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.

주의 : X 선 단층 촬영 스캐너의 동작은 일반적인 방사선 교육, 악기 고유의 방사선 안전 교육을 모두 필요로한다. 실험자의 실험에 관련된 모든 대응 절차를 따라야한다. 1. 루트 이미지 참고 :이 단계는 관 모양의 플라스틱 냄비에 원래의 토양에서 개최 잔디 시편의 영상 (40mm의 직경 210 mm의 높이, 약 2mm의 두께와 플라스틱 튜브)에 대해 설명합니다. <ol><li> 대상 확대에 대해 원하는 거리에서 악기의 샘플 조작에 화분을 배치합니다. 직경 2 인치의 홀더에 공장 소스의 거리에 샘플을 약 3 인치 (7cm)이어야한다. </li><li> 최적의 색상 (회색 레벨) 검출기 이미지의 대비를 달성하기 위해 X 선 검사 설정을 조정합니다. 참고 :이 설정은 사용하는 기기 제어 소프트웨어에서 사용할 수 있습니다. <ol><li> 집합 X 선 전원 설정; 85 kV의 190 μA이 시험에 사용 된PLE. </li><li> 노출 시간을 설정합니다. 여기서, 1 초의 비교적 긴 노출 시간이보다 신호 대 잡음비를 사용 하였다. </li><li> 투사 당 계획과 프레임의 설정 번호; 3142 돌기의 총 투사 당 4 프레임은 좋은 데이터 통계 좋습니다. </li><li> 은 &quot;음영 보정&quot;탭을 선택하고 &quot;만들기&quot;를 클릭하여 위의 설정 측정 조건을 사용하여 음영 보정을 실행합니다. 주 : X 선속의 일정한 세트가 조명 될 때 쉐이딩 보정은 촬상 장치의 화소의 응답의 변동을 보상한다. 프로세스는 X 선 빔 (빔 경로로부터 제거 샘플)에 설정하고, 상기 빔이 꺼져 빈 이미지 걸린다. 이 보정은 수집 된 모든 이미지에 적용됩니다. </li><li> (또한 &quot;모드를 왕복&quot;라고 함) &quot;링 유물을 최소화&quot;옵션을 선택; 투영 화상을 취득하는 동안 시료를 각 단계에서 회전한다. 이 날엔로 연결느린 속도로 인수,하지만 링 유물을 제거하는 데 도움이됩니다. </li><li> 획득 탭에서 &quot;획득&quot;버튼을 클릭하여 검색을 시작합니다 (위에 설명 된 설정, 이미지 수집은 약 4 시간 소요됩니다). </li></ol></li></ol> 2. 데이터 재구성 참고 :이 섹션은 원시 이미지합니다 (CT 검사에서 방사선)에서 3D 볼륨 데이터의 재구성에 대해 설명합니다. <ol><li> 프로그램에 원시 데이터를로드합니다. </li><li> 확인 시편 이동하지 않았거나 스캔 설정은 데이터 수집 중에 변경되지 않았습니다하기 위해 첫 번째와 마지막 이미지를 비교하여 (마지막 이미지가 시편의 360 O를 회전 한 후 촬영으로 그들은 거의 동일해야합니다). </li><li> &quot;센터 회전&quot;탭을 선택하고 &quot;시작&quot;을 클릭하여 회전 중심 (COR)를 계산; 사용 옵션은 &quot;자동&quot;COR은 &quot;높은 품질&quot;정확도 및 &quot;이중&quot;(상하) 조각들로 발견COR 계산을위한 선거. </li><li> 복원 할 수있는 샘플 볼륨을 선택하십시오 &quot;볼륨&quot;탭을 선택하고 미리보기 이미지를 사용하여 볼륨 선택 창을 편집 할 수 있습니다. </li><li> &quot;시작&quot;을 클릭하여 3D 데이터를 포함하는 볼륨 파일을 만들 재건을 수행합니다. </li></ol> 3. 데이터 처리 / 분할 주 :이 섹션의 단계들은 단지 이진 영상의 스택을 생성하는 임의의 주변 재료 뿌리 토양을 통해 분기 및 격리로 뿌리를 추적 할 수있는 프로그램 RooTrak에서 추가 처리를 위해 재구성 된 데이터를 준비 채취한다 설명 루트 자체. <ol><li> ImageJ에있는 볼륨 데이터의 처리는 RooTrak 처리 가능한 이미지 스택을 제조 하였다 : <ol><li> ImageJ에에 볼륨 파일을로드합니다. </li><li> 밝기 및 대비 설정을 조정하여 뿌리와 토양 사이의 이미지 대비를 최적화 (/ 밝기 / 명암 ​​대비를 조정 / 이미지를 클릭). 이미지 내의 관심 영역을 표시하고있을 때 Clearly 구별, 설정이 최적화 된 것으로 간주된다. </li><li> JPEG, BMP 또는 PNG 형식의 이미지 스택으로 저장합니다. </li></ol></li><li> 세그먼트 루트에 RooTrak에서 처리 : <ol><li> RooTrak에로드 이미지 스택 ( &#39;도구&#39;탭으로 이동하고 Enter 키를 누릅니다 &quot;트래커&quot;). </li><li> 루트 내부 설정 씨 포인트 : 볼륨 데이터의 상위 뷰 조각에서 보이는 해당 루트의 각 섹션 내에서 여러 지점을 클릭합니다. </li><li> 설정 추적 매개 변수 &quot;부드러움&quot;각각 0.3과 0.8에 &quot;유사성&quot;. </li><li> 추적 기능을 실행합니다. 이 상단 이미지 조각에서 바닥 조각에 모든 방법을 루트를 따릅니다. </li><li> 볼륨 데이터를 시청 한 후, 사용 가능한 데이터 량에 따라 분할 수를 선택; 이 경우, 추적 루트 경계 (추적 루트의 이미지가 토양의에 혼합하기 시작) 잘못 정의 된 6.2 mm의 깊이에 해당하는 200 조각에서 중지되었습니다. 참고 :생성 된 이미지 스택은 출력 디렉토리가 생성 된 곳으로 자동으로 저장됩니다. </li></ol></li></ol> 4. 볼륨 및 표면 분석 참고 :이 단계는 RooTrak에 의해 생성 된 이미지 스택에서있는 isosurface 메쉬 생성을 설명합니다. <ol><li> ImageJ에있는 이진 이미지 형식으로 RooTrak에서 이미지 스택을 변환합니다. &quot;프로세스&quot;다음 &quot;이진은&quot;다음 &quot;이진 만들기&quot;를 선택합니다. </li><li> 삼각형 메쉬를 생성하는 오픈 소스 ImageJ에 플러그인, BoneJ를 사용; ImageJ에있는 &quot;플러그인&quot;을 선택한 후 &quot;BoneJ&quot;다음 &quot;있는 isosurface&quot;를 선택합니다. </li><li> 각각 6, 120 (기본 설정)에 &quot;리샘플링&quot;와 &quot;임계 값&quot;을 설정합니다. &quot;연락처보기면&quot;을 확인하고 &quot;OK&quot;버튼을 누릅니다. </li><li> 은 &quot;3D 뷰어&quot;에서 다음, 다음 &quot;수출면&quot;에서 파일 탭을 클릭합니다 &quot;(이진) STL&quot;로 저장합니다. </li><li> 열기 imeshJ의 STL 파일을 선택하고 미크론의 복셀 크기를 입력합니다. 를 클릭하십시오 &quot;Calculate 표면적 &quot;유사. mm이 총 샘플 루트 표면적을 확보 클릭&quot;3 mm의 총 샘플 루트 볼륨을 구하는 계산 볼륨 &quot;. </li></ol>

<ol>
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Soil Sci. 57 (1), 2-12 (2006).</li><li>Philippot, L., Raaijmakers, J. M., Lemanceau, P., van der Putten, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Going+back+to+the+roots:+the+microbial+ecology+of+the+rhizosphere.">Going back to the roots: the microbial ecology of the rhizosphere.</a> Nat. Rev. Microbiol. 11 (11), 789-799 (2013).</li><li>Gregory, P. J., Hutchison, D. J., Read, D. B., Jenneson, P. M., Gilboy, W. B., Morton, E. 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. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Soil-Water-Root Processes: Advances in Tomography and Imaging. , (2013).</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=Recovering+complete+plant+root+system+architectures+from+soil+via+X-ray+mu-Computed+Tomography.">Recovering complete plant root system architectures from soil via X-ray mu-Computed Tomography.</a> Plant Methods. 9, 8 (2013).</li><li>Lorensen, W. E., Cline, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Marching+cubes:+a+high+resolution+3D+surface+construction+algorithm.">Marching cubes: a high resolution 3D surface construction algorithm.</a> Comput. 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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.

X 선 컴퓨터 단층 촬영 및 입증 여러 오픈 소스 프로그램의 조합은 비 침습적 영상 식물 뿌리 샘플, 세그먼트 루트 데이터, 그리고 3 차원 데이터에서 정량적 정보 (면적 및 볼륨)를 추출 할 수있는 강력한 조합이 될 수 있습니다. 기능을 시각화하고 측정 할 수있는 능력은 항상 스캔 해상도뿐만 아니라 의해 RooTrak 소프트웨어의 한계에 의해 제한된다. 그러나, 스캔 해상도 본 연구의 샘플의 기능의 ?...

토양 비 침습적 화상 뿌리 (6, 7)에 어렵게 때문에 뿌리가 근권 2-5의 일부로 식물학의 &quot;보이지 않는&quot;부분을 나타낸다. 그러나, 토양 환경 내 뿌리 성장 및 상호 작용을 연구하면 이해에 중요 루트 / 식물의 성장과 차례로 조림, 식량 안보, 기후에 영향을 미치는 영양소 순환. X 선 단층 촬영 (XCT)는 로컬 환경 8 식물 뿌리 샘플 비침 이미징을위한 가치있는 도구임이 입증되었다. 다른 조건 루트 개발 및 치수 변화를 측정하고, 서로 다른 데이터 세트 / 데이터 시험편을 비교할 수 있도록하기 위해, 하나의 단층 촬영 데이터로부터 정량적 정보를 추출 할 필요가있다. 주변 토양의 뿌리로부터 데이터의 분할, 즉 다른 모든 주위에서 루트 이미지의 분리 (을 포함하여, 예를 들어 인접하는 식물) ACCU 전에 중요한 단계속도 크기 분석을 수행 할 수있다. 그러나, 단순한 임계 접근 루트 데이터를 종종 실행할 수 없게된다. 토양 촬상 식물의 뿌리와 관련된 문제는 루트 재료의 X 선 감쇠 특성의 변동, 및 물과 유기 물질에 의한 뿌리와 토양 사이 감쇄 값의 중복을 포함한다. 이러한 문제는 멋지게 Mairhofer 등의 알에 의해 최근에 해결되었습니다. 시각적 추적 도구 RooTrak 7, 9. 성공적인 분할 후의 다음 단계는 루트 볼륨 표면적의 정확한 결정이다. 부피는 복셀의 개수를 카운트 7 전에 도시 된 바와 같이, 복셀 &#39;크기의 제곱을 곱하여 추정 될 수있다. 루트 표면적과 체적에 대한보다 정확한 결정을 위해, 분할 된 루트 시스템이있는 isosurface 마칭 큐브 (10)으로 알려진 알고리즘을 사용하여, 삼각형 메쉬로 표현 될 수있다. 오픈 소스 ImageJ에 11 번째의 근사치를 이용할 수있다행진 큐브 알고리즘을 기반으로 전자 루트 볼륨. 우리가 아는 한, 오픈 소스 소프트웨어의 제한된 수는 센티미터 범위에서 루트 시편 단층 촬영 기반 볼륨 / 표면 데이터를 계산에 전념 이상 현재 12 사용할 수 있습니다. 우리는 (13)에보고 한 오픈 소스 소프트웨어 뿌리 성장에 초점을 단일 셀 해상도 정량 부피 분석을 가능 셀룰러 기능을 겨냥한다. 전체 루트 시스템 (14)에 전념 일부 오픈 소스 소프트웨어는 모양이 실제로 관상이라는 근사치를 기반으로 작은 직경의 관 루트 시스템을위한 우수하다. 그러나 2D 이미지와 함께 몇 가지 작업 및 3D 14 스택을 처리 할 수 없습니다. 이러한 나무의 것과 같은 거친 표면과 균일하지 않은 모양과 루트 시스템, 연구 할 때 또한, 관 모양의 근사치가 유효하지 않을 수 있습니다. 또 다른 방법 (15)은 제 혁신적 우회 2 차원 회전 이미지 시퀀스를 사용전자 고가의 CT 스캐너를 위해 필요합니다. 또한, 측정 기록, 표시 시스템 길이를 뿌리. 우리는 상업적으로 16 ~ 18 사용할 수 만에서 테스트 한 소프트웨어; 하나는 제는 색상 분석 (18)에 기초하는 동안 두번째, 잎 면적 루트 길이 측정 도구 17, 3D 이미지를 처리 할 수 있도록 스택 (16)이 표시되지 않는다. 이 조사를 바탕으로 3 차원 단층 촬영 데이터와 관계없이 그 형상의 루트면 및 볼륨에 가까운 무료의 옵션이 바람직하다고 제안한다. 자유롭게 사용할 RooTrak 및 ImageJ에 바탕, 우리는 분할 루트 데이터로부터 생성 된있는 isosurface 메쉬 (표면 조형 파일)을 처리하는 (기업 코드 파일 참조) imeshJ라는 프로그램을 개발하고,하여 루트의 부피와 표면적을 계산 한 메쉬 삼각형 인덱스 데이터에 단순한 기하학적 계산을 수행. 여기에서는, XCT 영상의 사용을 결합하는 방법을보고삼각형 메쉬 데이터 재구성 시각화 (소프트웨어 CT 프로 3D 및 VG 스튜디오), 3 차원 데이터 (개방 소스 소프트웨어 ImageJ에 및 RooTrak)에서 토양 시료의 루트 세그먼트와 표면 및 체적 정보 추출 (ImageJ에 컴퓨터 코드 imeshJ).

<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

식물 뿌리는 기후 변화와 작물 관리에 중요한 의미가있는 중요한 근권에서 발생하는 식물 토양 미생물의 상호 작용의 역할뿐만 아니라 프로세스를 재생할 수 있습니다. 그 나라의 환경에서 뿌리의 양이 크기 정보는 뿌리 성장과 식물을 포함하는 환경 프로세스를 연구하기위한 귀중한입니다. X 선 컴퓨터 단층 촬영 (XCT)는 현장에서 루트 검색 및 분석을위한 효과적인 도구로 증명되었다. 우리는 3 차원 단층 촬영 데이터와 관계없이 그 형상의 루트면 및 볼륨에 가까운 비용이없는 효율적인 툴을 개발하는 목적. 프레리의 dropseed의 루트 구조는 (Sporobolus의 heterolepis) 시편 XCT를 사용하여 몇 군데 있었다. 루트 재구성하고, 기본 루트 라이센스 구조는 오픈 소스 소프트웨어의 조합을 사용하여 데이터로부터 추출 하였다. 있는 isosurface 다각형 메쉬는 다음 분석의 편의를 위해 만들어졌습니다. 우리는 t을 개발했다그 메시의 루트 볼륨과 표면적을 계산 한 MATLAB 생성 imeshJ 애플리케이션을 독립. imeshJ의 출력면 (mm 2) 영역 (mm 3) 볼륨이다. 정량적 루트 분석 이미징 도구의 독특한 조합을 이용하는 과정은 설명한다. 증명 XCT의 조합 오픈 소스 소프트웨어는 비 침습적 영상 식물 뿌리 샘플, 세그먼트 루트 데이터, 그리고 3 차원 데이터에서 정량적 정보를 추출 할 수있는 강력한 조합이 될 수 있습니다. 3D 데이터를 처리하는이 방법은 세그멘테이션 발생할 유사 X 선 감쇄 컴포넌트 간의 연결 및 어려움이있을 다른 물질 / 시료 시스템에 적용되어야한다.

이 구성된 표본은 기본 잔디 프레리 dropseed (Sporobolus의 heterolepis)과이 주거 지역에서 가져온 그림 1에서 볼 수있는 작은 튜브 모양의 홀더에 넣고 주위에 원래 토양의 줄기. 재구성 된 데이터 복셀 크기가 약 31이었다 μm의 X 31 μm의 X 31 μm의. 재구성 된 볼륨 파일 오픈 소스 화상 처리 프로그램 ImageJ에 1.6 (11)를 사용하여 선택 방향 (상면)의 이미지?...

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

3 차원 루트 시스템에 대한 통계를 추출 : 볼륨 및 표면 분석에-토양 X 선 컴퓨터 단층 촬영 데이터에서

- 토양에 취득한 X 선 단층 촬영 데이터로부터 영상 및 정량 루트 구조 정보를 획득하기위한 방법이 제시된다.

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

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Environment

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비디오: 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.

표면 갱신 : 밀도 데이터를 측정하고 처리 현장 규모 에너지 유출에 대한 고급 미기상 방법

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

연구

환경과학

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.

물에서 바이러스 농도에 대한 작은 볼륨 절차

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.

Chironomidae (파리목)의 사용 표면 부동 물 기관에 대한 신속한 생물학적 평가 프로토콜로 번데기 Exuviae을

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.

결합 문학, 지구 화학 및 미생물 조사를위한 토양 모형 매립 발굴

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.

수정 및 절지 동물의 필드 샘플링을위한 잎 송풍기 - 진공 청소기의 적용

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.

바다 표면 및 샘플 분석에 Microplastics 샘플링을위한 프로토콜

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.

농업과 도시 유출수의 지표수 독성과 관련된 오염 물질 제거를위한 식물 처리 시스템

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.

수성 미디어에 나노 재료의 분산: 프로토콜 최적화 쪽으로

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.

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.

절연 및 토양, Rhizosphere, 및 다년생 잔디 실험에 뿌리에서 미생물 커뮤니티의 분석

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