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 arbeidet ble støttet av USDA in-house finansiering.

1. forberedelse
<ol><li>Samle utstyr, materialer og programvare for å registrere og behandle videoen av frysing.<ol>
<li>Start en programmerbar fryser ved å angi strømbryteren på, og angi temperaturen 0 ° C. Programmet fryseren for å nå-8 ° C på 1 ° C/t.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Plass en 6 uker gamle jordbær plante med 2-5 blomster som ble dyrket i en 1 L beholder i fryseren.</li>
	<li>Satt opp 2 IR-kameraer (f.eks, FLIR T620 kameraer) bruke festing stropper og en liten blokk av tre f...

<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 nødvendig for denne protokollen, og de må være rettet mot emnet litt forskjellige vinkler1. Dette vil kreve linsene fra 5-8 cm fra hverandre, men begge må være rettet mot samme sted på emnet filmes. Tenk på de 2 kameralinser som en slags surrogat for betrakterens øyne. Venstre kameraet tilsvarer venstre øye og høyre kameraet til høyre øye. Etterbehandling programvaren vil tint venstre bildet til en rød farge og blått, høyre bildet så med rød-blå briller, venstre...

Til tross for lever i en verden av tre fysiske dimensjoner, er forskere ofte begrenset til rapportering visuelle observasjoner i 2D. Selv om 2D-bilder er vanligvis nok til å formidle viktig informasjon, begrenser denne mangel på informasjon om dybden vår evne til å oppfatte og forstå kompleksiteten av objekter. 1
Denne mangel på informasjon om dybden gitt et insentiv til å produsere 3D videoer hovedsakelig i kommersiell filmbransjen siden tidlig på 1900-tallet1. Imidlertid hindret generere klare 3D-informasjon i fortsatt bilder og video av kompleksiteten involvert i produksjon av bildene. Den enkleste måten å generere 3D-film er basert på prinsippene i stereoskopisk fotografering. Stereoskopisk fotografering benytter to bilder av samme objekt fra litt forskjellige vinkler som formidler et 3D-bilde i hjernen. For å gjøre dette mulig, må hvert øye se bare på sine respektive bilde (dvs., venstre øye på venstre bildet og høyre øye på høyre bilde). Siden øyne vil selvsagt ikke dette, ble stereoskopisk hodeplagg utformet for å gjøre dette mulig1. Flere stereoskopisk har teknikker, samt polarisering-sammenflettet, tid-multiplekset, og hode-montere skjermen teknikker, vært brukt under utviklingen av 3D-filmer, men farge-interlacing eller anaglyph metoden bruker rød og grønn (eller cyan) glass er en av de enkleste og minst kostbare teknikkene. For en omfattende gjennomgang av 3D-bildebehandling og ulike teknikker involvert, se gjennomgang av Geng1.
Overvåking frysing i planter med IR termografi er basert på prinsippet om at når vannet fryser, det må gi opp indre energi2. Denne energien er i form av varme, som er synlig i IR-regionen i det elektromagnetiske spekteret. Kameraer kunne registrere IR energi har vært i bruk siden 19293. Den første publiserte rapporten ved hjelp av IR-teknologi film frysing i planter er fra Cecardi et al. 2, men oppløsningen på kameraet brukes gjør det vanskelig å nøyaktig fastslå vevet der frysing startes. Wisniewski et al. 4 bestemt mer presise områder av isen nucleation i flere plantearter bruke høyere oppløsning kamera. Som teknologien som brukes i IR termografi forbedret, høyere oppløsning førte til funn som barrierer for frysing5 og den nøyaktige mobilnettet lokaliseringen av isen formasjon6.
En vanskelighet filming fag i IR skyldes små forskjeller i temperatur. Dette fører til de fleste objekter i synsfeltet lignende farge, gjør det vanskelig å avgjøre nøyaktig hvilken objekt(er) er frysing. Dette kan være viktige når avgjøre rekkefølgen på frysing i bestemte vev, som blader eller røtter i hvete6. Hvis IR video av planter frysing kan avbildes i 3D, kan nøyaktigheten til å bestemme hvilken del av anlegget fryser på et visst punkt i tid forbedres.
Jordbær er en avling i visse områder av USA som minusgrader er stor bekymring for bøndene. Under noen vekstforhold er det vanlig for jordbær blomster vises 2-3 uker før gjennomsnittlige fjor vår fryse. En freeze-hendelse kan oppstå så sent som i juni i enkelte områder av Appalachene7 og vanligvis resultater i blomsten død. Frostbeskyttelse er derfor kritisk for jordbær bøndene i områder med disse fryse hendelser. Strawberry bønder i North Carolina, for eksempel må frost-beskytte, i gjennomsnitt mellom 4-6 frost hendelser før bloom og 1-2 hard fryser under tidlig blomst perioden8. For å utvikle jordbær genotyper som er mer frysing tolerant, er det viktig å forstå ulike sider av frysing, for eksempel områder av isen nucleation og forplantning i andre deler av anlegget. IR termografi gir en effektiv måte å løse disse problemene.
Her bruker vi jordbær for å illustrere en teknikk for å registrere frysing hendelser i 3D med metoden anaglyph. Jordbær er godt egnet for eksempel fordi blader og blomster er svært utbredt i 3D-rom og kan være vanskelig å skille 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

Frysing i planter kan overvåkes ved hjelp av infrarød (IR) termografi, fordi når vannet fryser, det avgir varme. Men gjøre problemer med fargekontrast 2-dimensjoner (2D) infrarøde bilder litt vanskelig å tolke. Viser et IR bilde eller video av planter frysing i 3 dimensjoner (3D) gir en mer nøyaktig identifikasjon av nettsteder for is nucleation og progresjon av frysing. I dette papiret viser vi en relativt enkel måte å lage en 3D infrarød video av en jordbær plante frysing. Jordbær er en økonomisk viktigste avlingen som utsettes for uventede våren fryse hendelser i mange områder av verden. En nøyaktig forståelse av frysing i jordbær vil gi både oppdrettere og dyrkere med mer økonomisk måter å forhindre skade planter under frysepunktet forhold.
Teknikken innebærer en plassering av to IR-kameraer i litt forskjellige vinkler å filme den jordbær frysing. De to videostrømmer synkroniseres nettopp på nytt ved hjelp av en skjermen fange programvare som registrerer begge kameraene samtidig. Opptakene vil deretter importeres til bildebehandlingsprogramvare og behandles ved hjelp av en anaglyph teknikk. Bruker rød-blå briller, vil 3D video gjøre det lettere å bestemme nøyaktig stedet av isen nucleation blad flater.

Overraskende, indikerte IR video av jordbær plante frysing (supplerende Video 1) at ikke alle blader/blomster frøs samtidig. Både bladene og blomstene frøs individuelt ved forskjellige temperaturer, men bladene frøs tidligere enn blomster og ved høyere temperatur. I tillegg begynte frysing i bladene, men ikke nødvendigvis på samme posisjon på hvert blad. Mens disse resultatene ikke har blitt beskrevet tidligere i jordbær, er lignende resultater funnet i andre pl...

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

Her presenterer vi en protokoll for bilde en jordbær plante frysing i 3 dimensjoner. To infrarøde kameraer plassert i litt forskjellige vinkler brukes til å produsere en rød-blå anaglyph video å observere frysing av anlegget i 3 dimensjoner.

Protokollen for å produsere tre-dimensjonale infrarøde Video av frysing 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

Eksperimentell protokoll for Manipulere Plant-indusert 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

Expression of rekombinant Cellulase Cel5A fra<em&gt; Trichoderma reesei</em&gt; I tobakksplanter

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

Måle fluks av mineral næringsstoffer og miljøgifter i Planter med radioaktive tracere

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

Bruk av høy oppløsning Infrarød termografi (HRIT) for studier av iskimdannende og Ice Formering hos planter

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

Trekke Metrics for Tredimensjonal rotsystemer: Volum og Surface Analysis fra In-jord X-ray computertomografi 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

Protokoll for Microplastics Prøvetaking på havoverflaten 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 sporing protokoll til Screen Deterrent Kjemikalier for honning bier

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 av nanomaterialer i vandige Media: mot protokollen optimalisering

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

Eksperimentell protokoll for å oppdage mitokondriefunksjon i hepatocytter utsatt for organochlorine plantevernmidler

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

Kombinere eye-tracking data med en analyse av video innhold fra Free-visning en video av en tur i en 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. ...