Name: assessing the particulate matter removal abilities of tree leaves
Uploaded: 2018-10-07T15:00:00
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Ce travail a été soutenu par le Fonds de recherche fondamentale pour les universités du Centre (2017ZY21) et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (21607038).

1. feuille de Collection, élution et mesure de masse des particules
<ol><li>Sélectionnez les cinq arbres sains individuels (c.-à-d., cinq répétitions) de chaque espèce d’arbre de diamètre similaire à hauteur de poitrine. Recueillir les quatre plus grosses branches au hasard des quatre points cardinaux de la verrière extérieure dans la couche intermédiaire couvert et couper toutes les feuilles intactes. Remarque : Toutes les plantes pour l’échantillonnage foliaire devraient se trouver étroi...

<ol>
	<li>Baidurela, A., Halik, U., Aishan, T., Nuermaimaiti, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maximum+dust+retention+of+main+greening+trees+in+arid+land+oasis+cities,+Northwest+China.">Maximum dust retention of main greening trees in arid land oasis cities, Northwest China.</a> Scientia Silvae Sinicae. 51, 57-63 (2015).</li><li>Fan, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dust+capturing+capacities+of+twenty-six+deciduous+broad-leaved+trees+in+Beijing.">Dust capturing capacities of twenty-six deciduous broad-leaved trees in Beijing.</a> Chinese Journal of Plant Ecology. 39, 736-745 (2015).</li><li>Dzierzanowski, K., Gawro&#324;ski, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+trees+for+reducing+particulate+matter+pollution+in+air.">Use of trees for reducing particulate matter pollution in air.</a> Challenges of Modern Technology. 2, 69-73 (2011).</li><li>Przybysz, A., S&#230;b&#248;, A., Hanslin, H. M., Gawro&#324;ski, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accumulation+of+particulate+matter+and+trace+elements+on+vegetation+as+affected+by+pollution+level,+rainfall+and+the+passage+of+time.">Accumulation of particulate matter and trace elements on vegetation as affected by pollution level, rainfall and the passage of time.</a> Science of the Total Environment. 481, 360-369 (2014).</li><li>Chen, L. X., Liu, C. M., Zou, R., Yang, M., Zhang, Z. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+examination+of+effectiveness+of+vegetation+as+bio-filter+of+particulate+matter+in+the+urban+environment.">Experimental examination of effectiveness of vegetation as bio-filter of particulate matter in the urban environment.</a> Environmental Pollution. 208, 198-208 (2016).</li><li>Zhang, Z. D., Xi, B. Y., Cao, Z. G., Jia, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploration+of+a+quantitative+methodology+to+characterize+the+retention+of+PM2.5+and+other+atmospheric+particulate+matter+by+plant+leaves:+Taking+Populus+tomentosa+as+an+example.">Exploration of a quantitative methodology to characterize the retention of PM2.5 and other atmospheric particulate matter by plant leaves: Taking Populus tomentosa as an example.</a> Chinese Journal of Applied Ecology. 25, 2238-2242 (2014).</li><li>Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+the+Existing+Shrubs+of+the+Road+in+Changchun+and+the+Dust+Retention+Capacity+of+the+Three+Shrubs.">Studies on the Existing Shrubs of the Road in Changchun and the Dust Retention Capacity of the Three Shrubs.</a> Jilin Agricultural University. , (2013).</li><li>Beckett, K. P., Freer-Smith, P., Taylor, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effective+tree+species+for+local+air-quality+management.">Effective tree species for local air-quality management.</a> Journal of Arboriculture. 163, 12-19 (2000).</li><li>Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+the+captured+quantity+of+particulate+matter+by+plant+leaves+under+typical+weather+conditions.">Dynamics of the captured quantity of particulate matter by plant leaves under typical weather conditions.</a> Acta Ecologica Sinica. 35, 1696-1705 (2015).</li><li>Wang, Z. H., Li, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capacity+of+dust+uptake+by+leaf+surface+of+Euonymus+Japonicus+Thunb.+and+the+morphology+of+captured+particle+in+air+polluted+city.">Capacity of dust uptake by leaf surface of Euonymus Japonicus Thunb. and the morphology of captured particle in air polluted city.</a> Ecology &amp; Environment. 15, 327-330 (2006).</li><li>Liu, H. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+the+Role+of+Ultrasonic+Cleaning+in+Quantitative+Evaluation+of+the+Retention+of+Tree+Leaves+to+Atmospheric+Particles:+A+Case+Study+with+Ginkgo+biloba.">Analysis of the Role of Ultrasonic Cleaning in Quantitative Evaluation of the Retention of Tree Leaves to Atmospheric Particles: A Case Study with Ginkgo biloba.</a> Scientia Silvae Sinicae. 52 (12), 133-140 (2016).</li><li>Chen, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dust+absorption+effect+of+urban+conifers+in+Northeast+China.">Dust absorption effect of urban conifers in Northeast China.</a> Chinese. Journal of Applied Ecology. 14 (12), 2113-2116 (2003).</li><li>Li, H., Yang, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+of+suspended+particulates+adhering+to+salt+marsh+plants.">Changes of suspended particulates adhering to salt marsh plants.</a> Acta Oceanolo Giga Sinica. 32 (1), 114-119 (2010).</li><li>Nguyen, T., Yu, X. X., Zhang, Z. M., Liu, M. M., Liu, X. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+types+of+urban+forest+and+PM2.5+capture+at+three+growth+stages+of+leaves.">Relationship between types of urban forest and PM2.5 capture at three growth stages of leaves.</a> Journal of Environmental Sciences. 27 (1), 33-41 (2015).</li><li>Fan, S. X., Li, X. P., Han, J., Cao, Y., Dong, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+assessment+of+the+impacts+of+landscape+structure+on+different-sized+airborne+particles+in+residential+areas+of+Beijing,+China.">Field assessment of the impacts of landscape structure on different-sized airborne particles in residential areas of Beijing, China.</a> Atmospheric Environment. 166, 192-203 (2017).</li><li>Liu, J. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+based+investigation+on+particulate+size+distribution+and+retention+efficiency+of+particulate+matters+retained+on+tree+leaves-Taking+Ginkgo+biloba+and+Pinus+tabuliformis+as+examples.">Ultrasonic based investigation on particulate size distribution and retention efficiency of particulate matters retained on tree leaves-Taking Ginkgo biloba and Pinus tabuliformis as examples.</a> Chinese Journal of Applied Ecology. 40, 798-809 (2016).</li><li>Yao, X. Y., Hu, Y. S., Liu, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dust-retention+effect+of+8+common+greening+Tree+Species+in+Beijing.">Dust-retention effect of 8 common greening Tree Species in Beijing.</a> Journal of Northwest Forestry University. 29, 92-95 (2014).</li><li>Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H., Duan, J., Wang, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+surface+structure+on+the+particle+size+distribution+captured+by+Ligustrum+lucidum.">Influence of surface structure on the particle size distribution captured by Ligustrum lucidum.</a> Journal of Safety &amp; Environment. 1, 258-262 (2015).</li></ol>

Collection précise et appropriée de la MP accumulée sur la surface des feuilles est la base permettant d’évaluer les capacités de retrait de PM des différentes espèces d’arbres. Toutefois, la méthode de nettoyage classique (WC ou plus BC) ne peut pas supprimer complètement la poussière sur la surface des feuilles, qui a été confirmée par10de la microscopie électronique à balayage. Cela a été démontré plus clairement par la présente étude (Figure 1</str...

Les capacités de différentes espèces d’arbres pour enlever des PM de l’air ambiant peuvent être évaluées par le biais de quantifier la masse des particules accumulée sur la surface des feuilles. Pour atteindre cet objectif, la méthode de soustraction1,2, la membrane filtre méthode3,4,5et la méthode de pesage élution couplé avec la taille de particule analyse6 ont été appliquée pour estimer quantitativement la masse des PM2,5 (diamètre ≤ 2,5 µm), PM10 (diamètre ≤ 10 µm) ou de particules en suspension totales (TSP) retenus sur les feuilles. Cependant, l’exactitude de ces méthodes dépend essentiellement de leur performance dans la collecte de PM accumulée sur la surface des feuilles. À l’heure actuelle, la feuille traditionnelle méthode souvent utilisé dans des études de nettoyage comprend une ou deux étapes, à savoir que de l’eau laver (faire tremper et rincer les feuilles à l’aide de l’eau désionisée)3,7 ou plus brossage5, 8 , 9. Cependant, certaines études10,11 ont démontré que PM sur la surface des feuilles ne pourrait pas être complètement éluée par la méthode classique de nettoyage. Comme le nettoyage par ultrasons a les avantages du haut débit, haute qualité et peu de dégâts à la surface de l’objet, il a un grand potentiel pour servir à recueillir le PM accumulée sur la surface des feuilles avec des microstructures complexes. À l’heure actuelle, le nettoyage par ultrasons a été appliqué dans certaines études pour recueillir PM accumulée sur la surface des feuilles (c.-à-d., mettre les feuilles dans l’eau désionisée et utiliser le nettoyeur à ultrasons pour éluer PM)12,13. Cependant, cette méthode est uniquement utilisée en complément d’une feuille de nettoyage méthode, alors qu’on ne sait pas si le nettoyage par ultrasons a un effet positif sur la perception de PM de la surface des feuilles et ses paramètres de fonctionnement optimales ne sont également pas clairs. Nos recherches antérieures ont montré que le PM accumulée sur la surface de la feuille de Ginkgo biloba pourrait être complètement éluée sans détruire les surfaces foliaires, si une procédure appropriée de nettoyage par ultrasons a été complétée à la méthode classique de nettoyage11 . Toutefois, la stabilité et l’applicabilité générale des opérations de nettoyage par ultrasons paramètres (puissance ultrasonique, temps et autres informations) pour différentes espèces de plantes connaissent des périodes de rétention de poussière différents sont toujours pas claires.
Actuellement, la masse des PM2,5, PM10ou TSP sur unité de surface foliaire a souvent été utilisée pour évaluer les capacités des différentes espèces d’arbres pour enlever des PM de l’air ambiant14,15. En vertu de l’état naturel, le PM accumulée sur la surface des feuilles peut être classé en deux parties : la première partie est le PM qui peut tomber des feuilles due aux effets du vent et des précipitations, tandis que l’autre partie est le PM qui est fermement adhéré pour feuille surfaces et ne peut pas être ea sily lavé par la pluie. Cependant, peu d’études ont porté sur la masse des deux types de particules sur la surface des feuilles. En outre, les périodes de rétention de PM des feuilles différentes études diffèrent énormément. Ainsi, la comparabilité des résultats de ces études sera mauvaise, si la masse des particules retenues sur l’unité de surface foliaire est adoptée pour évaluer les capacités de retrait de PM des arbres16. Par conséquent, l’efficacité de la rétention de PM (la masse des particules retenues sur l’unité de surface foliaire par unité de temps), comme alternative, il a été proposé d’évaluer les effets de purification de PM des arbres urbains5,17. En général, il y a toujours un manque de recherche dans cet aspect. Il est extrêmement nécessaire de mener des études pertinentes pour différentes espèces d’arbres fournir un appui données et base méthodologique pour évaluer les capacités de retrait de PM des différentes espèces d’arbres avec précision.
Ici, trois espèces d’arbres feuillus (g. biloba, Sophora japonicaet Salix babylonica) et deux espèces d’arbres conifères (Pinus tabuliformis et Sabina chinensis) ont été choisis pour évaluer leur retrait PM capacités en deux périodes de rétention de PM. Le site d’échantillonnage foliaire a été dans le parc de Xitucheng (39,97 ° N, 116,36 ° E), situé dans une zone à forte pollution à Pékin. Les trois objectifs spécifiques de cette étude étaient : (1) d’évaluer l’efficacité des feuilles différentes méthodes (nettoyage de l’eau (WC), brosse de nettoyage (BC) et nettoyage aux ultrasons (UC)) pour l’élution du PM à, (2) pour vérifier l’effet de nettoyage par ultrasons sur les feuilles de nettoyage à élution de PM et (3) afin d’évaluer l’efficacité de rétention de différentes espèces d’arbres à PM1, PM2,5, PM5, PM10et TSP.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1519px;" width="1518">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:349px;">MSA2258-1CE-DU ten-thousandth scale</td>
			<td style="width:328px;">Sartorius Scientific Instruments (Beijing) Co., Ltd.</td>
			<td style="width:153px;">MSA2258-1CE-DU</td>
			<td style="width:688px;">precision: 0.01 mg</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;">The IS13320 laser granularity instrument</td>
			<td>Beckman Coulter, Brea, USA</td>
			<td>IS13320</td>
			<td>working conditions: liquid/power samples; particle size range of measurement: 0.017-2000 &#956;m</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Epson Twain Pro high-quality scanner</td>
			<td>Seiko Epson, Nagano, Japan</td>
			<td>expression1680</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Automatic image analysis software WinRHIZO</td>
			<td>Regent Instruments Inc., Quebec, Canada</td>
			<td>WinRHIZO Pro 2013a</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing the particulate matter removal abilities of tree leaves

Basé sur les méthodes de nettoyage classiques (eau nettoyage (WC) + brosse de nettoyage (BC)), cette étude a évalué l’influence de nettoyage par ultrasons (UC) sur la perception de diverses tailles particulaires (MP) accumulée sur la surface des feuilles. De plus, nous avons caractérisé l’efficacité de rétention des feuilles à diverses heures taille, ce qui aidera à évaluer les capacités des arbres urbains pour enlever des PM de l’air ambiant quantitativement.
Prendre trois espèces d’arbres feuillus (Ginkgo biloba, Sophora japonica et Salix babylonica) et deux espèces arbres conifères (Pinus tabuliformis et Sabina chinensis) comme des objets de recherche, les échantillons de feuilles ont été collecté 4 jours (période de rétention courte PM) et 14 jours (longue période de rétention de PM) après la dernière pluie. PM accumulée sur la surface des feuilles a été capturé par le biais de WC, c.-b. et l’UC en séquence. Ensuite, l’efficacité de rétention des feuilles (feuillesAE) à trois types de la PM de taille différentes, y compris PM facilement amovible (ERP), difficile à éliminer h (DRP) et totalement amovible h (TRP), ont été calculées. Qu’environ 23 % - 45 % du total PM accumulée sur les feuilles pourrait être nettoyée et perçu par les WC. Lorsque les feuilles ont été nettoyées par le biais de WC + BC, la sous-estimation de la capacité de rétention de PM des différentes espèces d’arbres était de l’ordre de 29 à 46 % pour divers taille h presque tous les PM retenu sur les feuilles pourrait être supprimés si l’UC a été complété pour WC + BC.
En conclusion, si l’UC a été complétée après les méthodes de nettoyage classiques, PM plus sur la surface des feuilles pourrait être éluée et recueilli. La procédure développée dans cette étude peut être utilisée pour évaluer les capacités de retrait de PM des différentes espèces d’arbres.

Le PM accumulée sur la surface des feuilles avait deux types dans des conditions naturelles. Le PM se détache facilement par la pluie et vent dans des conditions naturelles est défini comme la matière particulaire facilement amovible (ERP). Ce type de particules était représenté par le GP élué par WC dans cette étude. Le PM qui adhère fermement à la feuille des surfaces et ne peuvent pas être facilement enlevé par BC et UC est défini comme la matière particulaire difficile...

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Assessing the Particulate Matter Removal Abilities of Tree Leaves

Évaluer les capacités d’enlèvement de matière particulaire d’arbre feuilles

La méthode de nettoyage par ultrasons a été appliquée pour éluer les matières particulaires (PM) accumulée sur la surface des feuilles après que PM est éluée par les méthodes classiques de nettoyage (nettoyage uniquement à l’eau ou nettoyage à l’eau et brosse de nettoyage). La méthodologie peut contribuer à améliorer la précision de l’estimation pour PM capacité de rétention des feuilles.

Based on the conventional cleaning methods (water cleaning (WC) + brush cleaning (BC)), this study evaluated the influence of ultrasonic cleaning (UC) on ...

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans la relation entre les forêts urbaines et le champ de pollution aux particules, comme la façon de sélectionner les espèces d’arbres ayant des capacités élevées d’élimination des particules. Le principal avantage de cette technique est que les capacités d’enlèvement des particules des arbres peuvent être évaluées avec précision et quantitativement en recueillant complètement le PM conservé à la surface des feuilles. Pour commencer, choisissez cinq arbres individuels en bonne santé ayant un diamètre similaire à la hauteur des seins de chaque espèce d’arbre.Puis, recueillir au hasard quatre branches plus grandes de quatre directions de la canopée dans la couche de canopée moyenne, et couper toutes les feuilles intactes. Placez les feuilles dans des sacs de vanne étiquetés avant de transporter les sacs au laboratoire et de les ranger au réfrigérateur. Ensuite, laver et sécher les bechers dans un four réglé à 80 degrés Celsius.Equilibrer les beakers à température ambiante et à humidité avant de les peser. Après cela, placez des feuilles choisies au hasard dans l’un des grands beakers. Ajouter ensuite 270 millilitres d’eau DI au bécher A et plonger complètement les feuilles.Remuer l’eau pendant 60 secondes dans une direction à l’aide d’une tige de verre. Puis, versez uniformément l’élitiste dans trois petits beakers. Ensuite, ajoutez 270 millilitres d’eau DI à un autre grand bécher, et plongez les feuilles dans l’eau une fois de plus.À l’aide d’une brosse en nylon, frotter les surfaces des feuilles avec l’eau DI, en prenant soin d’éviter de détruire la microstructure des feuilles. Ensuite, lavez les feuilles dans de l’eau DI avec une bouteille serrable avec une pointe fine, et transférez-les à un nouveau grand bécher. Après cela, versez l’éluent dans un ensemble propre de trois petits beakers.Ajouter 270 millilitres d’eau DI au grand bécher et plonger à nouveau les feuilles dans l’eau. Ensuite, placez le bécher dans une machine de nettoyage ultrasonique pendant trois à dix minutes, et remuez les feuilles dans une direction avec une tige de verre. Ensuite, transférez les feuilles à un nouveau grand bécher.Ensuite, versez l’élitiste dans un nouvel ensemble de trois petits beakers. Couvrir chacun des ensembles de trois petits bechers avec du papier filtre propre, et sécher les beakers dans le four à séchage pendant cinq jours ou jusqu’à ce que la masse des beakers devienne constante. Après cela, mettez les béchers sur un banc de laboratoire pendant 30 minutes, et mesurez la masse de chaque bécher.Tout d’abord, ajouter 50 millilitres d’eau DI à chacun des petits beakers. Ensuite, placez les beakers dans la machine de nettoyage ultrasonique pendant 30 minutes jusqu’à ce que le PM se disperse dans le liquide. Ajoutez le supernatant des beakers à un instrument de granularité laser, et mesurez la distribution de taille du PM éludée dans les différentes étapes de nettoyage.Ensuite, étalez les feuilles sur une planche en plastique et numérisez les feuilles à l’aide d’un scanner. Enfin, utilisez un logiciel d’analyse d’images pour estimer la surface et la surface projetée des feuilles. Dans cette étude, le PM a été éludé des feuilles de cinq espèces d’arbres par différentes méthodes de nettoyage.Un grand nombre de PM de différentes tailles ont été exutés des surfaces de feuille après le nettoyage ultrasonique de supplément au nettoyage d’eau plus le nettoyage de brosse. Les proportions moyennes de particules de différentes tailles des cinq espèces d’arbres par nettoyage ultrasonique étaient de 41 % et de 36 % sous les courtes périodes de rétention de poussière et de rétention de poussière, respectivement. Tout en essayant cette procédure, il est important de se rappeler de contrôler l’impulsion ultrasonique et le temps ultrasonique strictement.Suite à cette procédure, d’autres méthodes comme la collecte du PM conservé en couche cireuse de feuilles peuvent être effectuées afin de répondre à des questions supplémentaires, comme la production de la masse de PM à la surface et en couche cireuse de feuilles. Après son développement, cette technique a ouvert la voie à la recherche dans le domaine de la pollution des forêts et des particules afin d’explorer les particules retenues sur les feuilles dans la sélection des espèces d’arbres avec la façon dont les capacités d’élimination des particules.

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Research

JoVE Journal

Environment

Technique for Studying Arthropod and Microbial Communities within Tree Tissues

Phloem tissues of pine are habitats for many thousands of organisms. Arthropods and microbes use phloem and cambium tissues to seek mates, lay eggs, rear young, feed, or hide from natural enemies or harsh environmental conditions outside of the tree. Organisms that persist within the phloem habitat are difficult to observe given their location under bark. We provide a technique to preserve intact phloem and prepare it for experimentation with invertebrates and microorganisms. The apparatus is called a &#8216;phloem sandwich&#8217; and allows for the introduction and observation of arthropods, microbes, and other organisms. This technique has resulted in a better understanding of the feeding behaviors, life-history traits, reproduction, development, and interactions of organisms within tree phloem. The strengths of this technique include the use of inexpensive materials, variability in sandwich size, flexibility to re-open the sandwich or introduce multiple organisms through drilled holes, and the preservation and maintenance of phloem integrity. The phloem sandwich is an excellent educational tool for scientific discovery in both K-12 science courses and university research laboratories.

We provide a technique to preserve intact tree phloem and prepare it for observation. We create an apparatus called a phloem sandwich that allows for the introduction and observation of arthropods, microbes, and other organisms that inhabit phloem tissues.

Technique pour l&#39;étude des arthropodes et communautés microbiennes dans les tissus des arbres

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

Recherche

Environnement

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.

Transcription et profilage des métabolites pour l&#39;évaluation des arbres tabac et le peuplier comme matière première pour l&#39;industrie de la bioéconomie

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

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and detritus, and excreting particulate and dissolved compounds, they serve as important agents for benthic-pelagic coupling. Accurately measuring the compounds removed and excreted by suspension feeders (such as sponges, ascidians, polychaetes, bivalves) is crucial for the study of their physiology, metabolism, and feeding ecology, and is fundamental to determine the ecological relevance of the nutrient fluxes mediated by these organisms. However, the assessment of the rate by which suspension feeders process particulate and dissolved compounds in nature is restricted by the limitations of the currently available methodologies. Our goal was to develop a simple, reliable, and non-intrusive method that would allow clean and controlled water sampling from a specific point, such as the excurrent aperture of benthic suspension feeders, in situ. Our method allows simultaneous sampling of inhaled and exhaled water of the studied organism by using minute tubes installed on a custom-built manipulator device and carefully positioned inside the exhalant orifice of the sampled organism. Piercing a septum on the collecting vessel with a syringe needle attached to the distal end of each tube allows the external pressure to slowly force the sampled water into the vessel through the sampling tube. The slow and controlled sampling rate allows integrating the inherent patchiness in the water while ensuring contamination free sampling. We provide recommendations for the most suitable filtering devices, collection vessel, and storing procedures for the analyses of different particulate and dissolved compounds. The VacuSIP system offers a reliable method for the quantification of undisturbed suspension feeder metabolism in natural conditions that is cheap and easy to learn and apply to assess the physiology and functional role of filter feeders in different ecosystems.

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

We introduce the VacuSIP, a simple, non-intrusive, and reliable method for clean and accurate point sampling of water. The system was developed and evaluated for the simultaneous collection of the water inhaled and exhaled by benthic suspension feeders in situ, to cleanly measure removal and excretion of particulate and dissolved compounds.

VACUSIP, une méthode Inex améliorée pour<em&gt; In Situ</em&gt; Mesure des particules et composés dissous transformés par suspensivores actifs

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and ...

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. Yet the in situ study of DOM is difficult as the molecular complexity of the DOM pool cannot be easily reproduced for experimental purposes. Nutrient additions to streams however, have been shown to repeatedly alter the in situ and ambient DOM pool. Here we demonstrate an easily replicable field-based method for manipulating the ambient pool of DOM at the ecosystem scale. During nutrient pulse experiments changes in the concentration of both dissolved organic carbon and dissolved organic nitrogen can be examined across a wide-range of nutrient concentrations. This method allows researchers to examine the controls on the DOM pool and make inferences regarding the role and function that certain fractions of the DOM pool play within ecosystems. We advocate the use of this method as a technique to help develop a deeper understanding of DOM biogeochemistry and how it interacts with nutrients. With further development this method may help elucidate the dynamics of DOM in other ecosystems.

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Dissolved organic matter provides an important source of energy and nutrients to stream ecosystems. Here we demonstrate a field-based method to manipulate the ambient pool of dissolved organic matter in situ through easily replicable nutrient pulses.

Comprendre Dissous Matière organique biogéochimie Grâce<em&gt; In Situ</em&gt; Manipulations éléments nutritifs dans les cours d&#39;eau Écosystèmes

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the production of synthetic PM for laboratory studies have become a widespread necessity. Herein, experimental protocols demonstrate approaches to produce aerosolized organic PM by &#945;-pinene ozonolysis in a flow tube reactor. Methods are described for measuring the size distributions and morphology of the aerosol particles. The video demonstrates basic operations of the flow tube reactor and related instrumentation. The first part of the video shows the procedure for preparing gas-phase reactants, ozonolysis, and production of organic PM. The second part of the video shows the procedures for determining the properties of the produced particle population. The particle number-diameter distributions show different stages of particle growth, namely condensation, coagulation, or a combination of both, depending on reaction conditions. The particle morphology is characterized by an aerosol particle mass analyzer (APM) and a scanning electron microscope (SEM). The results confirm the existence of non-spherical particles that have grown from coagulation for specific reaction conditions. The experimental results also indicate that the flow tube reactor can be used to study the physical and chemical properties of organic PM for relatively high concentrations and short time frames.

This paper describes the operation procedure for the flow tube reactor and related data collection. It shows the protocols for setting the experiments, recording data and generating the number-diameter distribution as well as the particle mass information, which gives useful information about chemical and physical properties of the organic aerosols.

Production et mesure des particules organiques dans un réacteur à flux Tube

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric chemistry and climate. The complex production mechanisms and reaction pathways make this a challenging research topic. To address these issues, an environmental chamber, providing enough residence time and close-to-ambient concentrations of precursors for secondary organic materials, is needed. The Harvard Environmental Chamber (HEC) was built to serve this need, simulating the production of gas and particle phase species from volatile organic compounds (VOCs). The HEC has a volume of 4.7 m3 and a mean residence time of 3.4 h under typical operating conditions. It is operated as a completely mixed flow reactor (CMFR), providing the possibility of indefinite steady-state operation across days for sample collection and data analysis. The operation procedures are described in detail in this article. Several types of instrumentation are used to characterize the produced gas and particles. A High-Resolution Time-of-Fight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) is used to characterize particles. A Proton-Transfer-Reaction Mass Spectrometer (PTR-MS) is used for gaseous analysis. Example results are presented to show the use of the environmental chamber in a wide variety of applications related to the physicochemical properties and reaction mechanisms of organic atmospheric particulate matter.

This paper describes operation procedures for the Harvard Environmental Chamber (HEC) and related instrumentation for measuring gaseous and particle species. The environmental chamber is used to produce and study secondary organic species produced from the organic precursors, especially related to atmospheric organic particulate matter.

Production et mesure des particules organiques dans l’enceinte de Harvard

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric ...

Improving Infrared Spectroscopy Characterization of Soil Organic Matter with Spectral Subtractions

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic bonds that constitute the organic component of soils. However, the relatively low organic matter content of soils (commonly &#60; 5% by mass) and absorbance overlap of mineral and organic functional groups in the mid-infrared (MIR) region (4,000-400 cm-1) engenders substantial interference by dominant mineral absorbances, challenging or even preventing interpretation of spectra for SOM characterization. Spectral subtractions, a post-hoc mathematical treatment of spectra, can reduce mineral interference and enhance resolution of spectral regions corresponding to organic functional groups by mathematically removing mineral absorbances. This requires a mineral-enriched reference spectrum, which can be empirically obtained for a given soil sample by removing SOM. The mineral-enriched reference spectrum is subtracted from the original (untreated) spectrum of the soil sample to produce a spectrum representing SOM absorbances. Common SOM removal methods include high-temperature combustion (&#39;ashing&#39;) and chemical oxidation. Selection of the SOM removal method carries two considerations: (1) the amount of SOM removed, and (2) absorbance artifacts in the mineral reference spectrum and thus the resulting subtraction spectrum. These potential issues can, and should, be identified and quantified in order to avoid fallacious or biased interpretations of spectra for organic functional group composition of SOM. Following SOM removal, the resulting mineral-enriched sample is used to collect a mineral reference spectrum. Several strategies exist to perform subtractions depending on the experimental goals and sample characteristics, most notably the determination of the subtraction factor. The resulting subtraction spectrum requires careful interpretation based on the aforementioned methodology. For many soil and other environmental samples containing substantial mineral components, subtractions have strong potential to improve FTIR spectroscopic characterization of organic matter composition.

SOM underlies many soil functions and processes, but its characterization by FTIR spectroscopy is often challenged by mineral interferences. The described method can increase the utility of SOM analysis by FTIR spectroscopy by subtracting mineral interferences in soil spectra using empirically obtained mineral reference spectra.

Amélioration de la spectroscopie infrarouge Characterization of Soil Organic Matter avec soustraction spectrale

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic ...

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem production, NEP), in non-typical ecosystems, on a currently reforested windthrow area in Poland. After a tornado event, a relatively narrow &#8220;corridor&#8221; was created within surviving forest stands, which complicates such kind of experiments. The application of other measuring techniques, such as the chamber method, is even more difficult under these circumstances, because especially at the beginning, fallen trees and in general great heterogeneity of the site provide a challenging platform to perform flux measurements and then to properly upscale obtained results. In comparison with standard EC measurements carried out in untouched forests, the case of windthrow areas requires special consideration when it comes to the site location and data analysis in order to ensure their representativeness. Therefore, here we present a protocol of real-time, continuous CO2 flux measurements at a dynamically changing, non-ideal EC site, which includes (1) site location and instrumentation setup, (2) flux computation, (3) rigorous data filtering and quality control, and (4) gap filling and net fluxes partitioning into CO2 respiration and absorption. The main advantage of the described methodology is that it provides a detailed description of the experimental setup and measurement performance from scratch, which can be applied to other spatially limited ecosystems. It can also be viewed as a list of recommendations on how to deal with unconventional site operation, providing a description for non-specialists. Obtained quality-checked, gap filled, half-hour values of net CO2, as well as absorption and respiration fluxes, can be finally aggregated into daily, monthly, seasonal or annual totals.

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

The presented protocol uses the eddy covariance method at non-typical locations, applicable to all types of short-canopy ecosystems with limited area, on a currently reforested windthrow site in Poland. Details of measuring site setup rules, flux calculations and quality control, and final result analysis, are described.

Mesures des flux de CO2 sur les sites de covariance Eddy non-idéal

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem ...

Investigation of Xenobiotics Metabolism In Salix alba Leaves via Mass Spectrometry Imaging

The method presented uses mass spectrometry imaging (MSI) to establish the metabolic profile of S. alba leaves when exposed to xenobiotics. Using a non-targeted approach, plant metabolites and xenobiotics of interest are identified and localized in plant tissues to uncover&#160;specific distribution patterns. Then, in silico prediction of potential metabolites (i.e., catabolites and conjugates) from the identified xenobiotics is performed. When a xenobiotic metabolite is located in the tissue, the type of enzyme involved in its alteration by the plant is recorded. These results were used to describe different types of biological reactions occurring in S. alba leaves in response to xenobiotic accumulation in the leaves. The metabolites were predicted in two generations, allowing the documentation of successive biological reactions to transform xenobiotics in the leaf tissues.

Investigation of Xenobiotics Metabolism In Salix alba Leaves via Mass Spectrometry Imaging

This method uses mass spectrometry imaging (MSI) to understand metabolic processes in S. alba leaves when exposed to xenobiotics. The method allows the spatial localization of compounds of interest and their predicted metabolites within specific, intact tissues.

Étude du métabolisme des xénobiotiques dans les feuilles de Salix alba par imagerie par spectrométrie de masse

The method presented uses mass spectrometry imaging (MSI) to establish the metabolic profile of S. alba leaves when exposed to xenobiotics. Using a ...

Assessing Intertidal Populations of the Invasive European Green Crab

Invasive species have caused major disruptions to ecosystems worldwide. The European green crab invaded North America in the 1800s and is considered one of the world&#8217;s 100 worst invaders by the IUCN. Observations of spatiotemporal green crab population dynamics are essential for predicting and managing the ecological and economic impacts of this harmful invasive species. This protocol was developed in an effort to create a standardized method for assessing green crab population dynamics in the rocky intertidal zone of New England and Atlantic Canada. The protocol was designed to be accessible to multiple users including researchers, educators, students, and citizen scientists. Although it was designed for surveying crab populations, this protocol is easy to adapt and could be used for any number of intertidal species. The resulting data collected using this protocol has a wide range of uses, including to inform ecological research, conservation efforts, mitigation strategies, and fishery development, as well as for educational outreach purposes.

Understanding spatiotemporal patterns in green crab population dynamics is essential for predicting and managing the ecological and economic impacts of this harmful invasive species. This protocol was developed in an effort to create a standardized method for assessing green crab populations in the rocky intertidal zone of the Northwest Atlantic.

Évaluation des populations intertidales du crabe vert européen envahissant

Invasive species have caused major disruptions to ecosystems worldwide. The European green crab invaded North America in the 1800s and is considered one ...