بروتوكول لإنتاج فيديو ثلاثي الأبعاد الأشعة تحت الحمراء للتجمد في النباتات

على الرغم من الذين يعيشون في عالم من ثلاثة أبعاد مادية، الباحثين غالباً ما تقتصر على الإبلاغ عن الملاحظات البصرية في 2D. على الرغم من أن صور ثنائية الأبعاد كافية عموما لنقل معلومات هامة، هذا النقص في المعلومات حول عمق يحد من قدرتنا على إدراك وفهم الطابع المعقد للكائنات في العالم الحقيقي. ¹

هذا النقص في المعلومات حول العمق يوفر حافزا لإنتاج أشرطة فيديو 3D أساسا في صناعة الأفلام التجارية منذ أوائل القرن العشرين¹. ومع ذلك، توليد معلومات ثلاثية الأبعاد واضحة في الصور والفيديو لا يزال يعوقها التعقيدات في إنتاج تلك الصور. أبسط أسلوب لتوليد 3D الفيلم يستند إلى المبادئ المستخدمة في التصوير مجسمة. ويستخدم التصوير مجسمة صورتين لنفس الكائن من زوايا مختلفة قليلاً أن ينقل صورة ثلاثية الأبعاد في الدماغ. لجعل هذا ممكناً، يجب أن ننظر كل عين فقط في صورتها كل منهما (أيوالعين اليسرى في الصورة اليسرى والعين اليمنى في الصورة الصحيحة). منذ العيون لن تفعل بطبيعة الحال ذلك، صمم القبعات مجسمة لجعل هذا ممكناً¹. عدة مجسم عرض التقنيات، وكذلك متشابك الاستقطاب، وقت-متعدد، وتقنيات العرض جبل الرأس، واستخدمت أثناء تطوير الأفلام ثلاثية الأبعاد، إلا أن أسلوب التداخل اللون أو النقش باستخدام اللون الأحمر والأخضر (أو سماوي) النظارات واحدة من التقنيات الأبسط والأقل كلفة. لإجراء استعراض شامل لتصوير ثلاثي الأبعاد ومختلف التقنيات المعنية، انظر الاستعراض قنغ¹.

رصد التجميد في النباتات باستخدام الأشعة تحت الحمراء الحراري وهو يستند إلى المبدأ أن عندما يتجمد الماء، فإنه يجب التخلي عن الطاقة الداخلية². من هذه الطاقة في شكل حرارة، ولا يمكن اكتشافها في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. في الاستخدام منذ عام 1929³كاميرات قادرة على تسجيل طاقة الأشعة تحت الحمراء. التقرير المنشور الأول باستخدام تقنية الأشعة تحت الحمراء للسينما تجميد في النباتات من سيكاردي et al. ²، لكن دقة الكاميرا المستخدمة يجعل من الصعب تحديد دقة النسيج حيث يتم البدء بتجميد. Wisniewski et al. ⁴ تحديد المواقع أكثر دقة من نويات الثلج في العديد من الأنواع النباتية باستخدام كاميرا قرار أعلى. كالتكنولوجيا المستخدمة في الأشعة تحت الحمراء الحراري وتتحسن، أدت الصور دقة أعلى إلى اكتشافات مثل الحواجز إلى تجميد⁵ والتعريب الخلوية الدقيقة من الجليد تشكيل⁶.

إحدى الصعوبات في تصوير المواضيع في الأشعة تحت الحمراء بسبب الفروق الصغيرة في درجات الحرارة. هذا سوف يسبب معظم الكائنات في مجال الرؤية أن يكون لون مماثلة، مما يجعل من الصعب تحديد دقة أي كائن (كائنات) هو/هي تجميد. يمكن أن يكون هذا مهم عند تحديد أمر التجميد في أنسجة محددة، مثل أوراق أو جذور في القمح⁶. إذا كان يمكن تصوير الفيديو الأشعة تحت الحمراء من مصانع التجميد في 3D، ويمكن تحسين دقة تحديد أي جزء من النبات هو تجميد عند نقطة معينة في الوقت.

الفراولة من محاصيل في بعض المناطق في الولايات المتحدة انخفاض درجات الحرارة التي تثير قلقا كبيرا للمزارعين. تحت بعض الظروف المتزايدة، الشائع للزهور الفراولة تظهر تجميد 2-3 أسابيع قبل المتوسط في الربيع الماضي. يمكن أن يحدث حدث تجميد أواخر يونيو في بعض المناطق من جبال الأبلاش⁷ والنتائج عادة في وفاة الزهرة. ذا، حماية الصقيع الحرجة لتجميد زراع الفراولة في المناطق التي تتعرض لهذه الأحداث. زراع الفراولة في ولاية كارولينا الشمالية، على سبيل المثال، يجب أن فروست-تحمي، في المتوسط، بين 4-6 أحداث الصقيع قبل لوم لوم وتجمد الثابت 1-2 خلال أوائل الفترة⁸. للمساعدة في تطوير الأنماط الجينية الفراولة التي أكثر تجميد متسامح، من المهم فهم الجوانب المختلفة للتجميد، مثل مواقع نويات الثلج والانتشار في أجزاء أخرى من النبات. الحراري والأشعة تحت الحمراء يوفر وسيلة فعالة لمعالجة هذه القضايا.

هنا، نحن نستخدم الفراولة لتوضيح تقنية لتسجيل أحداث التجميد في 3D باستخدام الأسلوب النقش. الفراولة مناسبة تماما لهذا المثال لأن أوراق الشجر والزهور وتوزع على نطاق واسع في الفضاء ثلاثي الأبعاد، ويمكن أن يكون من الصعب التفريق عند عرضها في 2D أفلام الأشعة تحت الحمراء.