&#39;ingresso di organismo studio (s). La dimensione e il numero dei fori dipende obiettivi (Fig. 2D). </li><li> Prima di mettere il floema tra i pezzi in acrilico, sterilizzare la superficie acrilica (con&gt; 70% di etanolo) o, se si utilizza nuovo acrilico, rimuovere la pellicola protettiva. </li><li> Posizionare il nuovo pezzo di floema tra i pezzi in acrilico sterili. Orient pezzo acrilico con il foro (s) sul lato interno o esterno del floema, whicheveOccorre r. Tipicamente, rivolto verso il lato esterno del floema (lato che aveva corteccia su di esso) verso i fori di ingresso. </li></ol> 3. tenuta Sandwich floema <ol><li> Per creare un sigillo temporaneo intorno panino floema, utilizzare 2. Parafilm strisce larghe tirato attorno ai bordi del sandwich floema (Fig. 2C). In alternativa, utilizzare un involucro di cloruro di polivinilidene per sigillare i bordi. 6 Avanti, posizionare un morsetto su ogni lato del sandwich renda al acrilica al floema. Assicurarsi che l&#39;intera superficie è un giro di vite per evitare che lo spazio d&#39;aria tra l&#39;acrilico e floema (Figura 2C). Se non è bloccato correttamente, i campioni possono muoversi in tra l&#39;acrilico e il floema. </li><li> Per creare una tenuta semipermanente aggiungere una gelatina epossidica o petrolio non incollaggio intorno floema. Assicurarsi che il materiale circonda completamente il floema. Successivamente, utilizzare morsetti o le viti con bulloni (potrebbe essere necessario praticare dei fori in anticipo) per contenere l&#39;acrilico stretto al floema.I panini rimangono solo valida per un massimo di uno o due mesi. </li><li> A seconda delle esigenze di ossigeno degli organismi di studio, aggiungere un filtro dell&#39;aria su uno o più lati del sandwich. Questo permetterà all&#39;aria di entrare nel panino floema, ma limita la perdita di acqua dal floema. Usiamo semplici filtri a carbone che riducono anche il rischio di contaminazione batterica e fungina. </li><li> Per i campioni di studio che richiedono l&#39;entrata e l&#39;uscita a volontà, sostituire uno dei pezzi in acrilico con legno o materiale simile che un insetto in grado di scavare. Ciò è particolarmente importante per l&#39;osservazione di tarli del legno, perché dopo il loro stato larvale si completa nello strato floema, che poi portavano nella xilema. </li><li> Per evitare che i soggetti di prova di uscire i fori di ingresso, posizionare piccole piastre di Petri (o altri oggetti, nastro) sui fori, fuga di blocco. Dal momento che gli organismi che si trovano in questi spazi sono abituare a bassi livelli di luce, può essere necessario posizionare i panini in una stanza buia o scatola, o luogo omateriale paque in alto per bloccare la luce. </li></ol> 4. di osservare i microrganismi presenti nel floema Sandwich <ol><li> Introdurre esemplari studio in ammissione foro del sandwich floema (Fig. 2D). Osservare i campioni utilizzando un microscopio dissezione sotto una luce rossa o luce bianca fissato a un livello basso (Fig. 2E). </li><li> Per registrare le attività o la crescita di esemplari all&#39;interno del panino floema collegare una fotocamera o una videocamera per il microscopio. Attaccare telecamere speciali all&#39;oculare del microscopio (Fig. 2E &amp; F). Per molto piccoli organismi come gli acari, nematodi, e pseudoscorpioni, utilizzare una telecamera ad alta definizione collegata al microscopio. </li><li> Per registrare suoni, inserire i microfoni nel foro di entrata del sandwich floema o attraverso il lato del sandwich floema. Poiché il foro di ingresso è piccolo, utilizzare un piccolo microfono, come un microfono a condensatore a elettrete. </li><li> Per registrare dal lato o la superficie diil panino floema utilizzare un elemento piezoelettrico (Fig. 3B). Per riprodurre il suono, utilizzare lo stesso elemento piezoelettrico o collegare un trasduttore tattile (Excitor) alla superficie della parte superiore o inferiore della acrilico. </li></ol>

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No conflicts of interest declared

Il panino floema permette l&#39;introduzione e l&#39;osservazione degli artropodi, microbi, e altri piccoli organismi che popolano i tessuti floema. 1,7,8,9,17,18 Questa tecnica ha portato a nuove scoperte e una migliore comprensione dei comportamenti, vita tratti la storia, lo sviluppo, e le interazioni degli organismi all&#39;interno dell&#39;albero floema. 1,5,10 Il protocollo panino qui descritto è un ibrido di disegni del passato, e fornirà un panino economico che può essere facilmente costruito con attrezzatura minima e materiali. I pezzi di vetro, acrilico o policarbonato possono essere riutilizzati, e gli unici materiali di consumo sono il Parafilm e floema. Anche se tutte le fasi del protocollo sono importanti, alcuni passaggi devono essere seguiti rigorosamente al fine di garantire il più alto grado di successo. In primo luogo, un albero deve essere situato che ha una porzione di tronco gratuito, o relativamente libera, di rami. Gli alberi che hanno molti rami sono difficili da radere e volontà yield pochi pezzi floema vitali, come ogni ramo deve essere tagliato attorno durante la rimozione del floema. Quindi, è importante minimizzare l&#39;esposizione all&#39;aria del floema. Abbiamo posto rapidamente ogni pezzo floema in un sacchetto al momento della rimozione. Dopo 3-6 pezzi vengono rimossi, vengono trasferiti in un sacchetto sottovuoto; usiamo un inverter di potenza per eseguire il sigillante fuori una batteria del veicolo nel campo. Ultimo, sanificazione i pezzi in acrilico e la pulizia generale durante l&#39;esecuzione di questo protocollo consentirà di ridurre la crescita di funghi nel panino. Questo è particolarmente importante per le osservazioni estese. Come accennato in precedenza, vi sono limitazioni dell&#39;apparato panino floema. Poiché lo strato floema è sottile, solo piccole organismi che tipicamente rimangono nel floema possono essere introdotti nel panino. Insetti più grandi come tarli del legno (ad esempio, Buprestid, Cerambycidae specie) possono essere introdotti e osservati per le prime fasi del loro ciclo di vita. Questo lasso di tempo è di solito limitata a due atre settimane; dopo questo punto le larve richiede legno xilema annoiarvi in ​​per impupamento. Al contrario, per gli scolitidi, in particolare quelli nel genere Ips, un ciclo di vita completo può essere osservato, tra cui l&#39;accoppiamento, uova da cova, alimentazione, pupating, e eclosion in un coleottero adulto. A questo punto, la fattibilità del sandwich è di solito esaurito a causa di essiccazione e la crescita fungina. 28 Inoltre, questo apparecchio non consente insetti liberamente e naturalmente colonizzano o uscire il panino floema. 27 Il nostro protocollo è flessibile in termini di dimensioni, forma e tipo di floema utilizzato. Studi brevi richiedono meno materiale floema e dimensioni panino possono essere scalati di conseguenza. Molte specie di conifere sono stati utilizzati come donatori floema in un panino floema (ad esempio, ponderosa pino 12, Douglas-abete 2, abete rosso 29, loblolly pino 27, longleaf pino 27). Materiali a sandwich possono essere modificati; esampie, lastre di vetro possono essere utilizzati al posto di acrilico e resina epossidica o nastro invece di Parafilm. La parte più difficile di questo protocollo è il processo di rimozione floema. Gli alberi accanto all&#39;altro possono differire in quanto sia difficile il loro floema è quello di rimuovere. Quando un albero è difficile floema, la pazienza è fondamentale. In questi casi, eseguire accuratamente il coltello tra xilema duro e il floema spugnosa. Questo processo si sente letteralmente come la scuoiatura l&#39;albero. Dopo aver imparato la tecnica di base panino, modifiche al protocollo possono aiutare a bisogni specifici in forma. Ad esempio, affinando le tecniche necessarie per rimuovere floema, pezzi più grandi possono essere rimossi e utilizzati per creare panini grandi. Inoltre, le modifiche possono essere fatte per ospitare strumenti specifici, ad esempio, fori supplementari per monitorare le emissioni chimiche (Fig. 3A), o di registrazione o riproduzione di suoni (Fig. 3B). Le modifiche possono essere apportate per consentire la conservazione semipermanente del floema e l&#39;organoismi, o per le osservazioni temporanee di organismi che possono poi essere lasciato libero.

Floema e corteccia di conifere tessuti ospitano migliaia di organismi. Phloeophagy, l&#39;alimentazione sui tessuti floema della corteccia interna, è un&#39;abitudine di solito associata a scolitidi, woodborers, e molti altri taxa di invertebrati e microrganismi che vivono entro 23 alberi di corteccia coleotteri. (Coleoptera: Curculionidae) sviluppare e vivere all&#39;interno di floema ad eccezione di brevi periodi quando gli adulti cercano nuovi alberi ospitanti. 31 Scolitidi sono stati ampiamente studiati per i loro effetti economici sugli alberi 18,19, ma osservazioni dirette del comportamento degli insetti all&#39;interno di materiali di alberi sono stati limitati. 4 Inoltre, le gallerie costruite da scolitidi diventare l&#39;habitat di una miriade di specie. 11 Un gran numero di funghi, batteri 30 3, acari e nematodi 10,21, 16,19 insieme ad altri artropodi predatori e parassiti 22,24 abitano il materiale floema. Le tecniche di cui quiconsentire l&#39;osservazione diretta di scolitidi, acari e tarli del legno che di solito vivono in ambienti sottocorticali. Lievi alterazioni del protocollo può essere fatto per studiare funghi e batteri. Scolitidi e organismi associati all&#39;interno dei tessuti degli alberi sono stati studiati con un &quot;sandwich floema.&quot; L&#39;uso precoce di questa tecnica può essere trovata nella datazione della letteratura indietro al 1933, quando è stato usato per osservare i stadi larvali di scarabeo Douglas-fir (Dendroctonus pseudotsugae). 2 Il panino floema è passato attraverso molte derivazioni da materiali diversi si sono resi disponibili. Originariamente, questo dispositivo costituito da un pezzo di floema posto tra due lastre di vetro, pressate insieme da fasce elastiche. 2 Successivamente, morsetti, nastro, colla, plastica e altri materiali sono stati utilizzati nella costruzione del sandwich. 13,14 , 15,17,26,28 Il protocollo qui descritto offre miglioramenti rispetto alcuni dei disegni del passato. Per esempio, inpassato, specie di prova sono stati inseriti nel lato del sandwich, tra le lastre di vetro o di plastica. Questo limita la costruzione di gallerie in una direzione. L&#39;uso di fori di entrata nella piastra superiore permette una maggiore libertà per le specie di prova per avviare la costruzione della galleria naturale. Un altro vantaggio del protocollo presentato è il suo design semplificato, che può essere facilmente realizzato con pochi strumenti. L&#39;uso del sandwich floema ha permesso l&#39;osservazione diretta del comportamento alimentare, la riproduzione, lo sviluppo, e le interazioni di organismi che non sarebbe altrimenti stata possibile. 1,5, 22 Questo metodo è anche un ottimo strumento per la K-12 dell&#39;istruzione e della scienza programmi e le indicazioni. Ci sono diverse sfumature nella creazione di un panino floema che sono difficili da interpretare da o non riportate nei manoscritti. Crediamo che una visiva (cioè, video) descrizione della produzione di un panino floema è necessario e sarebbedi valore per gli scienziati e gli educatori interessati a studiare gli organismi phloeophagous. Il nostro protocollo fornisce un modo semplice e poco costoso per osservare artropodi, microbi e altri organismi che popolano i tessuti 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.

Il protocollo sopra descritto consentirà un ricercatore di osservare gli organismi che vivono nell&#39;ambiente criptico sotto la corteccia di un albero. Per illustrare l&#39;uso di questa tecnica si descrive uno studio rappresentativo dal nostro laboratorio che utilizza questa tecnica. 12 In questo esperimento, panini floema sono stati usati per osservare gli effetti dei trattamenti acustici su capacità riproduttiva, la distanza tunneling, e la sopravvivenza di scolitidi (Fig . 2E e 2F). Osservazione diretta di coleotteri, reso possibile dall&#39;utilizzo di un panino floema, ha rivelato diversi risultati interessanti. In primo luogo, abbiamo registrato le distanze di tunneling quotidiane contrassegnando posizione degli scarabei in acrilico con un pennarello ogni 24 ore. Questo processo ha rivelato differenze significative tra i trattamenti sonori che sarebbero stati nascosti, senza il panino floema. Successivamente, abbiamo osservato una riduzione della produzione di uova con particolari trattamenti del suono. La natura mobile del panino floema permesso eosservazioni gg da completare sotto un microscopio da dissezione senza disturbare i coleotteri. Durante queste osservazioni, abbiamo catturato scarabeo uova comportamento, che con una fotocamera ad alta definizione collegata al microscopio. Altre osservazioni importanti incluso l&#39;uccisione di compagni e l&#39;avvio di volo associata a particolari trattamenti acustici. Il test panino floema è stato fondamentale per il nostro studio di corteccia scarabeo risposte ai trattamenti acustici. Queste scoperte, che sarebbe impossibile osservare sotto la corteccia di un albero, sono preziosi contributi allo sviluppo di opzioni di gestione per la lotta contro i focolai bostrico. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/50793/50793fig1highres.jpg" /> Figura 1. A) Strumenti necessari per rimuovere la corteccia da un albero. I punti 1 e 2 sono lame disegnare utilizzati per raschiare corteccia dell&#39;albero. Gli articoli 3 (ascia) e 4 (pull sega) sono utili per rimuovere ramizona nei pressi di rasatura. B) L&#39;uso della lama sorteggio per rimuovere la corteccia da un albero. Notate il colore della luce del floema sotto la corteccia rossastra. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/50793/50793fig2highres.jpg" /> Figura 2. A) La rimozione del floema dopo la corteccia è stata raschiata di albero. B) floema fresco conservato in sottovuoto borsa. C) panino Floema con fascette tenendo i pezzi in acrilico insieme e Parafilm intorno ai bordi per evitare contaminazione e disseccamento del floema. D ) Scarabeo di corteccia vicino al foro perforato in acrilico. E) per mezzo del microscopio per osservare panino floema. Display F) Video scolitidi all&#39;interno panino floema. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/50793/50793fig3highres.jpg" /> Figura 3. <strong&gt; A) acquisizione del feromone da coleotteri in sandwich di floema. L&#39;aria è di essere tirato attraverso provette contenenti Super-Q assorbente. B) Registrazione e riproduzione del suono tramite un trasduttore piezoelettrico (al centro nella foto) per coleotteri pino mugo nel panino 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.

Tecnica per lo Studio artropodi e comunità microbiche all&#39;interno Albero tessuti

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

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10.3K Views.  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 ...

Ricerca

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.

Trascrizione e metabolita Profiling per la valutazione del Tabacco Albero e pioppo come materia prima per l&#39;industria con sede a 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.

Un punto di vista tecnico in Modern Tree-Ring Research - Come superare Dendroecological e legno anatomiche sfide

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.

Spartiacque Planning all&#39;interno di una analisi quantitativa quadro Scenario

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.

Isolamento ed analisi di comunità microbiche nel suolo, rizosfera e radici negli esperimenti di erba perenne

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.

Valutare le capacità di rimozione del particolato di albero foglie

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.

Caratterizzante Microbiome Dynamics – flusso Cytometry basato su flussi di lavoro da colture Pure di comunità naturali

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.

Tomografia a coerenza ottica 3D automatizzata per chiarire la morfogenesi del biofilm su grandi scale spaziali

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.

Utilizzo di Caenorhabditis elegans per studiare gli effetti trans e multigenerazionali dei tossici

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