Auswertung photosynthetischer Verhaltensweisen durch gleichzeitige Messungen von Blattreflexion simultanen und Chlorophyllfluoreszenzanalysen

Zusammenfassung

Wir beschreiben einen neuen technischen Ansatz zur Untersuchung photosynthetischer Reaktionen in höheren Pflanzen mit gleichzeitigen Messungen von Chlorophyll, Fluoreszenz und Blattreflexion mit einem PAM und einem Spektralradiometer zur Detektion von Signalen aus dem gleichen Blattbereichs in Arabidopsis.

Zusammenfassung

Chlorophyll eine Fluoreszenzanalyse ist weit verbreitet, um photosynthetische Verhaltensweisen in intakten Pflanzen zu messen, und hat in der Entwicklung vieler Parameter geführt, die Photosynthese effizient messen. Die Blattreflexionsanalyse liefert mehrere Vegetationsindizes in Ökologie und Landwirtschaft, einschließlich des photochemischen Reflexionsindex (PRI), der als Indikator für die thermische Energieableitung während der Photosynthese verwendet werden kann, da er mit nicht-photochemische Abschreckung (NPQ). Da NPQ jedoch ein zusammengesetzter Parameter ist, ist seine Validierung erforderlich, um die Art des PRI-Parameters zu verstehen. Um physiologische Beweise für die Bewertung des PRI-Parameters zu erhalten, haben wir gleichzeitig Chlorophyllfluoreszenz und Blattreflexion in Xanthophyll-Zyklus defekte Mutant (npq1) und Wild-Typ Arabidopsis Pflanzen gemessen. Zusätzlich wurde der qZ-Parameter, der wahrscheinlich den Xanthophyll-Zyklus widerspiegelt, aus den Ergebnissen der Chlorophyllfluoreszenzanalyse extrahiert, indem die Entspannungskinetik von NPQ nach dem Ausschalten des Lichts überwacht wurde. Diese simultanen Messungen wurden mit einem Puls-Amplituden-Modulations-Chlorophyll-Fluorometer (PAM) und einem Spektralradiometer durchgeführt. Die Fasersonden beider Instrumente wurden nahe beieinander positioniert, um Signale aus der gleichen Blattposition zu erkennen. Zur Aktivierung der Photosynthese wurde eine externe Lichtquelle verwendet, und die Messlichter und das gesättigte Licht wurden vom PAM-Instrument bereitgestellt. Dieses experimentelle System ermöglichte es uns, lichtabhängige PRI in der intakten Pflanze zu überwachen und zeigte, dass lichtabhängige Veränderungen in PRI sich signifikant zwischen dem Wildtyp und dem npq1-Mutanten unterscheiden. Darüber hinaus war PRI stark mit qZ korreliert, was bedeutet, dass qZ den Xanthophyll-Zyklus widerspiegelt. Zusammen zeigten diese Messungen, dass die gleichzeitige Messung der Blattreflexion und Der Chlorophyllfluoreszenz ein gültiger Ansatz für die Parameterauswertung ist.

Einleitung

Blattreflexion wird verwendet, um Vegetationsindizes aus der Ferne zu erkennen, die Photosynthese oder Merkmale in^Pflanzen1^,2widerspiegeln. Der normalisierte Differenzvegetationsindex (NDVI), der auf Infrarot-Reflexionssignalen basiert, ist einer der bekanntesten Vegetationsindizes für den Nachweis von Chlorophyll-bezogenen Eigenschaften und wird in der Ökologie und Agrarwissenschaften als Indikator für Umweltreaktionen in Bäumen oder Kulturen³. Obwohl in Feldstudien viele Parameter (z. B. Chlorophyllindex (CI), Wasserindex (WI) usw.) entwickelt und verwendet wurden, wurden nur wenige d....

Protokoll

1. Anbau von Arabidopsis-Pflanzen

1. Arabidopsis thaliana Samen in sterilisiertem entionisiertem Wasser in einem Mikrorohr einweichen und 2 Tage bei 4 °C im Dunkeln brüten.
2. Etwa vier der imprägnierten, kalt behandelten Samen mit einer Mikropipette auf die Bodenoberfläche legen. Die gepflanzten Töpfe in einer Wachstumskammer mit einem 16-h-Licht (120-mol-Photonen m^–2 s^–1)bzw. 8 h dunkler Periode bei 22 °C bzw. 20 °C bebrüten.
3. Wachsen Sie eine Pflanze pro Topf, indem Sie andere Sämlinge nach der Keimung ausdünnen. Bereiten Sie mindestens fünf Töpfe vor. Inkubieren Sie die Pflanzen in der Wachstumskammer für weite....

Ergebnisse

Abbildung 1 zeigt einen schematischen Diagramm des Versuchsaufbaus zur gleichzeitigen Messung der Chlorophyllfluoreszenz und Blattreflexion. Die Fasersonden des PAM und des Spektralradiometers wurden senkrecht zur Blattoberfläche am Blatthalter auf der kundenspezifischen Probenstufe eingestellt, und eine Halogenlampe wurde für die aktinische Lichtbestrahlung aus linker und rechter Richtung verwendet, ohne Schatten. Die PAM- und Blattreflexionssignale wurden m.......

Diskussion

In dieser Studie haben wir zusätzliche Beweise dafür erhalten, dass PRI Xanthophyllpigmente darstellt, indem gleichzeitig Chlorophyllfluoreszenz und Blattreflexion gemessen werden.

Ein Halogenlicht, das Wellenlängen hat, die dem Sonnenlicht ähneln, wurde für den Einsatz als aktinische Lichtquelle zur Aktivierung der Photosynthese angepasst. Wir verwendeten zunächst eine weiße LED-Lichtquelle, um thermische Schäden an der Blattoberfläche zu vermeiden, aber dies führte zu einer langsamen dunklen.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Halogenlichtquelle	OptoSigma	SHLA-150
Lichtquantenmessgerät	LI-COR	LI-1000
PAM Chlorophyllfluorometer	Walz	JUNIOR-PAM
PAM Steuerungssoftware	Walz	WinControl-3.27
Reflexionsstandard	Labsphere, Inc.	SRT-99-050
Spektralradiometer	ADS Inc.	Field Spec3
Steuerungssoftware für Spektralradiometer	ADS Inc.	RS3