우리는 PAM및 에서 신호의 검출을 위한 스펙트럼 방사선계를 사용하여 엽록소의 형광 및 잎 반사의 동시 측정을 관련시키는 더 높은 식물에 있는 광합성 반응을 공부하는 새로운 기술적인 접근을 기술합니다 애기장대에서 같은 잎 지역.
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이 논문에서
요약
초록
엽록소 형광 분석은 손상되지 않은 식물의 광합성 거동을 측정하는 데 널리 사용되며 광합성을 효율적으로 측정하는 많은 매개 변수의 개발을 초래했습니다. 잎 반사도 분석은 광화학 반사 지수 (PRI)를 포함하여 생태 및 농업의 여러 식물 지수를 제공하며, 광합성 중 열 에너지 소멸의 지표로 사용할 수 있습니다. 비 광화학 담금질 (NPQ). 그러나 NPQ는 복합 매개 변수이므로 PRI 매개 변수의 특성을 이해하려면 유효성 검사가 필요합니다. PRI 파라미터의 평가를 위한 생리학적 증거를 얻기 위해, 우리는 동시에 산토필 주기 결함 돌연변이(npq1)및 야생형 애기장대 식물에서 엽록소 형광 및 잎 반사를 측정하였다. 추가적으로, xanthophyll 주기를 반영하는 qZ 파라미터는, 빛을 끄는 후에 NPQ의 이완 역학을 감시하 여 엽록소 형광 분석의 결과에서 추출되었습니다. 이러한 동시 측정은 펄스 진폭 변조(PAM) 엽록소 형광계 및 스펙트럼 방사계를 사용하여 수행되었다. 두 계측기의 섬유 프로브는 동일한 리프 위치에서 신호를 감지하기 위해 서로 가깝게 배치되었습니다. 광합성을 활성화하기 위해 외부 광원을 사용했으며 PAM 계측기에서 측정 조명과 포화 광을 제공했습니다. 이 실험 시스템은 우리가 그대로 식물에서 빛 의존 PRI를 모니터링 할 수 있게하고 PRI의 빛 의존적 변화가 야생 유형과 npq1 돌연변이 체 간에 유의하게 다르다는 것을 밝혔습니다. 또한 PRI는 qZ와 밀접한 상관관계를 가지며, 이는 qZ가 크산토필 주기를 반영한다는 것을 의미합니다. 이러한 측정은 잎 반사와 엽록소 형광의 동시 측정이 파라미터 평가를 위한 유효한 접근법임을 입증했습니다.
서론
잎 반사는 식물1,2의광합성 또는 특성을 반영하는 식물 지수를 원격으로 감지하는 데 사용됩니다. 적외선 반사 신호를 기반으로 하는 정규화된 차이 식물 지수(NDVI)는 엽록소 관련 특성의 검출을 위한 가장 널리 알려진 식물 지수 중 하나이며, 생태학 및 농업 과학에 나무 나 작물에서 환경응답의 지표 3. 현장 연구에서는 많은 파라미터(예: 엽록소 지수(CI), 물 지수(WI) 등이 개발및 사용되었지만, 이러한 파라미터가 직접(또는 간접적으로) 검출하는 것에 대한 상세한 검증은 돌연변이를 사용하여 수행되었다.
엽록소 형광의 펄스 진폭 변조 (PAM) 분석은 광합성 반응 및 광합성 반응 및 광합성 반응 (PSII)에 관여하는 과정을 측정하는 효과적인 방법입니다4. 엽록소 형광은 카메라로 검출할 수 있으며 광합성 돌연변이를스크리닝하는 데 사용된다 5. 그러나 엽록소 형광의 카메라 검출은 암분치료 나 채도 펄스와 같은 복잡한 프로토콜을 필요로하며, 이는 현장 연구에서 구현하기 어렵습니다.
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프로토콜
1. 애기장대 식물 재배
- 애기장대 씨를 마이크로튜브에 살균된 탈이온수에 담그고, 어둠 속에서 4°C에서 2일 동안 배양한다.
- 약 4개의 냉간 처리된 씨앗을 마이크로파이펫을 사용하여 토양 표면에 놓습니다. 16 h 빛 (120 μmol 광자 m-2 s-1) 및22 °C 및 20 °C에서 8 h 암흑 기간을 각각 성장 챔버에 배양.
- 발아 후 다른 모종을 얇게 하여 냄비 당 하나의 식물을 성장. 적어도 5 개의 냄비를 준비합니다. 추가 4 주 동안 성장 챔버에서 식물을 배양. 3개의 식물이 실험에 사용된다.
- 광합성 측정을 위해 가장 젊고 완전히 열린 성숙한 잎을 사용하십시오.
2. 샘플 스테이지, 광합성 계측기 및 광원 설정
참고: 이 프로토콜의 경우 나뭇잎 및 검출 프로브를 고정하기 위해 맞춤 제작된 샘플 단계가 사용되었습니다(그림 1).
- 10cm2 강판을 1cm 직경의 구멍을 맞춤형 샘플 스테이지에 부착합니다. 이 플레이트의 구멍 크기는 다른 잎 샘플 또는 식물 종을 수....
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결과
그림 1은 엽록소 형광 및 잎 반사도를 동시에 측정하기 위한 실험 세트의 회로도를 제시한다. PAM 및 스펙트럼 방사계의 섬유 프로브는 맞춤형 샘플 스테이지의 잎 홀더의 잎 표면에 수직으로 설정되었으며, 할로겐 램프를 사용하여 주조하지 않고 좌우 방향모두에서 작동 광 조사를 사용했습니다. 그림자. PAM 및 리프 반사 신호는 별도의 시스템의 소프트웨어를 사용하여 검출되었다. 이러한 실험 시스템은 애기장대 야생형(Col)과 npq1 돌연변이체(lack zeaxanthin)식물을 비교하는 데 사용되었다(도 2). 리프 반사로부터 계산된 ΔPRI는 PAM에 의해 추정된 PSII로부터의 광 의존적 선형 전자 흐름에 대하여 플롯되었다(도2A). PRI는 크산토필뿐만 아니라 카로티노이드16에
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토론
이 연구에서는 PRI가 엽록소 형광과 잎 반사를 동시에 측정하여 산토필 안료를 나타낸다는 것을 보여주는 추가 증거를 얻었습니다.
햇빛과 유사한 파장을 가지는 할로겐 광원은 광합성을 활성화하기 위한 액티닉 광원으로 사용하도록 조정되었습니다. 우리는 처음에 잎 표면의 열 손상을 피하기 위해 흰색 LED 광원을 사용했지만, 이것은 느린 어두운 이완 역학과 매우 높은 qI (광 억제 담금질)를 생성했습니다. 따라서 열 생산을 줄이기 위해 콜드 필터가 내장된 할로겐 램프를 적용했습니다. 이 광원은 어두운 회복 또는 qI에 이상을 일으키지 않았습니다.
이 방법에서 가장 중요한 변수는 리프, 광원 및 검출 프로브 간의 위치 관계입니다. 우리는 엽록소 형광과 잎 반사를 다양한 대각선에서 측정하여 바로 위에서 나뭇잎까지 조사하는 빛을 측정하는 테스트를 거쳤습니다. 그러나, 검출 신호의 강도는 각도에 따라 달랐다. 이러한 가변성을 방지하기 위해 프.......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
히코카사 코우키 박사(도호쿠 대학)에게 감사드리며, 토론을 자극하고, 작업 공간 지원, 실험용 악기를 제공해 주신 것에 감사드립니다. 이 작품은 KAKENHI [교부금 번호 18K05592, 18J40098]와 나이토 재단에 의해 부분적으로 지원되었습니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 할로겐 광원 | OptoSigma | SHLA-150 | |
| 광 양자 미터 | LI-COR | LI-1000 | |
| PAM 엽록소 형광계 | Walz | JUNIOR-PAM | |
| PAM 제어 소프트웨어 | Walz | WinControl-3.27 | |
| 반사율 표준 | Labsphere, Inc. | SRT-99-050 | |
| 분광 복사계 | ADS Inc. | Field Spec3 | |
| 스펙트럼 복사계 제어 소프트웨어 | ADS Inc. | RS3 |
참고문헌
- 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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