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.篩部選択とツリーからの削除<ol><li>特定の特性を持つツリーを選択します。松から師部を収集（ すなわち 、 マツ属の樹木）彼らは、数ミリメートルの厚さである独特の師部層。18,27ツリーが配置されると、例えば、昆虫攻撃など、他の欠陥のためにそれを点検し、いくつかの低い枝を持っているようにおよび/または病原体。あるいは、そのような師部サンドイッチでトウヒの木のような他の針葉樹の木から師部を使用しています。9その他の木種は、広葉樹などの師部除去するのに適している。 注：大規模な冠を持つ針葉樹の木は通常、最も厚い師部組織を持っている。師部の量を最大にするためには、トランク（木の幹）上で、いくつかの欠陥や支店を持つ木を切るのが最善です。最高の自己剪定作業である松の種。師部は、一般的に成長しているシーズン中最も厚い、地面付近よりもトランクまで高く厚い。師部はremovすることが困難な場合がある秋や冬の季節の間に木からの電子。 </li><li>ダウン木を切るか、師部組織を得るために、最近、カットログを使用しています。木へのダメージだけでなく、近くの木を最小限に抑えることができます落下方向を選択してください。師部除去の間に樹皮材料に簡単にアクセスを許可するようにトランクから枝を切った。 </li><li>木がカットされたら（伐採、地面に落下）鋭いドローブレード（ 図1A）とトランクオフ樹皮を掻き始める。師部層に到達するまで、樹皮の領域を削り取る。 注：外樹皮カラーで乾燥し、暗い状態で篩部層は、一般的に（ 例えば、クリーム色）色が薄くかつ湿っている（ 図1B）。師部をこすりしないように特別な注意を払う。樹皮の面積が必要と師部片（群）のサイズに依存掻き。 </li><li>樹皮を除去した後、鋭利なナイフで師部片の輪郭をカット。ナイフは木部（ 図2A）へのすべての道をカットしていることを確認してください。 </li><li>師部を削除するには、慎重に師部をバック剥離する指を使っ師部片の隅から始まります。木部オフ師部をこするを支援するためにナイフを使用してください。作品全体が除去されるまで師部をオフに引っ張っ続ける。 注：師部は通常、夏には最も簡単な木の剥がれ。除去するのが極めて困難である師部については、へら状工具は努力するのを助けることができる。 </li><li>すぐに滅菌袋に師部ピースを置きます。最良の結果を得るために、真空バッグを密封する（ 図2B）または、ジップロックの袋を使用している場合は、袋からすべての空気を除去する。これは師部の寿命を向上させます。必要に応じて、1袋に師部の複数の部品を配置します。少しその鮮度を保持するために、（1〜10C）を凍結上記気密袋に保管して師部。 </li></ol> 2.師部サンドイッチの作成<ol><li>透明なアクリル、ポリカーボネート、または類似の硬質の、透明な材料（ 例えば 、ガラス）やや大型の2等分にカット師部の一部（ 図2C）よりR。パラフィルムシールを引き裂くのコーナーを防止するために、アクリルのエッジのラウンド。このプロトコルは。厚手の透明なアクリルで1/8を使用しています。 注：切断片の大きさは、対象生物のニーズと研究の長さに依存する。例えば、キクイムシのペアはヶ月間にわたって師部の4 dm 2とを利用しますが、研究では、数日以内に行われる場合のみ、1 dm 2で必要になります。 </li><li>研究生物（単数または複数）の入力を可能にするために、アクリル作品の一つに穴を開け。穴のサイズと数は、目標（ 図2D）に依存する。 </li><li>アクリル片間の師部を置く前に、（&gt; 70％エタノールで）アクリル表面を殺菌あるいは、新たなアクリルを使用している場合は、保護フィルムを取り外します。 </li><li>無菌アクリル片間の師部の新鮮な作品を置きます。オリエント師部の内側または外側の穴（複数）とアクリル片whicheverが必要とされている。一般的には、エントリーの穴に向かって（その上に樹皮を持っていた側）師部の外側に直面しています。 </li></ol> 3.師部サンドイッチシーリング<ol><li>師部サンドイッチの周りに一時的なシールを作成するには、インチ師部サンドイッチ（ 図2C）の縁の周りに引っ張ら広いパラフィルムストリップ2を使用。交互に、エッジをシールするためにポリ塩化ビニリデンラップを使用しています。6次に、師部にアクリルを絞るためにサンドイッチの両側にクランプを置く。表面全体がアクリル及び師部（ 図2C）との空気間隔を防ぐためにダウンクランプされていることを確認します。適切にクランプされていない場合は、標本はアクリルおよび師部の間で移動することができる。 </li><li>半永久的なシールを作成する師部の周りの非接着エポキシまたはワセリンを追加します。材料が完全に師部を包囲していることを確認してください。次に、師部へのタイトなアクリルを保持するために（前もって穴をドリルダウンする必要があるかもしれません）ボルトクランプまたはネジを使用します。サンドイッチだけ最大1または2ヶ月間生存したまま。 </li><li>研究生物の酸素の必要性に応じて、サンドイッチの一つ以上の側面にエアフィルタを追加。これは、空気が師部サンドイッチに入るが、師部からの水の損失を制限することができるようになります。また、真菌および細菌汚染のリスクを軽減する単純なチャコールフィルタを使用する。 </li><li>意志で入り口と出口を必要とする研究の標本、昆虫が穴にすることができ、木材または類似の材料のアクリル作品の一つを交換してください。それらの幼虫状態が師部層中に完了した後、それらはその後木部に穴これは、木材ボーラーを観察するために特に重要である。 </li><li>エントリ穴から出るの被験者を防ぐために、脱出を阻止、穴の上の小さなペトリ皿（または他のオブジェクト、テープ）を配置。これらの空間に存在する生物は、低い光レベルに慣らすであるので、暗い部屋または箱、または場所Oでサンドイッチを配置する必要があるかもしれない上部のコールパック材料は、光を遮断する。 </li></ol>師部サンドイッチ4.観測生物<ol><li>師部を挟む（ 図2D）の入口穴に研究試料を導入する。低い設定（ 図2E）に設定赤色光または白色光の下で解剖顕微鏡を使用して標本を観察する。 </li><li>師部サンドイッチ内のアクティビティや標本の成長を記録するためには、顕微鏡にカメラやビデオカメラを接続します。顕微鏡の接眼レンズ（ 図2E＆F）に特殊なビデオカメラを取り付けます。そのようなダニ、線虫、およびpseudoscorpionsなどの非常に小さな生物では、顕微鏡に取り付けられた高解像度ビデオカメラを使用しています。 </li><li>音を記録するには、師部サンドイッチの入口穴に、または師部サンドイッチの側を通ってマイクを挿入します。入口穴が小さいので、このようなエレクトレットコンデンサマイクロホンの小さなマイクロフォンを使用する。 </li><li>の側面または表面から録音するには師部のサンドイッチは、ピエゾ素子（ 図3B）を使用します。音を再生するために、同一のピエゾ素子を使用したり、アクリルの上部または下部の表面に触覚変換器（エキサイター）を取り付ける。 </li></ol>

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師部サンドイッチは節足動物、微生物、および師部組織に生息する他の小さな生物の導入や観察が可能になります。この技術は、新しい発見をもたらした1,7,8,9,17,18や行動をより良く理解する、ライフ史形質、開発、およびツリー師部内の ​​生物の相互作用。1,5,10ここで説明サンドイッチプロトコルは、過去の設計のハイブリッドであり、容易に、最小限の機器や材料で構成され、経済的なサンドイッチを提供します。ガラス、アクリル、ポリカーボネート片を再利用することができ、唯一の消耗品は、パラフィルムおよび師部である。 プロトコルのすべてのステップが重要であるが、いくつかのステップは成功の最高度を確保するために厳格に従うべきである。まず、ツリーは、木の幹の自由な部分を有することを配置する必要があり、または比較的自由な、枝の。多くの支店を持っている木は剃るのが困難であり、yは意志師部を取り外すときは、すべてのブランチが周りに切断しなければならないように、いくつかの実行可能な師部の作品をield。次に、篩部の空気暴露を最小限にすることが重要である。我々はすぐに除去する際にバッグの中にそれぞれの師部ピースを置きます。三から六個が除去されると、それらは真空密封バッグに移す。我々は、フィールドでの車両バッテリからシーラーを実行するためにパワーインバータを使用します。最後に、このプロトコルを実行する際にアクリル作品や一般的な清浄度を消毒することはサンドイッチで真菌の増殖を削減します。これは、拡張の観察のために特に重要です。 上述したように、師部サンドイッチ装置の限界がある。師部層が薄いため、一般的に師部に残るわずかな生物は、サンドイッチに導入することができる。木材ボーラーとして大きな昆虫（ すなわち、タマムシ、カミキリムシ科の種）が導入され、そのライフサイクルの初期段階のために観察することができる。この時間枠は、通常は2つに制限されています三週間。この時点の後に幼虫は蛹化のために穴に木部の木材を必要とします。これとは対照的に、キクイムシ属Ipsをでは特にそれらのために、完全なライフサイクルが観察-含むことができる大人のカブトムシに交配、卵孵化、給餌、pupating、および羽化。この時点で、サンドイッチの生存率は、通常、乾燥し、真菌の増殖のために排出される。28はさらに、この装置は、昆虫が自由にかつ自然に植民地化または師部サンドイッチを終了することはできません。27 我々のプロトコルは、サイズ、形状、および使用される師の種類の点で柔軟である。短い研究は少ない師材料を必要とし、サンドイッチのサイズはそれに応じてスケーリングすることができる。多くの針葉樹種は師部サンドイッチ（ 例えば、ポンデローサマツ12、ダグラスファー2、トウヒ29、テーダマツ27、longleaf松27）に師部ドナーとして用いられてきた。サンドイッチ材料もまた変えることができる。 EX用十分な、ガラス板の代わりに、アクリル、エポキシ、またはその代わりにパラフィルムテープを用いることもできる。 このプロトコルの中で最も難しい部分は、師部除去プロセスである。隣同士の木は彼らの師部が削除することがいかに困難で異なる場合があります。ツリーが困難な師部を有する場合には、忍耐が重要です。これらのケースでは、慎重にハード木部と師部の間にスポンジ状のナイフを実行します。このプロセスは、木をスキニングのように文字通りに感じている。 基本的なサンドイッチ法を習得した後、プロトコルへの変更は、特定のニーズに合わせて助けることができます。たとえば、師部を除去するために必要な技術をホーニングにより、より大きな断片を除去し、より大きなサンドイッチを作成するために使用することができる。また、改変は、化学排出量（図3A）、または記録または再生音（図3B）を監視するために、特定の機器、 例えば 、追加の孔に対応させることができる。修飾は、半永久的な師部の保存およびその器官を可能にすることができるISMS、以降無料で逃がすことができる生物の一時的な観測のために。

針葉樹の師部および樹皮組織は生物の何千ものホストである。 Phloeophagy、内樹皮の篩部組織に対する供給は、通常、木の中に住んキクイムシ、woodborers、および他のいくつかの無脊椎動物と微生物の分類群に関連付けられている習慣です23キクイムシ（甲虫目：ゾウムシ科）の開発および除き師部の範囲内で生活大人は新しいホストの木を求めて短い期間。31キクイムシが広く木々 18,19に及ぼす経済的影響のために研究されてきたが、木の材料内の昆虫の直接行動観察が限られていた。4さらに、ギャラリーはキクイムシによって構築種の無数のための生息地になって。菌類30、細菌3、ダニ10,21、および他の捕食や寄生節足動物22,24とともに線虫16,19の11、膨大な数の師部の材料に生息しています。ここで提供される技術通常、皮質下の環境に住んでいるキクイムシ、ダニ、及び木材ボーラーを直接観察することを可能にする。プロトコルのわずかな改変は、真菌および細菌を研究することができる。 木の組織内キクイムシおよび関連する生物が使用して研究されてきた「師部サンドイッチを。 &quot;この技術の早期使用がDendroctonus（バックそれはダグラスモミカブトムシの幼虫齢を観察するために使用された1933年に文学の出会い系で見つけることができます異なる材料が使用可能になったとしてpseudotsugae）。2師部サンドイッチは、多くの派生を経験してきた。元々 、このデバイスは、弾性バンドによって互いに押圧2その後、クランプ、テープ、糊、プラスチック、および他の材料は、サンドイッチの構造で使用されている、ガラスの二つのプレートの間に配置された師部片から成っていた13,14 、ここで説明15,17,26,28プロトコルは、過去のデザインの一部に対する改良を提供しています。例えば、内過去、試験種は、ガラスまたはプラスチックのプレートの間に、サンドイッチの横に入力した。これは、1つの方向へのギャラリーの建設を制限した。天板のエントリ穴の使用は試験種は、自然ギャラリー構築を開始するためのより大きな自由を可能にする。提示されたプロトコルの別の利点は、簡単にいくつかのツールを用いて構築することができ、その単純化された設計である。師部サンドイッチの使用は、直接摂食行動の観察、生殖、発達、そうでなければ不可能だったでしょう生物の相互作用を可能にした。1,5、22また、このメソッドは、K-12教育と科学のための優れたツールです。プログラムと表示されます。 から解釈することが困難または原稿で報告されていない師部サンドイッチの作成にいくつかの微妙な点があります。私たちは、師部サンドイッチの生産の視覚的な（ すなわち、ビデオ）の説明が必要であると信じているとなります科学者やphloeophagous生物を研究することに興味教育者にとって価値のある。我々のプロトコルは、節足動物、微生物、および師部組織に生息する他の生物を観察するための簡単​​で安価な方法を提供します。

<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.

上記のプロトコルは、木の樹皮の下に隠れた環境に住んでいる生物を観察するために、研究者が有効になります。私たちはこの技術を使用して私たちの研究室からの代表研究を記述している。12この実験ではこの技術の使用を説明するために、師部サンドイッチ生殖出力、トンネル距離、キクイムシの生存（ 図における音響治療の効果を観察するために使用された図2Eおよび2F）。師部のサンドイッチを使用することによって可能になる甲虫の直接観察は、いくつかの興味深い知見を明らかにした。まず、マーカーで24時間ごとにアクリル上のカブトムシ」の位置をマークすることで、毎日のトンネリング距離を記録した。このプロセスは、師部サンドイッチずに隠されたであろう音トリートメント全体で有意差を明らかにした。次に、特定のサウンド処理卵産生の減少を観察した。電子に対して許可師サンドイッチのモバイル性質ggの観察は、カブトムシを乱すことなく、解剖顕微鏡下で完成される。これらの観​​察中、当社は、顕微鏡に取り付けられた高精細カメラを持つカブトムシ産卵行動を捕獲した。その他の注目すべき観察は、仲間の殺害および特定の音響治療に伴う飛行の開始が含まれていた。師部サンドイッチアッセイは、音響治療に対するキクイムシ応答の我々の研究にとって極めて重要だった。木の樹皮の下に観察することは不可能であろうこれらの発見は、キクイムシの大発生と戦うための管理オプションを開発するための貴重な貢献である。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/50793/50793fig1highres.jpg" /> 図1. A）ツールが木から樹皮を除去するために必要。第1項および第2項ツリーの外樹皮をこすりするために使用されるドローブレードです。アイテム3（斧）、図4（鋸を引く）は分岐を除去するために有用である近くシェービング面積。B）ドローブレードの使用は、木から樹皮を除去します。赤みを帯びた樹皮の下に師部の光の色に注目してください。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/50793/50793fig2highres.jpg" /> 図2. A）は樹皮後師部の除去は、木。B）は 、真空密封された袋。C）クランプが一緒にアクリル片を保持し、パラフィルムの周り汚染や師部の乾燥を防ぐために、エッジと師部サンドイッチに格納されている新鮮な師部の掻き取り。Dアクリルにドリル穴の近く）キクイムシ。E）師部サンドイッチを観察する顕微鏡を用いて、F）師部サンドイッチ内キクイムシのビデオディスプレイ。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/50793/50793fig3highres.jpg" /> 図3。 <st栄&gt; A）師部サンドイッチでカブトムシからフェロモン買収。空気が師部サンドイッチ内の山の松カブトムシに圧電トランスデューサ（写真中央）を介してスーパー-Q吸収性。B）記録と音の再生を含む管を通って引っ張られている。

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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.

ツリー組織内節足動物と微生物群集を研究するための技術

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

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Research

JoVE Journal

Environment

10.3K ビュー.  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 ...

環境学

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.

バイオベースの産業の原料としてたばこ木とポプラの評価のための転写産物および代謝物プロファイリング

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.

現代の木リング研究の技術的な観点 -  Dendroecologicalと木材解剖課題を克服する方法

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.

定量的シナリオ分析フレームワーク内の流域計画

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.

実験で多年生の草の根、根、土壌微生物の分離と解析

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.

葉の木の粒子状物質の除去能力を評価します。

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.

特徴マイクロバイ ダイナミクス-フローサイトメトリー ベースの自然なコミュニティに純粋培養からワークフロー

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.

大規模な空間スケールでバイオフィルムの形態形成を解明する自動化された3D光コヘレンス断層撮影

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.

毒性物質のトランスおよび多世代効果の研究のためのカエナルハブ炎エレガンスの使用

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