Application of confocal laser scanning microscopy in dendrochronology

Abstract

We used the Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) Olympus LEXT OLS5000 for non-destructive observation and image analysis of wood anatomy traits in growth layers of tree species from different climatic zones. In European beech (Fagus sylvatica), where tree rings can generally be recognised, we discuss the changes in tree-ring structure due to adverse effects (insect attacks). Growth layers in Mediterranean Aleppo pine (Pinus halepensis) from south-eastern Spain are not always annual and contain numerous intra-annual density fluctuations (IADFs). Ocote pine (Pinus oocarpa) growing at high elevation in Honduras showed growth layers with clear growth ring boundaries and IADFs. In both pines, CLSM allowed us to recognise and measure tracheid parameters to define density fluctuations. In tropical true mahogany (Swietenia macrophylla) from Venezuela and cedrela (Cedrela odorata) from Costa Rica, we studied the growth layers with variable dimensions of vessels demarcated by marginal axial parenchyma.

Wood identification of charcoal with Confocal Laser Scanning Microscopy

“…As previously demonstrated, CLSM enables the recognition of features crucial for wood identification on various objects (Balzano et al, 2019;Čufar et al, 2019), and this study confirms that the method is also useful for identification of charcoal wood without special sample preparation.…”

“…Scanning electron microscopy with adequate sample preparation is also used to visualise detailed anatomical traits (e.g., Boutain et al, 2010;Hubau et al, 2013). Recently, modern methods like 3D-reflected light microscopy (Zemke et al, 2020) and Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) (Balzano et al, 2019; have proved to be useful for obtaining three-dimensional information on the anatomical structure of wood, allowing species identification. Balzano, A., Čufar, K., Krže, L., & Merela, M.: Wood identification of charcoal with Confocal Laser Scanning Microscopy The main advantage of CLSM is the possibility to directly observe the surface of interest without time-consuming sample preparation, and at the same time, thanks to the 3D image acquisition, to obtain an adequately high resolution to recognise wood anatomical features.…”

Dendroarchaeology in Europe

“…Modern equipment like digital microscopes, confocal laser scanning microscopes, improved techniques of scanning electron microscopy, multi-resolution X-ray tomography etc. (e.g., Haneca et al, 2012;Balzano et al, 2019) have significantly facilitated the identification of all categories of wood. This method enables the analyses of tiny and highly degraded samples, which are often difficult to determine by conventional microscope techniques and further provides the advantage of simultaneous photographic documentation.…”

Локальные Механические Свойства И Кольцевая Структура Древесины, Исследованные Методом Сканирующего Наноиндентирования

“…В последние полтора-два десятилетия к исследованиям микроструктуры и свойств древесины стали привлекать современные методы и средства, традиционные в физике твердого тела и физическом материаловедении [1]. Микроструктуру изучают с помощью электронной просвечивающей и сканирующей микроско-пии, сканирующей зондовой (преимущественно атомносиловой), конфокальной лазерной и оптической микроскопии в различных модах [2][3][4]. Характер и степень упорядоченности молекул целлюлозы в нановолокнах определяют методом рентгеновской дифрактометрии [5,6], синхротронного рентгеновского излучения [7] и малоуглового рентгеновского рассеяния.…”

“…Их применяют как для выяснения природы и прогнозирования прочности и других служебных свойств, так и в интересах дендрохронологии и дендроклиматологии. Следует подчеркнуть, что с помощью этих методов извлекают чисто геометрические и морфологические характеристики объекта изучения, такие, как ширина годовых колец роста, доля ранней и поздней древесины в них, вариации этих параметров от кольца к кольцу и т. д. Предпринимались многочисленные попытки усовершенствования оптических методов дендрохронологии, главным образом, путем модификации методов пробоподготовки, использования не белого, а синего света, применения технологий технического зрения и математической обработки данных (см., например, [4,[42][43][44][45]). Однако, несмотря на это, возможности подхода, в основе которого лежит фоторегистрация и анализ изображения поперечного среза, остаются сильно ограниченными, поскольку отражательные оптические свойства древесины весьма изменчивы и неоднозначно или очень слабо связаны с другими ее физическими характеристиками, в частности, с механическими.…”