We thank Kent J. Bradford and his students at the UC Davis Seed Biotechnology Center for recording seedling emergence data.

1. Herstellung der Umlaufbäder und Tabelle <ol><li> Erwerben zwei umlaufBäder mit Reservoiren, die mindestens 10 L / min Pumpe an jedem Ende des thermogradient Tabelle zu steuern Temperatur. HINWEIS: Eine der zirkulierenden Bäder müssen im Kühlschrank lagern die Behälter während der andere braucht nur zu erwärmen. </li><li> Untersuchen Bäder zirkulierende um sicherzustellen, dass ihre Filter und Stauseen sauber sind. </li><li> Identifizieren Sie einen Speicherort für die Tabelle und Bäder. Positionieren die Bäder unter dem Tisch, solange das Pumpenfluid durch die Tabelle oben zirkulieren kann. Platzieren Sie den Gradienten Tisch in bequemer Höhe Deckel zu entfernen und alle Positionen auf der Oberfläche erreichen. HINWEIS: Die Position für den Tisch und Bädern muss gut belüftet sein, frei von extremen Temperaturen, relativ staubfrei und haben Zugang zu den elektrischen Schaltungen ausreichend die Bäder und Beleuchtungssystem mit Strom zu versorgen. </li><li> Füllen jedes Bad zur Oberseite des Vorratsbehälters mit einem Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel (1: 1Verhältnis) Wärmeaustausch und verhindern ein Einfrieren zu verbessern. HINWEIS: Die Konzentration des Frostschutzmittels hängt von den Spezifikationen Bades und die Temperatur der Lösung. Hohe Frostschutzmittel-Konzentrationen sind nicht erforderlich, es sei denn, Temperaturen unter dem Gefrierpunkt erzeugt werden. Reines Frostschutzmittel können bestimmte Wasserbad Pumpen beschädigen. </li><li> Verbinden die Einlässe und Auslässe der Bäder mit flexiblen Schlauch an den Auslass- und Einlassrohre auf dem Tisch bzw. eine kontinuierliche Strömungsmuster an den beiden gegenüberliegenden warmen und kalten Enden der Tabelle zu erstellen. </li><li> Verwenden Sie dickwandigen flexible Kunststoffschlauch mit unelastischen Wänden, die nicht unter Druck oder geknickt wird sich ausdehnen, wenn sie gebogen. Verwenden Bundschraube, Schlauchschellen an den Rohrverbindungen eine tropffreie Verbindung aufrecht zu erhalten, wenn das System unter Druck gesetzt wird. Wickeln Sie das Zirkulationsrohr mit Schaum Rohrisolierung zu Wärmeaustausch reduzieren mit der Umgebung. </li><li> Mit der Rohrventile öffnen, schalten Sie vorübergehend auf den Umwälzpumpen auf Undichtigkeiten und kollabierte Schlauch zu prüfendas kann Fluss reduzieren. Stellen Sie Schraubzwingen, wenn Leckagen auftreten. Überprüfen Sie Leuchten sicherzustellen, dass sie einwandfrei funktioniert. </li></ol> 2. Herstellung der Tabelle für Experimentation <ol><li> Den Boden des thermogradient Tabelle zwischen Zwickel mit hydrophilem Material wie Treibhaus Kapillarmatten, Papiertücher, oder nicht-glänzende Zeitung Wasser gleichmäßiger zu verteilen. </li><li> Füllen Sie die Tabelle gleichmäßig mit einer wachsenden Medien unter oder sogar mit den Spitzen der Zwickel. Packen Sie die wachsenden Medien fest genug Lufttaschen zu entfernen, die mit Temperaturausgleich stören. HINWEIS: Mutterboden kann auch verwendet werden. </li><li> Mit dem Tisch Einlauf- und Auslaufventile öffnen, aktivieren das Umlaufbad durch Setzen eines Bad auf eine Temperatur von 5 ° C unterhalb und die gegenüberliegende Bad auf eine Temperatur von 5 ° C über der minimalen und maximalen erwünschten Temperaturen (5-40 ° C), jeweils für Wärmeverlust und Gewinn während der Zirkulation zu berücksichtigen. Monitor das Reservoir Bäder und ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel (Ethylenglycol) nach Bedarf hinzufügen, wenn die Pegel fallen, wie die zirkulierende Lösung, die Rohre in der Tabelle füllt. </li><li> Stellen Sie Badtemperaturen, bis die gewünschten wachsenden Medientemperaturen (5 bis 40 ° C oder eine andere gewünschte Versuchstemperaturen) auf dem Gradienten Tabelle erreicht. HINWEIS: Die genaue Temperatur durch einen iterativen Prozess der Messung immer größer werdender Medientemperatur und Einstellung der Bäder, bis die gewünschten wachsenden Medientemperaturen erreicht werden über den Tisch. </li><li> Ort Temperatur Datenlogger an unterschiedlichen Positionen auf dem Tisch die Temperaturen der Wachstumsmedien oder Boden während eines Experiments aufzuzeichnen. Die Datenlogger zu empfehlen sind ähnlich groß wie ein Miniatur-Rund Wafer-Batterie. Wickeln Sie die Datenlogger in Parafilm zu Wasserschäden und Ort an experimentellen Positionen in der wachsenden Medien zu verhindern. </li><li> Befeuchten Sie die Medien gleichmäßig auf 70-80% der maximalen Wasserhaltekapazität wächstder Medien. Wetter Böden leiten die Wärme effizienter zwischen Zwickel. HINWEIS: Wasser neigt schneller aus dem warmen Ende des Tisches zu verdampfen, so häufiger Anwendungen erforderlich sein können, Verdampfungsverluste zu ersetzen. Maximale Wasserhaltekapazität ist die Menge an Wasser in den wachsenden Medien nach der Sättigung und Drainage von Gravitationswasser für 2 Tage durch einen Behälter mit einem perforierten Boden beibehalten. Der Feuchtigkeitsgehalt wurde gravimetrisch bestimmt vor und nach dem Trocknen im Ofen bei 105 ° C für 72 Stunden. </li><li> Ermöglichen die Tabelle für 24 Stunden äquilibrieren die gewünschten Temperaturen (5-40 ° C), um sicherzustellen, erreicht werden, bevor ein Experiment durchgehend beginnen. </li><li> Kippen Sie die Tabelle durch Einstellen der Füße an jeder Ecke, bis die Tabelle Pisten sehr leicht in Richtung der Ecke mit dem Abfluss. Dies entfernt überschüssige Feuchtigkeit verhindert nasse Flecken auf dem Tisch, und fördert die einheitliche Medien Feuchtigkeitsgehalt. Einen Behälter unter den Abfluss Abfluss zu fangen. </li><li&gt; Pflanzensamen Medien und Wasser täglich oder nach Bedarf zu halten Medien feucht in wächst. HINWEIS: Als ein Beispiel dafür , wie die Keimung Tests durchgeführt werden können, pflanzten wir 25 Samen von Tomate (. Solanum lycopersicum L. cv Legend), Melone (Cucumis melo cv Hales Beste Jumbo.), Kopfsalat (Lactuca sativa L. cv Schwarz Vorab - Platzierung. Simpson) und Hafer (Avena sativa L. cv Swan) 2 cm tief. </li><li> Zähle die Anzahl der Keimlinge entstanden tägliche mittlere Zeit bis zur Entstehung zu berechnen nach der Gleichung: &#160; Σ (n i xt i) MTE = ------------- Σ (n i) HINWEIS: Wenn n <sub&gt; i ist die Anzahl der Samen entstanden zum Zeitpunkt t i; t ist die Anzahl der Tage vom Beginn der Entstehung; und Σ n i ist die Gesamtzahl der Samen entstanden. </li></ol> 3. Bedienung der Thermogradient Tabelle <ol><li> Nachdem die Bäder auf die gewünschten Temperaturen angepasst haben, legen die beiden thermogradient Tischdecken, die transparente Innen-Acrylfolie Deckel und eine substanziellere Polyvinylchlorid (PVC) Deckel mit Polystyrol isoliert, um die Tabelle zu umschließen. Beide Abdeckungen an Ort und Stelle bieten die besten Isoliereigenschaften Wärme und Wasserverlust während des Tests zu reduzieren. HINWEIS: Wenn Umgebungslicht oder Hilfsbeleuchtung über dem Tisch montiert ist, nur der innere Deckel verwendet werden kann, Licht zu übertragen. </li><li> Entfernen Sie den äußeren Deckel in der Tabelle durch die Innen-Acryl-Deckel zu überprüfen. Entfernen Sie den inneren Deckel vorübergehend Wasser oder andere Eingaben, Überprüfung der Temperatur oder Aufzeichnungsdaten hinzuzufügen. HINWEIS: Bei höheren Temperaturen Wasser verdunstet schnell von feuchter Erde und condenses auf der Unterseite des Innendeckels, da die Oberfläche kühler ist. </li><li> Überwachen Sie das System genau während der Experimente für Stromausfälle, Bad Störungen, Leckagen oder übermäßige Schwankungen in der Tabelle Temperaturen. Überwachen Sie die Bad Reservoir Ebene und in regelmäßigen Abständen hinzufügen Flüssigkeitsverdampfungsverluste zu ersetzen. </li></ol>

<ol>
	<li>Chatterton, N. J., Kadish, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+temperature+gradient+germinator.">A temperature gradient germinator.</a> Agron. J. 61 (4), 643-644 (1969).</li><li>Clegg, M. D., Eastin, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Thermogradient+generating+sand+table.">A Thermogradient generating sand table.</a> Agron. J. 70 (5), 881-883 (1978).</li><li>Evans, R. A., Young, J. A., Henkel, R., Klomp, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+low+temperature-gradient+bar+for+seed+germination+studies.">A low temperature-gradient bar for seed germination studies.</a> Weed Science. 18, 575-576 (1970).</li><li>Grime, J. P., Thompson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+apparatus+for+measurement+of+the+effect+of+amplitude+of+temperature+fluctuation+upon+the+germination+of+seeds.">An apparatus for measurement of the effect of amplitude of temperature fluctuation upon the germination of seeds.</a> Annals of Botany. 40 (4), 795-799 (1976).</li><li>Halldal, P., French, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algal+growth+in+crossed+gradients+of+light+intensity+and+temperature.">Algal growth in crossed gradients of light intensity and temperature.</a> Plant Physiol. 33 (4), 249-252 (1958).</li><li>Thompson, K., Whatley, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+thermogradient+apparatus+for+the+study+of+the+germination+requirements+of+buried+seeds+in+situ.">A thermogradient apparatus for the study of the germination requirements of buried seeds in situ.</a> New Phytologist. 96, 459-471 (1984).</li><li>Bergman, T. L., Incropera, F. P., Lavine, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Heat and Mass Transfer. , (2011).</li><li>McLaughlin, N. B., Bowes, G. R., Thomas, A. G., Dyck, F. B., Lindsay, T. M., Wise, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+design+for+a+seed+germinator+with+100+independently+temperature+controlled+cells.">A new design for a seed germinator with 100 independently temperature controlled cells.</a> Weed Research. 25, 161-173 (1985).</li><li>Webb, D. M., Smith, C. W., Schulz-Schaeffer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amaranth+seedling+emergence+as+affected+by+seeding+depth+and+temperature+on+a+thermogradient+plate1.">Amaranth seedling emergence as affected by seeding depth and temperature on a thermogradient plate1.</a> Agron. J. 79 (1), 23-26 (1987).</li><li>Welbaum, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Vegetable Production and Practices. , (2015).</li><li>Swoboda, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Environmental influences on subterranean termite foraging behavior and bait acceptance. , (2004).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Thermogradient Tabellen sind seit vielen Jahren für die Durchführung in erster Linie die Keimung der Samen Experimente in flache Behälter über einen Bereich von Temperaturen gleichzeitig verwendet. Jedoch sind die experimentellen Temperaturen auf die Tischoberfläche begrenzt, um die Tiefe der Temperaturregelung ist begrenzt. Seed Testprotokolle auf traditionellen Gradienten Tabellen durchgeführt enden mit Würzelchen Entstehung auf Papiersubstrat in Petrischalen oder anderen flachen Behälter und prüfen nicht realistisch Sämling Entstehung und das Wachstum als würde natürlich im Boden vorkommen. Heute Saatgut-Unternehmen wollen oft Keimkraft zu bewerten (die Fähigkeit, unter weniger keimen als optimalen Bedingungen) simulierten Feldbedingungen verwenden, die Erzeuger werden nach dem Pflanzen wahrscheinlich begegnen. Bodenuntersuchungen macht auch Samen zu Pilz- und Bakterienkrankheiten Druck nicht üblich in standardisierten Labor Keimungstests auf soilless Medien. Wird der Boden auf einem flachen, nicht gusseted Tisch, große Schwankungen von 5 ° C oder mehr wir platziertsind nicht selten zwischen den Positionen im Bodenprofil und Tischflächen (nicht veröffentlichte Ergebnisse). Eine eindimensionale Gradienten Tabelle mit Zwickeln entwickelt vertikale Temperaturregelung zu verbessern, so dass der Boden in Keimtests und andere Experimente verwendet werden könnten, wo eine genaue Kontrolle der Bodentemperatur ist kritisch. Die Zwickel beschränken Boden oder synthetische Wachstumsmedien und Regelung der Temperatur in der Tiefe. Die Versteifungen sind Aluminium, das gleiche Material wie die Tischplatte, und als senkrecht zur Oberfläche geschweißt sie bieten die Temperatursteuerung des Raumes zwischen durch konduktive Wärmeübertragung. Die Versteifungen können auf der Tabelle orientiert längs oder der Breite nach über den Tisch. Beide Entwürfe ausführen ähnlich, aber die Breiten Zwickel Orientierung ist bequem, weil der Raum zwischen Zwickel als einzelne experimentelle Temperatur dienen kann, wenn der Gradient richtig eingestellt ist. Horizontale Ausrichtung ermöglicht experimentelle Einheiten (Samen in diesem Beispiel) beabstandet zu sein einüberqueren Sie die Tabelle in einer Linie nebeneinander. Gusset Abstand kann nur während der Herstellung variiert werden, weil Zwickel an Ort und Stelle so alternative Positionierung geschweißt sind, können nicht getestet werden, sobald Tischkonstruktion abgeschlossen ist. Ein Zwickel Abstand von 10,9 cm wurde ausgewählt, flache Behälter für Saatgutprüfung oft zusätzlich zu Boden eingesetzt zu werden. Näher Zwickel Abstand bessere Temperatursteuerung bereitstellen würde aber die Arten von Behältern begrenzen, die auf dem Tisch verwendet werden kann. Die Temperatur und die Feuchtigkeit der wachsenden Medien in der thermogradient Tabelle kontinuierlich überwacht werden müssen, um die gewünschten experimentellen Bedingungen zu erreichen. Vor dem Pflanzen sollten die zirkulierende Bäder leicht unter dem gewünschten Minimum eingestellt werden und leicht über Höchsttemperaturen als eingestellt, bis die Proben, die gewünschten Versuchstemperaturen erreicht haben. Etwa 24 Stunden sollten für die Proben erlaubt werden, um Wärme mit dem Gradienten Tabelle äquilibrieren. Der Feuchtigkeitsgehalt des the wachsenden Medien sollten (70-80% der Feldkapazität) ausreichend sein, um die Keimung der Samen oder andere biologische Prozesse ablaufen. Die Tabelle Isolierung und Dual-Deckel Temperaturschwankungen und Wasserverdunstung, wenn an Ort und Stelle zu reduzieren. Die Ergebnisse in Tabelle 1 vergleichen seedling Wachstum von 4 Arten bei verschiedenen Temperaturen. Das Wachstum von Melone und Tomatensamen begann bei 15 ° C und keimten gut bei 40 ° C zu erklären , warum sie so warm-Saison 10 Kulturen geprägt sind. Im Gegensatz dazu Salat gekeimt besten bei niedrigen Temperaturen. Hafer Samen keimten über einen breiteren Temperaturbereich als die anderen Arten (Tabelle 1). Während ähnliche Ergebnisse unter Verwendung einer Reihe von Wachstumskammern in einer Reihe von koordinierten Experimenten erhalten werden konnte, erlaubt die Zwickel Design sowohl Keimung und Sämlingwachstum gleichzeitig über einen Bereich von Bodentemperaturen verglichen werden. Verschiedene Feld Böden oder den AnbauMedien können eine Reihe von Feldbedingungen zu simulieren, ersetzt werden. Mikrobielle oder chemischen Behandlungen, Dünger Regime, Trockenstress und Variationen in Licht-Umgebung kann über Temperaturen auf dem Gradienten Tabelle verhängt werden. Die kleinen Datenlogger Temperatur an verschiedenen Positionen auf der Tabelle aufgezeichnet. Temperaturdaten zeigten, relativ gleichmäßige Temperaturen in der Mitte des Tisches mit einer größeren Variation, insbesondere am warmen Ende. Positionieren Logger in Kontakt mit der Tischoberfläche und der Luft ausgesetzt, um auf der Bodenoberfläche, die Extreme wahrscheinlich akzentuiert. Temperaturen in der Mittelposition aufgezeichnet waren wahrscheinlich mehr indikativ für bulk Bodenbedingungen. Zum Beispiel kann ein Samen in den Boden, auf dem Gradienten Tabelle zwischen Zwickel gepflanzt Feldpflanz simulieren würde nur bulk Bodentemperatur und nicht die Luft oder das Tischoberflächentemperatur ausgesetzt werden. Der Feuchtigkeitsgehalt und die Textur des Bodens spielt eine Rolle bei der Bestimmung Tabelle Temperaturen. Wenn the Boden trocken ist, Lufträume Temperaturänderung widerstehen und leiten Wärme nicht effektiv von den Zwickel. Feuchter Boden hat einige Lufträume und mehr flüssiges Wasser, um effektiv Wärme durch das Bodenprofil führen. In diesem Experiment Boden wurde bei 70 bis 80% seiner maximalen Wasserhaltefähigkeit, aber höhere Wassergehalt reduziert haben Bodentemperaturvariation aufrechterhalten. Sand hat da weniger große Porenräume als Böden mit hohem organischen Stoffen und somit zu erwarten wäre gleichmäßigere Temperaturen zu sorgen. Es gab größere Variation in Bodentemperatur am warmen Ende des Tisches gegenüber dem kalten Ende. Eine mögliche Erklärung liegt in der Feuchtigkeitsverteilung über den Tisch. Feuchtigkeit neigt dazu, in das kalte Ende gehalten zu werden, während das warme Ende wegen der größeren Verdampfungsverluste zu trocknen neigt. Da Wasser Verhalten Wärme hilft, ist es wichtig, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Tabelle möglichst einheitlich sein. Webb et al. 9 verwendet Blotter Papier Wasser über eine thermogradient Tabelle durch Kapillarwirkung zu führen, während Zeitung arbeitete auch eine weniger teure Alternative in der gusseted thermogradient Tabelle. Obwohl Zwickel mit hydrophilem Papier ausgekleidet wurden Feuchtigkeitsverteilung an, sowohl die kühlen und warmen Enden halten gleichmäßig feucht ist eine Herausforderung. Schnelles Verdampfen bei hohen Temperaturen tritt auf allen Gradienten Tisch-Designs. Kondensation ist oft ein Problem, wenn der Behälter Experimente auf einem Gradienten-Tabelle durchgeführt werden bei Temperaturen deutlich über Umgebungs weil der Boden des Behälters ist wärmer als die obere Wasser verursacht an der Innenseite des Kühlers Deckel zu sammeln. In Boden Experimente auf der gusseted Tisch, verdampft Wasser aus den oberen Bodenschichten in die Luft oben in der Tabelle gusseted. Wenn der Boden sehr feucht ist, Verdampfungsverluste am warmen Ende des Tisches kann auf der kühleren Innenacryl Deckel kondensieren. Resting enganliegende Stücke aus Acryl oder Polystyrol-Dämmung direktly oben auf den Zwickeln der Boden gleichmässig feucht und Temperatur konstant gehalten Dampfaustausch mit dem Luftraum über dem Tisch minimiert (Daten nicht gezeigt). Wenn der Tisch mit Polystyrol Isolierung bedeckt war, Temperaturänderung nur an den extremen Temperaturen von 1 bis 2 ° C über dem Bodenprofil war (Daten nicht gezeigt). Allerdings Polystyrol-Dämmung verhindert Sämlinge aus Schwellen- und müssen entfernt werden, nachdem die anfängliche h Inkubation für Wachstum analysiert. Eine andere Lösung für eine rasche Trocknung von warmen Böden verhindern ist, um vorzugsweise mehr Wasser zu dem warmen Ende hinzufügen für Verdampfungsverluste zu kompensieren. Hand Bewässerung ist problematisch, da die Deckel entfernt werden müssen und Anwendungsmengen sind weniger präzise. Micro-Bewässerung-Strahler können auf einem Gradienten Tisch ausgelegt und kann so eingestellt werden, um vorzugsweise mehr Wasser zu dem warmen Ende anwenden. Thermogradient Tabellen haben die Funktionalität und Potenzial als alternative Wachstumskammern dienen. When beide Bäder sind gleich eingestellt, wobei die Tabelle ins Gleichgewicht zu einzelnen Versuchstemperatur für Anwendungen, bei denen ein Gradient ist nicht erforderlich. Tag und Nacht Licht und Temperaturschwankungen können auch programmierbare zirkulierende Bädern simuliert werden und LED-Leuchten wachsen. Füllen Sie die Innenseiten der Deckel mit LED wachsen Lichter Lichtintensität zu erhöhen. Die LED-Leuchten Eingang minimal Wärme in das System wachsen und nicht mit dem Farbverlauf stören, weil ähnliche Bodentemperaturen mit Licht aufgenommen wurden, ein und aus (Daten nicht gezeigt). Die Zugabe von Leuchten ermöglicht das Pflanzenwachstum und mehr Umweltkontrolle. Thermogradient Tabellen wurden in erster Linie von der Saatgutindustrie für die Keimung Studien in der Vergangenheit, aber viele andere Anwendungen sind möglich verwendet. Insektenverhalten wurde auf einem Gradienten Tabelle studiert Temperatur optima bestimmter Verhaltensweisen 11 bestimmen. Eis kann bei subfreezing t zum Testen Phänomene auf einem Gradienten Tischoberfläche eingefroren werdenemperatures (Daten nicht gezeigt). Der Gasaustausch zwischen Boden und Atmosphäre, einschließlich Kohlendioxidentwicklung ist möglich, auf einem gusseted Gradienten Tabelle mit unterschiedlichen Wassergehalte, Boden-Eingänge und Temperaturen. Studium Wirkungen von Bakterien- und Pilzwachstum in verschiedenen Arten von Medien über einen Bereich von Temperaturen ist auch möglich, mit diesem Versuchssystem.

Thermogradient Tabellen sind nicht neu , und ihre Verwendung ist in der Literatur über mehrere Jahrzehnte 1-6 berichtet. Frühe Tische waren angeblich für Labor die Keimung der Samen Tests häufig auf Papiersubstrat über einen breiten Bereich von Temperaturen in einem einzigen Experiment (Abbildung 1) entwickelt. Es gibt verschiedene Ausführungen von thermogradient Tabellen aber eine der häufigsten besteht aus einem relativ dicken rechteckigen Platte aus Metall, oft Aluminium für seine Korrosionsbeständigkeit, mit einer Schleife aus Vierkantrohr auf den Boden an entgegengesetzten Enden verschweißt. Kunststoffrohre verbinden die Tabelle Ein- und Auslaufstrecken zu temperaturgeregelt, zirkulierenden Bäder, die die gekühlte und erhitzte Flüssigkeit durch die Rohre an den gegenüberliegenden Enden unter dem Tisch zu pumpen. Das Rohr leitet Fluid, üblicherweise ein Wasser-Frostschutzmittel (Ethylenglykol) -Mischung, das Einfrieren zu verhindern, wenn das System in der Nähe oder unterhalb von Temperaturen unter dem Gefrierpunkt betrieben werden soll. Ein anderer Entwurf ist Metallstreifen miteinander zu verschweißen, um creaß ein Fluidreservoir an jedem Ende des Tisches mit Einlässen und Auslässen für die Zirkulation von warmer und kalter Lösungen an jedem Ende. Die Zirkulationsbäder können unter dem Tisch oder auf einem separaten Tisch nebeneinander auf dem Boden positioniert werden. Elektrische thermogradient Tabellen mit Heizschlangen und / oder Peltier - Kühlmodule wurden gebaut , aber hohe Kosten, Herausforderungen konsequent niedrigen Temperaturen zu erzeugen, und Probleme mit der Zuverlässigkeit haben eine weit verbreitete kommerzielle Nutzung 8 verhindert. Die zirkulierende Flüssigkeit Designs passiv einen eindimensionalen Gradienten über Wärmeleitung erstellen. Wenn die Aluminiumplatte von einheitlicher Form und Stärke ist und gut isoliert, fließt Wärme gleichmäßig von der warmen zur kalten Ende einer Tabelle einen kontinuierlichen eindimensionalen Temperaturgradienten Festlegung, nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik 7. Der Gradient auf der Oberfläche ist eine Funktion der Tischlänge und die Unterschiede zwischen den Endtemperaturen. Der Tisch und plumbing werden in der Regel in einem isolierten Gehäuse mit Deckel für den Zugang untergebracht. Das Gehäuse isoliert den Tisch von seiner Umgebung, eine gleichmäßige Steigung über die Oberfläche mit geringen Temperaturschwankungen zu schaffen. Der isolierte Gehäuse kann durch die Beine oder platziert auf einer flachen Oberfläche wie einen Tisch oder eine Bank unterstützt werden. Für Anwendungen, bei denen Steuergleichmäßige Temperatur ohne Gefälle benötigt wird, kann eine Tabelle eingerichtet werden, um isothermen Bedingungen erzeugen, wenn beide Enden Flüssigkeit bei der gleichen Temperatur zirkulieren. Wenn der Gradient Tabelle korrekt funktioniert, Petrischalen, versiegelte Plastikbeutel, Flachbodenbehälter usw., sind auf der Oberfläche platziert und thermo äquilibrieren zu den verschiedenen Temperaturen (Abbildung 1). Die Versuchstemperatur in jedem Behälter hängt von Lufträumen, die zwischen dem Behälter und der Tischoberfläche und der Dicke und der Isolationseigenschaften eines jeden Behälters vorliegen kann. Die Steigung Tabelle hält effektiv Probe temperatures nahe an der Oberfläche, aber die Kontrolle wird über der Oberfläche verloren. Die fehlende vertikale Temperaturregelung begrenzt die Arten von Experimenten möglich auf einem traditionellen Gradienten Tisch. Aluminiumstreifen oder Zwickel wurden zum traditionellen Gradienten Tabelle Design hinzugefügt, um Temperaturregelung über der Tischoberfläche zu verbessern. Zwickel wurden senkrecht zu der Tischoberfläche in Abständen verschweißt. Die Zwickel erleichtern konvektive Wärmestrom senkrecht über der flachen Tischoberfläche. Proben zwischen Zwickel gelegt haben temperaturgeregelten Oberflächen auf drei Seiten effektivere Temperaturkontrolle. Clegg und Eastin 2 platziert Quarzsand auf einem Gradienten Tischoberfläche Temperaturkontrolle in der Tiefe zu schaffen. Clegg und Eastin 2 experimentierte auch Isolation auf dem Tisch bei der Platzierung. Webb et al. 9 platziert mit Erde gefüllten Rohren auf einem Tisch in einer Bemühung Steuer Temperatur gleichmäßig zu. Die neue table Design hier berichtet hat neun 7,6 cm (3 Zoll) hohen Seitenfalten (Aluminiumstreifen), die auf der Oberfläche über die Länge des Tisches (2) verschweißt sind. LED-Leuchten photosynthetisch aktiven Frequenzen emittiert werden auf den Seiten des Tisches installiert Sämlingwachstum zu unterstützen, wenn die Tabelle geschlossen wird. Die isolierten Gehäuse für die gusseted thermogradient Tisch besteht aus einem weißen PVC-Platten aufgebaut, die Wasser sind, Kett- und rissfest. Der Zweck dieses Papiers ist es, die neue gusseted Gradienten Tabelle Design und mögliche Anwendungen zu beschreiben.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1179px;" width="1178">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:463px;">Thermogradient table</td>
			<td style="width:257px;">Appalachian Machinge Inc</td>
			<td style="width:176px;"></td>
			<td style="width:283px;">Custom made, gussetted thermogradient table (schematics are included in the manuscript). The aluminum fabrication and welding were peformed by Appalachian Machinge Inc. 5304 State Rd 790, Dublin, VA 24084.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Insulated polymer board cabinet</td>
			<td>TASCO LLC</td>
			<td></td>
			<td>The insulated polymer board cabinet containing the aluminum plate was constructed by TASCO LLC,&#160; 1440 Roanoke Street, Christiansburg, VA 24073&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Blue Hawk Folding Steel Adjustable Sawhorse</td>
			<td>Lowes Home Improvement</td>
			<td>162111</td>
			<td>Model #: 60142 Folding Steel Adjustable Sawhorses</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Circulating Refrigerated water baths or comparable units</td>
			<td>Brookfield Engineering</td>
			<td>TC-550SD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Seeds (200 seeds)</td>
			<td>Johnny&#39;s Selected Seeds</td>
			<td></td>
			<td>Oat, lettuce, tomato, melon seeds from Johnny&#39;s Selected Seeds 955 Benton Ave, Winslow, ME 04901 or any other seed for germination testing,&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Professional 550 Grow Light&#160;</td>
			<td>SolarOasis&#160;</td>
			<td>Pro550</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ID braided PVC tubing</td>
			<td>United States Plastics Inc.</td>
			<td>60703</td>
			<td>&#160;0.6 m pieces of 200 cm OD, 130 mm (1/2&#34;)&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Super Tech 50/50 Antifreeze/Coolant Pre-Mix</td>
			<td>Walmart</td>
			<td>1012574</td>
			<td>4 liters distilled water-antifreeze (ethylene glycol) mixture</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">WatchDog Data Loggers</td>
			<td>Spectrum Technologies Inc</td>
			<td>Model 100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Parafilm M 4 cm wide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S37440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Container Acrylic 5 1/4&#34;x5&#34;x1 3/8&#34; plastic boxes</td>
			<td>Hoffman Manufacturing Inc</td>
			<td></td>
			<td>&#160;Hoffman Manufacturing Inc. 16541 Green Bridge Road, Jefferson, OR&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1&#34; Collared-screw&#160;</td>
			<td>Global Industrial</td>
			<td>CS16H</td>
			<td>Global Industrial,&#160; 11 Harbor Park Drive, Port Washington, NY&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Collared Screw Worm Gear Hose Clamp</td>
			<td>Global Industrial</td>
			<td>WGB513588</td>
			<td>3/4&#34; - 1-1/2&#34; Clamping Dia. 10-Pack .&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Everbilt Model Foam Pipe Insulation</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>ORP11812</td>
			<td>Internet # 204760805 Store SKU # 1000031792 1 in. x 6 ft.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Capillary Mat</td>
			<td>Farmtek</td>
			<td>106223</td>
			<td>greenhouse capillary matting - 4&#39; x 100&#39; or alternatively sheets of newspaper</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sunshine Mix #3</td>
			<td>TerraLink</td>
			<td>3236320</td>
			<td>&#160;3.8 cubic feet compressed bale,SKU: 3236320, Germinating media</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a gusseted thermogradient table to control soil temperatures for evaluating plant growth and monitoring soil processes

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a series of incubators. A temperature gradient is passively established across the surface of the table between the heated and cooled ends and is lost quickly at distances above the surface. Since temperature is only controlled on the table surface, experiments are restricted to shallow containers, such as Petri dishes, placed on the table. Welding continuous aluminum vertical strips or gussets perpendicular to the surface of a table enables temperature control in depth via convective heat flow. Soil in the channels between gussets was maintained across a gradient of temperatures allowing a greater diversity of experimentation. The gusseted design was evaluated by germinating oat, lettuce, tomato, and melon seeds. Soil temperatures were monitored using individual, battery-powered dataloggers positioned across the table. LED lights installed in the lids or along the sides of the gradient table create a controlled temperature chamber where seedlings can be grown over a range of temperatures. The gusseted design enabled accurate determination of optimum temperatures for fastest germination rate and the highest percentage germination for each species. Germination information from gradient table experiments can help predict seed germination and seedling growth under the adverse soil conditions often encountered during field crop production. Temperature effects on seed germination, seedling growth, and soil ecology can be tested under controlled conditions in a laboratory using a gusseted thermogradient table.

Flache Behälter, wie Petrischalen kann auf einem herkömmlichen eindimensionalen Gradienten Tisch positioniert werden , so dass die Effekte von mehreren Versuchstemperaturen gleichzeitig beurteilt werden kann (Abbildung 1). Um die Vielfalt von Forschungsanwendungen möglich, auf einem thermogradient Tabelle erhöhen, 7,6 cm (3 Zoll) hoch Aluminium Zwickel wurden stitch verschweißt abwechselnd auf beiden Seiten, so dass jeder Zwickel an der Oberfläche steht senkrecht 10,9 cm (4,2 Zoll) voneinander entfernt in innigem Kontakt mit der Oberfläche (Abbildung 2). Während eine breite Palette von Zwickel Abstände möglich sind, wurde 10,9 cm gewählt quadratische Kunststoff &quot;Sandwich&quot; Kisten oder ähnliche große Behälter häufig zu testen , die Keimung von kleinen Samenarten oder andere biologische Proben (Bild 3) aufzunehmen. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen flachen Gradienten Tisch, nimmt die Zwickel Design Böden und anderen amorphen brüchigen Materialien für kontrollierte Temperature Experimente. Zur Entfernung von überschüssigem Wasser, ein abgeschirmtes und gefilterten Abflussloch wurde in eine Ecke gebaut. Shims oder &quot;Füße&quot; an jeder Ecke kann eingestellt werden, um den Tisch zu kippen Schwerkraft Drainage zu erleichtern. Ein kleiner Spalt zwischen den Enden Zwickel und der Außenseite des Tisches ermöglicht, dass Wasser entlang einer Seite zur Eckablauf zu fließen. Bodentemperaturen wurden bei 70-80% Bodenfeuchtigkeitsgehalt gemessen wird, nachdem die Bäder für 24 h mit dem Deckel an Ort und Stelle (Abbildung 4) bei konstanter Temperatur zirkuliert wurde. Die Temperaturänderung nach einer Zeitspanne von 12 Stunden Äquilibrierung gemessen bei vier verschiedenen Positionen über den Tisch betrug 0,4 ° C oder weniger (Abbildung 4). Variation im Bodenprofil Temperaturen gemessen an drei Bodentiefen größer war bei den Extremen. Bei einer Zieltemperatur von 13 ° C, platziert Datenlogger auf der Aluminiumoberfläche zwischen Zwickel aufgezeichnet einen Mittelwert von 11,0 ± 0,0 ° C. Loggers placed gemittelt auf der Bodenoberfläche von 13,5 ± 0,1 ° C. Die gesamte durchschnittliche Bodentemperatur auf allen drei Ebenen für die Zieltemperatur von 13 ° C betrug 12,3 ± 0,1 ° C. Bei einer Zieltemperatur von 18 ° C, betrug die durchschnittliche Temperatur während des Bodenprofils 19,1 ± 0,1 ° C. Variation bei der Zieltemperatur von 23 ° C größer als bei 18 ° C mit einem Durchschnitt von 23,8 ± 0,2 ° C. Am anderen extremen Temperatur, 29 ° C war die Tabelle Aluminiumoberflächentemperatur 30,8 ± 0,2 ° C, während die Bodenoberflächentemperatur 25,7 betrug ± 0,4 ° C. Die gesamte durchschnittliche Bodentemperatur 29 ° C betrug 28,2 ± 0,3 ° C (Abbildung 4). Seed Arten können für ihre optimale und Sämlingswachstum Temperaturen auf einem thermogradient Tabelle mit Zwickel getestet werden. Tomate und Melone, die beide für warm Saison Kulturen, keimten über einen Bereich von 14,1 bis 40.2 ° C (Tabelle 1, Abbildung 3). LED - Arrays montiert in der Tabelle Deckel und / oder an den Seiten emittieren die photo Spektrum Pflanzen ermöglicht im Boden im experimentellen Bodentemperaturen zu wachsen , wenn die Tabelle eingeschlossen ist (Figur 3). Optimum Sämlingwachstum für Tomaten traten bei 29,6 ° C mit einem Auflaufen Prozentsatz von 100% und einer mittleren Zeit bis zum Auftreten von 5,3 Tage (Tabelle 1, Abbildung 5). Entstehung war langsamer bei anderen Temperaturen. Für Melone betrug die optimale Entstehung Prozentsatz 96% und mittlere Zeit bis zum Auftreten wurde 5,1 Tage beide bei 24,7 ° C (Tabelle 1). Sowohl Salat und Hafer sind cool season Kulturen betrachtet. Hafer Samen keimten über einen Bereich von 5,1 bis 40,2 ° C die breiteste aller getesteten Samen (Tabelle 1, Abbildung 5). Für Hafer, war der höchste Auflaufen Prozentsatz 100% bei 24,7 ° C und die schnellste Auflaufen betrug 3,4 Tage bei 29,6 ° C (Tabelle 1, <stRong&gt; Abbildung 5). Für Salat, Entstehung wurde über einen Bereich von 5,1 bis 29,6 ° C beobachtet. Für Salat, war der höchste Auflaufen Prozentsatz 100% bei 24,7 ° C und die schnellste Auflaufen betrug 3,4 Tage bei 29,6 ° C (Tabelle 1). <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig1.jpg" /> Abbildung 1: Eine traditionelle flache thermogradient Tabelle mit den isolierten Deckel entfernt , aber mit einem inneren Acryldeckel ½ den Tisch abdecken Die traditionellen flachen Tisch Design Tests Auswirkungen der Temperatur auf die Proben , die in flachen Behältern.. Temperaturregelung des Gradienten wird in Abständen über der Oberfläche schnell verloren, da kein Hindernis für die Luftmisch ist. Die Experimente , die eine konstante Temperatur in der Tiefe nicht möglich sind mit diesem Design erforderlich. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig1large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig1large.jpg" target="_blank">um ein la anzuzeigen</a>rger Version dieser Figur. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig2.jpg" /> Abbildung 2: Schematische Darstellung eines thermogradient Platte mit Zwickel Gussets Stich senkrecht zur Oberfläche in Längsrichtung über den Tisch verschweißt.. Ein Drain in einer Ecke entfernt überschüssiges Wasser. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig3.jpg" /> Abbildung 3:. Beleuchtete thermogradient Tisch mit Zwickel mit Erde gefüllt, sod, und Behälter für die Keimung der Samen Experimente Der Gradient in dieser Tabelle wird von links (warmen Ende) nach rechts (kaltes Ende) eingerichtet. Während die Zwickel-Design wurde für den Einsatz mit dem Erdreich, Containern entwickeltkann zwischen Zwickel für Experimente mit kleinen Proben platziert werden. Die LED - Anlage wachsen Lichter in den Deckeln oder Peripherie montiert werden kann und photosynthetisch aktiven Frequenzen aussenden und erlauben Pflanzen im Inneren des Gehäuses angebaut werden. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig4.jpg" /> Abbildung 4. Die Temperaturwerte aus verschiedenen Bodenpositionen auf einer gusseted thermogradient Tabelle. Temperaturlogger wurden im Boden über den Tisch an der linken Wand, links von der Mitte (20 cm von der linken Wand), rechts in der Mitte (40 cm von der linken Wand) platziert und an der rechten Wand der Mitte zwischen Zwickel. Unten Positionierung des Temperaturlogger war in der Nähe der Aluminium Tischfläche 8 cm unterhalb der Oberseite des Bodens, während Mittelplatzierung war approximately 4 cm unter dem Boden. Temperaturlogger auf der Erde gelegt wurden freigelegt. Werte über Balken zeigen die Gesamtmitteltemperaturen ± Standardabweichung vom Mittelwert (n = 72). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig4large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig5.jpg" /> Abbildung 5:. Stecklinge von Hafer und Tomaten für 14 Tage auf thermogradient Tabellen über einen Temperaturbereich von 5 bis 40 ° C gezüchtet Das Bild zeigt , wie und Sämlingswachstum von mehreren Arten können im Boden gleichzeitig über einen Bereich von Temperaturen in einem beurteilt werden Einzelexperiment Feldbedingungen zu simulieren. Top (links und rechts) Bilder zeigen die thermogradient Tabelle bei senkrechter Betrachtung. Unten (links und rechts) Bilder zeigen die Tabelle in der horizontalen Ausrichtung. alcohol Thermometer wurden in den Boden gelegt, um schnell Temperaturen während des gesamten Experiments überwachen. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2"> Zieltemperatur </td><td rowspan="2"> Gemessene Temperatur </td><td colspan="2"> Tomate </td><td colspan="2"> Melone </td><td colspan="2"> Grüner Salat </td><td colspan="2"> Hafer </td></tr><tr><td> EM † </td><td> MTE †† </td><td> EM </td><td> MTE </td><td> EM </td><td> MTE </td><td> EM </td><td> MTE </td></tr><tr><td> ° C </td><td> ° C </td><td> % </td><td> Tage </td><td> % </td><td> Tage </td><td> % </td><td> Tage </td><td> % </td><td> Tage </td></tr><tr><td> 5 </td><td> 5.1 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 78 </td><td> 11.4 </td><td> 46 </td><td> 12.7 </td></tr><tr><td> 10 </td&gt; <td> 8.7 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 92 </td><td> 7.5 </td><td> 58 </td><td> 12.5 </td></tr><tr><td> 15 </td><td> 14.1 </td><td> 100 </td><td> 10.8 </td><td> 16 </td><td> 13.8 </td><td> 68 </td><td> 5.9 </td><td> 96 </td><td> 7.2 </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 19.8 </td><td> 100 </td><td> 7.2 </td><td> 84 </td><td> 7.5 </td><td> 66 </td><td> 6.5 </td><td> 100 </td><td> 5.4 </td></tr><tr><td> 25 </td><td> 24.7 </td><td> 100 </td><td> 6.0 </td><td> 96 </td><td> 5.1 </td><td> 22 </td><td> 8.1 </td><td> 100 </td><td> 3.7 </td></tr><tr><td> 30 </td><td> 29.6 </td><td> 100 </td><td> 5.3 </td><td> 92 </td><td>5.5 </td><td> 4 </td><td> 12.5 </td><td> 98 </td><td> 3.4 </td></tr><tr><td> 35 </td><td> 36.1 </td><td> 94 </td><td> 7.0 </td><td> 92 </td><td> 4.4 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 94 </td><td> 4.5 </td></tr><tr><td> 40 </td><td> 40.2 </td><td> 72 </td><td> 7.8 </td><td> 88 </td><td> 5.1 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 10 </td><td> 8.2 </td></tr><tr><td colspan="10"> † Erfolgreiche Entstehung (EM) wurde erzielt, wenn Sämlinge mit mindestens einem offenen cotyledon hatte. </td></tr><tr><td colspan="10"> Mittlere Zeit bis zum Auftreten (MTE) †† wurde durch Summieren des Produkts der Anzahl Samen berechnet, die jeden Tag von der Tag-Nummer und Dividieren durch die Gesamtzahl Samen herausgestellt, dass für jede Behandlung entstanden. </td></tr></tbody></table> Tabelle 1: Germination von Tomate, Melone, Salat und Hafersamen im Boden bei acht Temperaturen auf einem Thermogradient Tabelle. Die fett gedruckten Zahlen zeigen die optimalen Werte für die einzelnen Arten und zeigen die Temperaturabhängigkeit der verschiedenen Pflanzenarten. Das Experiment wurde für 14 Tage in Pottingmischung durchgeführt und die Medien wurden täglich gewässert oder nach Bedarf Erde immer sichtbar feucht. Die Daten basieren auf 25 Samen für jede Spezies.

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A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications.

Ein Gusseted Thermogradient Tabelle zur Bekämpfung von Bodentemperaturen für das Pflanzenwachstum Beurteilung und Überwachung von Bodenprozessen

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Environment

11.7K Aufrufe.  Virginia Polytechnic Institute and State University. Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications. 

Serie: A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes and soil organic matter formation to small-scale stable-isotope biomarker probing. Coupling multiple stable isotopes such as 13C with 15N, 18O or&#160;2H has the potential to reveal even more information about complex stoichiometric relationships during biogeochemical transformations. Isotope labeled plant material has been used in various studies of litter decomposition and soil organic matter formation1-4. From these and other studies, however, it has become apparent that structural components of plant material behave differently than metabolic components (i.e. leachable low molecular weight compounds) in terms of microbial utilization and long-term carbon storage5-7. The ability to study structural and metabolic components separately provides a powerful new tool for advancing the forefront of ecosystem biogeochemical studies. Here we describe a method for producing 13C and 15N labeled plant material that is either uniformly labeled throughout the plant or differentially labeled in structural and metabolic plant components.
Here, we present the construction and operation of a continuous 13C and 15N labeling chamber that can be modified to meet various research needs. Uniformly labeled plant material is produced by continuous labeling from seedling to harvest, while differential labeling is achieved by removing the growing plants from the chamber weeks prior to harvest. Representative results from growing Andropogon gerardii Kaw demonstrate the system&#39;s ability to efficiently label plant material at the targeted levels. Through this method we have produced plant material with a 4.4 atom%13C and 6.7 atom%15N uniform plant label, or material that is differentially labeled by up to 1.29 atom%13C and 0.56 atom%15N in its metabolic and structural components (hot water extractable and hot water residual components, respectively). Challenges lie in maintaining proper temperature, humidity, CO2 concentration,&#160;and light levels in an airtight 13C-CO2 atmosphere for successful plant production. This chamber description represents a useful research tool to effectively produce uniformly or differentially multi-isotope labeled plant material for use in experiments on ecosystem biogeochemical cycling.

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

This method explains how to build and operate a continuous 13C and 15N isotope labeling chamber for uniform or differential plant tissue labeling. Representative results from metabolic and structural labeling of Andropogon gerardii are discussed.

Aufbau und Betrieb einer Dauer<sup&gt; 13</sup&gt; C und<sup&gt; 15</sup&gt; N Labeling Kammer für Uniform oder Differential, Stoffwechsel-und Struktur, Pflanze Isotope Labeling

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

Forschung

Umwelt

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as plant-soil feedbacks (PSF) have large effects on plant performance, and create environmental heterogeneity that depends on the community composition. Understanding the importance of PSF for plant community assembly necessitates understanding of the role of heterogeneity in PSF, in addition to mean PSF effects. Here, we describe a protocol for manipulating plant-induced soil heterogeneity. Two example experiments are presented: (1) a field experiment with a 6-patch grid of soils to measure plant population responses and (2) a greenhouse experiment with 2-patch soils to measure individual plant responses. Soils can be collected from the zone of root influence (soils from the rhizosphere and directly adjacent to the rhizosphere) of plants in the field from conspecific and heterospecific plant species. Replicate collections are used to avoid pseudoreplicating soil samples. These soils are then placed into separate patches for heterogeneous treatments or mixed for a homogenized treatment. Care should be taken to ensure that heterogeneous and homogenized treatments experience the same degree of soil disturbance. Plants can then be placed in these soil treatments to determine the effect of plant-induced soil heterogeneity on plant performance. We demonstrate that plant-induced heterogeneity results in different outcomes than predicted by traditional coexistence models, perhaps because of the dynamic nature of these feedbacks. Theory that incorporates environmental heterogeneity influenced by the assembling community and additional empirical work is needed to determine when heterogeneity intrinsic to the assembling community will result in different assembly outcomes compared with heterogeneity extrinsic to the community composition.

Understanding the role of environmental heterogeneity in species coexistence has typically focused on types of heterogeneity that are extrinsic to the community&#8217;s species composition. We provide novel detailed methods for creating soil heterogeneity treatments using soils subject to plant-soil feedback conditioning, or heterogeneity intrinsic to the community composition.

Versuchsprotokoll für die Manipulation von Plant-induzierte Bodenheterogenität

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the landscape has complex and varied soil morphology, an accompanying disparity in flow paths for leachate through the soil macropore and matrix structure is present. The rate of flow through these paths is further affected by antecedent soil moisture. Lysimeters are used to quantify flow rate, volume of water and concentration of nutrients leaching downward through soils. While many lysimeter designs exist, accurately determining the volume of water and mass balance of nutrients is best accomplished with bounded lysimeters that leave the natural soil structure intact. 
Here we present a detailed method for the extraction and construction of soil core lysimeters equipped with soil moisture sensors at 5 cm and 25 cm depths. Lysimeters from four different Coastal Plain soils (Bojac, Evesboro, Quindocqua and Sassafras) were collected on the Delmarva Peninsula and moved to an indoor climate controlled facility. Soils were irrigated once weekly with the equivalent of 2 cm of rainfall to draw down soil nitrate-N concentrations. At the end of the draw down period, poultry litter was applied (162 kg TN ha-1) and leaching was resumed for an additional five weeks. Total recovery of applied irrigation water varied from 71% to 85%. Nitrate-N concentration varied over the course of the study from an average of 27.1 mg L-1 before litter application to 40.3 mg L-1 following litter application. While greatest flux of nutrients was measured in soils dominated by coarse sand (Sassafras) the greatest immediate flux occurred from the finest textured soil with pronounced macropore development (Quindocqua).

A detailed method for extraction and assembly of intact soil core lysimeters and their use for study of leachate and associated loss of nutrients from surface applied poultry litter is demonstrated.

Ein Protokoll zum Sammeln und Konstruieren von Bodenkern Lysimeter

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the ...

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled Earth-system processes. Such knowledge is imperative in improving predictions of hydro-biogeochemical cycles, especially under climate change scenarios. We present an experimental method, designed to capture sub-surface heterogeneity of an initially homogeneous soil system. This method is based on destructive sampling of a soil lysimeter designed to simulate a small-scale hillslope. A weighing lysimeter of one cubic meter capacity was divided into sections (voxels) and was excavated layer-by-layer, with sub samples being collected from each voxel. The excavation procedure was aimed at detecting the incipient heterogeneity of the system by focusing on the spatial assessment of hydrological, geochemical, and microbiological properties of the soil. Representative results of a few physicochemical variables tested show the development of heterogeneity. Additional work to test interactions between hydrological, geochemical, and microbiological signatures is planned to interpret the observed patterns. Our study also demonstrates the possibility of carrying out similar excavations in order to observe and quantify different aspects of soil-development under varying environmental conditions and scale.

This study presents an excavation method for investigating subsurface hydrological, geochemical, and microbiological heterogeneity of a soil lysimeter. The lysimeter simulates an artificial hillslope which was initially under homogeneous condition and had been subjected to approximately 5,000 mm of water over eight cycles of irrigation in an 18-month period.

Boden Lysimeter Ausgrabung Gekoppelte hydrologische, geochemische und mikrobiologische Untersuchungen

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonate (CaCO3) profiles. The objective is to describe a simple conceptual model and detailed protocol for repeatable field and laboratory measurements of these quantities. Here, accurate elevation is measured using a ground-based differential global positioning system (GPS); other data acquisition methods could be applied to the same basic method. Soil samples are collected from prescribed depth intervals and analyzed in the lab using an efficient and precise modified pressure-calcimeter method for quantitative analysis of inorganic carbon concentration. Standard statistical methods are applied to point data, and representative results show significant correlations between changes in soil surface layer CaCO3 and changes in elevation consistent with the conceptual model; CaCO3 generally decreased in depositional areas and increased in erosional areas. Maps are derived from point measurements of elevation and soil CaCO3 to aid analyses. A map of erosional and depositional patterns at the study site, a rain-fed winter wheat field cropped in alternating wheat-fallow strips, shows the interacting effects of water and wind erosion affected by management and topography. Alternative sampling methods and depth intervals are discussed and recommended for future work relating soil erosion and deposition to soil CaCO3.

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonates. Repeatable methods for field and laboratory measurements of these quantities and data analysis methods are described here.

Messung und Mapping-Muster von Erosion und Ablagerung im Zusammenhang mit Boden-Karbonat-Konzentrationen unter Landbewirtschaftung

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Evaluating Dryocosmus Kuriphilus-induced Damage on Castanea Sativa

Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu has become a major pest for Castaneasativa since its arrival in Europe. Its galling activity results in the formation of different gall types and prevents the development of normal shoots. Repeated and uncontrolled attacks cause, besides the production of galls and the attendant gall-related reduction in leaf area, progressive corruption of the branch architecture, including the death of branch parts, and an increase in dormant bud activation. Thus far, there have been few attempts to quantify branch architecture damage. Further, the different methods for assessing infestation degree (MAID) that have been developed focus only on the galls' presence and abundance.
Using the leaf area to sapwood area relationship as a green biomass indicator, we developed in a previous study a damage composite index (DCI) that takes into account the most important branch architectural features, allowing for realistic damage assessment during the entire epidemic process. 
The aim of this study is to present this novel method and highlight differences in the damage description with respect to other broadly used indices. Results show how the DCI depicts branch damage better, especially during the epidemic peak, compared to MAID, which tend to underestimate it. We conclude by suggesting how to properly evaluate the overall impact of the pest by means of our composite damage index, the infestation degree using classic methods, and crown transparency evaluations.

Evaluating Dryocosmus Kuriphilus-induced Damage on Castanea Sativa

It is common practice to assess the damage caused by Dryocosmus kuriphilus by considering the abundance of galls alone rather than by also taking related branch corruption into consideration. We propose a composite damage index that takes into account the most important branch features, thus enabling more realistic damage assessment.

Bewertung von Dryocosmus Kuriphilus-induzierte Schäden auf Castanea Sativa

Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu has become a major pest for Castaneasativa since its arrival in Europe. Its galling activity results in the formation of ...

Use of Principal Components for Scaling Up Topographic Models to Map Soil Redistribution and Soil Organic Carbon

Landscape topography is a critical factor affecting soil formation and plays an important role in determining soil properties on the earth surface, as it regulates the gravity-driven soil movement induced by runoff and tillage activities. The recent application of Light Detection and Ranging (LiDAR) data holds promise for generating high spatial resolution topographic metrics that can be used to investigate soil property variability. In this study, fifteen topographic metrics derived from LiDAR data were used to investigate topographic impacts on redistribution of soil and spatial distribution of soil organic carbon (SOC). Specifically, we explored the use of topographic principal components (TPCs) for characterizing topography metrics and stepwise principal component regression (SPCR) to develop topography-based soil erosion and SOC models at site and watershed scales. Performance of SPCR models was evaluated against stepwise ordinary least square regression (SOLSR) models. Results showed that SPCR models outperformed SOLSR models in predicting soil redistribution rates and SOC density at different spatial scales. Use of TPCs removes potential collinearity between individual input variables, and dimensionality reduction by principal component analysis (PCA) diminishes the risk of overfitting the prediction models. This study proposes a new approach for modeling soil redistribution across various spatial scales. For one application, access to private lands is often limited, and the need to extrapolate findings from representative study sites to larger settings that include private lands can be important.

Landscape processes are critical components of soil formation and play important roles in determining soil properties and spatial structure in landscapes. We propose a new approach using stepwise principal component regression to predict soil redistribution and soil organic carbon across various spatial scales.

Verwendung der wichtigsten Komponenten für die Aufstockung topographische Modelle zuordnen Boden Umverteilung und Boden organischen Kohlenstoff

Landscape topography is a critical factor affecting soil formation and plays an important role in determining soil properties on the earth surface, as it ...

High-throughput Siderophore Screening from Environmental Samples: Plant Tissues, Bulk Soils, and Rhizosphere Soils

Siderophores (low-molecular weight metal chelating compounds) are important in various ecological phenomenon ranging from iron (Fe) biogeochemical cycling in soils, to pathogen competition, plant growth promotion, and cross-kingdom signaling. Furthermore, siderophores are also of commercial interest in bioleaching and bioweathering of metal-bearing minerals and ores. A rapid, cost effective, and robust means of quantitatively assessing siderophore production in complex samples is key to identifying important aspects of the ecological ramifications of siderophore activity, including, novel siderophore producing microbes. The method presented here was developed to assess siderophore activity of in-tact microbiome communities, in environmental samples, such as soil or plant tissues. The samples were homogenized and diluted in a modified M9 medium (without Fe), and enrichment cultures were incubated for 3 days. Siderophore production was assessed in samples at 24, 48, and 72 hours (h) using a novel 96-well microplate CAS (Chrome azurol sulphonate)-Fe agar assay, an adaptation of the traditionally tedious and time-consuming colorimetric method of assessing siderophore activity, performed on individual cultivated microbial isolates. We applied our method to 4 different genotypes/Lines of wheat (Triticum aestivum L.), including Lewjain, Madsen, and PI561725, and PI561727 commonly grown in the inland Pacific Northwest. Siderophore production was clearly impacted by the genotype of wheat, and in the specific types of plant tissues observed. We successfully used our method to rapidly screen for the influence of plant genotype on siderophore production, a key function in terrestrial and aquatic ecosystems. We produced many technical replicates, yielding very reliable statistical differences in soils and within plant tissues. Importantly, the results show the proposed method can be used to rapidly examine siderophore production in complex samples with a high degree of reliability, in a manner that allows communities to be preserved for later work to identify taxa and functional genes.

We present a protocol for rapid screening of environmental samples for siderophore potential contributing to micronutrient bioavailability and turnover in terrestrial systems.

Siderophore Hochdurchsatz-Screening von Umweltproben: Pflanzen, Gewebe, lose Böden und Rhizosphäre Böden

Siderophores (low-molecular weight metal chelating compounds) are important in various ecological phenomenon ranging from iron (Fe) biogeochemical cycling ...

Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis

Many&#160;nitrogen fertilizer studies evaluate the overall effect of a treatment on end-of-season measurements such as grain yield or cumulative N losses. A stable isotope approach is necessary to follow and quantify the fate of fertilizer derived N (FDN) through the soil-crop system. The purpose of this paper is to describe a small-plot research&#160;design utilizing non-confined 15N enriched microplots for multiple soil and plant sampling events over two growing seasons and provide sample collection, handling, and processing protocols for total 15N analysis. The methods were demonstrated using a replicated study from south-central Minnesota planted to corn (Zea mays L.). Each treatment consisted of six corn rows (76 cm row-spacing) 15.2 m long with a microplot (2.4 m by 3.8 m) embedded at one end. Fertilizer-grade urea was applied at 135 kg N&#8729;ha-1 at planting, while the microplot received urea enriched to 5 atom % 15N. Soil and plant samples were taken several times throughout the growing season, taking care to minimize cross-contamination by using separate tools and physically separating unenriched and enriched samples during all procedures. Soil and plant samples were dried, ground to pass through a 2 mm screen, and then ground to a flour-like consistency using a roller jar mill. Tracer studies require additional planning, sample processing time and manual labor, and incur higher costs for 15N enriched materials and sample analysis than traditional N studies. However, using the mass balance approach, tracer studies with multiple in-season sampling events allow the researcher to estimate FDN distribution through the soil-crop system and estimate unaccounted-for FDN from the system.

Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis

A microplot design for 15N tracer research is described to accommodate multiple in-season plant and soil sampling events. Soil and plant sample collection and processing procedures, including grinding and weighing protocols, for 15N analysis are put forth.

Mikroplot-Design und Pflanzen- und Bodenprobenvorbereitung für 15Stickstoffanalysen

Many&#160;nitrogen fertilizer studies evaluate the overall effect of a treatment on end-of-season measurements such as grain yield or cumulative N losses. ...

Estimation of Crystalline Cellulose Content of Plant Biomass using the Updegraff Method

Cellulose is the most abundant polymer on Earth generated by photosynthesis and the main load-bearing component of cell walls. The cell wall plays a significant role in plant growth and development by providing strength, rigidity, rate and direction of cell growth, cell shape maintenance, and protection from biotic and abiotic stressors. The cell wall is primarily composed of cellulose, lignin, hemicellulose and pectin. Recently plant cell walls have been targeted for the second-generation biofuel and bioenergy production. Specifically, the cellulose component of the plant cell wall is used for the production of cellulosic ethanol. Estimation of cellulose content of biomass is critical for fundamental and applied cell wall research. The Updegraff method is simple, robust, and the most widely used method for the estimation of crystalline cellulose content of plant biomass. The alcohol insoluble crude cell wall fraction upon treatment with Updegraff reagent eliminates the hemicellulose and lignin fractions. Later, the Updegraff reagent resistant cellulose fraction is subjected to sulfuric acid treatment to hydrolyze the cellulose homopolymer into monomeric glucose units. A regression line is developed using various concentrations of glucose and used to estimate the amount of the glucose released upon cellulose hydrolysis in the experimental samples. Finally, the cellulose content is estimated based on the amount of glucose monomers by colorimetric anthrone assay.

The Updegraff method is the most widely used method for the cellulose estimation. The main purpose of this demonstration is to provide a detailed Updegraff protocol for estimation of cellulose content in plant biomass samples.

Abschätzung des kristallinen Zellulosegehalts pflanzlicher Biomasse nach der Updegraff-Methode

Cellulose is the most abundant polymer on Earth generated by photosynthesis and the main load-bearing component of cell walls. The cell wall plays a ...

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