PAMとスペクトル放射計を用いて蛍光と葉の反射率を同時測定し、高等植物における光合成応答を研究する新しい技術手法を説明する。アラビドプシスの同じ葉の領域。
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この記事について
サマリー
要約
クロロフィル蛍光解析は、無傷の植物における光合成挙動の測定に広く用いられており、光合成を効率的に測定する多くのパラメータの開発に成功しています。葉反射解析は、光化学反射率指数(PRI)を含む、生態学と農業におけるいくつかの植生指数を提供し、光合成時の熱エネルギー放散の指標として使用できます。非光化学クエンチング(NPQ)。ただし、NPQ は複合パラメータであるため、PRI パラメータの性質を理解するには、その検証が必要です。PRIパラメータの評価のための生理学的証拠を得るために、キサントフィルサイクル欠陥変異体(npq1)および野生型アラビドプシス植物におけるクロロフィル蛍光と葉反射率を同時に測定した。さらに、キサントフィルサイクルを反映する可能性が高いqZパラメータは、光をオフにした後にNPQの緩和運動をモニタリングすることによりクロロフィル蛍光分析の結果から抽出した。これらの同時測定は、パルス振幅変調(PAM)クロロフィルフルオロメーターとスペクトル放射計を用いて行った。両方の計測器からのファイバープローブを互いに近くに配置し、同じ葉の位置からの信号を検出しました。外部光源を用いて光合成を活性化し、PAM装置から測定灯と飽和光を供給した。この実験システムにより、無傷の植物における光依存性PRIをモニタリングすることができ、PRIにおける光依存性変化が野生型とnpq1変異体の間で大きく異なることを明らかにした。さらに、PRIはqZと強く相関し、qZはキサントフィルサイクルを反映することを意味する。これらの測定を組み合わせることで、葉葉反射率とクロロフィル蛍光の同時測定がパラメータ評価の有効なアプローチであることを実証しました。
概要
葉の反射率は、植物1、2の光合成または形質を反映する植生指数をリモートで感知するために使用されます。赤外線反射信号に基づく正規化された差植生指数(NDVI)は、クロロフィル関連特性の検出に関する最も広く知られている植生指標の1つであり、生態・農業科学において木や作物3の環境応答の指標.フィールドスタディでは、多くのパラメータ(例えば、クロロフィル指数(CI)、水指数(WI)など)が開発され、使用されているが、これらのパラメータが直接(または間接的に)検出されるものの詳細な検証は、変異体を使用して行われている。
クロロフィル蛍光のパルス振幅変調(PAM)分析は、光系II(PSII)4に関与する光合成反応およびプロセスを測定する有効な方法である。クロロフィル蛍光は、カメラで検出し、光合成変異体5をスクリーニングするために使用することができる。しかし、クロロフィル蛍光のカメラ検出には、暗い処理や光飽和パルスなどの複雑なプロトコルが必要であり、現場での研究では実装が困難です。
葉吸収太陽光エネルギーは、主に光合成反応によって消費されます。対照的に、余分な光エネルギーの吸収....
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プロトコル
1. アラビドプシス植物の栽培
- アラビドプシスタリアナ種子をマイクロチューブで殺菌した脱イオン水中に浸し、暗闇の中で4°Cで2日間インキュベートする。
- マイクロピペットを使用して、約4つの浸漬された冷たい処理された種子を土壌表面に置きます。16 h 光 (120 μmol フォトン m-2 s-1)と 8 h 暗い期間をそれぞれ 22 °C および 20 °C で成長室に植えたポットをインキュベートします。
- 発芽後に他の苗を薄くすることによって、ポットごとに1つの植物を成長させる。少なくとも5つのポットを準備します。さらに4週間成長室で植物をインキュベートします。実験には3つの植物が使われる。
- 光合成測定には、最も若い完全に開いた成熟した葉を使用します。
2. サンプルステージ、光合成機器、光源の設定
注: このプロトコルでは、葉と検出プローブの固定にカスタム構築されたサンプルステージが使用されました (図1)。
- カスタムメイドのサンプルステージに直径1cmの穴を持つ10 cm2鋼板を取り付けます。この版の穴のサイズは異なった葉のサンプルか植物の種を収容するために変える....
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結果
図1は、クロロフィル蛍光と葉葉反射率を同時に測定するための実験設定の概略図を示す。PAMとスペクトル放射計のファイバープローブは、カスタムメイドのサンプルステージ上のリーフホルダーのリーフ表面に垂直に設定され、ハロゲンランプは、鋳造することなく左右方向からの光照射に使用されました。影。PAMおよび葉反射信号は、別々のシステムのソフトウェアを使用して検出されました。この実験システムを用いて、アラビドプシス野生型(Col)とnpq1変異体(ゼアキサンチン欠乏)植物を比較した(図2)。葉反射率から算出したΔPRIは、PAM(図2A)で推定されたPSIIからの光依存性線形電子流に対してプロットした。PRIは、キサントフィルだけでなく、カロテノイド16によっても影響を受けると報告されている。PRIは、各光強度マイナスPRIで、光に依存するPRI変化11
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ディスカッション
本研究では、クロロフィル蛍光と葉葉反射率を同時に測定することにより、PRIがキサントフィル色素を表すことを示す追加の証拠を得た。
太陽光に似た波長を持つハロゲン光は、光合成を活性化する光源として用いられる。当初は葉面の熱損傷を避けるために白色LED光源を使用していましたが、これはゆっくりとした暗いリラクゼーション運動と非常に高いqI(光抑制クエンチング)を生成し、おそらくPSIIを損傷する。そのため、ハロゲンランプにコールドフィルターを内蔵し、熱生産を低減しました。この光源は、暗い回復またはqIで異常を引き起こさなかった。
この方法で最も重要な変数は、葉、光源、検出プローブの位置関係です。クロロフィル蛍光と葉の反射率を様々な斜めの角度から、真上から葉に照射する光で測定した試験を行いました。ただし、検出信号の強度は角度によって異なります。この変動を避けるために、プローブは葉のサンプルの上に垂直に固定されました(図1)。光源は、左右両側から葉面を照射した分岐繊維を用いて送.......
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開示事項
著者は何も開示していない。
謝辞
議論の活性化、ワークスペースの支援、実験の道具など、彦坂幸樹先生(東北大学)に感謝申し上げます。この作品は、KAKENHI[助成番号18K05592,18J40098]と内藤財団の一部で支援されました。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ハロゲン光源 | OptoSigma | SHLA-150 | |
| 光量子計 | LI-COR | LI-1000 | |
| PAM クロロフィル蛍光光度計 | Walz | JUNIOR-PAM | |
| PAM制御ソフト | Walz | WinControl-3.27 | |
| 反射率標準器 | Labsphere, Inc. | SRT-99-050 | |
| 分光放射計 | ADS Inc. | Field Spec3 | |
| 分光放射計制御ソフトウェア | 株式会社ADS | RS3 |
参考文献
- Xue, J., Su, B. Significant remote sensing vegetation indices: A review of developments and applications. Journal of Sensors. 1353691, (2017).
- Cotrozzi, L., Townsend, P. A., Pellegrini, E., Nali, C., Couture, J. J.
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再版と許可
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