Informacja

Możliwe obliczenia z temperaturą, wilgotnością, obrazami i widmem VIS rośliny w sferze całkującej

Możliwe obliczenia z temperaturą, wilgotnością, obrazami i widmem VIS rośliny w sferze całkującej



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Obecnie pracuję nad projektem polegającym na uprawie niektórych roślin w sferze integracyjnej wykonanej z pianki. Dodałem czujniki temperatury, wilgotności i wilgotności gleby oraz spektrometr (350 - 800nm) i kamerę internetową, która robi zdjęcia rośliny co 30 minut.

Myślałem o obliczeniu LAI (wskaźnik obszaru liści) z obrazów z kamery internetowej.

Czy ktoś ma jakieś inne sugestie/pomysły co mógłbym policzyć z podanych danych z tych czujników?


Dzięki obrazom można by, być może, ocenić tempo wzrostu rośliny, które można wykreślić w funkcji widmowej zawartości światła, aby zbadać wpływ jakości światła na wzrost. Używając wilgotnej wody i temperatury to samo można zrobić. Analiza wielowymiarowa może pomóc w implementacji wszystkich wartości, podczas gdy ANCOVA może pomóc w skorygowaniu kowariancji.

Szczegółowa konfiguracja eksperymentalna może pomóc w odpowiedzi na to pytanie. Nie konkretnie sprzęt, ale sposób pomiaru wpływu stresu wodnego. Np. czy wiele roślin jest testowanych w różnych warunkach podlewania? W takim przypadku wszystkie inne miary (temperatura, światło) są prawdopodobnie wykorzystywane do sprawdzenia, czy wszystko jest stałe we wszystkich próbkach, z wyjątkiem dostępności wody. Może to ograniczyć użyteczność analizy tych dodatkowych środków. Myślę, że inne parametry (światło, woda, temperatura) mogą nie być tak interesujące, poza współzmiennymi dla stresu wodnego, ponieważ nie są one kontrolowane lub celowo utrzymywane na stałym poziomie. Co więcej, prawdopodobnie ich wpływ na rośliny jest również dość oczywisty.


Super higroskopijna pompa wilgoci oparta na nanowłóknistej membranie do osuszania wnętrz zasilanego energią słoneczną

Osuszacze odgrywają kluczową rolę w osuszaniu i zbieraniu wody atmosferycznej, jednak obecne osuszacze charakteryzują się przeciętną higroskopijnością, ograniczoną możliwością recyklingu i wysokim zużyciem energii. Tutaj przedstawiamy inspirowaną drewnem pompę wilgoci opartą na elektroprzędzonej membranie nanowłóknistej do ciągłego osuszania pomieszczeń napędzanego energią słoneczną. Opracowana pompa wilgoci z wielowarstwowymi, drewnopodobnymi sieciami komórkowymi i połączonymi ze sobą otwartymi kanałami składa się z warstwy osuszającej i warstwy fototermicznej. Warstwa osuszająca wykazuje bezprecedensową zdolność wchłaniania wilgoci 3,01 g g-1 przy 90% wilgotności względnej (RH), szybkie wchłanianie wilgoci i szybkość transportu, umożliwiając gromadzenie wody atmosferycznej. Warstwa fototermiczna wykazuje wysoką absorpcję promieniowania słonecznego 93%, wydajną konwersję termiczną promieniowania słonecznego i dobrą przepuszczalność wilgoci, co sprzyja parowaniu wody. Pompa wilgoci skutecznie zmniejsza wilgotność względną w pomieszczeniu do poziomu komfortu (40‒60% RH) przy oświetleniu jednym słońcem. Prace te otwierają drogę do opracowania nowej generacji wysokowydajnych środków osuszających na bazie membran nanowłóknistych do energooszczędnej kontroli wilgotności i zbierania wody atmosferycznej.


Wykrywanie mączniaka rzekomego maku lekarskiego za pomocą wielospektralnych i termowizyjnych obrazów o wysokiej rozdzielczości uzyskanych za pomocą bezzałogowego statku powietrznego

Mączniak rzekomy (DM) wywoływany przez biotroficzne bezwzględne lęgniowce Peronospora arborescens (Berk.) jest jedną z najbardziej ograniczających ekonomicznie chorób maku lekarskiego (Papaver somniferum L.) na całym świecie. Pierwsze objawy pojawiają się jako małe chlorotyczne uszkodzenia liści, które mogą ewoluować do zwiniętych i pogrubionych tkanek, które w miarę rozwoju choroby stają się zdeformowane i nekrotyczne. W niniejszym badaniu zbadano zastosowanie wysokiej rozdzielczości obrazów termicznych i wielospektralnych jako wskaźnika infekcji DM. Prace prowadzono na dwóch działkach pola maku lekarskiego sztucznie zainfekowanych przez P. arborescens. Powietrzne obrazy termowizyjne i wielospektralne zostały wykonane w rozdzielczości 200 mm w trzech terminach wiosną 2009 roku przy użyciu bezzałogowego statku powietrznego (UAV). Widma odbicia i transmitancji liści bezobjawowych i objawowych liści maku lekarskiego DM mierzono przy użyciu sfery całkującej. Przeprowadzono prace symulacyjne ze sprzężonym modelem transferu promieniowania PROSPECT + SAILH w celu oceny wpływu zmienności stwierdzonej na poletku maku lekarskiego z epidemią DM na znormalizowany wskaźnik różnic wegetacji (NDVI) i wskaźnik zielono-czerwony (R550/R670) obliczone na podstawie zdjęć wielospektralnych. Loty w powietrzu umożliwiły detekcję DM za pomocą uzyskanej z obrazu temperatury czaszy (Tc) znormalizowanej przez temperaturę powietrza (Tc - Ta) i wskaźnik zielono-czerwony (R550/R670). Tmin dla każdej jednostki siatki obliczono, aby oszacować temperaturę czysto roślinną, usuwając efekty tła i gleby. Tmin − Ta i R550/R670 oceniano jako funkcję zagregowanych skupisk NDVI w celu porównania roślin bezobjawowych i objawowych znormalizowanych przez podobne poziomy wzrostu. Wyniki wykazały, że Tc − Ta i R550/R670 Wskaźniki były związane ze stresem fizjologicznym wywołanym infekcją DM. Ponadto Tmin − Stwierdzono, że Ta zmniejsza się wraz ze wzrostem NDVI, a rośliny z objawami osiągnęły znacznie wyższe wartości (P < 0,05) temperatury dla NDVI ≥ 0,6. R550/R670 wskaźnik był dodatnio skorelowany z NDVI, wykazując istotnie wyższe wartości (P < 0,05) w roślinach z objawami z NDVI ≥0,5. Wyniki te pokazują możliwość wykrycia P. arborescens infekcja w roślinach maku lekarskiego przy użyciu wysokorozdzielczych obrazów termicznych i wielospektralnych uzyskanych za pomocą UAV.

To jest podgląd treści subskrybowanych, dostęp za pośrednictwem Twojej instytucji.


WYNIKI

Rozsył światła

Pomiary za pomocą mikrosondy światłowodowej wykazały, że skalarne napromieniowanie zarówno światła czerwonego (636 nm), jak i bliskiej podczerwieni (785 nm) zostało wzmocnione w tkance koralowca do 14–20 mm od obszaru tkanki bezpośrednio oświetlonego padającą wiązką laserową (Ryc. 1, 2). Boczne tłumienie promieniowania skalarnego w bliskiej podczerwieni (NIR) wystąpiło jednorodnie w tkance nienaruszonego koralowca i było prawie identyczne z tłumieniem bocznym obserwowanym na nagim szkielecie (porównaj ryc. 1A i 1B i zobacz stosunek światła 785 nm w 1E). Jednak dla światła 636 nm istniały wyraźne różnice w rozkładzie bocznego skalarnego natężenia promieniowania wokół padającej wiązki laserowej między nienaruszonym koralem a nagim szkieletem (ryc. 1C–E). Tłumienie boczne 636 nm skalarnej irradiancji było szybsze na nienaruszonym koralu w porównaniu z nagim szkieletem (patrz stosunek na ryc. 1E). Dodatkowo stwierdziliśmy, że w skali pionowej istnieje wyraźna tendencja do wzrostu irradiancji skalarnej 636 nm od powierzchni szkieletu w kierunku powierzchni tkanki w przypadku nienaruszonego korala, ale nie w pomiarach powyżej nagiego szkieletu. Na przykład w


Dyfrakcyjne działanie higrochromiczne w naskórku herkulesa Herkules dynastii

Elytra z suchych okazów chrząszcza herkulesa, Herkules dynastii w suchej atmosferze wydają się zielone w kolorze khaki i pasywnie czernieją w warunkach wysokiej wilgotności. Nowe skaningowe obrazy elektronowe, pomiary spektrofotometryczne i modelowanie fizyczne są wykorzystywane do odkrycia mechanizmu tego przełącznika zabarwienia. Widoczne zielonkawe zabarwienie w stanie suchym pochodzi z szeroko otwartej porowatej warstwy znajdującej się 3 μm poniżej powierzchni naskórka. Struktura tej warstwy jest trójwymiarowa, z siecią nitkowatych strun ułożonych warstwami równolegle do powierzchni naskórka i usztywniających szereg mocnych cylindrycznych filarów zorientowanych prostopadle do powierzchni. Nieoczekiwanie dyfrakcja odgrywa istotną rolę w szerokopasmowym zabarwieniu naskórka w stanie suchym. Rozpraszanie wsteczne powodowane przez tę warstwę zanika, gdy woda infiltruje strukturę i osłabia różnice współczynnika załamania światła.

Eksportuj cytat i streszczenie BibTeX RIS

OGÓLNE PODSUMOWANIE NAUKOWE Wprowadzenie i tło. Materiały higrochromowe zwróciły ostatnio uwagę części społeczności naukowej. Składają się z porowatej struktury, którą można infiltrować cieczą lub gazem. Ta infiltracja powoduje zmianę koloru ze względu na zmienność współczynnika załamania światła, gdy ciecz zastępuje powietrze w ośrodku, lub na efekt pęcznienia. Takie zjawisko obserwuje się na naskórku (tj. pancerzu) chrząszcza Herkules dynastii ze względu na przenikanie pary wodnej, gdy wilgotność wzrośnie powyżej 80%.

Wyniki główne. Skaningowa mikroskopia elektronowa dała dostęp do struktury odpowiedzialnej za zielonkawe zabarwienie chrząszcza, zmieniające się na czarne po infiltracji wodą. Zmiana koloru została szczegółowo opisana na podstawie danych spektrofotometrycznych. Wreszcie symulacja numeryczna wykazała, że ​​w przeciwieństwie do obecnego przekonania, w mechanizmie zabarwienia bierze udział dyfrakcja. Zauważalnym faktem dotyczącym tych badań jest to, że natura opracowała taki materiał higrochromowy przez tysiące lat ewolucji i aby zaprojektować tę samą funkcję, nie trzeba powtarzać długiej sekwencji prób i błędów, po której następuje dobór naturalny.

Szersze implikacje. X-chromic (co oznacza zmianę koloru z powodu X, np. higrometria) higroskopijny, temperatura termo, napięcie elektryczne elektro. ) materiały są dziś bardzo atrakcyjne. Widoczna zmiana koloru, łatwa do zaobserwowania przez ludzkie oko lub spektrofotometr, daje informację o pewnej zmianie środowiska. Może to być przydatne na przykład w przetwórstwie żywności do monitorowania parametrów, takich jak poziom wilgoci.

Postać. ten Herkules dynastii jest zielonkawy w normalnych warunkach wilgotności (po lewej). Staje się czarny, gdy poziom wilgotności przekracza 80% (po prawej).


Wstęp

Dziedzina biologii integracyjnej, łącząca dane z różnych dyscyplin „omicznych”, rozwija się w szybkim tempie [1]. Szczególnie obiecującym połączeniem jest genomika połączona z fenomiką [2]. To ostatnie podejście jest rozumiane jako sposób na śledzenie powiązań przyczynowych między genotypami, czynnikami środowiskowymi i fenotypami. Ten rodzaj analizy to złożone zadanie, które zwykle wiąże się z obsługą wielowymiarowych zbiorów danych. W naukach o zdrowiu człowieka i roślinach często przeprowadza się złożone i kosztowne gromadzenie i ocenę danych [3–6]. Jednakże pojawiły się trudności w zastosowaniu tej strategii w dziedzinie biologii integracyjnej owadów [7].

Plastyczność fenotypowa opisuje zdolność pojedynczego genotypu do wykazywania różnych fenotypów, a także mechanizmy przekładające zmienność środowiskową na powtarzalne modyfikacje fenotypowe [8]. Jeśli „fenotyp” jest rozumiany w szerokim sensie, obejmującym wszystkie aspekty organizmu inne niż genotyp, od produktów enzymatycznych genów po wyuczone zachowania i „środowisko”, obejmujące zarówno zewnętrzne otoczenie organizmu, jak i warunki wewnętrzne wpływając na ekspresję genów, „plastyczność fenotypowa” obejmuje ogromną różnorodność rodzajów zmienności [9]. Należy odróżnić plastyczność fenotypową od polifenizmu, rozumianego jako istnienie w populacji alternatywnych fenotypów o wskazówkach środowiskowych. Ostatnio obszerna praca badała polifenizm i plastyczność fenotypową u pięciu pokrewnych gatunków motyli mykalezynowych ze tropików Starego Świata, wykazujących sezonowy polifenizm. Na przykład różnice między formą pory mokrej i suchej Bicyclus anynana, i wiele innych mykalezyn, to wzory kolorów na brzusznych powierzchniach skrzydeł silnie związane z alternatywnymi sezonowymi strategiami unikania drapieżników. W laboratorium sezonowe formy b. anynana może być wywołana przez kontrolę temperatury w krytycznym okresie rozwoju przed osiągnięciem dorosłości [10].

Interesującą uwagę poczyniono w artykule skupiającym się na próbnym zastosowaniu IBM Watson do patologii: „Pamiętaj, że z perspektywy sekwencji całego genomu nie ma różnicy między gąsienicą a motylem”. [3]. Rzeczywiście, pomimo wykazywania odrębnych struktur ciała, diety, zachowania, strategii przetrwania itp., gąsienica i motyl reprezentują ekspresję tej samej informacji genetycznej. W pewnym sensie można je uważać za dwa różne fenotypy tej samej informacji genetycznej. Przejście z formy larwalnej na formę wyobrażoną ma miejsce u poczwarki, co u wielu gatunków trwa tylko nieco dłużej niż tydzień. Ponadto, jak zwięźle sformułował Nijhout: „Z dominacją (genetyczną) określony fenotyp może być wytwarzany przez kilka różnych genotypów. Niepewność działa również w drugą stronę: pojedynczy genotyp może wytworzyć wiele różnych fenotypów, w zależności od różnych okoliczności napotkanych podczas rozwoju. Oznacza to, że fenotyp jest wynikiem złożonej serii procesów rozwojowych, na które mają wpływ zarówno czynniki środowiskowe, jak i geny” [11]. Warto zauważyć, że w przypadku owadów z całkowitą metamorfozą (zwłaszcza motyli) istnieje możliwość wywołania specyficznych gatunkowo zmian w stadium poczwarki – gdy zachodzi przemiana z larwy w wyobrażenie – w ściśle określonym czasie rozwojowym [12]. –14]. Niektóre z tych zmian fenotypowych wywołanych przez ukierunkowane interwencje można dostrzec gołym okiem. Na przykład ostatnio pokazaliśmy, że dla Polyommatus icarus motyli (zarówno samców, jak i samic), stopień indukowanych zmian fenotypowych we wzorach pigmentowych na powierzchni skrzydeł brzusznych jest proporcjonalny do czasu trwania chłodzenia stosowanego do poczwarki bezpośrednio po przepoczwarzeniu [14].

Odkryliśmy również, że niebieskie zabarwienie strukturalne powierzchni skrzydła grzbietowego P. Ikar samce wykazywały znacznie mniejszą wielkość zmian po ochłodzeniu niż wzór pigmentowy na powierzchniach brzusznych skrzydeł [14]. Obserwowana zmiana nie była proporcjonalna do czasu ochładzania, co wskazuje, że stres ujawnił jedynie ukryte zmiany genetyczne [15,16]. W przeciwieństwie do kolorów pigmentowych, kolory strukturalne wynikają ze szczególnych interakcji między nanoarchitekturą chitynową w łuskach skrzydeł a promieniowaniem elektromagnetycznym [17]. Te nanoarchitektury samoorganizują się podczas tworzenia się kamienia. Pomimo pewnego wglądu w te specjalne nanoarchitektury [18–22], ich powstawanie nie jest jeszcze w pełni poznane, podobnie jak mechanizm, który powoduje P. Ikar samce wykazują strukturalnie zabarwione niebieskie łuski pokrywy grzbietowej, podczas gdy samice wykazują brązowe łuski pokrywy grzbietowej zabarwione pigmentem.

W przypadku barw strukturalnych charakterystyczne wymiary – rzędu kilkudziesięciu nanometrów – oraz okresowość nanoarchitektury określają, które zakresy długości fal nie mogą się rozchodzić w nanostrukturze i są odbijane w kierunku oka obserwatora [17]. Zmiany charakterystycznych nanostruktur w zakresie kilkudziesięciu nanometrów mogą powodować znaczne przesunięcie spektralnego maksimum reflektancji [23].

Co zaskakujące, wszystko schłodzone P. Ikar samice wykazują szereg niebieskich łusek o podobnej strukturze w swoim świetle do samców [14]. Liczba tych łusek różni się w zależności od osoby, przy czym ogólna tendencja dłuższego chłodzenia daje coraz większą liczbę niebieskich łusek. W naturalnych populacjach w Europie Środkowej samice wykazują zabarwienie pigmentowe na powierzchni skrzydeł grzbietowych, a częstość występowania niebieskawych samic w kolekcjach muzealnych wynosi zwykle poniżej 10% [14]. Tutaj należy wziąć pod uwagę, że kolekcjonerzy mają tendencję do przechowywania osobników, które są „niezwykłe”, dlatego niebieskawe samice są nadreprezentowane w tych kolekcjach.

Jak szczegółowo omówili Houle i in. [2], wielorakie sposoby, w jakie informacja genotypowa wpływa na fenotyp organizmu, można najlepiej przedstawić na mapie genotyp-fenotyp (G-P) (ramka 1 w [2]). Podejście to sięga wstecz do pracy Richarda Levontina, który stwierdza, że ​​ewolucja zachodzi w przestrzeni wszystkich możliwych genotypów (przestrzeń G) i przestrzeni wszystkich możliwych fenotypów (przestrzeń P) [24]. Centralnym punktem tego podejścia jest dekompozycja ewolucji na dwa procesy zachodzące w dwóch odrębnych „przestrzeniach”: przestrzeni G i przestrzeni P. Istnieją cztery kluczowe elementy tego procesu ewolucyjnego: (1) proces epigenetyczny generuje fenotyp przy użyciu informacji genotypowych (2) dobór naturalny działa w przestrzeni P, aby odsunąć przeciętny fenotyp rodziców od przeciętnego fenotypu wszystkich osobników (3) Tożsamość odnoszących sukcesy rodziców określa, które genotypy są zachowane i (4) procesy genetyczne, takie jak mutacja i rekombinacja, zmieniają położenie w przestrzeni G [2]. Przekonujących przykładów tego procesu dostarczają liczne odmiany owoców, takich jak jabłka, oraz psów, kotów i innych zwierząt domowych, które zostały wygenerowane przez ukierunkowaną selekcję ludzi z zasadniczo tych samych genotypów, co udało się osiągnąć tylko w dwóch ostatnich tysiąc lat w wielu przypadkach.

Zgodnie z powyższym podejściem, kuszące jest zbadanie, czy dany „czynnik środowiskowy”, taki jak przedłużone chłodzenie poczwarek, może mieć powtarzalny wpływ na powstałe fenotypy określonego genotypu. Nasz testowy gatunek motyla, P. Ikar, szczególnie dobrze nadaje się do tego typu eksperymentów, ponieważ niebieskie zabarwienie strukturalne na powierzchni skrzydeł grzbietowych tego gatunku wykorzystywanego do komunikacji seksualnej [23] wykazuje wysoki stopień stabilności [14,25], podczas gdy zmiana pigmentu wzór oparty na powierzchni skrzydeł brzusznych wykazuje dość liniową zależność od czasu trwania chłodzenia w temperaturze 5°C, któremu poddawane są świeżo uformowane poczwarki. Dlatego powtórzyliśmy nasze wcześniejsze doświadczenia z chłodzeniem z użyciem 200 poczwarek pochodzących z 220 larw hodowanych w kontrolowanych warunkach, jak opisano wcześniej [14].

Aby uzyskać dalszy wgląd w modyfikację fenotypową wywołaną przedłużonym chłodzeniem świeżo uformowanych poczwarek P. Ikar motyle [14] chcieliśmy odpowiedzieć na szereg pytań:

  • Zależność liniowa i nachylenie, charakteryzujące ilościowo wielkość modyfikacji wzorców skrzydeł brzusznych w zależności od czasu chłodzenia, są takie same w różnych eksperymentach?
  • Nasze wcześniejsze wyniki wskazywały, że geny rządzące wytwarzaniem fotonicznej nanoarchitektury odpowiedzialnej za niebieskie zabarwienie powierzchni skrzydeł grzbietowych samców muszą być obecne w genomie obu płci [14]. W związku z tym: jeśli wszystkie progenitory pochodzą z tej samej populacji i zostały zebrane w tym samym czasie, jak duże jest odchylenie w pozycji maksimów odbicia niebieskiego u samic z indukowanym niebieskim zabarwieniem?
  • Czy istnieje limit liczby brązowych łusek pigmentowanych zamienianych na niebieski przez nanoarchitektury, czy też możliwe jest przekształcenie większości lub wszystkich? Ten proces konwersji pociąga za sobą fundamentalną modyfikację procesów komórkowych, ponieważ dwa mechanizmy zabarwienia są radykalnie różne.
  • Wspólne pochodzenie i liczba odchowanych larw łącznie wystarczały do ​​zbadania stosunku osobników wyrośniętych z osobnikami wyrośniętymi z wadami. Ten aspekt nie był omawiany w naszej poprzedniej pracy.

Odkryliśmy, że zmiana wzoru skrzydeł brzusznych na bazie pigmentu wywołana kontrolowanym chłodzeniem wykazywała niezwykle wysoki stopień powtarzalności. Dodatkowo niebieskie zabarwienie skrzydeł grzbietowych ochłodzonych samic wykazywało znacznie większe odchylenie od koloru dzikich samców niż odchylenie spektralne ochłodzonych samców. Frakcja motyli, które wylęgły się ze schłodzonych poczwarek wykazujących defekty po zakończeniu schładzania wskazywały na trzy etapy czasu schładzania: od 0 do 4 tygodni, od 4 do 8 tygodni i od 8 do 12 tygodni. Zmiany w układzie łusek oraz morfologia w skali mikronowej niebieskich łusek samic przemawiają za takim podziałem czasu stygnięcia na trzy etapy.


Jak rośliny wyczuwają światło?

Od XIX wieku wiadomo było, że reakcja roślin na światło może być wrażliwa na długość fali. Hunt (1844, 1854) stwierdził, że skrajnie czerwona część widma jest związana z kwitnieniem i że niebieskie światło indukuje kiełkowanie nasion, niezależnie od szerokiego zakresu widmowego światła związanego z „rozkładem kwasu węglowego” (fotosynteza). W XX wieku zidentyfikowano kilka pigmentów roślinnych zaangażowanych w te i inne reakcje, a także zdefiniowano widma działania kilku takich pigmentów fotoreceptorowych, na przykład wykazano, że kryptochrom reaguje na światło w zakresie od 390 do 530 nm (fiolet do niebiesko-zielonej Ahmada i inni. 2002 ) fototropiny reagują przede wszystkim na światło niebieskie (Christie 2007 ), a fitochrom przede wszystkim na światło czerwone i/lub daleko czerwone, w zależności od formy (Casal, Candia i Sellaro 2014 ). W algach zidentyfikowano szeroką gamę pigmentów obejmujących widmo widzialne (Rockwell i inni. 2014 ).

Najbardziej znanym spektrum działania dla roślin jest fotosynteza fotosyntetycznie aktywnego promieniowania (PAR), zwykle określanego jako światło między 400 a 700 nm, ma spektrum działania określone przez widma absorbancji chlorofilu i karotenoidów. Ponieważ fotosynteza jest procesem kwantowym, odpowiedni jest strumień fotonów, a nie energia, i zwykle jest on określany ilościowo jako gęstość strumienia fotosyntezy (PPFD) z jednostkami μmol fotonów m -2 s -1 . Ponieważ fotony o krótkiej długości fali niosą więcej energii niż te przy dłuższych falach, a czułość ludzkiego wzroku i pigmentów fotosyntetycznych różni się znacznie pod względem absorpcji przy różnych długościach fali, związek między irradiancją, natężeniem oświetlenia i PPFD jest silnie wrażliwy na rozkład widmowy źródła światła. Wpływ sztucznego światła w nocy na fotosyntezę netto w środowisku jest ograniczony ze względu na niskie gęstości strumienia kwantowego związane z oświetleniem zewnętrznym w porównaniu ze światłem dziennym. Podczas gdy teoretycznie poświata miejska może wystarczyć do wywołania niewielkiej reakcji fotosyntetycznej (Raven i Cockell 2006 ), w praktyce mierzalny wpływ na wiązanie węgla będzie prawdopodobnie ograniczony do sytuacji, w których liście znajdują się w bardzo bliskiej odległości od źródeł światła (takich jak korony drzew drzewa wokół latarni ulicznych) lub gdy sztuczne oświetlenie jest wprowadzane w naturalnie ciemnych sytuacjach, takich jak systemy jaskiń. W tym drugim przypadku często wystarcza instalacja oświetlenia w jaskiniach dla turystyki Lampenflora, zbiorowiska glonów, mszaków i roślin naczyniowych uzależnione wyłącznie od oświetlenia elektrycznego jako źródła energii (Lefèvre 1974 Johnson 1979).

Oprócz wykorzystywania światła jako źródła energii do fotosyntezy, rośliny wykorzystują zestaw innych fotoreceptorów w celu odczytywania informacji o swoim środowisku, porze dnia i pory roku. Sam system fotosyntezy jest wrażliwy na światło w nocy, zapewniając zestaw wtórnych ścieżek, przez które sztuczne światło może wpływać na wiązanie węgla. Poulin i inni. (2014) wykazali, że niski poziom światła z wysokoprężnej sodowej latarni ulicznej, przy oświetleniu równoważnym do obserwowanego na brzegu miejskiego jeziora (6,6 luksa), znacząco zmienił kilka aspektów fotobiologii fitoplanktonu, w tym zmniejszenie chlorofil wewnątrzkomórkowy a stężenie i liczba cząsteczek Rubisco na komórkę. Wiadomo, że w wyższych roślinach jakość światła, nawet przy niskich wskaźnikach fluencji, wpływa na fizyczne cechy fotosystemu, takie jak gęstość aparatów szparkowych w liściach, a także otwarcie aparatów szparkowych (Smith 1982).

Wykrywanie fotoperiodu w roślinach nie zawsze jest jednak prostą funkcją fotoodwracalnych form fitochromu. W fakultatywnym zakładzie dnia długiego Arabidopsis thaliana, nocne przerwy spowodowane czerwonym, dalekim czerwonym lub niebieskim światłem skutecznie indukują kwitnienie (Goto, Kumagai i Koornneef 1991). Kryptochromy, wrażliwe na światło w zakresie UV-A, fioletową i niebieską część widma, współdziałają z fitochromami regulując zegar dobowy, utrzymując rytm dnia ustawiony na 24-godzinny cykl światła i ciemności. Fotoperiodyczna kontrola kwitnienia integruje zarówno zegar dobowy, jak i wykrywanie długości okresu ciemności, dzięki czemu istnieje interakcja między wykrywaniem cykli dobowych i sezonowych oraz między systemami fotoreceptorów. Rodzina fotoreceptorów kryptochromów/fotoliaz odgrywa również kluczową rolę w kontrolowaniu szerokiego zakresu reakcji wywołanych światłem w kiełkowaniu, wzroście i rozwoju oraz unikaniu cienia (Kami i inni. 2010 ), a także naprawa DNA (Fortunato i inni. 2015). Kolejne białko wrażliwe na światło niebieskie, fototropina, jest odpowiedzialne za fototropizm, wzrost organów roślinnych w kierunku źródła światła.

Rysunek 3 przedstawia widmowy rozkład mocy pięciu rodzajów oświetlenia często stosowanych w zewnętrznym oświetleniu ulicznym, wraz z zależnością między PPFD (fotosynteza), PSS (fitochrom) a względną ilością niebieskiego światła między 350 a 500 nm (kryptochrom i fototropiny). ).

Wykrywanie światła w roślinach jest złożone, często opiera się na więcej niż jednej ścieżce fizjologicznej i może mieć częściową redundancję, tak że procesy indukowane przez jeden system fotoreceptorów mogą być również indukowane lub tłumione przez inny system (Song, Ito i Imazuimi 2010 ). Ponadto procesy, które opierają się na reakcjach wywołanych światłem, takie jak fotoperiodyzm u jednego gatunku lub fenotyp, mogą być powiązane z innymi bodźcami środowiskowymi u innych (Basler i Körner 2012).


Otrzymuj powiadomienia o nowościach, kursach lub interesujących Cię wydarzeniach.

Wprowadzając swój adres e-mail, wyrażasz zgodę na otrzymywanie wiadomości od Penn State Extension. Zobacz naszą politykę prywatności.

Dziękujemy za zgłoszenie!

Planowanie zarządzania składnikami odżywczymi: przegląd

Artykuły

Przewodnik po agronomii w stanie Penn

Poradniki i publikacje

Mapa zasobów gruntów w Pensylwanii

Poradniki i publikacje

Od rolnika do rolnika do rolnika – wprowadzenie do serii

Filmy

Przewodnik po certyfikowanym doradcy ds. upraw w Pensylwanii

Kursy online

Elektroniczne materiały uzupełniające są dostępne online pod adresem https://doi.org/10.6084/m9.figshare.c.4285748.

Opublikowane przez Towarzystwo Królewskie. Wszelkie prawa zastrzeżone.

Bibliografia

Johansen VE, Onelli OD, Steiner LM, Vignolini S

. 2017 Fotonika w przyrodzie: od porządku do nieporządku. w Powierzchnie funkcjonalne w biologii III, Tom. 10 (red. SN Gorb, EV Gorb), s. 53–89. Cham, Szwajcaria: Springer International Publishing. (doi:10.1007/978-3-319-74144-4_3) Google Scholar

. 2007 Paleta natury: nauka o kolorze roślin . Chicago, IL: University of Chicago Press. Odniesienie, Google Scholar

. 2003 Struktury fotoniczne w biologii . Natura 424, 852-855. (doi:10.1038/nature01941) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

. 2000 515 milionów lat koloru strukturalnego. J. Opt. O: Czysta aplikacja Optować. 2, R15-R28. (doi:10.1088/1464-4258/2/6/201) Odsyłacz, Google Scholar

. 2008 Kolory strukturalne w sferze natury . Singapur : Światowy Naukowy . (doi:10.1142/6496) Odsyłacz, Google Scholar

Whitney HM, Kolle M, Andrew P, Chittka L, Steiner U, Glover BJ

. 2009 Opalizujący kwiat, wytwarzany przez optykę dyfrakcyjną, działa jak sygnał dla zapylaczy zwierzęcych . Nauki ścisłe 323, 130-133. (doi:10.1126/science.1166256) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

i in. 2017 Zaburzenie w zbieżnych nanostrukturach kwiatowych wzmacnia sygnalizację pszczołom. Natura 550, 469-474. (doi:10.1038/nature24285) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Vignolini S, Rudall PJ, Rowland AV, Reed A, Moyroud E, Faden RB, Baumberg JJ, Glover BJ, Steiner U

. 2012 Puentylistyczny kolor strukturalny w Pollia owoc . Proc. Natl Acad. Nauka. USA 109, 15 712-15 715. (doi:10.1073/pnas.1210105109) Odsyłacz, ISI, Google Scholar

Vignolini S, Gregory T, Kolle M, Lethbridge A, Moyroud E, Steiner U, Glover BJ, Vukusic P, Rudall PJ

. 2016 Kolor strukturalny z helikoidalnej architektury ścian komórkowych w owocach Margaritaria nobilis . J.R. Soc. Berło 13, 20160645. (doi:10.1098/rsif.2016.0645) Link, ISI, Google Scholar

. 1991 Ultrastrukturalna podstawa i funkcja opalizującego niebieskiego koloru owoców w Elaeocarpus. Łotysz. Nat. 349, 260-262. (doi:10.1038/349260a0) Odsyłacz, ISI, Google Scholar

Strout G, Russell SD, Pulsifer DP, Erten S, Lakhtakia A, Lee DW

. 2013 Nanocząsteczki krzemionki pomagają w strukturalnej barwie liści w tropikalnym lesie deszczowym w Malezji Mapania caudata . Anny. Nerw. 112, 1141-1148. (doi:10.1093/aob/mct172) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Graham RM, Lee DW, Norstog K

. 1993 Fizyczne i ultrastrukturalne podstawy opalizacji niebieskich liści w dwóch neotropikalnych paprociach. Jestem. J. Bot. 80, 198-203. (doi:10.1002/j.1537-2197.1993.tb13789.x) Odniesienie, ISI, Google Scholar

Thomas KR, Kolle M, Whitney HM, Glover BJ, Steiner U

. 2010 Funkcja niebieskiej opalizacji w tropikalnych roślinach podszytowych . J.R. Soc. Berło 7, 1699-1707. (doi:10.1098/rsif.2010.0201) Link, ISI, Google Scholar

Jacobs M, Lopez-Garcia M, Phrathep O-P, Lawson T, Oulton R, Whitney HM

. 2016 Fotoniczna wielowarstwowa struktura Begonia chloroplasty poprawiają wydajność fotosyntezy. Nat. Rośliny 2, 16162. (doi:10.1038/nplants.2016.162) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Vignolini S, Moyroud E, Glover BJ, Steiner U

. 2013 Analiza struktur fotonicznych w roślinach . J.R. Soc. Berło 10, 20130394. (doi:10.1098/rsif.2013.0394) Link, ISI, Google Scholar

Wilts BD, Whitney HM, Glover BJ, Steiner U, Vignolini S

. 2014 Naturalne struktury helikoidalne: morfologia, samoorganizacja i właściwości optyczne . Matko. Dzisiaj proc. 1, 177-185. (doi:10.1016/j.matpr.2014.09.021) Odniesienie, Google Scholar

Wilts BD, Dumanli AG, Middleton R, Vukusic P, Vignolini S

. 2017 Invited article: Chiralna optyka helikoidalnych błon nanokrystalicznych celulozy . APL Foton. 2, 0408011-0408017. (doi:10.1063/1.4978387) Odsyłacz, ISI, Google Scholar

. 1985 Koncepcja helikoidalna w ultrastrukturze i morfogenezie ściany komórkowej roślin. w Biochemia ścian komórkowych roślin (red. CT Brett, JR Hillmann). Towarzystwo Biologii Eksperymentalnej, nr. 28. Cambridge, Wielka Brytania: Cambridge University Press. Google Scholar

Roland JC, Reis D, Vian B, Satiat-Jeunemaitre B, Mosiniak M

. 1987 Morfogeneza ścian komórkowych roślin na poziomie supramolekularnym: wewnętrzna geometria i wszechstronność helikoidalnej ekspresji. Protoplazma 140, 75-91. (doi:10.1007/BF01273716) Odniesienie, ISI, Google Scholar

Jewell SA, Vukusic P, Roberts NW

. 2007 Kołowo spolaryzowane odbicie barw od struktur helikoidalnych chrząszcza Plusiotis boucardi . Nowa fizyka J. 9, 99. (doi:10.1088/1367-2630/9/4/099) Odsyłacz, ISI, Google Scholar

Sharma V, Crne M, Park JO, Srinivasarao M

. 2009 Strukturalne pochodzenie opalizacji spolaryzowanej kołowo u chrząszczy klejnotowych . Nauki ścisłe 325, 449-451. (doi:10.1126/science.1172051) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Middleton R, Steiner U, Vignolini S

. 2017 Biomimetyczny kolor strukturalny z wykorzystaniem biopolimerów . w Polimery inspirowane biologią , s. 555-585. Cambridge, Wielka Brytania: Królewskie Towarzystwo Chemiczne. (doi:10.1039/9781782626664-00555) Google Scholar

. 1996 Fizyczne i ultrastrukturalne podstawy opalizacji niebieskich liści w czterech malezyjskich roślinach podszytowych. Jestem. J. Bot. 83, 45-50. (doi:10.1002/j.1537-2197.1996.tb13872.x) Odniesienie, ISI, Google Scholar

. 2001 Nowy gatunek Microsorum (Polypodiaceae) z Tajlandii. Blumea 46, 581-583. ISI, Google Scholar

Petchsri S, Boonkerd T, Baum BR

. 2012 Badanie fenetyczne kompleksu Microsorum punctatum (Polypodiaceae) . NaukaAzja 38, 1-12. (doi:10.2306/scienceasia1513-1874.2012.38.001) Odniesienie, ISI, Google Scholar

Kreier H-P, Zhang X-C, Muth H, Schneider H

. 2008 Paprocie mikrosoroidalne: wnioskowanie o pokrewieństwie wysoce zróżnicowanej linii paleotropowych paproci epifitycznych (Polypodiaceae, Polypodiopsida) . Mol. Filogenet. Ewol. 48, 1155-1167. (doi:10.1016/j.ympev.2008.05.001) Odsyłacz, PubMed, ISI, Google Scholar

Schneider CA, Rasband WS, Eliceiri KW

. 2012 NIH Image to ImageJ: 25 lat analizy obrazu . Nat. Metody 9, 671-675. (doi:10.1038/nmeth.2089) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Dumanli AG, van der Kooij HM, Kamita G, Reisner E, Baumberg JJ, Steiner U, Vignolini S

. 2014 Cyfrowy kolor w błonach nanokrystalicznych celulozy . ACS Zał. Matko. Interfejsy 6, 12 302-12 306. (doi:10.1021/am501995e) Crossref, ISI, Google Scholar

Sułtanowa N, Kasarowa S, Nikołow I

. 2009 Dispersion properties of optical polymers . Acta Phys. Polon. A Gen. Phys. 116, 585-587. (doi:10.12693/APhysPolA.116.585) Crossref, ISI, Google Scholar

. 2012 Comparative structure and biomechanics of plant primary and secondary cell walls . Z przodu. Plant Sci. 3, 204. (doi:10.3389/fpls.2012.00204) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

. 1972 Twisted fibrous arrangements in biological materials and cholesteric mesophases . Tissue Cell 4, 189-217. (doi:10.1016/S0040-8166(72)80042-9) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Buchanan BB, Gruissem W, Jones RL

. 2015 Biochemistry and molecular biology of plants , wyd. Rockville MD : American Society of Plant Biologists . Google Scholar

Denef J-F, Cordier AC, Mesquita M, Haumont S

. 1979 The influence of fixation procedure, embedding medium and section thickness on morphometric data in thyroid gland . Histochem. Biol. 63, 163-171. (doi:10.1007/BF00644538) Google Scholar

. 1993 Artifacts caused by dehydration and epoxy embedding in transmission electron microscopy . Microsc. Res. Tech. 26, 496-512. (doi:10.1002/jemt.1070260604) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Frka-Petesic B, Kamita G, Guidetti G, Vignolini S

. In preparation. The angular optical response of cellulose nanocrystal films explained by the structural distortions of the arrested suspension upon drying . Google Scholar

. 1972 Optics in stratified and anisotropic media: 4×4-matrix formulation . J. Opt. Soc. Jestem. 62, 502-510. (doi:10.1364/JOSA.62.000502) Crossref, ISI, Google Scholar

Carter IE, Weir K, McCall MW, Parker AR

. 2016 Variation in the circularly polarized light reflection of Lomaptera (Scarabaeidae) beetles . J.R. Soc. Berło 13, 20160015. (doi:10.1098/rsif.2016.0015) Link, ISI, Google Scholar

. 2007 Optical properties of the adaxial and abaxial faces of leaves. Chlorophyll fluorescence, absorption and scattering coefficients . Photochem. Photobiol. Nauka. 6, 873-882. (doi:10.1039/b617685b) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

. 1958 Chlorophylls A and B in the Pteridophytes . Byk. Torrey Bot. Club 85, 1-4. (doi:10.2307/2482444) Crossref, Google Scholar


JCM conceived the project JCM performed qPCR experiments JCM and SK performed biomass experiments SA and JCM performed carotenoid extraction, UPLC measurements and data analysis MAS and WT performed photosynthetic measurements and analysis JM and SA performed apocarotenoid profiling and data analysis VT and DT performed hormone measurements and analysis JCM wrote the article with input from MAS and RB.

All relevant data can be found within the manuscript and its supporting materials.


Obejrzyj wideo: Sposoby na zwiększenie wilgotności powietrza wokół roślin domowych (Sierpień 2022).