Um agradecimento especial para o Crescimento Facility Planta e EcoCore facilidade analítica na Colorado State University e aos muitos estudantes e professores que ajudaram neste projeto. Este trabalho é financiado pela NSF DEB concessão # 0918482, o USDA National Needs Fellowship, eo fundo Cotrufo-Hoppess para pesquisa ecologia do solo.

1. Construção Câmara <ol><li> Construa a câmara de rotulagem em uma estufa para permitir o máximo potencial de luz natural para o crescimento das plantas. Certifique-se de que a fonte de alimentação adequada está disponível para alimentar todos os componentes da câmara. </li><li> Construa a câmara de rotulagem com a montagem de 3,175 milímetros de espessura de paredes de acrílico transparente (policarbonato também seria adequado) e uma 6,35 milímetros de teto de acrílico transparente de espessura em uma moldura de alumínio com um piso de aço pintada de branco para maximizar a refletância solar. As dimensões da câmara podem ser adaptados para atender às necessidades individuais de investigação. </li><li> Monte a câmara em ¾ in (19 mm) de madeira compensada em blocos de concreto. </li><li> Faça furos no, quadro de alumínio de vidro acrílico e piso de aço e usar parafusos para fixar todos os componentes juntos. </li><li> Vede todas as costuras com calafetar silicone para garantir uma vedação hermética. </li><li> Construa um porta montando uma seção dos painéis de acrílico em parafusos longos, o que pode ser aparafusado para baixo, usando remoporcas vable. </li><li> Selar a porta com o descascamento de tempo para evitar o vazamento de ar. </li><li> Selecione uma área diretamente adjacente à câmara como o centro de controle para montar tudo de temperatura, umidade, CO 2 controles e equipamentos de monitoramento. </li><li> Perfurar cuidadosamente pequenos buracos na parede da câmara adjacente ao centro de controle para todos os fios elétricos e tubos de gás. Use calafetar silicone para vedar os buracos ao redor todos os fios e tubos para evitar o vazamento de ar. </li><li> Teste da câmara de vazamento de ar, preenchendo-o com um alto nível de CO 2 (por exemplo, 800 ppm) e deixá-lo sentar-se durante a noite. Se a concentração de CO2 na câmara é mantida no seu nível original, então é hermético. Se a concentração cai durante a noite, em seguida, todas as costuras devem ser examinados e selados com silicone calafetar até uma vedação hermética é alcançado. </li><li> Para algumas plantas adaptadas a elevadas condições de luz, adicionar luzes ligadas a um temporizador para o exterior imediato dos cHamber para aumentar a penetração da luz e da produtividade da planta. </li></ol> 2. Temperatura e Umidade Controles <ol><li> Regular a temperatura da câmara através da instalação de um tipo comercial de divisão de ar condicionado com as bobinas de refrigeração (evaporador) localizados no interior da câmara e as bobinas de compressor e condensador localizadas fora da estufa para dissipar o calor. Definir o condicionador de ar para manter a temperatura desejada. </li><li> Use uma pequena sala de desumidificador para controlar a umidade dentro da câmara. <ol><li> Perfurar um furo de drenagem através do chão da câmara adjacente ao desumidificador. </li><li> Retirar o colector do condensado a partir do desumidificador, e ligar um tubo de drenagem do desumidificador através do orifício de drenagem no chão da câmara. </li><li> Debaixo da câmara, coloque um frasco aberto cheio de água para o desumidificador para drenar directamente para. Isso cria uma vedação hermética, mas também para permitir o equilíbrio de pressão. </li></ol></li><li&gt; Instalar um controlador, tais como o controlador Omega iSeries, no centro de controle com um sensor de umidade dentro da câmara. <ol><li> Conecte o controlador para o sistema de desumidificação com um relé de estado sólido e definir o controlador de umidade com um alarme alto e swing para manter as condições ideais de cultivo na câmara. Condições de temperatura e umidade ideais serão diferentes para diferentes espécies vegetais. </li></ol></li></ol> 3. CO 2 Controles <ol><li> O enriquecimento de 2 13 C-CO é conseguida usando dois dois tanques de gás puro de CO, um átomo de 10 13% de C-CO 2 ou superior e um átomo de 1,1% de 13 C-CO 2 (abundância natural). </li><li> Monitorizar a concentração de CO 2 por ter uma bomba de diafragma continuamente extrair o ar da câmara por meio de um analisador de gás de infravermelhos (IRGA) e em seguida bombear o ar para dentro da câmara, mantendo-se assim um sistema fechado (Figura 1). </li><li> Seta baixo alarme e banda morta no software IRGA para manter as concentrações de CO 2 dentro de uma faixa desejada. Aqui, usamos um alarme baixo de 360 ppm com uma banda morta 40 ppm para manter concentrações de CO 2 entre 360-400 ppm. </li><li> Conecte uma válvula de medição para cada tanque e ajustá-los cuidadosamente para alcançar o nível C enriquecimento alvo 13. Defina os reguladores do tanque para 20 psi. </li><li> Inserir uma válvula de solenóide entre a válvula de medição e o regulador de cada tanque. Junte-se às saídas das duas válvulas de medição juntos e tubo-los para o centro da câmara. Fio de um relê de estado sólido para a saída IRGA para controlar as válvulas de solenóide (Figura 1). </li></ol> 4. Sistema de Monitorização Remota baseada na Web <ol><li> Monitorar concentrações de CO 2 a partir do software IRGA por registrá-lo em um arquivo local, uma vez a cada 30 seg. </li><li> Criar um utilitário personalizado (por exemplo, em perl ou outra linguagem de programação) para escolherentradas a partir do arquivo de log locais CO 2, juntamente com a data e hora do laptop atual, e enviá-los para uma aplicação web back-end. </li><li> Defina a aplicação web para consultar a temperatura e os dados do sensor de umidade. </li><li> Usar um sistema de controlo para verificar o estado da temperatura na câmara de cinco em cinco minutos, para evitar picos de temperatura potenciais que destroem as plantas, se o sistema de ar condicionado falhou. </li><li> Monitorar os dados de CO 2, temperatura e umidade em qualquer navegador padrão para que todos os picos de temperatura inesperados ou CO 2 gotas podem ser atendidos imediatamente. </li></ol> 5. Sistema de Irrigação <ol><li> Fure um pequeno buraco na parede da câmara de vidro acrílico por vaso. </li><li> Utilize tubos de irrigação para criar um anel de irrigação por gotejamento por vaso e alimentar o tubo de irrigação, através da parede da câmara para o exterior. </li><li> Selar os furos ao redor do tubo de irrigação com silicone calafetarpara evitar o vazamento de ar. </li><li> No exterior da câmara, ligar o tubo de irrigação para o tubo de uma bomba peristáltica. </li><li> Use uma pequena braçadeira para fechar toda a tubulação de irrigação para evitar fugas de ar entre as regas. </li></ol> 6. Envasamento plantas <ol><li> Selecione um tamanho de panela apropriada para as plantas sendo cultivadas. Aqui, 40, 15 L potes são utilizados. </li><li> Criar um substrato livre de solo, misturando areia, vermiculita, e perfil de cerâmica porosa. </li><li> Testar a capacidade de retenção de água do substrato pesando um pote seco cheio, absorvendo a panela com água e permitindo que ele para drenar completamente, e pesando o pote molhado. Utilize esta capacidade máxima de retenção de água para garantir que o excesso de fertilizante marcado e água não vaza dos potes durante a rega. </li><li> Germinar sementes em envasamento solo antes de plantá-las em vasos. Isso garante que as sementes germinadas com sucesso só são iniciados na câmara de rotulagem. </li><li> Inocular t<html> ele mudas com pasta fresca solo para introduzir micróbios benéficos. </li><li> Uma vez que as sementes germinadas, transplantar cuidadosamente mudas para os vasos do número desejado. </li><li> Uma vez envasadas, mova os potes para a câmara e montar cada pote com uma mangueira de irrigação individual. </li></ol> 7. Vedação da Câmara <ol><li> Quando a primeira vedação da porta para a câmara de uma grande massa de ar externo enche o espaço da câmara. Esfregue esta CO externa 2, ligando um purificador refrigerante de limão para a bomba de ar para esfregar a concentração de CO 2 até, pelo menos, 200-250 ppm antes de encher a câmara de volta até 400 ppm utilizando a mistura de tanque de 13 C-CO 2. </li><li> Tente manter a câmara fechada através da duração da estação de crescimento para minimizar a abundância natural CO 2 contaminação. </li><li> Monitorar o crescimento das plantas visualmente e ajustar a fertilização e irrigação de acordo com a demanda. </li></ol>itle &quot;&gt; 8. fertilização e irrigação <ol><li> Use uma solução de fertilizantes, tais como a solução de um Hoagland modificada 23, para fertilizar as plantas através do sistema de irrigação. </li><li> Rotular o fertilizante com 15 N, usando a 15 N-KNO 3 subsolution no átomo% alvejado 15 N nível, misturando 98% de átomos de 15 N-KNO 3 com abundância natural de 15 N-KNO 3 (0,37% de átomos de 15 N). </li><li> Misturar-se o suficiente da solução de fertilizante a cada evento de fertilização para toda a câmara, com base na capacidade de retenção de água da mistura de envasamento. Coloque a quantidade adequada de fertilizante para uma panela em uma jarra de vidro, e preparar tantos frascos há potes. </li><li> Soltar as mangueiras de irrigação e coloque cada um deles em um frasco com a solução de fertilizantes, e, em seguida, conectá-los para a bomba peristáltica. </li><li> Plantas de água por bombeamento de água através da bomba peristáltica através do IRRI gotejamento indivíduomangueiras gação regularmente como as plantas precisam. </li><li> Adubação com solução de Hoagland devem seguir a demanda da planta ou projeto experimental, com o aumento da demanda de nutrientes com o aumento da produtividade da planta para maximizar a produtividade. </li><li> Primeiro, bombear a solução do Hoagland através da mangueira de irrigação, então bombear água através de uma lavagem para minimizar o crescimento de algas e bactérias nos tubos. </li><li> Reclamp todas as mangueiras após a fertilização e irrigação para eliminar o vazamento de ar câmara. </li></ol> 9. Uniforme e Diferencial Labeling <ol><li> Para a rotulagem diferencial de componentes estruturais e metabólicas, retirar plantas da câmara de rotulagem 1-3 semanas antes da colheita. As plantas que estão a ser uniformemente marcado pode permanecer na câmara de rotulagem selado de forma contínua até a colheita e irrigado com solução de 15 de N-Hoagland. </li><li> Manter as plantas retiradas na estufa durante este tempo para que eles recebam luz adequadae CO 2 em abundância natural 13 C. </li><li> Para diferencial 15 N rotulagem, continuar a fertilizar e irrigar as plantas, como de costume, mas o uso de abundância natural de 15 N-KNO 3 em solução de fertilizantes do Hoagland. </li></ol> 10. Colheita <ol><li> Pare de regar as plantas 1 semana antes da colheita para que as plantas começam a senesce e substrato resseca. </li><li> Abra a câmara e mover as panelas para fora para recorte imediato e colheita da biomassa acima do solo </li><li> Despeje a mistura de envasamento e raízes sobre uma tela grossa. </li><li> Use a tela para separar as raízes do substrato e sacudir as raízes livres de substrato. </li><li> Coloque as raízes numa peneira de 2 mm e lavá-los com água para remover qualquer material de encapsulamento restante. Use uma pinça para remover qualquer vermiculita que podem agarrar-se às raízes. </li><li> Permitir raízes secarem naturalmente, em preparação para futuros experimentos. </li></ol><ol><li> Pesar o material vegetal seco ao ar para determinar a biomassa câmara de rotulagem. </li><li> Moer uma subamostra para análise química. </li><li> Colocar 2,0 g de forno de areia seca (60 ° C) em um frasco de 125 ml de ácido lavou-se e adicionar 50 ml de água deionizada. </li><li> Colocar a amostra de um pré-aquecido (60 ° C), placa de agitação e colocar uma barra de agitação no frasco. Defina-se a agitação para 200 rpm e permitir que a amostra a aquecer durante 30 min. </li><li> Após 30 minutos, filtrar a solução através de uma maca mM 20 Malha de nylon sobre um sistema de filtração com vácuo. </li><li> Transfira o extrato para um tubo de ácido lavado previamente pesado e congelar. </li><li> Transferir o resíduo lixo sólido a uma panela de alumínio pré-pesado e seco a 60 ° C. Pesar pan e lixo após secagem para determinar a massa de resíduos de água quente. </li><li> Congelar secar o extrato de água quente e pesar para determinar a massa do extrato de água quente. </li><li> Analisar seco em estufa (60 ° C) de areia, água quente liofilizadosextrato, e seca em estufa de resíduo de água quente em um analisador elementar - razão isotópica Espectrômetro de Massa (EA-IRMS). </li></ol>

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Os autores não têm nada a revelar.

Este design para uma câmara de marcação isotópica contínuo foi utilizado para produzir de forma uniforme e diferencialmente 13 C e 15 N marcado A. gerardii para o campo seguinte e experimentos de laboratório. Durante três estações de crescimento de operação, a câmara manteve com sucesso temperatura, umidade e concentrações de CO 2 dentro dos parâmetros estabelecidos (Figura 2). A confiabilidade do sistema de controle de temperatura é fundamental durante o pico do verão, quando a radiação solar elevada pode causar o superaquecimento da câmara hermética. Eliminar o excesso de umidade causada pela transpiração das plantas que crescem garante que estômatos planta permanecerá aberto para captação fotossintética 22 e que a condensação de água não inibe a penetração da luz ou danificar a estrutura da câmara. A monitorização contínua perto da concentração de CO 2 pelo software IRGA mantida contínua13 C rotulagem das plantas, enquanto eles estavam crescendo na câmara. Devido à alta atividade fotossintética de A. gerardii crescente nesta câmara, CO 2 foi injetado no sistema com freqüência durante o dia da temporada de pico de crescimento, quando a atividade fotossintética desenhou concentrações de CO 2 até 360 ppm, aproximadamente a cada 15-20 min. A medição da abundância natural enriquecido e 13 C-CO 2 tanques permitidos para um átomo de 4,4% de 13 C em atmosfera controlada através da estação de crescimento para a rotulagem de tecidos de plantas uniforme 13. C-CO 2 de produção também pode ser conseguida pela mistura de 13-C de sódio bicarbonato ou carbonato de C-13 de sódio e ácido clorídrico, no entanto, este tipo de sistema é mais complicado e requer mais monitoramento e manutenção, por isso recomendamos o uso de 13 C-CO 2 gás. Uma consideração importante para o monitoramento de CO2 concentrations utilizando um IRGA é que os analisadores de infravermelho perder dois terços da sua sensibilidade ao medir 13 C-CO 2. Essa subestimação de cerca de 2,9% ppm para nossa mistura de 4,4% de 13 C-CO 2 não foi de grande preocupação para nós, mas poderia se tornar um problema mais significativo quando rotulagem em níveis mais elevados de 13 C 27. A. gerardii é uma estação quente tallgrass perenes pradaria espécies gramíneas. O design desta câmara foi otimizado para A. produção gerardii (Figura 1). O tamanho ea altura da câmara foram escolhidos em consideração para a produtividade máxima altura de A. gerardii no campo, assim como para a produção de biomassa vegetal desejada para experiências futuras. A. gerardii é conhecido por ser limitada luz no campo 24,25. PAR dentro de uma estufa pode ser diminuída por 30-47%, em comparação com os níveis de exteriores 26. Desde a nossa fábricas foram cultivadas em uma câmara de vidro acrílico dentro de uma estufa, a limitação PAR foi uma preocupação. Quando ligado, as luzes fluorescentes aumento PAR dentro da câmara de 9,5%, o que pode ter ajudado a aumentar a produtividade nesta luz espécies sensíveis. Ao utilizar este desenho da câmara de crescer outros tipos de plantas necessidades fisiológicas específicas, tais como tamanho, iluminação, exigências nutricionais, sensibilidade à temperatura e umidade do solo deve ser cuidadosamente adaptado para manter as condições ideais de crescimento para as plantas. Quando se trabalha com caras compostos marcados isotopicamente, tal como 10% de átomos de C-13 de CO 2 e 98% de átomos de 15 N-KNO 3, a eficiência de marcação é uma consideração importante. Este projeto câmara optimiza 13 C rotulagem, fazendo todos os esforços para selar a câmara e minimizar o vazamento de ar para dentro e para fora da câmara. Se esta câmara nunca foi aberta durante o período de crescimento, então nenhum de o rótulo 13 Ced CO 2 a partir da câmara é vazado para fora para a atmosfera. O CO 2 construir durante a respiração noturna não parece danificar as plantas que crescem e é levado rapidamente para cima depois do nascer do sol (Figura 2). Durante a etiquetagem diferencial, a câmara foi brevemente aberto para remover as panelas diferencialmente marcadas, mas esta não parece diluir a 13 C de 4,4% de átomo rotulagem específica das plantas continuamente marcadas (Tabela 1). Rotulagem 13 C também foi optimizada por lavagem a ar atmosférico inicial retido na câmara de vedação em cima. Durante os testes preliminares sobre a câmara sem uma esfoliação inicial de CO 2 atmosférico, as plantas foram medidos a ter um nível diluído 13 C nas primeiras folhas produzidas do que nas folhas posteriores produzidos. A esfoliação inicial de CO 2 atmosférico no encerramento câmara aparece para eliminar este problema, permitindo a contínua rotulagem 13 C demudas até o vencimento. A manutenção de uma mistura livre de envasamento solo de areia, vermiculita e argila também elimina abundância natural CO 2 contaminação de respiração do solo. A eliminação do solo a partir do sistema não exige considerações de fertilização e de inoculação cuidadosas, que pode ser único para diferentes espécies de plantas. 15N rotulagem através da 15 solução de 7% de átomo de N Hoegland alvo produzido material vegetal altamente rotulado a 6,7% de átomos de 15 N (Tabela 1). Uma ligeira diluição do 15 N-alvo pode ser causada por alguma abundância natural de N no substrato ou a partir da inoculação do solo nativo. Durante a biossíntese de compostos, discriminação natural de 13 C (15 ou N) ocorre como resultado do fraccionamento cinética e distribuição de isótopos nonstatistical nos compostos sintetizados. Assim, no caso de C, os produtos secundários (por exemplo, lípidose compostos fenólicos) são geralmente empobrecido em 13 C, em comparação com os produtos primários (hidratos de carbono). Este naturais discriminação 13 C parece persistir também quando as plantas são cultivadas em uma atmosfera enriquecida de 13 C, como pode ser visto na pequena diferença no átomo de C 13% de extractos de água quente e os resíduos de água quente das plantas uniformemente marcadas (Tabela 1 ). Este fraccionamento cinética natural é muito pequena em comparação com o enriquecimento e não compromete a uniformidade de rotulagem. Rotulagem diferencial de tecidos de plantas estruturais e metabólicas é uma nova técnica com potencial para estudos avançados em decomposição lixo, ecologia microbiana e formação de matéria orgânica do solo. A diferença de 13 C e 15 N dos extratos de água quente e resíduos água quente indica uma diluição significativa de 13 C e 15 N no lixiviado, baixocompostos de massa molecular (extractos de água quente) a partir do material de planta estrutural (resíduos de água quente) após 7, 14 e 22 dias de rotulagem diferencial (P &lt;0,005). Esta rotulagem diferencial dos tecidos vegetais podem ser usados ​​para rastrear o destino dos componentes estruturais e metabólicas separadamente através de um ecossistema. A rotulagem diferencial de 13 C foi mais extrema do que 15 N rotulagem diferencial. Isto pode ser devido à imediação de diluição 13 C durante a remoção das plantas da atmosfera 13 C-CO 2 marcado, enquanto que o 15 N permanece na mistura de envasamento durante algum tempo e 15 N de diluição ocorre mais lentamente. Para mais rotulagem diferencial drástica de 15 N, pode-se considerar a lavagem das panelas com água antes da fertilização abundância natural durante as últimas semanas de crescimento fora da câmara. A concepção e funcionamento deste contínua 13 &lt;/ Sup&gt; C e 15 N sistema de rotulagem para, rotulagem estrutural tecido vegetal uniforme ou diferencial, metabólicas e proporciona um novo método para a produção de material vegetal marcado isotopicamente para pesquisa avançada. A concepção eo funcionamento desta câmara ter sido escolhido por 4,4% de átomos de 13 C e 7% de átomos 15 N rotulagem de A. gerardii, mas pode ser adaptado a outros tipos de plantas e os níveis de marcação isotópica. As condições de crescimento descritos aqui devem ser adaptados para atender o tamanho, temperatura, umidade, luz, água e nutrientes demandas de determinadas espécies vegetais de interesse. A marcação com 18 S ou H 2, também pode ser alcançada através da marcação da água utilizada no sistema de irrigação. O sistema descrito aqui resolve muitos dos desafios de uniforme e diferencial de 13 C rotulagem de material vegetal. Este desenho básico da câmara pode ser utilizado por outros grupos de investigação para produzir material de planta muito marcada para advestudos em biogeoquímica de ecossistemas ANCED.

Compreender a dinâmica dos processos-atmosfera planta-solo é fundamental para prever com precisão como o global do carbono (C) e nitrogênio (N) função ciclos sob condições ambientais atuais e futuras. Os isótopos estáveis ​​são ferramentas poderosas em estudos quantitativos de-solo-planta atmosfera C e N ciclismo. Rastreamento isótopos estáveis ​​raros partir de material vegetal através do ecossistema fornece informações sensíveis em estudos de ciclos biogeoquímicos, a partir de CO 2 fluxos e formação de matéria orgânica do solo a pequena escala de isótopos estáveis ​​de biomarcadores sondagem por exemplo, 4,8,9. Combinando 13 C rotulagem com 15 N de rotulagem, ou outros isótopos estáveis, tais como 2 H ou 18 S no tecido da planta fornece uma detecção de alta, rastreável substrato, mas complexo para utilização em estudos acoplados de planta e bioquímica do solo. A capacidade de uniforme ou diferencialmente rotular estrutural e metabólica anúncio material vegetalds ainda mais a capacidade para lidar com questões complexas sobre C e N de bicicleta através dos ecossistemas. O benefício da utilização de isótopos marcado material vegetal em estudos quantitativos de C e N de contabilidade, contudo, depende da capacidade para produzir 13 C e 15 N de material rotulado que seja uniforme ou diferencialmente marcado. Rotulagem Isotope tem sido utilizado em estudos que abordam planta C e N assimilação 10, a alocação de 11 e rizodeposição 12. Uniformemente 13 C e 15 N de material vegetal marcado fornece um substrato marcado complexo para estudos de decomposição 1,4, formação de matéria orgânica do solo, solo 2,6 emissões de CO 2, 4 solo teia alimentar estuda 13, e estudos de solo C tempos de residência 2,14. Estudos utilizando 13 biochar C rotulado de material vegetal marcado também estão começando a revelar novas informações sobre anteriormente negligenciadospiscinas carac solo 15. Enquanto 15 N, 2 H, e 18O etiquetagem são relativamente fácil de conseguir por meio de tratamento de água e fertilizante, o desafio existe na produção de material de planta de modo uniforme 13 C rotulado a 13 C-CO 2 de fixação. Rotulagem isótopo contínua de mudas para a maturidade em uma câmara selada produz isótopos rotulagem uniforme em toda a planta. Outros métodos, tais como a rotulagem repetida de impulsos 16 e de aplicação foliar ou de drenagem 17,18 não produzem isótopo marcado uniformemente material vegetal, nem uma rotulagem clara diferencial de compostos C-específicos (por exemplo, metabólico vs estrutural) 19. Uma consideração importante na rotulagem isótopo é etiquetagem de eficiência, devido ao alto custo de isótopos raros compostos enriquecidos utilizados na rotulagem. Embora contínuo de rotulagem 13 C tem sido usada no passado 2-4,20, não é do nosso conhecimentouma descrição técnica detalhada publicada de uma câmara de rotulagem contínua com evidência de alta eficiência de marcação e controle preciso da quantidade e uniformidade da rotulagem isótopo. Na vanguarda da decomposição dos detritos eo solo pesquisa formação de matéria orgânica é o conceito de que o material vegetal metabólica (isto é lixiviado, compostos instáveis, baixos peso molecular) e material vegetal estrutural (ou seja. Lignina, celulose, hemicelulose) são processados ​​de forma diferente em termos de microbiana eficiência do uso, a formação de matéria orgânica do solo, e de longo prazo de armazenamento do solo C 5-7. O material vegetal que é diferencialmente rotulados de seus componentes estruturais e metabólicas, portanto, é uma ferramenta útil para o avanço decomposição dos detritos eo solo pesquisa formação de matéria orgânica. Rotulagem diferencial com isótopos dupla permite rastrear os componentes estruturais e metabólicas separadamente através do ecossistema utilizando um múltiplo piscina isótopo technique 21. Rotulagem isótopo contínua com 13 C e outros isótopos em uma câmara selada requer muita atenção para plantar condições fisiológicas para maximizar a produtividade da planta e eficiência de marcação isotópica. Picos de temperatura durante o dia devem ser controlados para evitar danos na instalação, quando a crescer em uma câmara hermética. Uma faixa ideal de umidade e temperatura são obrigados a manter aberto estômatos das plantas e absorção de CO 2 22. Altos níveis de umidade causa o embaçamento das paredes da câmara, o que minimiza a disponibilidade de luz e pode danificar a estrutura da câmara. A consideração cuidadosa para isótopo eficiência de marcação, eliminando isótopos abundância natural da câmara (por exemplo, vindo de envasamento com a matéria orgânica do solo) e evitar a exposição ao ar externo é importante quando se trabalha com heavy-isótopos compostos marcados caros. Aqui, apresentamos um método para a construção e operação de umcontínua dupla 13 C e 15 N isótopo câmara de rotulagem para a produção de material vegetal que é ou uniformemente marcado ou tem seus componentes estruturais e metabólicas rotulados em níveis distintos. 13 C rotulagem é controlado no nível de câmara, enquanto a fertilização e 15 N rotulagem é controlado no nível pote individual. Os resultados representativos são mostrados para demonstrar a capacidade deste método para controlar a temperatura, umidade e concentração de CO 2 durante todo o período vegetativo. Os resultados de crescimento gerardii Andropogon, Kaw também demonstrar a capacidade deste método para a produção de material vegetal de maneira uniforme ou diferencialmente rotulados. O esquema de concepção da câmara e operação específica descrita pode ser modificada de diferentes espécies de plantas, assim como para acomodar 2 H ou 18O rotulagem.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="583">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">40 in Remote Tower Fan</td>
			<td style="width:81px;">Living Accents</td>
			<td style="width:119px;">FS10-S3R-A</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">42 in Electric Tower Fan with remote control</td>
			<td style="width:81px;">LASKO</td>
			<td style="width:119px;">2559</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Mr. Slim Split-type air conditioner</td>
			<td style="width:81px;">Mitsubishi Electric</td>
			<td style="width:119px;">R410A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Electronic 24 hr time switches</td>
			<td style="width:81px;">Intermatic</td>
			<td style="width:119px;">ET100C</td>
			<td>Operates Fluorescent Light System</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">iSeries Humidity and Temp Controller</td>
			<td style="width:81px;">Omega</td>
			<td style="width:119px;">CHiTH-i8DV33-5-El</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Solid State Relay</td>
			<td style="width:81px;">Omega</td>
			<td style="width:119px;">SSRL240</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">CKR Series Solid State Relay</td>
			<td style="width:81px;">Crydon</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Solenoid Coils</td>
			<td style="width:81px;">Dayton</td>
			<td style="width:119px;">6X543</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">GasHound CO2 Analyzer</td>
			<td style="width:81px;">LI-COR</td>
			<td style="width:119px;">LI-800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Dehumidifier</td>
			<td style="width:81px;">Dayton</td>
			<td style="width:119px;">1DGX4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Specialty gas regulator</td>
			<td style="width:81px;">Airgas</td>
			<td style="width:119px;">CGA 580</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">T5 Hight Output Commercial Fluorescent Light System</td>
			<td style="width:81px;">Hydro Farm</td>
			<td style="width:119px;">FLT48</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Air pump</td>
			<td style="width:81px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:119px;">420-1901</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Masterflex Cartridge Pump HeadSystem</td>
			<td style="width:81px;">Cole Parmer</td>
			<td style="width:119px;">7553-70</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">1900 Series Network Switch</td>
			<td style="width:81px;">Catalyst</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Profile Porus Ceramic Top Dressing</td>
			<td style="width:81px;">Greens Grade</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Industrial Quartz 40 mesh</td>
			<td style="width:81px;">Unimin</td>
			<td style="width:119px;">4095</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Mycorrhizae Professional Growing Medium</td>
			<td style="width:81px;">ProMix</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Vermiculite and Perlite</td>
			<td style="width:81px;">Thermo-Ran</td>
			<td style="width:119px;">C633</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Potassium Nitrate- 15N 98 atom %</td>
			<td style="width:81px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">335134</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Carbon-13C Dioxide 10 atom %</td>
			<td style="width:81px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">600180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Medical grade CO2</td>
			<td style="width:81px;">Airgas</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Regulator</td>
			<td style="width:81px;">Airgas</td>
			<td style="width:119px;">&#160;CGA 350</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">4 in box fans</td>
			<td style="width:81px;">Grainger</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Masterflex PharMed BPT Tubing</td>
			<td style="width:81px;">Cole Parmer</td>
			<td style="width:119px;">HV-06508-24</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and operation of a continuous 13c and 15n labeling chamber for uniform or differential, metabolic and structural, plant isotope labeling

Rastreamento isótopos estáveis ​​raros partir de material vegetal através do ecossistema fornece as informações mais sensíveis sobre os processos do ecossistema, a partir de CO 2 fluxos e formação de matéria orgânica do solo a pequena escala de isótopos estáveis ​​de biomarcadores sondagem. Acoplamento vários isótopos estáveis ​​como 13 C com 15 N, 18 O 2 ou H tem o potencial de revelar ainda mais informações sobre as relações estequiométricas complexas transformações durante biogeoquímicos. Isótopo marcado material vegetal tem sido utilizado em vários estudos de decomposição dos detritos e formação da matéria orgânica do solo 1-4. A partir desses e de outros estudos, no entanto, tornou-se evidente que os componentes estruturais do material vegetal comportar de maneira diferente do que os componentes metabólicos (compostos de peso ou seja. Lexiviáveis ​​baixo peso molecular) em termos de utilização microbiana e armazenamento de carbono a longo prazo 5-7. A capacidade de estudar os componentes estruturais e metabólicasseparadamente fornece uma nova e poderosa ferramenta para avançar na vanguarda dos estudos biogeoquímicos dos ecossistemas. Descrevemos aqui um método para a produção de 13 C e 15 N marcado material vegetal que é quer marcado uniformemente em toda a planta ou diferencialmente marcado na planta componentes estruturais e metabólicas. Aqui, apresentamos a construção e operação de um contínuo de 13 C e 15 N câmara de rotulagem que pode ser modificado para atender às diversas necessidades de pesquisa. Material vegetal uniformemente marcado é produzido por meio de rotulagem contínua de mudas até a colheita, enquanto a rotulagem diferencial é conseguido através da remoção das plantas que crescem a partir das semanas da câmara antes da colheita. Os resultados representativos de crescimento Andropogon gerardii Kaw demonstrar a capacidade do sistema de forma eficiente etiqueta material vegetal nos níveis alvo. Através deste método, foram produzidos de material vegetal com um átomo de 4,4% de 13 C e de 6,7% de átomo 15 &lt;/ Sup&gt; etiqueta plantas uniforme N, ou material que é diferencialmente marcado por até 1,29% de átomos de 13 C e 0,56% de átomos de 15 N, na sua metabólica e componentes estruturais (água quente e de água quente extraível componentes residuais, respectivamente). Desafios estão em manter a temperatura adequada, umidade, concentração de CO 2, e níveis de luz em um hermético 13 C-CO 2 atmosfera para a produção de plantas de sucesso. Esta descrição câmara representa uma ferramenta de pesquisa útil para produzir efetivamente uniformemente ou diferencialmente multi-isótopo material vegetal indicado para uso em experimentos sobre o ecossistema ciclo biogeoquímico.

A nossa câmara de rotulagem é de 1,2 mx 2,4 mx 3,6 m de tamanho e detém 40,15 L potes (Figura 1). O sistema de controle computadorizado IRGA mantido concentrações de CO 2 entre os nossos valores ajustados de 360 e 400 ppm, durante o período fotossinteticamente ativa do dia (Figura 2a). O recurso baixo CO 2 alarme no IRGA desencadeada válvulas solenóide para permitir CO 2 a partir do 13 C enriquecido e tanques de abundância natural na câmara quando a concentração caiu abaixo do limite mínimo (por exemplo, 360 ppm). O recurso banda morta parou o fluxo quando a concentração atingiu o ponto de ajuste superior (por exemplo, 400 ppm). A temperatura iSeries e sistema de monitoramento de umidade ligado ao ar condicionado e desumidificador realizado condições climáticas dentro dos parâmetros estabelecidos por toda a estação de crescimento (Figura 2b). Nós usamos um de uma tonelada (3,5 kW) aparelho de ar condicionado para keep a câmara fria. O sistema de monitoramento remoto permitiu que os dados registrados para ser visto a qualquer momento por um navegador web padrão. Os valores de duas concentrações, temperatura e umidade de CO foram amostrados para baixo pelo aplicativo da Web para exibir gráficos na última 24-240 horas, em incrementos de 24 h. Isto criou um visual rápido para confirmar que as flutuações diárias estavam dentro dos limites esperados. Visualizando a interface web também mostrou o status atual da câmara, bem como alertas previstos para problemas potenciais, como não receber dados recentes. A qualquer momento, o conjunto de dados completo também pode ser baixado a partir da interface web. Nós medimos a radiação fotossinteticamente ativa (PAR) no interior e exterior da câmara em quatro pontos com e sem as luzes acesas no meio do verão e no meio do dia, utilizando um sensor de quantum imediato. O PAR na câmara foi de 31,5% menor do que o exterior, quando as luzes da câmara wantes de fora e 22% menor do que o exterior quando as luzes estavam acesas. Assim, as luzes da câmara de ajuda para aumentar significativamente a penetração PAR dentro da câmara de 9,5% (P &lt;0,05). Nosso sistema de rotulagem contínuo foi capaz de produzir 2.759 g de A. biomassa gerardii, 37% do que era biomassa acima do solo e 63% do que era biomassa abaixo do solo. Conseguimos um 13 C todo rótulo planta 4,4% de átomos em nosso material vegetal uniforme, definindo as válvulas solenóides nos dois tanques de CO 2 em conformidade (Figura 1, Tabela 1). Alcançamos a 15 N todo rótulo planta 6,7% de átomos em nosso material vegetal uniforme, misturando 98% de átomos de 15 N-KNO 3 com 0,37% de átomos de 15 N-KNO 3 no KNO 3 subsolution de solução de um Hoagland modificada 23 (Tabela 1) . Nós regada a A. semanal gerardii com 750 ml de líquidos totais (água e solução de Hoagland) em todo o crescente marfilho. Nós fertilizado com 200-500 ml de 15 N rotulado solução de Hoagland por semana, dependendo da produtividade da planta. Utilizamos o método de extração de água quente para determinar se havia diferenças isotópicas entre o material vegetal diferencialmente rotulados e uniforme. Para as plantas diferencialmente rotulados, após a colheita, removemos todas as folhas que estavam completamente mortos e tratados estes separadamente, como eles não eram provavelmente diferencialmente rotulados. Ao olhar para 13 o teor de C, todos os quatro dias de incorporação foram significativamente diferentes umas das outras por toda a planta e o extracto de água quente, mas para os dias resíduo de água quente 14 e 22 não foram significativamente diferentes umas das outras (Tabela 1). Ao comparar as fracções de tecidos de plantas em cada dia, o extracto de água quente e de resíduo foram significativamente diferentes umas das outras para todos os quatro dias e por dia 22 toda a planta, extracto, resíduo e foram todos signicativamente diferentes umas das outras (Tabela 1). Para o N incorporação em 15 componentes da planta, houve diferença entre os dias de incorporação e tecidos vegetais frações. Para o extrato de água quente todos os quatro dias de incorporação foram significativamente diferentes entre si por 15 N, e para toda a planta ea água quente resíduo os dias mais curtos de incorporação foram significativamente diferentes do que os mais longos dias de incorporação (Tabela 1). As fracções de tecido de plantas nas plantas uniformes e não foram significativamente diferentes umas das outras em 15 N, mas o extracto de água quente e de resíduo foram significativamente diferentes umas das outras em 15 N, para o maca diferencialmente marcado. Todos os valores isotópicos são referidos usando o átomo por cento (% atom) notação (Equação 1), que é uma notação mais preciso do que a% de usar em níveis elevados de pesadoisótopo enriquecimento 21. Por exemplo: <img alt="" height="54" src="/files/ftp_upload/51117/51117eq2.jpg" width="202" /> (1) Para este estudo, fizemos análises estatísticas usando SAS versão 9.2. Nós testamos as diferenças entre os níveis de luz interior e exterior da câmara utilizando um teste t pareado. Testamos diferenças entre 13 C e 15 N rotulagem de extratos de água quente e resíduos água quente através da análise de um de variância (ANOVA) em PROC ANOVA. Foi utilizado o teste de Duncan para a análise de comparações múltiplas. A significância foi aceito em um nível P de 0,05. Foi utilizado um teste de Wilcoxon rank sum para testar se os dados cumpridos os pressupostos da análise. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51117/51117fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51117/51117fig1.jpg" /> Figura 1. Schematic diagrama do contínuo multi-isótopo rotulagem câmara de 40 pot capacidade de visão do olho do pássaro. As linhas pontilhadas representam a fiação elétrica, enquanto as linhas sólidas representam a gás ou a tubulação de água. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51117/51117fig1highres.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver imagem ampliada.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51117/51117fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51117/51117fig2.jpg" /> . Figura 2 A) CO Média 2 concentração (ppm) (+ / -. SE) durante um período de 24 horas para toda uma época de crescimento B) Temperatura Média (º C), círculos abertos e umidade (%), círculos fechados . (+ / - SE) durante um período de 24 horas para toda uma época de crescimento <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51117/51117fig2highres.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver maior im</a>idade. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="559"><colgroup><col /><col /><col /><col /><col span="2" /></colgroup><tbody><tr height="17"><td height="17" style="height:17px;width:77px;"></td><td style="width:85px;"></td><td style="width:92px;"> Uniforme (0) </td><td style="width:97px;"> Diferencial (7) </td><td style="width:104px;"> Diferencial (14) </td><td style="width:104px;"> Diferencial (22) </td></tr><tr height="19"><td height="38" rowspan="2" style="height:38px;width:77px;"> Whole Litter </td><td> 13 C Atom% </td><td> 4,46 ± 0,02 Aab </td><td> 3,93 ± 0,05 Ba </td><td> 3,64 ± 0,03 Ca </td><td> 3,35 ± 0,06 Db </td></tr><tr height="19"><td height="19" style="height:19px;"> 15 N Atom% </td><td> 6,69 ± 0,07 Aa </td><td> 6,72 ± 0,01 Aa </td><td> 6,33 ± 0,06 Ba </td><td> 6,41 ± 0,07 Ba </td></tr><tr height="19"><td height="38" rowspan = estilo &quot;2&quot; = &quot;height: 38px; width: 77px;&quot;&gt; Extrato de Água Quente </td><td> 13 C Atom% </td><td> 4,59 ± 0,04 Aa </td><td> 3,35 ± 0,06 Bb </td><td> 2,79 ± 0,06 Cb </td><td> 2,37 ± 0,03 Dc </td></tr><tr height="19"><td height="19" style="height:19px;"> 15 N Atom% </td><td> 6,69 ± 0,03 Aa </td><td> 6,43 ± 0,01 Bb </td><td> 5,89 ± 0,07 Db </td><td> 6,16 ± 0,05 Cb </td></tr><tr height="19"><td height="38" rowspan="2" style="height:38px;width:77px;"> Resíduo de Água Quente </td><td> 13 C Atom% </td><td> 4,37 ± 0,06 Ab </td><td> 4,1 ± 0,03 Ba </td><td> 3,79 ± 0,10 Ca </td><td> 3,66 ± 0,05 Ca </td></tr><tr height="19"><td height="19" style="height:19px;"> 15 N Atom% </td><td> 6,57 ± 0,04 Ba </td><td> 6,71 ± 0,02 Aa </td><td> 6,45 ± 0,02 Ca </td><td> 6,44 ± 0,03 Ca </td></tr></tbody></table> Tabela 1. <strong&gt; Composição isotópica e química da maca para uniforme e lixo diferencialmente rotulados. Dias de rotulagem diferencial fora da câmara estão entre parênteses. As comparações entre dias de incorporação estão em letras maiúsculas (linhas) em todo e entre as frações de areia são em letras minúsculas (para baixo colunas) para cada variável.

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Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Este método explica como construir e operar um contínuo de 13 C e 15 N isótopo câmara de rotulagem para a rotulagem tecido diferencial planta uniforme ou. Os resultados representativos de metabólica e rotulagem estrutural de gerardii Andropogon são discutidos.

Projeto e operação de uma contínua<sup&gt; 13</sup&gt; C e<sup&gt; 15</sup&gt; N Labeling Câmara de uniforme ou Diferencial, metabólica e estrutural, Fábrica de Marcação por Isótopo

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

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Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

21.6K visualizações.  Colorado State University.  Este método explica como construir e operar um contínuo de 13 C e 15 N isótopo câmara de rotulagem para a rotulagem tecido diferencial planta uniforme ou. Os resultados representativos de metabólica e rotulagem estrutural de gerardii Andropogon são discutidos. 

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A Rapid and Efficient Method for Assessing Pathogenicity of Ustilago maydis on Maize and Teosinte Lines

Maize is a major cereal crop worldwide. However, susceptibility to biotrophic pathogens is the primary constraint to increasing productivity. U. maydis is a biotrophic fungal pathogen and the causal agent of corn smut on maize. This disease is responsible for significant yield losses of approximately $1.0 billion annually in the U.S.1 Several methods including crop rotation, fungicide application and seed treatments are currently used to control corn smut2. However, host resistance is the only practical method for managing corn smut. Identification of crop plants including maize, wheat, and rice that are resistant to various biotrophic pathogens has significantly decreased yield losses annually3-5. Therefore, the use of a pathogen inoculation method that efficiently and reproducibly delivers the pathogen in between the plant leaves, would facilitate the rapid identification of maize lines that are resistant to U. maydis. As, a first step toward indentifying maize lines that are resistant to U. maydis, a needle injection inoculation method and a resistance reaction screening method was utilized to inoculate maize, teosinte, and maize x teosinte introgression lines with a U. maydis strain and to select resistant plants.
Maize, teosinte and maize x teosinte introgression lines, consisting of about 700 plants, were planted, inoculated with a strain of U. maydis, and screened for resistance. The inoculation and screening methods successfully identified three teosinte lines resistant to U. maydis. Here a detailed needle injection inoculation and resistance reaction screening protocol for maize, teosinte, and maize x teosinte introgression lines is presented. This study demonstrates that needle injection inoculation is an invaluable tool in agriculture that can efficiently deliver U. maydis in between the plant leaves and has provided plant lines that are resistant to U. maydis that can now be combined and tested in breeding programs for improved disease resistance.

A Rapid and Efficient Method for Assessing Pathogenicity of Ustilago maydis on Maize and Teosinte Lines

The use of a needle injection method to inoculate maize and teosinte plants with the biotrophic pathogen Ustilago maydis is described. The needle injection inoculation method facilitates the controlled delivery of the fungal pathogen in between the plant leaves where the pathogen enters the plant through the formation of appresoria. This method is highly efficient, enabling reproducible inoculations with U. maydis.

Um método rápido e eficiente para avaliar a patogenicidade dos maydis ustilago nas linhas de milho e teosinte

Maize is a major cereal crop worldwide. However, susceptibility to biotrophic pathogens is the primary constraint to increasing productivity. U. maydis is ...

Ambiente

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.

Transcrição e Metabolite Profiling de Avaliação dos Árvore Tabaco e Poplar como matéria-prima para a indústria baseada em Bio

The global demand for food, feed, energy, and water poses extraordinary challenges for future generations. It is evident that robust platforms for the ...

Design and Construction of an Urban Runoff Research Facility

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use due to increased demand for landscape irrigation. Improper irrigation practices and large rainfall events can result in runoff from urban landscapes which has potential to carry nutrients and sediments into local streams and lakes where they may contribute to eutrophication. A 1,000 m2 facility was constructed which consists of 24 individual 33.6 m2 field plots, each equipped for measuring total runoff volumes with time and collection of runoff subsamples at selected intervals for quantification of chemical constituents in the runoff water from simulated urban landscapes. Runoff volumes from the first and second trials had coefficient of variability (CV) values of 38.2 and 28.7%, respectively. CV values for runoff pH, EC, and Na concentration for both trials were all under 10%. Concentrations of DOC, TDN, DON, PO4-P, K+, Mg2+, and Ca2+ had CV values less than 50% in both trials. Overall, the results of testing performed after sod installation at the facility indicated good uniformity between plots for runoff volumes and chemical constituents. The large plot size is sufficient to include much of the natural variability and therefore provides better simulation of urban landscape ecosystems.

This paper describes the design, construction, and function of a 1,000 m2 facility containing 24 individual 33.6 m2 field plots equipped for measuring total runoff volumes with time and collection of runoff subsamples at selected intervals for quantification of chemical constituents in the runoff water from simulated home lawns.

Projeto e Construção de um Mecanismo de Pesquisa escoamento urbano

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use ...

Operation of a 25 KWth Calcium Looping Pilot-plant with High Oxygen Concentrations in the Calciner

Calcium looping (CaL) is a post-combustion CO2 capture technology that is suitable for retrofitting existing power plants. The CaL process uses limestone as a cheap and readily available CO2 sorbent. While the technology has been widely studied, there are a few available options that could be applied to make it more economically viable. One of these is to increase the oxygen concentration in the calciner to reduce or eliminate the amount of recycled gas (CO2, H2O and impurities); therefore, decreasing or removing the energy necessary to heat the recycled gas stream. Moreover, there is a resulting increase in the energy input due to the change in the combustion intensity; this energy is used to enable the endothermic calcination reaction to occur in the absence of recycled flue gases. This paper presents the operation and first results of a CaL pilot plant with 100% oxygen combustion of natural gas in the calciner. The gas coming into the carbonator was a simulated flue gas from a coal-fired power plant or cement industry. Several limestone particle size distributions are also tested to further explore the effect of this parameter on the overall performance of this operating mode. The configuration of the reactor system, the operating procedures, and the results are described in detail in this paper. The reactor showed good hydrodynamic stability and stable CO2 capture, with capture efficiencies of up to 70% with a gas mixture simulating the flue gas of a coal-fired power plant.

Operation of a 25 KWth Calcium Looping Pilot-plant with High Oxygen Concentrations in the Calciner

This manuscript describes a procedure for operating a calcium looping pilot-plant for post-combustion carbon capture with high oxygen concentrations in the calciner in order to reduce or eliminate the flue gas recycle.

Operação de um 25 KWth cálcio loop planta-piloto com concentrações de oxigênio alta no calcinador

Calcium looping (CaL) is a post-combustion CO2 capture technology that is suitable for retrofitting existing power plants. The CaL process uses limestone ...

RGB and Spectral Root Imaging for Plant Phenotyping and Physiological Research: Experimental Setup and Imaging Protocols

Better understanding of plant root dynamics is essential to improve resource use efficiency of agricultural systems and increase the resistance of crop cultivars against environmental stresses. An experimental protocol is presented for RGB and hyperspectral imaging of root systems. The approach uses rhizoboxes where plants grow in natural soil over a longer time to observe fully developed root systems. Experimental settings are exemplified for assessing rhizobox plants under water stress and studying the role of roots. An RGB imaging setup is described for cheap and quick quantification of root development over time. Hyperspectral imaging improves root segmentation from the soil background compared to RGB color based thresholding. The particular strength of hyperspectral imaging is the acquisition of chemometric information on the root-soil system for functional understanding. This is demonstrated with high resolution water content mapping. Spectral imaging however is more complex in image acquisition, processing and analysis compared to the RGB approach. A combination of both methods can optimize a comprehensive assessment of the root system. Application examples integrating root and aboveground traits are given for the context of plant phenotyping and plant physiological research. Further improvement of root imaging can be obtained by optimizing RGB image quality with better illumination using different light sources and by extension of image analysis methods to infer on root zone properties from spectral data.

An experimental protocol is presented for assessment of soil grown plant root systems with RGB and hyperspectral imaging. Combination of RGB image time series with chemometric information from hyperspectral scans optimizes insights into plant root dynamics.

RGB e raiz Spectral Imaging para fenotipagem de planta e pesquisa fisiológica: instalação Experimental imagem e protocolos

Better understanding of plant root dynamics is essential to improve resource use efficiency of agricultural systems and increase the resistance of crop ...

Continuous Hydrologic and Water Quality Monitoring of Vernal Ponds

Vernal ponds, also referred to as vernal pools, provide critical ecosystem services and habitat for a variety of threatened and endangered species. However, they are vulnerable parts of the landscapes that are often poorly understood and understudied. Land use and management practices, as well as climate change are thought to be a contribution to the global amphibian decline. However, more research is needed to understand the extent of these impacts. Here, we present methodology for characterizing a vernal pond's morphology and detail a monitoring station that can be used to collect water quantity and quality data over the duration of a vernal pond's hydroperiod. We provide methodology for how to conduct field surveys to characterize the morphology and develop stage-storage curves for a vernal pond. Additionally, we provide methodology for monitoring the water level, temperature, pH, oxidation-reduction potential, dissolved oxygen, and electrical conductivity of water in a vernal pond, as well as monitoring rainfall data. This information can be used to better quantify the ecosystem services that vernal ponds provide and the impacts of anthropogenic activities on their ability to provide these services.

Understanding the ecosystem services and processes provided by vernal ponds and the impacts of anthropogenic activities on their ability to provide these services requires intensive hydrologic monitoring. This sampling protocol using in-situ monitoring equipment was developed to understand the impact of anthropogenic activities on water levels and quality.

Contínua hidrológicos e monitoramento da qualidade do Vernal lagoas de água

Vernal ponds, also referred to as vernal pools, provide critical ecosystem services and habitat for a variety of threatened and endangered species. ...

The Plant Infection Test: Spray and Wound-Mediated Inoculation with the Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

Plants possess a powerful system to defend themselves against potential threats by pathogenic fungi. For agriculturally important plants, however, current measures to combat such pathogens have proved too conservative and, thus, not sufficiently effective, and they can potentially pose environmental risks. Therefore, it is extremely necessary to identify host-resistance factors to assist in controlling plant diseases naturally through the identification of resistant germplasm, the isolation and characterization of resistance genes, and the molecular breeding of resistant cultivars. In this regard, there is need to establish an accurate, rapid, and large-scale inoculation method to breed and develop plant resistance genes. The rice blast fungal pathogen Magnaporthe grisea causes severe disease symptoms and yield losses. Recently, M. grisea has emerged as a model organism for studying the mechanisms of plant-fungal pathogen interactions. Hence, we report the development of a plant virulence test method that is specific for M. grisea. This method provides for both spray inoculation with a conidial suspension and wounding inoculation with mycelium cubes or droplets of conidial suspension. The key step of the wounding inoculation method for detached rice leaves is to make wounds on plant leaves, which avoids any interference caused by host penetration resistance. This spray/wounding protocol contributes to the rapid, accurate, and large-scale screening of the pathotypes of M. grisea isolates. This integrated and systematic plant infection method will serve as an excellent starting point for gaining a broad perspective of issues in plant pathology.

The Plant Infection Test: Spray and Wound-Mediated Inoculation with the Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

Here, we present a protocol to test plant virulence with the plant pathogen Magnaporthe grisea. This report will contribute to the large-scale screening of the pathotypes of fungi isolates and serve as an excellent starting point for understanding the resistant mechanisms of plants during molecular breeding.

O teste de infecção da planta: Spray e inoculação mediada por ferimento com o de patógeno vegetal Magnaporthe Grisea

Plants possess a powerful system to defend themselves against potential threats by pathogenic fungi. For agriculturally important plants, however, current ...

Quantifying Plant Soluble Protein and Digestible Carbohydrate Content, Using Corn (Zea mays) As an Exemplar

Elemental data are commonly used to infer plant quality as a resource to herbivores. However, the ubiquity of carbon in biomolecules, the presence of nitrogen-containing plant defensive compounds, and variation in species-specific correlations between nitrogen and plant protein content all limit the accuracy of these inferences. Additionally, research focused on plant and/or herbivore physiology require a level of accuracy that is not achieved using generalized correlations. The methods presented here offer researchers a clear and rapid protocol for directly measuring plant soluble proteins and digestible carbohydrates, the two plant macronutrients most closely tied to animal physiological performance. The protocols combine well characterized colorimetric assays with optimized plant-specific digestion steps to provide precise and reproducible results. Our analyses of different sweet corn tissues show that these assays have the sensitivity to detect variation in plant soluble protein and digestible carbohydrate content across multiple spatial scales. These include between-plant differences across growing regions and plant species or varieties, as well as within-plant differences in tissue type and even positional differences within the same tissue. Combining soluble protein and digestible carbohydrate content with elemental data also has the potential to provide new opportunities in plant biology to connect plant mineral nutrition with plant physiological processes. These analyses also help generate the soluble protein and digestible carbohydrate data needed to study nutritional ecology, plant-herbivore interactions and food-web dynamics, which will in turn enhance physiology and ecological research.

Quantifying Plant Soluble Protein and Digestible Carbohydrate Content, Using Corn Zea mays As an Exemplar

The protocols described herein provide a clear and approachable methodology for measuring soluble protein and digestible (non-structural) carbohydrate content in plant tissues. The ability to quantify these two plant macronutrients has significant implications for advancing the fields of plant physiology, nutritional ecology, plant-herbivore interactions and food-web ecology.

Quantificação de proteínas solúveis vegetais e carboidratos digeríveis conteúdo, usando o milho (Zea mays) como um Exemplar

Elemental data are commonly used to infer plant quality as a resource to herbivores. However, the ubiquity of carbon in biomolecules, the presence of ...

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and increasing the recovery of coalbed methane. A visualized and constant-volume gas-solid coupling system is introduced here to investigate the influence of CO2 sorption on the physical and mechanical properties of coal. Being able to keep a constant volume and monitor the sample using a camera, this system offers the potential to improve instrument accuracy and analyze fracture evolution with a fractal geometry method. This paper provides all steps to perform a uniaxial compression experiment with a briquette sample in different CO2 pressures with the gas-solid coupling test system. A briquette, cold-pressed by raw coal and sodium humate cement, is loaded in high-pressure CO2, and its surface is monitored in real-time using a camera. However, the similarity between the briquette and the raw coal still needs improvement, and a flammable gas such as methane (CH4) cannot be injected for the test. The results show that CO2 sorption leads to peak strength and elastic modulus reduction of the briquette, and the fracture evolution of the briquette in a failure state indicates fractal characteristics. The strength, elastic modulus, and fractal dimension are all correlated with CO2 pressure but not with a linear correlation. The visualized and constant-volume gas-solid coupling test system can serve as a platform for experimental research about rock mechanics considering the multifield coupling effect.

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

This protocol demonstrates how to prepare a briquette sample and conduct a uniaxial compression experiment with a briquette in different CO2 pressures using a visualized and constant-volume gas-solid coupling test system. It also aims to investigate changes in terms of coal&#8217;s physical and mechanical properties induced by CO2 adsorption.

Um experimento de compactação uniaxial com carvão de rolamento de CO2usando um sistema de teste de acoplamento de gás sólido de volume visualizado e constante

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and ...

PARbars: Cheap, Easy to Build Ceptometers for Continuous Measurement of Light Interception in Plant Canopies

Ceptometry is a technique used to measure the transmittance of photosynthetically active radiation through a plant canopy using multiple light sensors connected in parallel on a long bar. Ceptometry is often used to infer properties of canopy structure and light interception, notably leaf area index (LAI) and effective plant area index (PAIeff). Due to the high cost of commercially available ceptometers, the number of measurements that can be taken is often limited in space and time. This limits the usefulness of ceptometry for studying genetic variability in light interception, and precludes thorough analysis of, and correction for, biases that can skew measurements depending on the time of day. We developed continuously logging ceptometers (called PARbars) that can be produced for USD $75 each and yield high quality data comparable to commercially available alternatives. Here we provide detailed instruction on how to build and calibrate PARbars, how to deploy them in the field and how to estimate PAI from collected transmittance data. We provide representative results from wheat canopies and discuss further considerations that should be made when using PARbars.

Here, we present detailed instructions on how to build and calibrate research quality ceptometers (light sensors that integrate light intensity across many sensors arrayed linearly along a horizontal bar).

PARbars: barato, fácil construir Ceptometers para a medida contínua da intercepção clara em dosséis da planta

Ceptometry is a technique used to measure the transmittance of photosynthetically active radiation through a plant canopy using multiple light sensors ...