Name: protocol for producing three-dimensional infrared video of freezing in plants
Uploaded: 2018-09-12T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Protocol for Producing Three-Dimensional Infrared Video of Freezing in Plants at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af USDA in-house finansiering.

1. forberedelse
<ol><li>Saml udstyr, materialer og software til at registrere og behandle video af plante frysning.<ol>
<li>Start en programmerbar fryser ved at indstille power-kontakten til On, og Indstil temperaturen til 0 ° C. Programmet fryseren til nå-8 ° C i 1 ° C/h.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Placer en 6 uger gamle jordbær plante, med 2-5 blomster der blev dyrket i et 1 L beholder i fryseren.</li>
	<li>Oprettet 2 IR kameraer (fx, FLIR T620 kameraer) ved hjælp af fastgørelse stropper ...

<ol>
	<li>Geng, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+display+technologies.">Three-dimensional display technologies.</a> Advances in Optics and Photonics. 5, 456-535 (2013).</li><li>Ceccardi, T. L., Heath, R. L., Ting, I. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-temperature+exotherm+measurement+using+infrared+thermography.">Low-temperature exotherm measurement using infrared thermography.</a> HortScience. 30, 140-142 (1995).</li><li>Wimmer, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> History of thermal imaging, Security Sales and Integration. , (2011).</li><li>Wisniewski, M., Lindow, S. E., Ashworth, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observations+of+ice+nucleation+and+propagation+in+plants+using+infrared+video+thermography.">Observations of ice nucleation and propagation in plants using infrared video thermography.</a> Plant Physiology. 113, 327-334 (1997).</li><li>Kuprian, E., Tuong, T., Pfaller, K., Livingston, D. P., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Persistent+supercooling+of+reproductive+shoots+is+enabled+by+structural+ice+barriers+being+active+despite+an+intact+xylem+connection.">Persistent supercooling of reproductive shoots is enabled by structural ice barriers being active despite an intact xylem connection.</a> Public Library of Science ONE. 11, e0163160 (2016).</li><li>Livingston, D. P., Tuong, T. D., Murphy, J. P., Gusta, L., Wisniewski, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-definition+infrared+thermography+of+ice+nucleation+and+propagation+in+wheat+under+natural+frost+conditions+and+controlled+freezing.">High-definition infrared thermography of ice nucleation and propagation in wheat under natural frost conditions and controlled freezing.</a> Planta. 247, 791-806 (2017).</li><li>Boyles, R. P., Raman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+climate+patterns+and+trends+in+North+Carolina+(1949-1998).">Analysis of climate patterns and trends in North Carolina (1949-1998).</a> Environment International. 29 (2-3), 263-275 (2003).</li><li>Poling, E. B., Poling, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Managing+Cold+Events.">Managing Cold Events.</a> A Growers' Guide to Production, Economics and Marketing. , 75-97 (2015).</li><li>Hacker, J., Neuner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ice+porpagaion+in+plants+visualized+at+the+tissue+level+by+infrared+differential+thermal+analysis+(IDTA).">Ice porpagaion in plants visualized at the tissue level by infrared differential thermal analysis (IDTA).</a> Tree Physiology. 27, 1661-1670 (2007).</li><li>He, J. Q., Harrison, R. J., Li, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+3D+imaging+system+for+strawberry+phenotyping.">A novel 3D imaging system for strawberry phenotyping.</a> Plant Methods. 13, 93-101 (2017).</li></ol>

To IR kameraer er nødvendige for denne protokol, og de skal tage sigte på emnet fra lidt forskellige vinkler1. Dette vil kræve linser til at være fra 5-8 cm fra hinanden, men begge skal tage sigte på det samme sted om emnet at blive filmet. Tænk på 2 kamera objektiver som en slags surrogat for beskuerens øjne. Venstre kameraet er analog med den venstre øje og højre kameraet til det højre øje. Den efterbehandling software vil tint den venstre billede til en rød farve og det rigtige bil...

Trods bor i en verden af tre fysiske dimensioner, er forskere ofte begrænset til rapportering visuelle observationer i 2D. Selvom 2D-billeder er generelt tilstrækkeligt at formidle vigtige oplysninger, begrænser denne mangel på oplysninger om dybde vores evne til at opfatte og forstå kompleksiteten af virkelige verden objekter. 1
Denne mangel på oplysninger om dybden forudsat et incitament til at producere 3D videoer primært i den kommercielle filmindustri siden begyndelsen af 1900-tallet1. Imidlertid hindres generere klar 3D-oplysninger i stillbilleder og video af de komplicerede involveret i produktionen af disse billeder. Det enkleste at generere 3D film er baseret på principper, der anvendes i stereoskopisk fotografering. Stereoskopisk fotografering udnytter to billeder af det samme objekt fra lidt forskellige vinkler, der formidler et 3D billede i hjernen. For at gøre dette muligt, skal hvert øje ser kun på dens respektive billede (dvs., det venstre øje på billedet til venstre og den højre øje på billedet til højre). Da øjne ikke vil naturligvis gøre dette, var stereoskopisk hovedbeklædning designet til at gøre dette muligt1. Flere stereoskopisk er visning teknikker, samt polarisering-interlaced, tid-multipleksede, og hoved-mount display teknikker, blevet anvendt under udviklingen af 3D-film, men farve-interlacing eller anaglyph metoden ved hjælp af rød og grøn (eller cyan) briller er en af de enkleste og billigste teknikker. En omfattende revision af 3D imaging og de forskellige teknikker, der er involveret, se anmeldelsen af Geng1.
Overvågning, frysning i planter ved hjælp af IR termografi er baseret på princippet om, at når vandet fryser, skal det give op indre energi2. Denne energi er i form af varme, som kan påvises i IR-regionen i det elektromagnetiske spektrum. Kameraer kan optage IR energi har været i brug siden 19293. Den første offentliggjorte rapport ved hjælp af IR teknologi til filmen frysning i planter er fra Cecardi et al. 2, men opløsningen på kameraet bruges gør det vanskeligt at præcist bestemme væv hvor indefrysning initieres. Wisniewski et al. 4 fastlægges mere præcise steder i is Nukleering i flere plantearter ved hjælp af en højere opløsning kamera. Som den teknologi, der anvendes i IR termografi forbedret, billeder i højere opløsning førte til opdagelser som hindringer for frysning5 og den præcise cellulære lokalisering af ice dannelse6.
En vanskelighed i filme emner i IR er forårsaget af små forskelle i temperaturer. Dette vil medføre de fleste objekter i synsfeltet skal være en lignende farve, hvilket gør det vanskeligt at bestemme præcist hvilke objekt(er) er frysning. Dette kan være vigtige ved fastlæggelse af rækkefølgen af frysning i specifikke væv, såsom blade eller rødder i hvede6. Hvis IR video af planter frysning kan være afbildet i 3D, kunne nøjagtighed til bestemmelse af, hvilken del af planten er iskold på et bestemt punkt i tid forbedres.
Jordbær er en afgrøde i visse områder af USA hvor frost er af stor bekymring for avlerne. Under nogle vækstbetingelser er det almindeligt for jordbær blomster skal vises 2-3 uger før gennemsnitlige sidste forår fryse. En fryse hændelse kan forekomme så sent som i juni i nogle områder af Appalacherne7 og normalt resultater i døden af blomsten. Frostsikring er derfor afgørende for jordbær avlerne i områder med disse fryse begivenheder. Jordbær avlere i North Carolina, for eksempel skal frost-beskytte, i gennemsnit mellem 4-6 frost begivenheder før bloom og 1-2 hårde fryser under de tidlige blomstre periode8. For at hjælpe med at udvikle jordbær genotyper, der er mere frost tolerante, er det vigtigt at forstå forskellige aspekter af indefrysning, såsom websteder af ice Nukleering og formering i andre dele af planten. IR termografi giver et effektivt middel til at løse disse problemer.
Her bruger vi jordbær til at illustrere en teknik til at optage indefrysning begivenheder i 3D ved hjælp af metoden anaglyph. Jordbær er velegnet til dette eksempel, fordi de blade og blomster er vidt udbredt i 3D-rum og kan være vanskeligt at adskille hvor set i 2D infrarød videoer.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="811">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">T620 Infrared Camera and software</td>
			<td style="width:71px;">FLIR</td>
			<td style="width:119px;">55903-5122</td>
			<td style="width:323px;">2 cameras are needed. Software works only on a Windows-based computer</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:299px;">After Effects</td>
			<td style="width:71px;">Adobe</td>
			<td style="width:119px;">15.0.1.73</td>
			<td style="width:323px;">Post-Production Video Editing Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Bandicam</td>
			<td style="width:71px;">Bandisoft</td>
			<td style="width:119px;">4.1.2.1385</td>
			<td>Screen Capture Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Laboratory Scissor Jack&#160;&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Eisco</td>
			<td style="width:119px;">CH0642A</td>
			<td>Steel Platform 13X15 cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Fastening Strap</td>
			<td style="width:71px;">Velcro</td>
			<td style="width:119px;">90441</td>
			<td>To hold camera on jack.&#160; Should be at least 60cm long by 2cm wide</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Media Converter</td>
			<td style="width:71px;">iSkysoft</td>
			<td style="width:119px;">10.0.6</td>
			<td>Software to convert mp4 files to .mov&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

protocol for producing three-dimensional infrared video of freezing in plants

Frysning i planter kan overvåges ved hjælp af infrarød (IR) termografi, fordi når vandet fryser, den afgiver varme. Dog gøre problemer med farvekontrast 2-dimensioner (2D) infrarøde billeder lidt svært at fortolke. Visning af en IR billede eller video af planter frysning i 3 dimensioner (3D) ville give en mere præcis identifikation af websteder for isen Nukleering samt progression af frysning. I dette papir viser vi et relativt enkle midler til at producere en 3D infrarød video af en jordbær plante frysning. Jordbær er en økonomisk vigtige afgrøder, der er udsat for uventede foråret fryse begivenheder i mange områder af verden. En præcis forståelse af nedfrysning i jordbær vil give både opdrættere og avlere med billigere måder at forebygge skader planter under frysning betingelser.
Teknikken indebærer en positionering af to IR kameraer på lidt forskellige vinkler at filme jordbær frysning. De to videostreams synkroniseres netop ved hjælp af en raster fange programmel, der registrerer begge kameraer samtidig. Optagelserne bliver derefter importeret ind i billedbehandling software og behandlet ved hjælp af en anaglyph teknik. Bruger rød-blå briller, vil 3D-video gøre det lettere at bestemme det præcise sted, ice Nukleering på blade overflader.

Overraskende, anførte IR video af jordbær plante frysning (supplerende Video 1), at ikke alle blade/blomster frøs på samme tid. Både blade og blomster frøs individuelt ved forskellige temperaturer, men bladene frøs tidligere end blomsterne og ved en højere temperatur. Desuden begyndte indefrysning i bladene, men ikke nødvendigvis på samme position på hvert blad. Mens disse resultater ikke er blevet beskrevet tidligere i jordbær, er lignende resultater blevet f...

Watch this Scientific Journal Video about Protocol for Producing Three-Dimensional Infrared Video of Freezing in Plants at JoVE.com

Protocol for Producing Three-Dimensional Infrared Video of Freezing in Plants

Vi præsenterer her, en protokol for at billedet en jordbær plante frysning i 3 dimensioner. To infrarøde kameraer placeret på lidt forskellige vinkler er brugt til at producere en rød-blå anaglyph video for at observere indefrysning af fabrikken i 3 dimensioner.

Protokol for at producere tredimensionale infrarød Video af frysning i planter

Freezing in plants can be monitored using infrared (IR) thermography, because when water freezes, it gives off heat. However, problems with color contrast ...

Research

JoVE Journal

Environment

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Eksperimentel protokol til at manipulere Plant-induceret Soil Heterogenitet

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

Expression of Recombinant Cellulase Cel5A from Trichoderma reesei in Tobacco Plants

Expression of Recombinant Cellulase Cel5A from Trichoderma reesei in Tobacco Plants

Ekspression af rekombinant Cellulase Cel5A fra<em&gt; Trichoderma reesei</em&gt; I tobaksplanter

Cellulose degrading enzymes, cellulases, are targets of both research and industrial interests. The preponderance of these enzymes in difficult-to-culture ...

Measuring Fluxes of Mineral Nutrients and Toxicants in Plants with Radioactive Tracers

Måling Flusmidler af mineralske Næringsstoffer og giftstoffer i Planter med radioaktive sporstoffer

Unidirectional influx and efflux of nutrients and toxicants, and their resultant net fluxes, are central to the nutrition and toxicology of plants. ...

The Use of High-resolution Infrared Thermography (HRIT) for the Study of Ice Nucleation and Ice Propagation in Plants

The Use of High-resolution Infrared Thermography HRIT for the Study of Ice Nucleation and Ice Propagation in Plants

Anvendelsen af ​​høj opløsning Infrarød termografi (HRIT) for Studiet af isnukleering og Ice Formering i Plants

Freezing events that occur when plants are actively growing can be a lethal event, particularly if the plant has no freezing tolerance. Such frost events ...

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

Udvinding Metrics til tredimensionel Root Systems: Volumen og Overflade Analyse fra In-jord X-ray Computed Tomography data

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

Protocol for Microplastics Sampling on the Sea Surface and Sample Analysis

Protokol for Microplastics Sampling på havoverfladen og Sample Analysis

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

Video Tracking Protocol to Screen Deterrent Chemistries for Honey Bees

Video Tracking Protocol til Screen Deterrent Chemistries for honningbier

The European honey bee, Apis mellifera L., is an economically and agriculturally important pollinator that generates billions of dollars annually. Honey ...

Dispersion of Nanomaterials in Aqueous Media: Towards Protocol Optimization

Spredning af nanomaterialer i vandige medier: mod protokollen optimering

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

Experimental Protocol for Detecting Mitochondrial Function in Hepatocytes Exposed to Organochlorine Pesticides

Eksperimentel protokol til påvisning af mitokondriel funktion i hepatocytter udsat for organochlorpe pesticider

This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function for a better understanding the cause of metabolic disorders caused by ...

Combining Eye-tracking Data with an Analysis of Video Content from Free-viewing a Video of a Walk in an Urban Park Environment

Kombination af Eye-tracking data med en analyse af videoindhold fra Free-visning af en video af en tur i et Urban Park miljø

As individuals increasingly live in cities, methods to study their everyday movements and the data that can be collected becomes important and valuable. ...