This work was performed in the Environmental Molecular Sciences Laboratory, a national scientific user facility sponsored by the Department of Energy's Office of Biological and Environmental Research and located at Pacific Northwest National Laboratory.

Attenzione: L&#39;operazione di uno scanner a raggi X tomografia richiede sia la formazione di radiazione in generale, e la formazione sulla sicurezza radiazioni specifico dello strumento. Tutte le procedure corrispondenti relativi al laboratorio del sperimentatore devono essere seguite. 1. Root Imaging Nota: Questo passaggio descrive l&#39;imaging del un&#39;erba esemplare detenute nel suo terreno originale in un vaso di plastica tubolare (un tubo di plastica con un diametro di 40 mm, altezza 210 mm, e spessore di circa 2 mm). <ol><li> Pianta posto in vaso sul manipolatore campione dello strumento ad una distanza desiderata per l&#39;ingrandimento di destinazione. Per un impianto in un supporto del diametro di 2 pollici, il campione distanza di sorgente deve essere di circa 3 pollici (7 cm). </li><li> Regolare le impostazioni di scansione a raggi X per ottenere il colore ottimale (livello di grigio) contrasto dell&#39;immagine rilevatore in. Nota: Queste impostazioni sono disponibili nel software di controllo dello strumento utilizzato. <ol><li> Impostare le impostazioni di potenza a raggi X; 85 kV e 190 μA sono stati utilizzati in questo esamepio. </li><li> Impostare il tempo di esposizione. Qui, un tempo relativamente lunga esposizione di 1 sec è stato usato per un migliore rapporto segnale-rumore. </li><li> Impostare il numero di proiezioni e fotogrammi al di proiezione; 4 fotogrammi al di proiezione per un totale di 3.142 proiezioni è consigliato per buone statistiche di dati. </li><li> Eseguire una correzione ombreggiatura utilizzando le condizioni di misurazione stabiliti sopra selezionando la scheda &quot;Correzione di shading&quot;, e facendo clic su &quot;Crea&quot;. Nota: La correzione ombreggiatura compensa la variazione nella risposta di pixel del dispositivo di imaging quando viene illuminato con una serie costante di flusso di raggi X. Il processo richiede immagini in bianco (con il campione rimosso dal percorso ottico) con il fascio di raggi X acceso, e con il fascio spento. Questa correzione viene applicata a tutte le immagini raccolte. </li><li> Selezionare l&#39;opzione &quot;Minimizza artefatti ad anello&quot; (chiamato anche &quot;modalità spola&quot;); il campione viene ruotato in passi angolari, mentre le immagini di proiezione vengono acquisite. Questo porta a datuna acquisizione a un ritmo più lento, ma aiuta ad eliminare artefatti ad anello. </li><li> Avviare la scansione facendo clic sul pulsante &quot;Acquisisci&quot; nella scheda di acquisizione (con le impostazioni di cui sopra, raccolta di immagini richiede circa 4 ore). </li></ol></li></ol> 2. I dati Ricostruzione Nota: Questa sezione descrive la ricostruzione dei dati del volume 3D da immagini crude (radiografie dalla TAC). <ol><li> Caricare i dati grezzi in programma. </li><li> Confronto prima e l&#39;ultima immagine (che dovrebbero essere quasi identici come l&#39;ultima immagine è presa dopo una rotazione di 360 o del campione) per assicurarsi che il campione non si mosse o le impostazioni di scansione non è cambiato durante l&#39;acquisizione dei dati. </li><li> Calcolare il centro di rotazione (COR) selezionando la scheda &quot;Centro di rotazione&quot;, e facendo clic su &quot;Start&quot;; utilizzare le opzioni &quot;Automatico&quot; COR trovando con &quot;Alta Qualità&quot; accuratezza, e &quot;Dual&quot; (superiore e inferiore) fetta di selezione per il calcolo COR. </li><li> Selezionare il volume del campione da ricostruire: selezionare la scheda &quot;Volume&quot;, e modificare le finestre di selezione volume, con le miniature. </li><li> Eseguire la ricostruzione per creare il file di volume contenente dati 3D facendo clic su &quot;Start&quot;. </li></ol> 3. Elaborazione dati / Segmentazione Nota: Questa sezione descrive i passi da compiere per preparare i dati ricostruiti per l&#39;ulteriore elaborazione nel RooTrak programma per rintracciare le radici come si diramano attraverso il suolo, e isolare le radici da qualsiasi materiale circostante per produrre una pila di immagini binarie di solo il radice stessa. <ol><li> Il trattamento dei dati del volume in ImageJ per preparare una serie di immagini lavorabile RooTrak: <ol><li> Caricare il file di volume in ImageJ. </li><li> Ottimizzare il contrasto delle immagini tra radice e suolo regolando le impostazioni di luminosità e contrasto (Clicca l&#39;immagine / Regola / Luminosità / Contrasto). Quando la regione di interesse all&#39;interno dell&#39;immagine è visibile e clearly distinguibili, le impostazioni sono considerati ottimizzate. </li><li> Salva come una serie di immagini in formato JPEG, BMP o PNG. </li></ol></li><li> Elaborazione in RooTrak di segmentare la radice: <ol><li> Carica immagine Pila in RooTrak (vai alla scheda &quot;Strumenti&quot;, e premere &quot;Tracker&quot;). </li><li> Impostare i punti di seme dentro radice: clicca diversi punti all&#39;interno di ciascuna delle sezioni di radice pertinenti visibili nella vista dall&#39;alto fetta dei dati del volume. </li><li> Impostare i parametri tracker &quot;scorrevolezza&quot; e &quot;somiglianza&quot; per, rispettivamente, 0,3 e 0,8,. </li><li> Eseguire la funzione di tracciamento. Questo seguirà la radice della porzione di immagine superiore fino alla porzione inferiore. </li><li> Dopo aver visto i dati del volume, selezionare il numero di fette in base al volume di dati utilizzabile; in questo caso, il monitoraggio è stato fermato al 200 fette, equivalente ad una profondità di 6,2 mm, in cui i confini radice divennero mal definiti (l&#39;immagine della radice cingolato iniziato a fondersi in quello del suolo). Nota: laimmagine Pila prodotta verrà salvata automaticamente, ovunque è stato creato la directory di output. </li></ol></li></ol> 4. Volume e analisi di superficie Nota: Questo passaggio descrive la generazione di mesh isosuperficie dalla serie di immagini creato da RooTrak. <ol><li> Convertire immagine Pila da RooTrak in un formato di immagine binaria in ImageJ. Selezionare &quot;Processo&quot;, poi &quot;binario&quot;, poi &quot;Make Binary&quot;. </li><li> Utilizzare il plugin ImageJ open-source, BoneJ, per creare la mesh triangolare; in ImageJ selezionare &quot;Plugins&quot;, poi &quot;BoneJ&quot;, poi &quot;isosuperficie&quot;. </li><li> Impostare &quot;ricampionamento&quot; e &quot;Threshold&quot; per, rispettivamente, 6 e 120, (impostazioni di default). Controllare &quot;Mostra di superficie&quot;, e premere il tasto &quot;OK&quot;. </li><li> Sul &quot;visualizzatore 3D&quot; fare clic sulla scheda File, poi su &quot;superfici di esportazione&quot;, quindi salvare come &quot;STL (binary)&quot;. </li><li> Aperto imeshJ, selezionare il file STL e inserire le dimensioni voxel in micron. Fai clic su &quot;Calculate Superficie &quot;di acquisire superficie totale della radice del campione in mm 2. Allo stesso modo, fare clic su&quot; Calcola Volume &quot;per ottenere volume totale di root del campione in mm 3. </li></ol>

<ol>
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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+imaging+of+roots+with+high+resolution+X-ray+micro-tomography.">Non-invasive imaging of roots with high resolution X-ray micro-tomography.</a> Plant and Soil. 255 (1), 351-359 (2003).</li><li>Mairhofer, S., 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=RooTrak:+Automated+Recovery+of+Three-Dimensional+Plant+Root+Architecture+in+Soil+from+X-Ray+Microcomputed+Tomography+Images+Using+Visual+Tracking.">RooTrak: Automated Recovery of Three-Dimensional Plant Root Architecture in Soil from X-Ray Microcomputed Tomography Images Using Visual Tracking.</a> Plant Physiol. 158 (2), 561-569 (2012).</li><li>Anderson, S. H., Hopmans, J. 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Graph. 21 (4), 163-169 (1987).</li><li>Lobet, G., Draye, X., Perilleux, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+online+database+for+plant+image+analysis+software+tools.">An online database for plant image analysis software tools.</a> Plant Methods. 9 (38), (2013).</li><li>Schmidt, T., 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=The+iRoCS+Toolbox+-+3D+analysis+of+the+plant+root+apical+meristem+at+cellular+resolution.">The iRoCS Toolbox - 3D analysis of the plant root apical meristem at cellular resolution.</a> Plant J. 77 (5), 806-814 (2014).</li><li>Galkovskyi, T., 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=GiA+Roots:+software+for+the+high+throughput+analysis+of+plant+root+system+architecture.">GiA Roots: software for the high throughput analysis of plant root system architecture.</a> BMC Plant Biol. 12, 116 (2012).</li><li>Clark, 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=3-Dimensional+Root+Phenotyping+with+a+Novel+Imaging+and+Software+Platform.">3-Dimensional Root Phenotyping with a Novel Imaging and Software Platform.</a> Plant Physiol. 156, 455-465 (2011).</li><li>. RootSnap! Available from: <a target="_blank" href="https://www.cid-inc.com">https://www.cid-inc.com</a> (2013)</li><li>Arsenault, J. L., Pouleur, S., Messier, C., Guay, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=WinRHIZO&#8482;+a+root-measuring+system+with+a+unique+overlap+correction+method.">WinRHIZO&#8482; a root-measuring system with a unique overlap correction method.</a> HortSci. 30, 906-906 (1995).</li></ol>

We have nothing to disclose.

Una combinazione di raggi X tomografia computerizzata e diversi programmi open-source ha dimostrato di essere una potente combinazione per non invasivo campioni di radici di piante di immagini, dati radice del segmento, ed estrarre informazioni quantitative (area di superficie e volume) dai dati 3D. La nostra capacità di visualizzare e misurare caratteristiche è sempre limitata dalla risoluzione di scansione, nonché da limitazioni del software RooTrak. Tuttavia, la risoluzione di scansione è stato sufficiente a catt...

Roots, come parte della rizosfera 2-5, rappresentano una parte &quot;invisibile&quot; della biologia vegetale in quanto terreno rende difficile alle radici di immagini non invasivo 6, 7. Tuttavia, studiando la crescita delle radici e l&#39;interazione all&#39;interno dell&#39;ambiente del suolo è fondamentale per la comprensione root / crescita delle piante e il ciclo dei nutrienti, che a loro volta influenzano la forestazione, la sicurezza alimentare, e del clima. X-ray tomografia computerizzata (XCT) ha dimostrato di essere uno strumento prezioso per l&#39;imaging non invasivo di campioni radice vegetale nei loro ambienti locali 8. Al fine di misurare lo sviluppo delle radici e variazioni dimensionali in condizioni diverse, ed essere in grado di confrontare i dati provenienti da diversi set di dati / campioni, si ha la necessità di estrarre informazioni quantitative dai dati tomografia. Segmentazione dei dati radice da quello del terreno circostante, cioè l&#39;isolamento dell&#39;immagine radice da tutto il resto intorno (tra cui, ad esempio, un impianto adiacente) è un passaggio critico prima accuanalisi della dimensione delle rate può essere fatto. Tuttavia, un approccio semplice soglia è spesso impossibile per i dati di radice. Le sfide connesse con le radici delle piante di imaging nel suolo includono variazioni nelle proprietà di attenuazione dei raggi X del materiale radice, e la sovrapposizione di valori di attenuazione tra la radice e suolo causati da acqua e materia organica. Questi problemi sono stati affrontati superbamente recentemente da Mairhofer et al. nella loro strumento di monitoraggio visivo RooTrak 7, 9. Il passo successivo dopo una segmentazione di successo è la determinazione accurata del volume di root e di superficie. Il volume può essere stimata contando il numero di voxel e moltiplicando per dimensione al cubo voxel &#39;come mostrato prima del 7. Per una determinazione più accurata della superficie della radice e volume, la isosurface del sistema radicale segmentato può essere rappresentato da una maglia di triangoli, utilizzando un algoritmo noto come Marching Cubes 10. La open-source ImageJ 11 può essere utilizzato per approssimare °volume di root e in base all&#39;algoritmo Marching Cubes. Per quanto a nostra conoscenza, solo un numero limitato di software open-source dedicato al calcolo dei dati del volume / superficie tomografia-based per i campioni di root nel campo di centimetri e, soprattutto, è attualmente disponibile 12. Un software open-source abbiamo guardato 13 si concentra sulla crescita delle radici e si rivolge a funzioni cellulari che permettono l&#39;analisi quantitativa volume a risoluzione di una singola cellula. Alcuni software open-source dedicato a sistemi di radici intere 14 è eccellente per i sistemi di root tubolari di piccolo diametro in base al ravvicinamento che la loro forma è in realtà tubolare. Tuttavia, alcuni lavori con immagini 2D e non sono in grado di gestire in 3D stack 14. Inoltre, la forma tubolare approssimazione può non essere valido quando apparati radicali con superfici ruvide e forme non uniformi, come quelle di alberi, sono studiati. Un altro approccio 15 utilizza due-dimensionali (2D) sequenze di immagini di rotazione innovativo eludere °e la necessità di uno scanner CT costosa. Misura, record, e visualizza radice lunghezze di sistema. Il software che abbiamo testato tra quelli disponibili in commercio solo 16-18; uno non sembra essere in grado di gestire immagini 3D pile 16, il secondo è un utensile superficie fogliare e misurazione della lunghezza della radice 17, mentre la terza è basata sull&#39;analisi colore 18. Sulla base di questa indagine, vi suggeriamo di un&#39;opzione a costo zero che approssima la superficie e il volume della radice indipendentemente dalla sua forma a partire dai dati tomografia 3D è desiderabile. Basandosi sul RooTrak liberamente disponibile e ImageJ, abbiamo sviluppato un programma, chiamato imeshJ (vedi file di codice supplementare), che elabora una maglia isosuperficie (file stereolitografia superficie) generato dai dati radice segmentati, e calcola il volume e la superficie della radice da facendo semplici calcoli geometrici sui dati di maglia indice triangolo. Qui riportiamo un metodo che combina l&#39;uso dell&#39;imaging XCT,ricostruzione e visualizzazione dei dati (software TC Pro 3D e VG Studio), la segmentazione della radice del campione dal terreno nei dati 3D (software open-source ImageJ e RooTrak), e l&#39;estrazione dei dati di superficie e il volume da una maglia triangolare (ImageJ e il codice imeshJ computer).

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>X-Tek/Metris XTH 320/225 kV&#160;</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>n/a</td>
			<td>X-ray tomography scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inspect X</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Instrument control software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CT Pro 3D</td>
			<td>Nikon Metrology</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Reconstruction software, version XT 2.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VG Studio MAX</td>
			<td>Visual Graphics GmbH</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Visualization software for 3D volumes, version 2.1.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>Open-source</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Image processing and analysis software, version 1.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RooTrak</td>
			<td>Open-source</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Root segmentation software, version 0.3.1-b1 beta</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>imeshJ</td>
			<td>EMSL</td>
			<td>n/a</td>
			<td>MATLAB script developed by the authors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prairie dropseed grass sample</td>
			<td>n/a</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Sample obtained from ground in residential area</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

extracting metrics for three-dimensional root systems: volume and surface analysis from in-soil x-ray computed tomography data

Le radici delle piante hanno un ruolo fondamentale nelle interazioni pianta-suolo-microbo che si verificano nella rizosfera, così come i processi con importanti implicazioni per il cambiamento climatico e la gestione delle colture. Le informazioni quantitative formato sulle radici nel loro ambiente nativo è prezioso per studiare la crescita delle radici e processi ambientali che coinvolgono le piante. X-ray tomografia computerizzata (XCT) ha dimostrato di essere uno strumento efficace per la scansione in situ della radice e l&#39;analisi. Abbiamo puntato a sviluppare uno strumento costless ed efficiente che approssima la superficie e il volume della radice indipendentemente dalla forma dai dati tridimensionali (3D) tomografia. La struttura principale di un Dropseed Prairie (heterolepis Sporobolus) esemplare è stato ripreso con XCT. La radice è stata ricostruita, e la struttura della radice primaria è stato estratto dai dati utilizzando una combinazione di software concesso in licenza e open-source. Una maglia poligonale isosuperficie è stato poi creato per facilità di analisi. Abbiamo sviluppato tegli applicazione indipendente imeshJ, generato in MATLAB 1, per calcolare il volume di root e la superficie dalla mesh. Le uscite di imeshJ sono superficie (in mm 2) e il volume (in mm 3). Il processo, utilizzando una combinazione di strumenti da imaging per analisi quantitativa radice, è descritto. Una combinazione di XCT e software open-source ha dimostrato di essere una potente combinazione per non invasivo campioni di radici di piante di immagini, dati radice del segmento, ed estrarre informazioni quantitative dai dati 3D. Questa metodologia di elaborazione di dati 3D dovrebbe essere applicabile ad altri sistemi materiale / campione in cui vi è la connettività tra i componenti di simile attenuazione dei raggi X e le difficoltà sorgono con la segmentazione.

Il campione costituito da due steli dell&#39;erba nativa Prairie Dropseed (Sporobolus heterolepis) e il terreno originale attorno è stato preso da una zona residenziale e collocato in un piccolo supporto a forma di tubo visibile in figura 1. La dimensione dei dati voxel ricostruiti era circa 31 um x 31 um x 31 um. Il file di volume ricostruito è stato utilizzato per creare una pila di immagini da un orientamento selezionato (vista dall&#39;alto) utilizzando l&...

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Extracting Metrics for Three-dimensional Root Systems: Volume and Surface Analysis from In-soil X-ray Computed Tomography Data

Estrazione metriche per sistemi di radici tridimensionali: volume e superficie di analisi da In-terreno a raggi X Tomografia Computerizzata dati

Una metodologia per l&#39;ottenimento di informazioni visive e quantitative struttura radice da computerizzata a raggi X dei dati acquisiti tomografia a-terreno è presentato.

Plant roots play a critical role in plant-soil-microbe interactions that occur in the rhizosphere, as well as processes with important implications to ...

extracting-metrics-for-three-dimensional-root-systems-volume-surface

Research

JoVE Journal

Environment

8.5K Views.  Environmental Molecular Sciences Laboratory.  Una metodologia per l'ottenimento di informazioni visive e quantitative struttura radice da computerizzata a raggi X dei dati acquisiti tomografia a-terreno è presentato. 

Video: Extracting Metrics for Three-dimensional Root Systems: Volume and Surface Analysis from In-soil X-ray Computed Tomography Data

Surface Renewal: An Advanced Micrometeorological Method for Measuring and Processing Field-Scale Energy Flux Density Data

Advanced micrometeorological methods have become increasingly important in soil, crop, and environmental sciences. For many scientists without formal training in atmospheric science, these techniques are relatively inaccessible. Surface renewal and other flux measurement methods require an understanding of boundary layer meteorology and extensive training in instrumentation and multiple data management programs. To improve accessibility of these techniques, we describe the underlying theory of surface renewal measurements, demonstrate how to set up a field station for surface renewal with eddy covariance calibration, and utilize our open-source turnkey data logger program to perform flux data acquisition and processing. The new turnkey program returns to the user a simple data table with the corrected fluxes and quality control parameters, and eliminates the need for researchers to shuttle between multiple processing programs to obtain the final flux data. An example of data generated from these measurements demonstrates how crop water use is measured with this technique. The output information is useful to growers for making irrigation decisions in a variety of agricultural ecosystems. These stations are currently deployed in numerous field experiments by researchers in our group and the California Department of Water Resources in the following crops: rice, wine and raisin grape vineyards, alfalfa, almond, walnut, peach, lemon, avocado, and corn.

Surface renewal is a micrometeorological method that is being used increasingly to determine energy fluxes, but its technical complexity makes it inaccessible to a broad audience. We describe the steps needed to set up and calibrate a surface renewal field station, to acquire and process data, and to correctly interpret results.

Rinnovo di superficie: un metodo avanzato micrometeorologici per la misurazione e l&#39;elaborazione del campo scala dell&#39;energia densità di flusso di dati

Advanced micrometeorological methods have become  increasingly important in soil, crop, and environmental sciences.  For many scientists without formal ...

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Ambiente

A Small Volume Procedure for Viral Concentration from Water

Small-scale concentration of viruses (sample volumes 1-10 L, here simulated with spiked 100 ml water samples) is an efficient, cost-effective way to identify optimal parameters for virus concentration. Viruses can be concentrated from water using filtration (electropositive, electronegative, glass wool or size exclusion), followed by secondary concentration with beef extract to release viruses from filter surfaces, and finally tertiary concentration resulting in a 5-30 ml volume virus concentrate. In order to identify optimal concentration procedures, two different electropositive filters were evaluated (a glass/cellulose filter [1MDS] and a nano-alumina/glass filter [NanoCeram]), as well as different secondary concentration techniques; the celite technique where three different celite particle sizes were evaluated (fine, medium and large) followed by comparing this technique with that of the established organic flocculation method. Various elution additives were also evaluated for their ability to enhance the release of adenovirus (AdV) particles from filter surfaces. Fine particle celite recovered similar levels of AdV40 and 41 to that of the established organic flocculation method when viral spikes were added during secondary concentration. The glass/cellulose filter recovered higher levels of both, AdV40 and 41, compared to that of a nano-alumina/glass fiber filter. Although not statistically significant, the addition of 0.1% sodium polyphosphate amended beef extract eluant recovered 10% more AdV particles compared to unamended beef extract.

An approach was developed for identifying optimal viral concentration conditions for small volume water samples using spikes of human adenovirus. The techniques described here are used to identify concentration parameters for other viral targets, and applied to large-scale viral concentration experimentation.

A Procedura piccolo volume per concentrazione virale da Water

Small-scale concentration of viruses (sample volumes 1-10 L, here simulated with spiked 100 ml water samples) is an efficient, cost-effective way to ...

Use of Chironomidae (Diptera) Surface-Floating Pupal Exuviae as a Rapid Bioassessment Protocol for Water Bodies

Rapid bioassessment protocols using benthic macroinvertebrate assemblages have been successfully used to assess human impacts on water quality. Unfortunately, traditional benthic larval sampling methods, such as the dip-net, can be time-consuming and expensive. An alternative protocol involves collection of Chironomidae surface-floating pupal exuviae (SFPE). Chironomidae is a species-rich family of flies (Diptera) whose immature stages typically occur in aquatic habitats. Adult chironomids emerge from the water, leaving their pupal skins, or exuviae, floating on the water&#8217;s surface. Exuviae often accumulate along banks or behind obstructions by action of the wind or water current, where they can be collected to assess chironomid diversity and richness. Chironomids can be used as important biological indicators, since some species are more tolerant to pollution than others. Therefore, the relative abundance and species composition of collected SFPE reflect changes in water quality. Here, methods associated with field collection, laboratory processing, slide mounting, and identification of chironomid SFPE are described in detail. Advantages of the SFPE method include minimal disturbance at a sampling area, efficient and economical sample collection and laboratory processing, ease of identification, applicability in nearly all aquatic environments, and a potentially more sensitive measure of ecosystem stress. Limitations include the inability to determine larval microhabitat use and inability to identify pupal exuviae to species if they have not been associated with adult males.

Use of Chironomidae Diptera Surface-Floating Pupal Exuviae as a Rapid Bioassessment Protocol for Water Bodies

Rapid bioassessment protocols using benthic macroinvertebrates are often used to monitor and assess water quality. An efficient protocol involves collections of Chironomidae surface-floating pupal exuviae (SFPE). Here, techniques for field collection, laboratory processing, slide mounting, and identification of Chironomidae SFPE are described.

Uso di Chironomidae (Ditteri) pupa esuvie come Rapid Bioassessment protocollo per i corpi idrici-galleggiante Surface

Rapid bioassessment protocols using benthic macroinvertebrate assemblages have been successfully used to assess human impacts on water quality. ...

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled Earth-system processes. Such knowledge is imperative in improving predictions of hydro-biogeochemical cycles, especially under climate change scenarios. We present an experimental method, designed to capture sub-surface heterogeneity of an initially homogeneous soil system. This method is based on destructive sampling of a soil lysimeter designed to simulate a small-scale hillslope. A weighing lysimeter of one cubic meter capacity was divided into sections (voxels) and was excavated layer-by-layer, with sub samples being collected from each voxel. The excavation procedure was aimed at detecting the incipient heterogeneity of the system by focusing on the spatial assessment of hydrological, geochemical, and microbiological properties of the soil. Representative results of a few physicochemical variables tested show the development of heterogeneity. Additional work to test interactions between hydrological, geochemical, and microbiological signatures is planned to interpret the observed patterns. Our study also demonstrates the possibility of carrying out similar excavations in order to observe and quantify different aspects of soil-development under varying environmental conditions and scale.

This study presents an excavation method for investigating subsurface hydrological, geochemical, and microbiological heterogeneity of a soil lysimeter. The lysimeter simulates an artificial hillslope which was initially under homogeneous condition and had been subjected to approximately 5,000 mm of water over eight cycles of irrigation in an 18-month period.

Terreno lisimetro scavo per accoppiate idrologici, geochimiche e microbiologiche Investigations

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

Modification and Application of a Leaf Blower-vac for Field Sampling of Arthropods

Rice fields host a large diversity of arthropods, but investigating their population dynamics and interactions is challenging. Here we describe the modification and application of a leaf blower-vac for suction sampling of arthropod populations in rice. When used in combination with an enclosure, application of this sampling device provides absolute estimates of the populations of arthropods as numbers per standardized sampling area. The sampling efficiency depends critically on the sampling duration. In a mature rice crop, a two-minute sampling in an enclosure of 0.13 m2 yields more than 90% of the arthropod population. The device also allows sampling of arthropods dwelling on the water surface or the soil in rice paddies, but it is not suitable for sampling fast flying insects, such as predatory Odonata or larger hymenopterous parasitoids. The modified blower-vac is simple to construct, and cheaper and easier to handle than traditional suction sampling devices, such as D-vac. The low cost makes the modified blower-vac also accessible to researchers in developing countries.

Assessment of arthropod abundance in crops is critical for investigating population dynamics and species interactions. Here we describe the modification and application of a leaf blower-vac for suction sampling of arthropods in rice.

Modifica e applicazione di una Leaf Blower-Vac per Campo di campionamento di Artropodi

Rice fields host a large diversity of arthropods, but investigating their population dynamics and interactions is challenging. Here we describe the ...

Protocol for Microplastics Sampling on the Sea Surface and Sample Analysis

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of scientific publications address microplastic pollution of the sea surface. The protocol below describes the methodology for sampling, sample preparation, separation and chemical identification of microplastic particles. A manta net fixed on an &#187;A frame&#171; attached to the side of the vessel was used for sampling. Microplastic particles caught in the cod end of the net were separated from samples by visual identification and use of stereomicroscopes. Particles were analyzed for their size using an image analysis program and for their chemical structure using ATR-FTIR and micro FTIR spectroscopy. The described protocol is in line with recommendations for microplastics monitoring published by the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) Technical Subgroup on Marine Litter. This written protocol with video guide will support the work of researchers that deal with microplastics monitoring all over the world.

The protocol below describes the methodology for: microplastics sampling on the sea surface, separation of microplastic and chemical identification of particles. This protocol is in line with the recommendations for microplastics monitoring published by the MSFD Technical Subgroup on Marine Litter.

Protocollo per microplastiche campionamento sulla superficie del mare e Analisi dei campioni

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of ...

Vegetated Treatment Systems for Removing Contaminants Associated with Surface Water Toxicity in Agriculture and Urban Runoff

Urban stormwater and agriculture irrigation runoff contain a complex mixture of contaminants that are often toxic to adjacent receiving waters. Runoff may be treated with simple systems designed to promote sorption of contaminants to vegetation and soils and promote infiltration. Two example systems are described: a bioswale treatment system for urban stormwater treatment, and a vegetated drainage ditch for treating agriculture irrigation runoff. Both have similar attributes that reduce contaminant loading in runoff: vegetation that results in sorption of the contaminants to the soil and plant surfaces, and water infiltration. These systems may also include the integration of granulated activated carbon as a polishing step to remove residual contaminants. Implementation of these systems in agriculture and urban watersheds requires system monitoring to verify treatment efficacy. This includes chemical monitoring for specific contaminants responsible for toxicity. The current paper emphasizes monitoring of current use pesticides since these are responsible for surface water toxicity to aquatic invertebrates.

This article summarizes the design attributes and the effectiveness of treatment systems that treat urban stormwater and agriculture irrigation runoff to remove pesticides and other contaminants associated with aquatic toxicity.

Sistemi di trattamento vegetale per la rimozione dei contaminanti associati alla tossicità dell&#39;acqua superficiale nell&#39;agricoltura e nella rottura urbana

Urban stormwater and agriculture irrigation runoff contain a complex mixture of contaminants that are often toxic to adjacent receiving waters. Runoff may ...

Dispersion of Nanomaterials in Aqueous Media: Towards Protocol Optimization

The sonication process is commonly used for de-agglomerating and dispersing nanomaterials in aqueous based media, necessary to improve homogeneity and stability of the suspension. In this study, a systematic step-wise approach is carried out to identify optimal sonication conditions in order to achieve a stable dispersion. This approach has been adopted and shown to be suitable for several nanomaterials (cerium oxide, zinc oxide, and carbon nanotubes) dispersed in deionized (DI) water. However, with any change in either the nanomaterial type or dispersing medium, there needs to be optimization of the basic protocol by adjusting various factors such as sonication time, power, and sonicator type as well as temperature rise during the process. The approach records the dispersion process in detail. This is necessary to identify the time points as well as other above-mentioned conditions during the sonication process in which there may be undesirable changes, such as damage to the particle surface thus affecting surface properties. Our goal is to offer a harmonized approach that can control the quality of the final, produced dispersion. Such a guideline is instrumental in ensuring dispersion quality repeatability in the nanoscience community, particularly in the field of nanotoxicology.

Here, we present a step-wise protocol for the dispersion of nanomaterials in aqueous media with real-time characterization to identify the optimal sonication conditions, intensity, and duration for improved stability and uniformity of nanoparticle dispersions without impacting the sample integrity.

Dispersione dei nanomateriali in mezzi acquosi: verso l'ottimizzazione dei protocolli

The sonication process is commonly used for de-agglomerating and dispersing nanomaterials in aqueous based media, necessary to improve homogeneity and ...

Stress Distribution During Cold Compression of Rocks and Mineral Aggregates Using Synchrotron-based X-Ray Diffraction

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) coupled with synchrotron X-radiation. A cube-shaped sample assembly is prepared and compressed, at room temperature, by a set of four X-ray transparent sintered diamond anvils and two tungsten carbide anvils, in the lateral and the vertical planes, respectively. All six anvils are housed within a 250-ton hydraulic press and driven inward simultaneously by two wedged guide blocks. A horizontal energy dispersive X-ray beam is projected through and diffracted by the sample assembly. The beam is commonly in the mode of either white or monochromatic X-ray. In the case of white X-ray, the diffracted X-rays are detected by a solid-state detector array that collects the resulting energy dispersive diffraction pattern. In the case of monochromatic X-ray, the diffracted pattern is recorded using a two-dimensional (2-D) detector, such as an imaging plate or a charge-coupled device (CCD) detector. The 2-D diffraction patterns are analyzed to derive lattice spacings. The elastic strains of the sample are derived from the atomic lattice spacing within grains. The stress is then calculated using the predetermined elastic modulus and the elastic strain. Furthermore, the stress distribution in two-dimensions allow for understanding how stress is distributed in different orientations. In addition, a scintillator in the X-ray path yields a visible light image of the sample environment, which allows for the precise measurement of sample length changes during the experiment, yielding a direct measurement of volume strain on the sample. This type of experiment can quantify the stress distribution within geomaterials, which can ultimately shed light on the mechanism responsible for compaction. Such knowledge has the potential to significantly improve our understanding of key processes in rock mechanics, geotechnical engineering, mineral physics, and material science applications where compactive processes are important.

We report detailed procedures for compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus coupled with synchrotron X-radiation. Such experiments allow quantification of the stress distribution within samples, that ultimately sheds light on compaction processes in geomaterials.

Distribuzione delle sollecitazioni durante la compressione a freddo di rocce e inerti minerali mediante diffrazione di raggi x di sincrotrone-basato

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) ...

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 ...