Here we present a protocol outlining how to sample wooden specimens for the overall assessment of their growth structures. Macro- and microscopic preparation and visualization techniques necessary to generate well-replicated and highly resolved wood anatomical and dendroecological dataset, are described are described.
Dendroecological 연구는 하나의 나무와도 전체 산림 생태계가 환경 변화에 반응하고 마지막으로 이러한 변화를 재구성하는 방법을 이해하는 데 나이테에 저장된 정보를 사용합니다. 이 시간을 거슬러 성장 변화를 분석하고 (예를 들어) 온도 기록에 다양한 식물 특정 매개 변수의 상관 관계에 의해 이루어집니다. 이러한 분석에 나무 해부학 적 매개 변수를 통합하는 것은도 연내 해결에 이르기까지, 복원을 강화한다. 따라서 우리는 다음 현미경 분석을 위해 또한, 샘플 준비 및 일반 거시적 분석을위한 나무 표본을 분석하지만,하는 방법에 대한 프로토콜을 제시한다. 더욱이 우리는 시계열 분석 지원하는 공통 크고 작은 표본에서 생성 된 디지털 이미지를 분석하기위한 잠재적 인 해결책을 소개한다. 는 현재 이용 될 수있는 프로토콜은 기본 단계를 제시한다. 이 외에도 지속적으로 기존 기술의 개선에 대한 필요성, 및 t의 새로운 개발이있다echniques, 기록하고 과거와 지속적인 환경 프로세스를 정량화한다. 전통적인 나무 해부학 적 연구는 연구의이 분야에 대한 생태 학적 정보를 포함하도록 확장 될 필요가있다. 이 새로운 파라미터를 분석하여 목본 식물의 해부학 특정 환경 요인의 단기 및 장기 효과를 이해하기위한 새로운 방법을 개발하고자 dendro 과학자를 지원할 것이다.
나무뿐만 아니라, 관목, 난장이 관목, 심지어 허브들은 환경의 변화에 관련된 다기관 응답 패턴을 보여준다. 이러한 패턴은 19 세기 중반 이후 식물학과 식물 생리학의 대상이되어왔다. 당시 우 디 식물에 대한 연구는 주로 나무와 생태 학적 맥락 1의 구조와 나이테의 변동을 설명하는 분석에 초점을 맞추었다. 앤드류 더글라스 엘리 컷은 나이테 연구 2의 크로스 데이트 기술을 발명 할 때,이 생태 학적 맥락은 다소 정확하게 고고학에 나무 결과를 데이트에 새로운 기능에 의해 억제되었다. 처음으로 크로스 데이트 연도에 나이테의 정확한 연대를 활성화하고 지금까지 그 응용 (1) 모든 분야의 나이테 연구의 중추로 간주됩니다.
이와 병행하여, 19 세기 말 이후, 목재 해부학은 중요한 연구 분야에 관련된 진화자연 및 응용 과학 (3) 많은 다른 분야에 D. 두 가지 주요 영역이 설정되어 나무 기술, 생리학, 병리학, 생태 3,5 관련된 고고학 4에서 나무를 식별하는 기준이되는 체계적인 나무 해부학, 및 적용 나무 해부학,.
나이테 연구에서는 dendroecology 요즘 같은 지형 프로세스 (dendrogeomorphology), 기온과 강수량 재구성 (dendroclimatology), 수위 변화 (dendrohydrology) 또는 빙하 변동 (같은 환경 연구에 초점을 맞추고 나이테 관련 연구를 포괄하는 주제로 정의된다 dendroglaciology) 6. 이 정의에서 알 수 있듯이, 나이테 분석은 (I) 링 폭 7, 8, 나무 밀도 9 연간 변화를 분석하여 과거의 기후 조건으로 데이트 및 환경 프로세스를 재구성 분야에서 점점 더 중요 해지고 10 동위 원소, 또는 한 (ⅱ) t그는 지형 프로세스 (11)의 간격을 재발. 고리 – 폭 변동 및 동위 원소 함량이 매우 대한 상세한 연구 링 해부학 적 구조를 연구하기 위해, 더 상세히, IE의 고리를 분석 할 필요성을 보여준다. 그러나, 환경 변화에 관련된 나이테 내 나무 해부학 적 특징에 대한 자세한 연구는 12, 13는 드물다. 이러한 미세한 기능 14 알려져 있지만, 그들은 거의 dendroecological 연구에 미세한 수준에 적용되지 않았다. 또한, 정확한 데이트 상업적 필수적인 자연스럽게 성장 나무, 이러한 성장 반응의 정확한 타이밍은 거의 최근 15 문서화되지 않았다.
지구 온난화 (16)의 효과에 관해서는, 기존 및 새로운 기술 개발의 개선은 특히 기후 영향 연구 (11)의 관점에서, 기록 및 필요한 과거 및 지속적인 프로세스 환경을 정량화한다.생태 학적 기반 목재 해부학 (17) 전통적인 나무 해부학 적 연구를 확장하여, dendro 과학자는 새로운 매개 변수를 분석하고 나무가 우거진 식물 (18)의 해부학의 특정 환경 요인의 장단기 효과를 이해하는 새로운 방법을 개발할 수 있습니다. 특정 드라이버 (예를 들면, 기계적 힘, 기후 변화)에 관한 개별 고리 내의 다른 세포 매개 변수의 변화에 대한 자세한 지식은 나무 고리 형성의 다양성을 이해하기위한 기본 요구 사항입니다. 공통 링 폭 측정에 비해 목재 해부학 변동을 식별하는 노력과 시간을 많이 필요로하고보다 복잡한 광대 제조 기술을 필요로한다. 샘플 절단, 염색, 그리고 삽입의 자세한 절차는 다양하다 항상 연구 (19)의 목적에 따라 달라집니다.
수, 크기 또는 DISTR에 대한 침엽수 또는 구조에 링 폭의 거시적 분석을 위해활엽수에 ibution 용기는 시료의 표면은 일반적으로 미세 연마 지 또는 특수 연삭 기계 (20)를 사용하여 연마된다. 이 절차의 단점은 더욱 반자동 현미경 분석 (21)를 먼지 방지 각 셀의 충전된다. 시료 표면이 면도날 또는 다른 날카로운 칼을 사용하여 절단 할 때 거시적 샘플 준비를위한 최상의 결과를 얻을 수있다.
작은 샘플 있지만, 면도날은 완벽한 도구입니다; 코어와 같은 더 큰 샘플은 코어의 전체 범위에 걸쳐 비행기 표면의 절단을 필요로한다. 샌딩 대조적으로, 세포는 연속 이미지 분석을 더 제조 할 수있다 먼지로 충전되지 않는다. 또한, 개방 셀 루멘, 적절히 절단 세포벽 전체 샘플의 평면 표면은 상기 코어의 전체 범위에 고주파 농도계 (22)의 응용을 가능하게한다. 이미지는, 샘플의 표면 (세포 분석에서벽) 진한 잉크를 사용하여 염색 될 수 있고, 개방 셀 루멘이어서 셀 벽 및 루멘 지역 19, 23의 대비를 향상시키기 위해 흰색 분필로 채워질 수있다. 이 기술은 비교적 간단 용기 크기 측정을위한보다 큰 셀의 기본적인 구조의 육안 평가를 가능하게한다.
평면 표면을 절단 이러한 기술은 거시적 분석 충분합니다. 자세한 나무 해부학의 경우 (즉, 현미경) 분석, 투과광 현미경 dendro 과학에 적용되는 가장 일반적인 방법입니다. 목부 세포는 세포 타입 결정, 세포 분열, 세포 분화를 포괄하는 복잡한 과정을 거쳐 분화 및 세포 사멸 (24) 프로그래밍. 이러한 과정은 세포 해부학 발생 특성을 결정하는 타이밍과 속도 때문에, 이러한 프로세스에 영향을 미치는 환경 조건은 고리 구조에서 해부학 편차를 생성 할 수있다. 이러한 분석을위한 중요한 전제 조건으로들, 마이크로 섹션은 마이크로톰 (19)를 준비해야. 단면위한 샘플을 제조하는 경우, 섬유 또는 tracheid 방향의 시인성을 매우 중요하다. 슬라이딩 마이크로톰 종동 손의 사용은 이미지 (19)에 필요한 분석으로이 기술은 고품질의 섹션을 용이하게하기 때문에 미세 부분을 절단하도록 권장한다. 특정 연구의 특정 목적에 따라, 마이크로 셀 섹션의 길이 정도에 수직 또는 평행하게 절단된다. 이러한 섹션들은 다음 현미경 아래에 촬영되는 화상을 전문화하여 측정 셀 사이즈 분석 소프트웨어.
최근까지, 마이크로 섹션을 준비하는 능력은 작은 샘플 크기 만 (약 1cm X 1cm)로 제한 하였다. 이것은 특정 년에 장애가 특징 단일 이벤트를 분석하는 것도 수용 가능하지만,이 기술은 환경 복원에 필요한 확장 된 시계열 분석을 허용하지 않는다. 이러한 노력은 실현 될 수있다새로운 효율적이고 경제적 인 제조 방법 및 분석 기술의 개발을 통해 좋아. 최근 몇 년 동안, 스위스의 스위스 연방 연구소 WSL의 나이테 실험실의 구성원은이 주제에 대한 집중적 인 작업을 시작했다. 결과적으로, 새로운 장치 및 분석 기술은 환경 연구 주제의 다양한 목재로 해부학 적 특징을 통합의 개념을 지원하도록 개발되었다.
dendroecological 연구에 나무 해부학의 성공적이고 지속 가능한 통합의 과제 떨어져 매니 폴드 분석 문제에서 주로 기술적 인 측면이다. 원칙적으로 샘플링 고품질 마이크로 섹션과 이후의 분석 (19)를 만드는 접근에서 이러한 도전은 다양합니다.
언뜻보기에, 코어 또는 디스크의 샘플링은 이제 여러 해 동안 알려져있다 간단한 절차입니다. 잘못을 수행 할 수 있습니다 샘플링의 작은 부정확 후속 준비 및 분석 단계에서 심각한 문제가 발생할 수있는 많은 것들이 있습니다. 연구의 목적은 측정 폭을 울리도록 제한되어있는 경우 이러한 스템 축 또는 불완전 날카롭게 corer를 사용하여 수직으로 정확하게하지 코어 링과 같은 작은 부정확성은 문제가되지 않습니다. 시료의 현미경 분석을 목표로 그러나, 잘못된 샘플링 방향의 광학 왜곡이 발생할 수 있습니다세포벽, 코어 내의 마이크로 크랙 무딘 corers 결과를 사용한다. 이들 코어의 미세 부분을 절단하려고 할 때 결과적으로, 얇은 부분은 따로 따로 떨어지지 않고 효율적인 제조는 더 이상 보장된다. 같은 마이크로 코어 샘플링 마찬가지입니다. 구멍을 뚫는이 줄기 나무에 망치로 때 무딘 팁은 고압 발생합니다. 따라서 cambial 층은 압축됩니다. cambial 세포 (도 5) 결과적으로 압착되고 분석 될 수 없다.
디스크 샘플링은 참으로 성장 변화를 분석하는 것은 환경 변화로 관련하는 최선의 전략이다. 불행히도 추가 분석을 위해 샘플링하기위한 모든 나무에서 디스크를 가지고 단순히 불가능하다. 그럼에도 불구하고, 특히 열 나이테 경우, 스템 디스크가 일정량 증가 코어와 함께 필요하다. 디스크는 반지의 경계를 정의하는 기준으로 사용되며,이를 위해 boundar을 지원하기 위해이거는 증가 코어 12,27,28 분석에 기초하여 정의.
절단 대 샌딩의 장점과 단점은 자주 1,11,21을 설명합니다. 그것은 위에서 언급 된 바와 같이, 절차는 항상 가장 연구 문제에 의존하고 매개 변수 (육안 또는 현미경) 분석한다. 동위 원소 또는 화학 분석이 상기 작업 공정에 투영되는 경우, 전체 시료 위에 세포 내강으로 채울 수 샌딩 만든이 연마 분진 신중 진공 또는 압축 공기에 의해 제거하는 것이 매우 중요하다.
모든 현미경 추가 분석을 위해 샘플을 준비하는 가장 적절한 방법을 분석 마이크로 섹션을 절단한다. 우선, 다음 섹션은 상기 분석에서 잠재적 오염없이 유지 될 수있는 샘플, 차단된다. 둘째 이러한 섹션은 단일 세포 매개 변수의 고해상도 측정 할 수 있습니다. 또한, 시간 낭비를 피 매립셀을 안정화시키기 콘스타치 용액 26을 사용하여 기술은 마이크로 단면에서 큰 장점이다.
마이크로 절편의 단점은 여전히 긴 준비 시간의 결과로 제한된 표본의 크기입니다. 실제 시계열 세기 또는 천 위에 시간을 거슬러가는 분석에서, 상기 기존 절단 장치 (17, 19), 그러나 화상 처리 및 분석 (18)의 개발이 요구되고있다. 이러한 방향으로의 첫 번째 단계는 초기 코어에 평면 표면 (도 1)를 잘라 제조 마이크로톰 코어 (21)의 개발이다. 최근의 테스트는이 장치 (그림 1)를 사용하여 전체 코어의 마이크로 부분을 절단 할 수있는 능력을 밝혔다.
고품질 마이크로 섹션 효과적인 이미지 분석하는 기본 원리를 제공한다. 현미경으로 이미지를 촬영하는 것은 일반적인 절차 (19)이지만, 그 효과 분석은 여전히 필요로하는 작업입니다상기 (17)을 개발한다. 기존의 모든 화상 분석 시스템들은 다소 강하게 기술자에 의해 제어 될 필요, 즉 반자동이다. 많은 경우에, 화상 보정 할 필요가 심지어 새로운 이미지는 이미지 내의 칸막이 벽의 두께를 변경하지 않고 소프트웨어에 의한 구조의 더 등록 콘트라스트를 향상시키기 위해 수행되어야한다.
이러한 사스 18 WinCell 또는 ImageJ에 29 대 특정 스크립트와 같은 전문화 된 이미지 분석 공구는 셀 번호, 셀 사이즈, 셀 벽 두께 및 연륜 내의 셀 위치 등의 기본 해부학 적 데이터를 제공 할 수있다. dendroecological 맥락에서 관련된 많은 추가적인 해부학 메트릭은 이러한 큰 도관 크기, 도관 크기 분포, earlywood 또는 도관의 첫 번째 행의 크기 (광) 목재 밀도 연내 이러한 기본적인 측정으로부터 계산 될 수있다 도관 크기 및 칸막이 벽의 프로파일두께 및 도관 (독방, 배수 등)의 그룹화 패턴.
소프트웨어 로하스 (18)를 사용하여, 도관 내강 (즉, 물을 수행하는 세포)와 연륜 경계의 개요가 자동으로 인식하고 시각적으로 원본 이미지 위에 오버레이로 표시됩니다. 도관에 대한 검색 알고리즘은 색상, 크기 및 형상 정보, 각 도관의 지역 상황에 링 테두리에 대한 탐지 알고리즘을 기반으로합니다. 도구 상자는 우리가 직접 수동으로, 즉, 오버레이 편집 기능을 삭제, 추가 및 링 테두리를 수정하고 도관 설명하여 이러한 결과를 향상시킬 수 있습니다. 편집 한 후, 셀 벽 두께 (침엽수)를 포함한 최종 출력 된 데이터는 자동으로 생성하고, 스프레드 시트에 저장. 완전 자동화 된 시스템은 현재 사용하지 않는 경우에도 비교적 간단한 구조를 나타내는 침엽수를 들어, 사용할 수 없습니다, 그러나 이것은 앞으로의 개발 목표입니다. 이것은 푸 강하게지지 할시계열 나무 해부학 적 매개 변수의 LL 통합 분석한다.
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to acknowledge the effort of Sandro Lucchinetti (Schenkung Dapples, Zürich) for constructing the devices needed to guarantee progress in sample preparation.
Increment corer | http://www.haglofinc.com/index.php?option=com_content&view=article &id=57&Itemid=88&lang=en |
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Core-Microtome | http://www.wsl.ch/dendro/products/microtomes/index_EN | ||
Laboratory microtome | http://www.wsl.ch/dendro/products/microtomes/index_EN | ||
Trephor micro corer | http://intra.tesaf.unipd.it/Sanvito/trephorEn.asp | ||
Nawashin solution | Ten parts 1% chromic acid, four parts 4% formaldehyde and one part acetic acid | ||
Picric-Anilin blue | One part saturated aniline blue and four parts Trinitrophenol dissolved in 95% ethanol | ||
Safranin | Empirical Formula (Hill Notation) C20H19ClN4 | ||
Astra-blue | Empirical Formula (Hill Notation) C47H52CuN14O6S3 | ||
Ethanol | Linear Formula CH3CH2OH | ||
Xylol (Xylene) | Linear Formula C6H4(CH3)2 | ||
Canada Balsam | Embedding solution for microscopy | ||
Roxas Software | http://www.wsl.ch/dienstleistungen/produkte/software/roxas/index_EN | ||
ImageJ Software | http://imagej.nih.gov/ij/ | ||
WinCell | http://imagej.nih.gov/ij/ |