ברים: זול, קל לבנות קפטומטרים למדידה רציפה של יירוט האור בחופות הצמח

יישום מוצלח של הפרוטוקול המתואר כאן לבניית מדחום (PARbars) תלוי באופן הרגישות ביותר בשני שלבים: 1.5 (צילום הדבקה במקום) ו-1.6 (הלחמה פוטוטודות על חוט נחושת). שלב 1.5 הוא נוטה שגיאה על ידי יישור photodiodes באופן שגוי ביחס הקוטביות הפנימית שלהם. עבור התמונות שבהן השתמשנו, ואשר אנו ממליצים כפריטים ספציפיים חיוניים, הקוטביות מזוהה על-ידי הכוח של שתי הכרטיסיות של מחבר החשמל על הדיודה בעלת גדלים שונים וברורים. לפיכך, לפני החלת דבק ציאנואקרילי והלחמה התמונות במקום, מומלץ מאוד לבדוק כפול כי כל הדיודות ממוקמות עם כרטיסיות מחבר גדול פונה בכיוון אחד את הכרטיסיות הקטנות פונה בכיוון השני. שלב 1.6 הוא נוטה לכישלון בשל טכניקת הלחמה עניים והיווצרות של צומת מולחם קר. זה יכול להיות נמנע על ידי החלת שטף הלחמה דק באמצעות העט השטף מיד לפני הלחמה ולהבטיח כי הן התיל ואת הכרטיסיה פוטודיודה מחוממים עם קצה הלחמה (ב כ 350-400 ^oC) לפני הלחמה עצמה מוחל על צומת. בעיות בחיבורי חשמל ב-PARbar מניפסט בדרך כלל בצורת מדרון כיול שונה באופן במובהק מאלה של מייצגי הפעילויות האחרים. בעיות כאלה ניתן לתפוס מוקדם על ידי בדיקת כל חיבור חשמלי במהלך הבנייה (כמתואר בשלב 1.6), ושוב אחרי כל החיבורים כבר מולחמים, אבל לפני שהם ארוזים באפוקסי (שלב 1.9). מקור פוטנציאלי השלישי של שגיאה נובע הכישלון להשתמש נמוך בטמפרטורה מקדם המקדם, שההתנגדות שלו אינה רגישה לטמפרטורה; באמצעות התנגדות רגילה יגרום את השגיאה כהתנגדות, ומכאן פלט מתח לכל יחידה של אור נספג על ידי דיודות, שינויים עם טמפרטורת הסביבה. מקור השגיאה העיקרי הסופי אינו ייחודי למייצגי הפעילויות, אך חל על כל המדידות הקפמנסות: כלומר, היסק של מדד אזור הצמח האפקטיבי או מדד אזור העלים מלכידת האור תלוי בתכונות של מבנה החופה (ממוצע בולט של העלים ו התפלגות זווית העלה; a ו- c ב אקאן 1 ו-2) העשויים להשתנות במהלך פיתוח הצמח ובין הגנונים.

ישנם שני תחומים עיקריים בהם הפרוטוקול המתואר כאן יכול להיות שונה או מותאם. ראשית, הפרברים שאנו מציגים כאן עוצבו במיוחד לשימוש בגידולי שורה, כגון חיטה ושעורה, אך ניתן לשנות את העיצוב בקלות ליישומים אחרים. לדוגמה, ניתן להשתמש בחסימה עם התנגדות גדולה יותר כדי לשפר את הרווח (mV פלט לכל יחידה PAR) בטווחי PAR נמוכים יותר. עבור רב-תכליתיות, ניתן להשתמש בטמפרטורה נמוכה למקדם מדידת דיוק (שמות משתנים) כדי לשנות את טווח הרגישות של PARbar לפי הצורך או כדי לבצע כוונונים קטנים כדי להשיג כך שכל אחד מהקווים הרבים כוללים מדרונות כיול זהים. שנית, התמונות יכול לשמש גם באופן אינדיבידואלי כמו חיישני הקוונטים, המאפשר למשתמש ללכוד מרחבי, כמו גם וריאציה הזמני בתוך חופות בודדות עבור עלות נמוכה הרבה יותר מאשר אפשרי באמצעות מסחרית לזמין חיישנים קוונטים. זה יכול להיות יקר במיוחד בהתחשב העניין הולך וגובר בפוטוסינתזה דינמית תחת תנודות בתנאי אור¹². שלישית, למרות שאנחנו משתמשים בקובץ datalogger קונבנציונאלי (ויקר) עבור הנתונים המוצגים במחקר זה, יש היקף ליצירת מערכות הנתוניםבמקום זאת בנויים באמצעות ערך רכיב מחוץ למדף, המאפשר יצירה של מערכת קפיופית משולבת וdatalogger ב תקציב מוגבל. הפופולריות של פלטפורמות יצרנית כביכול, כגון Arduino ו פטל פאי, להציע הבטחה גדולה באזור זה; אנו מציעים את הקוד פתוח Arduino מבוסס מערת פנינה פרויקט¹³ כמתחיל לפיתוח נוסף. מערת פנינה dataloggers נועדו לניטור סביבתי של מערכות אקולוגיות, כך מחוספס וביקוש כוח נמוך היו שיקולים מרכזיים בתכנון שלהם. שיקולים דומים רלוונטיים ליישום לעבודה פנוטיפים הצמח. רכיבי מערת פנינה datalogger זולים (פחות מ-$50 USD ליחידה) וקטנים, אשר יכולים לאפשר להם להיות משולבים ישירות לתוך PARbars.

יישום מייצגי הפעילויות המתוארים כאן מתמודד עם שלוש מגבלות עיקריות. ראשית, הסקנה של מדד אזור הצמח או מדד אזור העלה מתוך לכידת אור נמדד על ידי הטיות תלויות בזמן חזק, במיוחד בגידולי שורה⁷. זה יכול להיות להתגבר על ידי ביצוע מדידות חוזרות או רציפות על פני יום. שנית, photodiodes זולה לא יש פלט ספקטרלי כי הוא פרופורציונלי בדיוק השטף פוטון (המשתנה של העניין הגדול ביותר במחקר הפוטוסינתזה). זה יכול לגרום להטיה כאשר איכות האור משתנה מאוד דרך חופה, למרות ההערכות הקודמות של השגיאה המתקבלת עולה כי הוא על הסדר של כמה אחוזים⁷. שלישית, PARbars לא יכולים להבחין בין הקרן הישירה ורכיבים מפוזר של PAR נכנסות מעל החופה. כמו קרינה מפוזר חודר עמוק יותר לתוך החופה מאשר אור השמש ישיר¹⁴, מעבר יגדל פאי אף לא יהיה להמעיט כמו חלק מפוזר של מגדילה הכולל irradiance. כאשר כל הקרינה מפוזר , PAI אף הוא ביחס ישיר ללוגריתם של 1/τ ולא הקשר המוצג במשוואה 1¹⁵. . אני מבין. (2015) ¹⁶ ציין כי כיום מכשירים מסחריים זמין כי יכול למדוד ישיר ו לפזר PAR יקרים ודורשים תחזוקה סדירה, כך הם עיצבו מנגנון פשוט זול לטפל בבעיה זו. המערכת שלהם מורכבת חיישן הקוונטים כי הוא מוצל באופן שגרתי על ידי ממונע, הזזת הצללים הנעה ומאפשר מדידה רציפה של סה כ, ישירה ומפוזר PAR. החיישן המשמש ב Cruse et al. ¹⁶ מערכת יכול להיות מוחלף עם פוטודיודה זהה בשימוש parbars כדי להקטין עוד יותר עלות ניתן לשלב בקלות לתוך ההתקנה הקיימת parbars. ניתן לשלב מדידות אלה לתוך צינור עיבוד הנתונים ולשפר את האמינות של האומדנים של פאי אף.

היתרון העיקרי של PARbars פעילויות יחסית לקפטומטרים מסחריים קיימים הוא העלות הנמוכה שלהם, מה שהופך אותו לאפשרי להפיק אותם במספרים גדולים. לאחרונה, יש כבר עניין הולך וגדל הרומן בתפוקה גבוהה הצמיחה פנוטיפים טכנולוגיות להערכת תכונות החופה (לסקירה ראה יאנג et al., 2017¹⁷). בעוד שיטות אלה מבטיחות בכך שהם מייצרים כמויות עצומות של נתונים הם בדרך כלל עקיפים מאוד ודורשים אימות נגד טכניקות קונבנציונאלי. הפרברים יכולים לשמש כלי אימות חסכוני ומבוסס על קרקע עבור טכניקות חדשות אלה.

עלות הייצור הנמוכה של PARbars גם הופכים אותם לאפשרות מעשית עבור מדידות רציפה בשדה. זה יכול להיות שימושי מכמה סיבות. לדוגמה, ניתן להשתמש במידות רציפות כדי לאפיין הטיות בכיוון השורה כדי לפתח פונקציות תיקון ספציפיות לזמן עבור מדידות מיידית (לקבלת מידע נוסף ראה Salter et al. 2018⁷). קפלנסות רציף יכול גם ללכוד תנודות קצרות באור החופה ללכוד לאורך זמן (sunflecks ו shadeflecks) הנגרמת על ידי עננים העוברים מעל, התנועה של החופה, וכו ‘. הפוטוסינתזה ידועה כרגישה מאוד לשינויים קטנים בתנאי הסביבה ושינויים דינמיים בפוטוסינתזה נחשבים כיום לחשובים בנהיגה ביבול (לסקירה ראה Murchie et al., 2018¹²). PARbars מותקן בשדה עם מרווח כראוי רישום קצר יכול לשמש כדי ללכוד תנודות קצרות אלה ולספק הבנה טובה יותר של האופי הדינמי של חופות הצמח.