JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Ambiente

PARbars: barato, fácil construir Ceptometers para a medida contínua da intercepção clara em dosséis da planta

Published: May 09, 2019
doi:
10.3791/59447
, , ,
1School of Life and Environmental Sciences, Sydney Institute of Agriculture,University of Sydney, 2Department of Plant Sciences,University of California, Davis

Summary

Aqui, apresentamos instruções detalhadas sobre como construir e calibrar ceptometers de qualidade de pesquisa (sensores de luz que integram a intensidade da luz em vários sensores espalhados linearmente ao longo de uma barra horizontal).

Abstract

A ceptometria é uma técnica utilizada para medir a transmitância da radiação fotossinteticamente ativa através de um dossel de plantas usando múltiplos sensores de luz conectados paralelamente em uma barra longa. A ceptometria é freqüentemente utilizada para inferir Propriedades da estrutura do dossel e da intercepção de luz, notadamente índice de área foliar (IAF) e índice efetivo de área vegetal (PAIEFF). Devido ao custo elevado de ceptometers comercialmente disponíveis, o número de medidas que podem ser tomadas é limitado frequentemente no espaço e no tempo. Isto limita a utilidade da ceptometria para estudar a variabilidade genética na intercepção clara, e impede a análise completa de, e a correção para, vieses que podem inclinar medidas dependendo da hora do dia. Nós desenvolvemos ceptometers continuamente de registro (chamados PARbars) que podem ser produzidos para USD $75 cada e dados da alta qualidade do rendimento comparáveis às alternativas comercialmente disponíveis. Aqui nós fornecemos instruções detalhadas sobre como construir e calibrar PARbars, como implantá-los no campo e como estimar PAI de dados de transmitância coletados. Nós fornecemos resultados representativos dos dosséis do trigo e discutimos umas considerações mais adicionais que devam ser feitas ao usar PARbars.

Introduction

Os ceptómetros (matrizes lineares de sensores de luz) são usados para medir a proporção de radiação fotossinteticamente ativa (PAR) interceptada por dosséis de plantas. Os ceptómetros são amplamente utilizados para a pesquisa de culturas agrícolas devido à natureza relativamente direta das medições e simplicidade da interpretação dos dados. O princípio básico da ceptometria é que a transmitância da luz para a base de um dossel vegetal (τ) é dependente da área projetada de materiais absorventes de luz acima. As medidas de par acima e abaixo da Copa podem, portanto, ser utilizadas para estimar traços de dossel, como índice de área foliar (IAF) e índice efetivo de área vegetal (paiEFF) (que inclui hastes, colmos e estruturas reprodutivas além das folhas)1 ,2,3. A confiabilidade das estimativas de PAIEFF inferidas a partir de τ é melhorada através da modelagem dos efeitos da fração de feixe de par de entrada (fb), da absorptância foliar (a) e do coeficiente de extinção de dossel efetivo (K ); K, por sua vez, depende tanto do ângulo solar do zénite (θ) quanto da distribuição do ângulo da folha (χ)1,4,5,6. É uma prática comum para corrigir esses efeitos. No entanto, existem outros preconceitos que não receberam devida consideração no passado devido a limitações metodológicas e de custo.

Recentemente, identificamos viés significativo dependente do tempo em medidas de ceptometria instantânea de culturas de fileira, como trigo e cevada7. Esta polarização é causada por uma interação entre a linha que planta a orientação e o ângulo solar do Zenith. Para superar esse viés, os ceptómetros de registro contínuo podem ser montados no campo para monitorar ciclos diurnos de interceptação de luz do dossel e, em seguida, as médias diárias de τ e paiEFF podem ser calculadas. No entanto, as medições contínuas são muitas vezes inviável devido ao custo proibitivamente elevado de ceptometers comercialmente disponíveis-muitas vezes vários milhares de dólares americanos para um único instrumento-e a exigência de medições de muitas parcelas de campo. Este último é particularmente evidente na era-Omics onde muitas centenas de genótipos são exigidos para análises genomic, tais como estudos largos da associação do genoma (GWAS) e a seleção genomic (GS) (para a revisão Veja Huang & Han, 20148). Reconhecemos que houve necessidade de ceptómetros econômicos que poderiam ser produzidos em grande número e serem utilizados para medições contínuas em vários genótipos.

Como uma solução, nós projetamos fácil de construir, ceptometers de alta precisão (PARbars) a um custo de USD $75 por unidade e exigindo aproximadamente uma hora de trabalho para construir. Os PARbars são construídos usando 50 fotodiodos que são sensíveis apenas na banda de onda PAR (comprimentos de onda 390 – 700 nm), com muito pouca sensibilidade fora desta faixa, evitando o uso de filtros dispendiosos. Os fotodiodos são conectados paralelamente ao longo de um comprimento de 1 m para produzir um sinal de tensão diferencial integrado que pode ser gravado com um registrador de registros. Os circuitos são envoltos em epóxi para impermeabilização e os sensores operam em uma grande faixa de temperatura (-40 a + 80 ° c), permitindo que os PARbars sejam implantados no campo por longos períodos de tempo. Com exceção dos fotodiodos e de um resistor do baixo-temperatura-coeficiente, todas as peças exigidas para construir um PARbar podem ser compradas de uma loja de ferragem. Uma lista completa de peças e ferramentas necessárias é fornecida na tabela de materiais. Aqui apresentamos instruções detalhadas sobre como construir e usar PARbars para a estimativa de PAIEFF e apresentar resultados representativos de dosséis de trigo.

Protocol

1. construa e calibre os PARbars Reúna todas as peças e ferramentas necessárias para a montagem em um espaço de trabalho limpo. Perfurar um furo de 4 mm de diâmetro 20 mm de cada extremidade de uma barra de difusor de acrílico branco (1.200 mm de comprimento x 30 mm de largura x 4,5 mm de espessura). Perfure e bata furos rosqueados 20 milímetros de cada extremidade de uma seção da U-barra de alumínio para fixar o difusor. Perfure e bata furos rosqueados para serir a ferragem de montagem (por exemplo, uma placa de montagem do tripé). Obter um comprimento de 1,25 m de fio de cobre nu (1,25 mm de diâmetro). Se o fio veio em um rolo, em seguida, endireitá-lo, fixando uma extremidade em um vício ou braçadeira e a outra extremidade em apertos de uma broca de mão, e depois ligar a broca a uma velocidade baixa (100-200 rpm). Repita com um segundo 1,25 m de comprimento de fio de cobre nua. Marque os locais pretendidos dos fotodiodos ao longo da borda do difusor usando um marcador permanente de ponta fina, começando com a posição do primeiro fotodiodo a 13,5 cm de uma extremidade do difusor e as outras posições localizadas a cada 2 cm entre o primeiro diodo e a extremidade oposta do difusor. Marque a posição do primeiro fio de cobre no difusor centrando um fotodiodo na barra do difusor com suas abas da conexão elétrica que apontam para os lados da barra, coloc o fio debaixo de uma das abas, e marcando a posição do fio. Repita a etapa anterior para marcar a posição do fio no centro e na extremidade oposta da barra. Use cola de cianoacrilato para colar o primeiro fio de cobre endireitado ao difusor, usando os locais marcados na etapa anterior para alinhar o fio. Use cola de cianoacrilato para colar 50 fotodiodos face para baixo ao longo do difusor em intervalos de 20 mm (como marcado na etapa precedente), assegurando que eles estão no centro do difusor e que todos são dispostos todos na mesma orientação de tal forma que a aba grande fica no co fio do prendedor, e a aba pequena senta-se oposto. Coloque o segundo fio de cobre de tal forma que ele se senta embaixo de cada uma das abas menores dos fotodiodos, e depois Cole o fio para o difusor com cola de cianoacrilato. Molhe ambas as abas de um fotodiodo, assim como os fios adjacentes e subjacentes, com fluxo usando uma pena do fluxo da solda. Solda cada guia do diodo para os fios de cobre subjacente usando um ferro de solda com ponta fina a uma temperatura de aproximadamente 350-400 o C. teste as conexões de solda, brilhando uma luz sobre o fotodiodo e verificando um sinal de tensão através dos fios usando um multímetro. Repita este passo para todos os fotodiodos 50.Observação: a etapa 1,7 é opcional (se o resistor não for soldado no PARbar, ele pode ser conectado posteriormente em paralelo com as entradas de sinal PARbar no registrador de registro). Solda um resistor de precisão de 1,5 Ω coeficiente de baixa temperatura em paralelo através dos fios de cobre. Soldar a extremidade masculina de um conector à prova d’ água DC para as extremidades dos fios de cobre (as mesmas extremidades para que o resistor foi soldada, se você seguiu o passo opcional 1,7) e, em seguida, selar as conexões usando cola alinhado tubulação de calor psiquiatra. Crie uma barreira contínua do silicone em torno do contorno no difusor para dar forma a um poço fluido-apertado, aplicando um grânulo do vedador do silicone à superfície do difusor, perto da borda. Inspecione o grânulo pròxima para assegurar-se de que nenhumas aberturas do ar permaneçam entre o silicone e a barra do difusor, porque as aberturas permitirão que a cola Epoxy vaze. Uma vez que o selante tenha curado, encha o poço com resina epóxi. Quando a resina epóxi endureceu (durante a noite), retire o vedador de silicone usando uma lâmina de barbear. Aparafuse o difusor na U-barra de alumínio pré-rosqueada usando parafusos M4. Use fita adesiva para fixar o difusor ao alumínio ao longo de todo o seu comprimento e, em seguida, preencha o vazio dentro do ceptômetro com enchimento de espuma de poliuretano. Uma vez que o enchimento de espuma tenha definido (durante a noite), retire a fita adesiva. Soldar a extremidade fêmea do conector da C.C. a um comprimento do cabo do dois-condutor e selar as conexões com o psiquiatra alinhado colagem do calor. Para calibrar o PARbar contra um sensor quântico, Conecte ambos os sensores a um datalogger ou voltímetro capaz de medir uma saída de tensão diferencial (Conecte um resistor de precisão de coeficiente de temperatura baixa de 1,5 Ω em paralelo com o PARbar se um resistor não foi integrado ao projeto na etapa 1,7), Defini-los fora em pleno sol em um plano de nível (nível com um nível de espírito ou bolha de espírito), registrar as saídas de ambos os sensores em um período durante o qual a radiação solar varia amplamente, como um ciclo diurna completo, e determinar o fator de calibração para o parbar como a inclinação de uma regressão linear da PAR relatada a partir do sensor quântico (como variável dependente) versus saída de tensão bruta (como variável independente). 2. instalar no campo Para inferir o índice efetivo da área vegetal (PAIEFF), instale um parbar acima do dossel (assegurando que não esteja sombreado por nenhum elemento absorvente de luz dentro do dossel) e outro abaixo de todos os elementos absorventes de luz cuja absorptância você deseja medir ( tipicamente, abaixo das folhas mais baixas), com ambos os PARbars alinhados em um ângulo de 45 ° para plantar linhas. Assegure-se de que o PARbar superior esteja posicionado de modo a não sombrear o PARbar inferior. Nivelar os PARbars usando um nível de espírito ou nível de bolha. Conecte os PARbars a um datalogger ou voltímetro usando cabos feitos na etapa 1,11. Se um resistor de precisão de coeficiente de temperatura baixa de 1,5 Ω não foi integrado ao circuito de PARbar durante a construção (passo 1,7), em seguida, conecte tal resistor em paralelo com cada PARbar nesta fase. Converta a saída de tensão diferencial para PAR usando o fator de calibração determinado para cada PARbar na etapa 1,13. 3. calcule o índice efetivo da área vegetal (PAIEFF) Calcule o PAIEFF para cada par de medições de par acima e abaixo do dossel usando as seguintes equações6:(1) ,onde a = 0,283 + 0, 785a – 0,159a2 (em que a é a absorptância da folha), τ é a relação entre o par acima do dossel, e K e fb são modelados pela equação 24 e Equação 39, respectivamente:(2) ,onde o χé um parâmetro adimensional descrevendo a distribuição do ângulo da folha, θ é o ângulo solar do Zenith, e(3) ,onde r é par acima do dossel (paracima) como uma fração do seu valor máximo possível (paracima, máx = 2550 ∙ cosθ); ou seja, r = paracima/paracima, máx. Consultar a literatura para valores de a e c adequados às suas espécies de estudo (assumimos a = 0,9 e c = 0,9610 para as coberturas de trigo utilizadas para as medidas experimentais aqui apresentadas).Observação: um script R de exemplo é fornecido como um arquivo suplementar para ajudar os usuários no desenvolvimento de código para processamento automatizado de grandes conjuntos de dado.

Representative Results

Um esquema para a compilação PARbar é mostrado na Figura 1. Uma curva de calibração representativa para um PARbar é mostrada na Figura 2. A saída de tensão diferencial de um PARbar é linearmente proporcional à saída PAR de um sensor quântico, com R2 = 0,9998. PARbars foram implantados em dosséis de trigo e registrados a cada 20 s em todo o desenvolvimento das plantas. Um curso diurno típico do tempo do ambiente claro do dossel coletado usando um parbar em um dia ensolarado desobstruído é mostrado na Figura 3 (os dados crus do transmitância e o pai CorrigidoEFF são mostrados para a comparação). As figuras 3B e 3C demonstram o viés que poderia ser introduzido tomando-se medidas de ceptometria instantânea em vários momentos do dia (como por Salter et al. 20187). As parcelas de trigo utilizadas para a coleta desses dados tiveram uma linha de plantio de orientação devido ao norte-sul com a transmissão da luz para o dossel inferior em 12:30 (Figura 3B). Se uma medida instantânea fosse tomada neste momento, o PAIEFF seria subestimado, visto que se foi tomado na manhã ou na tarde pode ser superestimado. Os PARbars à prova de intempéries também podem ser implantados no campo por longos períodos de tempo; A Figura 4 demonstra como os parbars podem ser usados para monitorar como o ambiente de luz do dossel muda à medida que as plantas se desenvolvem. Figura 1. Esquemas para a compilação PARbar. (a) localização e arranjo do conector à prova d’ água e do resistor shunt interno; b) arranjo e espaçamento dos fotodiodos; c) locais de perfuração na barra de acrílico difusor; d) locais de perfuração na U-barra de alumínio; e (e) diagrama de circuitos electrónicos de um PARbar. Estale por favor aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 2. Curva de calibração representativa do PARbar. A relação entre a saída de tensão diferencial de um PARbar (mV) e a densidade de fluxo de fóton fotossintético ou PAR (mmol m-2 s-1) de um sensor quântico. Cada ponto representa um único par de medições a partir do PARbar e sensor quântico, gravado uma vez a cada 20 segundos durante um período de 4 horas para um dia. Estale por favor aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 3. Representante diário Timecourse de PARbar saída. Os dados coletados em um dia desobstruído usando PARbars em dosséis do trigo na antese em Canberra, Austrália (-35 ° 12 ‘ 00.1008 “, 149 ° 05 ‘ 17.0988”). (a) PAR medido acima da Copa (mmol m-2 s-1), (b) transmitância não corrigida (a relação de paracima/parabaixo) (sem unidade), e (c) o índice de área efetiva da planta (paiEFF, m2 m-2), calculado a partir da equação 1. Os pontos de dados mostrados em (b) e (c) são médias (n = 30), as linhas sólidas são regressões locais loess instaladas em R (a = 0,5), as áreas sombreadas são erros padrão do ajuste e as linhas horizontais tracejada representam os meios diários. A área sombreada entre as linhas pontilhadas é a janela de tempo (1100 – 1400h) recomendada para medições instantâneas de ceptômetro em trigo pelo CIMMYT11. Estale por favor aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 4. Dados representativos recolhidos durante uma época de crescimento. Dados de parbar coletados do perfilhamento adiantado à antese em dosséis do trigo em Canberra, Austrália (-35 ° 12 ‘ 00.1008 “, 149 ° 05 ‘ 17.0988”). a) dados de transmitância não corrigidos (Unitless) e (b) índice de área vegetal efetivo (PAIEFF, m2 m-2) calculado a partir da equação 1. Os pontos de dados mostrados representam meios diários para o período 1.000 – 1, 400H (n = 30). Linhas sólidas são regressões locais LOESS instaladas em R (a = 0,75), as áreas sombreadas são erros padrão do ajuste. Os dados brutos não foram incluídos na análise posterior se a PARacima foi < 1.500 μmol m-2 s-1 e se o parabaixode/paracima foi > 1. Estale por favor aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

A implementação bem-sucedida do protocolo descrito aqui para a construção de ceptómetros (PARbars) depende mais sensivelmente em duas etapas: 1,5 (colagem de fotodiodos no lugar) e 1,6 (fotodiodos de solda para o fio de cobre). Passo 1,5 é propenso a erro, alinhando os fotodiodos incorretamente em relação à sua polaridade intrínseca. Para os fotodiodos que usamos, e que recomendamos como itens específicos essenciais, a polaridade é identificada em virtude das duas abas do conector elétrico no diodo com tamanhos claramente diferentes. Assim, antes de aplicar cola de cianoacrilato e soldar os fotodiodos no lugar, recomenda-se vivamente que verifique se todos os diodos são colocados com as abas grandes do conector voltadas para uma direção e as pequenas abas voltadas para a outra direção. A etapa 1,6 é propensa à falha devido à técnica de solda pobre e à formação de uma junção soldada fria. Isto pode ser evitado aplicando o fluxo fino da solda usando uma pena do fluxo imediatamente antes de soldar e assegurando-se de que o fio e a aba do fotodiodo estejam aquecidos com a ponta da solda (em aproximadamente 350-400 oC) antes que soldar próprio seja aplicado ao Junção. Problemas com conexões elétricas em um PARbar geralmente se manifestam na forma de uma inclinação de calibração distintamente diferente daquelas de outros PARbars. Tais problemas podem ser capturados precocemente testando cada conexão elétrica durante a construção (como descrito em etapa 1,6), e novamente depois de todas as conexões terem sido soldadas, mas antes de terem sido envoltas em epóxi (Step 1,9). Uma terceira fonte de erro potencial surge da falha em usar um resistor de precisão de baixo coeficiente de temperatura, cuja resistência é insensível à temperatura; usando um resistor ordinário causará o erro como a resistência, e daqui a saída da tensão por a unidade de luz absorvida pelos diodos, mudanças com temperatura ambiental. A principal fonte de erro final não é exclusiva do PARbars, mas se aplica a todas as medidas de ceptometria: a inferência de índice de área vegetal efetiva ou índice de área foliar da captação de luz depende das características da estrutura do dossel (notavelmente a absorptância média da folha e distribuição do ângulo foliar; a e c em eqns 1 e 2) que podem variar durante o desenvolvimento da planta e entre genótipos.

Existem duas áreas principais nas quais o protocolo aqui descrito pode ser modificado ou adaptado. Primeiramente, os PARbars que nós apresentamos aqui foram projetados especificamente para o uso em colheitas da fileira, tais como o trigo e a cevada, mas o projeto poderia facilmente ser modificado para outras aplicações. Por exemplo, um resistor shunt com maior resistência pode ser usado para aumentar o ganho (saída de mV por unidade PAR) em faixas de PAR inferiores. Para a versatilidade, um potenciômetro da precisão do coeficiente da baixa temperatura (resistor variável) poderia ser usado para modificar a escala da sensibilidade do PARbar como necessário ou para fazer ajustes pequenos para ganhar de modo que cada um de muitos PARbars tenha inclinações idênticas da calibração. Em segundo lugar, os fotodiodos também podem ser usados individualmente como sensores quânticos, permitindo que o usuário Capture a variação espacial e temporal dentro de dosséis individuais por um custo muito menor do que o possível usando sensores quânticos disponíveis comercialmente. Isto poderia ser particularmente valioso dado o interesse crescente na fotossíntese dinâmica condições de flutuação da luz12. Em terceiro lugar, embora utilizemos um datalogger convencional (e dispendioso) para os dados apresentados neste estudo, há margem para que os dataloggers sejam construídos usando componentry fora da prateleira, possibilitando a criação de um sistema combinado de ceptometria e datalogger em um orçamento limitado. A popularidade de plataformas assim chamadas do fabricante, tais como Arduino e Raspberry Pi, oferece a grande promessa nesta área; Sugerimos que o projeto de caverna de pérola baseado em Arduino de código aberto13 seja um acionador de partida para o desenvolvimento. Os dataloggers da caverna da pérola foram projetados para a monitoração ambiental de ecossistemas da caverna, assim que a aspereza e a demanda da baixa potência eram considerações chaves em seu projeto. Considerações semelhantes são relevantes para a implementação do trabalho de fenotipagem vegetal. Os componentes do datalogger da caverna da pérola são baratos (menos do que USD $50 por a unidade) e pequeno, que poderiam os permitir de ser incorporados diretamente em PARbars.

A aplicação dos PARbars descritos aqui enfrenta três limitações principais. Primeiramente, a inferência do índice da área da planta ou do índice da área foliar da captação clara medida é impedida por vieses fortes tempo-dependentes, particular em colheitas da fileira7. Isto pode ser superado fazendo medições repetidas ou contínuas ao longo de um dia. Em segundo lugar, fotodiodos baratos não têm uma saída espectral que é exatamente proporcional ao fluxo de fóton (a variável de maior interesse na pesquisa de fotossíntese). Isso pode causar viés quando a qualidade da luz muda muito através de um dossel, embora as estimativas anteriores do erro resultante indiquem que ele está na ordem de alguns por cento7. Em terceiro lugar, o PARbars não pode distinguir entre o feixe direto e os componentes difusos da PAR de entrada acima do dossel. Como a radiação difusa penetra mais profundamente no dossel do que a luz solar direta14, o transmitância será aumentado e oEFF de pai será subestimado como a fração difusa de aumentos totais da irradiância. Quando toda a radiação é difusa, o PAIEFF é diretamente proporcional ao logaritmo de 1/τ em vez da relação mostrada na equação 115. Cruse et al. (2015) 16 observou que os instrumentos comerciais atualmente disponíveis que podem medir a par direta e difusa são caros e exigem manutenção regular, então eles projetaram um aparelho simples e barato para abordar esta questão. Seu sistema consiste em um sensor quântico que é rotineiramente sombreado por uma shadowband motorizada e em movimento e permite a medição contínua do PAR total, direto e difuso. O sensor utilizado no Cruse et al. 16 sistema poderia ser substituído com o mesmo fotodiodo usado em parbars para reduzir ainda mais o custo e pode ser facilmente incorporado na configuração parbar existente. Essas medições poderiam ser integradas no pipeline de processamento de dados e aumentariam ainda mais a confiabilidade das estimativas do PAIEFF.

A principal vantagem dos PARbars em relação aos ceptómetros comerciais existentes é o seu baixo custo, o que torna viável para produzi-los em grande número. Recentemente, tem havido um crescente interesse em novas tecnologias de fenotipagem de plantas de alta taxa de transferência para a estimativa de traços de dossel (para revisão ver Yang et al., 201717). Embora esses métodos são promissores em que eles produzem enormes quantidades de dados que são tipicamente muito indiretos e exigem validação contra técnicas convencionais. PARbars poderia servir como uma ferramenta de validação rentável, baseada em terra para essas novas técnicas.

O baixo custo de produção de PARbars também torná-los uma opção viável para medições contínuas no campo. Isso pode ser útil por várias razões. Por exemplo, medições contínuas podem ser usadas para caracterizar vieses de orientação de linha para desenvolver funções de correção específicas do tempo para medições instantâneas (para mais informações, ver Salter et al. 20187). A ceptometria contínua também pode captar flutuações curtas na captação de luz do dossel ao longo do tempo (manchas solares e shadeflecks) causadas por nuvens que passam por cima, movimento do dossel, etc. A fotossíntese é conhecida por ser altamente sensível a pequenas mudanças nas condições ambientais e mudanças ‘ dinâmicas ‘ na fotossíntese são agora pensado para ser importante na condução da produção de culturas (para revisão ver Murchie et al., 201812). Os PARbars instalados no campo com um intervalo de registro apropriadamente curto podiam ser usados para capturar estas flutuações curtas e para fornecer a melhor compreensão da natureza dinâmica de dosséis da planta.

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores gostariam de agradecer ao Dr. Richard Richards e ao Dr. shek Hossain na CSIRO, agricultura e alimentação para o acesso e gestão das parcelas de campo utilizadas para esta pesquisa. Esta pesquisa foi apoiada pela parceria internacional de produção de trigo, por meio de uma subvenção concedida pela corporação de pesquisa e desenvolvimento de grãos (US00082). O TNB foi apoiado pelo Conselho de pesquisa australiano (DP150103863 e LP130100183) e pela National Science Foundation (Award #1557906). Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional do USDA de alimentos e agricultura, projetos Hatch 1016439 e 1001480.

Materials

1.5 Ω low temperature coefficient precision resistor TE Connectivity Ltd., Schaffhausen, Switzerland. UPW25 series Could be made using multiple larger resistors in parallel but they need to have low temperature coefficient (i.e. ± 3 ppm/°C).
URL for commercial source: https://bit.ly/2DFuPpm
Acrylic diffuser Plastix Australia Pty. Ltd., Arncliffe, NSW, Australia. 445 – Opal White 1200 mm length x 30 mm width x 4.5 mm thick.
URL for commercial source: https://bit.ly/2Bq0fyc
Aluminum U-bar Capral Ltd., Bundamba, QLD, Australia. EK9160 1220 mm length x 35 mm width x 25 mm depth.
URL for commercial source: https://bit.ly/2PPfJou
Bare solid core copper wire Non-specific part
Bolts Non-specific part
Clamps Non-specific part
Clear epoxy potting resin Solid Solutions, East Bentleigh, VIC, Australia. 651 – Universal Epoxy Potting Resin Clear epoxy resin for electrical applications.
URL for commercial source: https://bit.ly/2qY0pHa
Cyanoacrylate glue Non-specific part
Datalogger Campbell Scientific, Logan, Utah, USA. CR5000 Other dataloggers that record differential voltages could be used.
URL for commercial source: https://bit.ly/2U7Io5H
Drill or drill press Non-specific part
Glue lined heat shrink Non-specific part
Heat gun Non-specific part
LED torch Non-specific part
Masking tape Non-specific part
Photodiodes (50) Everlight Americas Inc., Carrollton, Texas, USA. EAALSDSY6444A It is important that this specific component is used due to spectral response.
URL for commercial source: https://bit.ly/2FzVnuH
Polyurethane foam filler Non-specific part
Quantum sensor LI-COR, Lincoln, Nebraska, USA. LI-190R For calibration of PARbars only.
URL for commercial source: https://bit.ly/2HEfKbh
Screwdrivers Non-specific part
Silicone sealant Non-specific part
Solder Non-specific part
Solder flux pen Non-specific part
Soldering iron Non-specific part
Spirit/bubble level Non-specific part
Tap and die set Non-specific part
Two-core cable Non-specific part
Voltmeter Non-specific part
Waterproof connectors Core Electronics, Adamstown, NSW, Australia. ADA743 2 core waterproof connector. DC power connectors work well.
URL for commercial source: https://bit.ly/2Brcrik
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Riferimenti

  1. Armbrust, D. V. Rapid measurement of crop canopy cover. Agronomy Journal. 82 (6), 1170-1171 (1990).
  2. Breda, N. J. J. Ground-based measurements of leaf area index: a review of methods, instruments and current controversies. Journal of Experimental Botany. 54 (392), 2403-2417 (2003).
  3. Francone, C., Pagani, V., Foi, M., Cappelli, G., Confalonieri, R. Comparison of leaf area index estimates by ceptometer and PocketLAI smart app in canopies with different structures. Field Crops Research. 155, 38-41 (2014).
  4. Campbell, G. S. Extinction coefficients for radiation in plant canopies calculated using an ellipsoidal inclination angle distribution. Agricultural and Forest Meteorology. 36 (4), 317-321 (1986).
  5. Cohen, S., Rao, R. S., Cohen, Y. Canopy transmittance inversion using a line quantum probe for a row crop. Agricultural and Forest Meteorology. 86 (3-4), 225-234 (1997).
  6. . . AccuPAR PAR/LAI Ceptometer Model LP-80 Operator's Manual. , (2017).
  7. Salter, W. T., Gilbert, M. E., Buckley, T. N. Time-dependent bias in instantaneous ceptometry caused by row orientation. The Plant Phenome Journal. , (2018).
  8. Huang, X. H., Han, B., Merchant, S. S. . Annual Review of Plant Biology. 65, 531-551 (2014).
  9. . . Application Note: Beam fraction calculation in the LP80. , (2009).
  10. Campbell, G. S., Van Evert, F. K. . Light interception by plant canopies – efficiency and architecture. , (1994).
  11. Pask, A., Pietragalla, J., Mullan, D., Reynolds, M. . Physiological breeding II: a field guide to wheat phenotyping. , (2012).
  12. Murchie, E. H., et al. Measuring the dynamic photosynthome. Annals of Botany. 122 (2), 207-220 (2018).
  13. Beddows, P. A., Mallon, E. K. Cave Pearl Data Logger: a flexible Arduino-based logging platform for long-term monitoring in harsh environments. Sensors. 18 (2), 26 (2018).
  14. Li, T., et al. Enhancement of crop photosynthesis by diffuse light: quantifying the contributing factors. Annals of Botany. 114 (1), 145-156 (2014).
  15. Lang, A. R. G., Yueqin, X. Estimation of leaf-area index from transmission of direct sunlight in discontinuous canopies. Agricultural and Forest Meteorology. 37 (3), 229-243 (1986).
  16. Cruse, M. J., Kucharik, C. J., Norman, J. M. Using a simple apparatus to measure direct and diffuse photosynthetically active radiation at remote locations. Plos One. 10 (2), 19 (2015).
  17. Yang, G. J., et al. Unmanned aerial vehicle remote sensing for field-based crop phenotyping: current status and perspectives. Frontiers in Plant Science. 8, 26 (2017).

Tags

PARbarsCeptometersLight InterceptionPlant CanopiesLeaf Area IndexPlant Area IndexAcrylic Diffuser BarPhotodiodesCopper WiresCyanoacrylate GlueContinuous MeasurementLow-cost

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
Salter, W. T., Merchant, A. M., Gilbert, M. E., Buckley, T. N. PARbars: Cheap, Easy to Build Ceptometers for Continuous Measurement of Light Interception in Plant Canopies. J. Vis. Exp. (147), e59447, doi:10.3791/59447 (2019).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image