Name: 잎 반사 및 엽록소 형광 분석의 동시 측정을 통해 광합성 거동 평가 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 20 s
Description: 학습하세요 잎 반사 및 엽록소 형광 동시 측정을 통한 광합성 거동 평가 방법을 Arabidopsis에서 실시간 모니터링하며, 새로운 반사 파라미터를 확립하여 식물 생리 반응을 정밀 분석하는 기술입니다.

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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.

1. 애기장대 식물 재배
<ol><li>애기장대 씨를 마이크로튜브에 살균된 탈이온수에 담그고, 어둠 속에서 4°C에서 2일 동안 배양한다.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>광합성 측정을 위해 가장 젊고 완전히 열린 성숙한 잎을 사용하십시오.</li>
</ol>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).
<ol><li>10cm2 강판을 1cm 직경의 구멍을 맞춤형 샘플 스테이지에 부착합니다. 이 플레이트의 구멍 크기는 다른 잎 샘플 또는 식물 종을 수용하도록 변경할 수 있습니다. 스테이지에는 검출 프로브를 고정하기 위한 클립과 프로브와 리프 샘플 사이의 거리를 조정하는 조절기가 있습니다.</li>
	<li>엽록소 형광 및 잎 반사도측정을 위한 얇은 섬유 프로브를 준비합니다. 이 얇은 섬유 프로브는 동일한 잎 위치에서 신호를 측정할 수 있도록 밀접하게 배치됩니다. 참고: PAM 엽록소 형광계 및 스펙트럼 방사계는 각각 형광 및 잎 반사율을 엽록소의 신호 검출을 위해 조정되었다. 두 계측기 모두 각각 직경이 1mm와 2mm인 얇은 섬유 프로브를 사용합니다.</li>
	<li>이 두 프로브를 단단히 끼고 플라스틱 테이프로 감쌉니다.</li>
	<li>동축 렌즈 홀더를 사용하여 테이핑된 프로브를 샘플 스테이지에 끼우고(그림 1참조) 리프 표면에 수직으로 놓습니다. 참고: 스펙트럼 방사계의 광섬유 케이블 의 시야는 α = 25°입니다. 이 방법에서는 섬유 프로브 팁과 잎 표면 사이의 거리가 1cm보다 짧습니다. 따라서, 측정 잎 영역은 섬유의 그것과 거의 동일하다.</li>
	<li>할로겐 광원에 유리 섬유로 만든 바이포크 라이트 가이드를 부착하고 약 45°의 각도로 양방향으로 샘플 스테이지를 조사합니다. 참고: 자연 태양광의 파장 분포에 가까운 할로겐 램프는 광합성을 유도하기 위한 공체 광로로 사용됩니다. 할로겐 광원은 근적외선에서 긴 파장을 제거하는 내장 된 냉온 필터로 조정되어 잎 표면 온도 (λ = 400 ~ 800 nm)의 증가를 방지합니다.</li>
	<li>빛이 그림자를 투사하지 않고 샘플 스테이지를 균일하게 비추게 되도록 광원을 조정합니다.</li>
</ol>3. 잎 반사 및 엽록소 형광의 동시 측정 설정
참고: 모든 단계는 음막에서 수행되어 작동광 이외의 빛이 감지되지 않도록 합니다. 녹색이 약한 표시등(예: 녹색 셀로판 라이트)은 실제 측정 전에 꺼져야 합니다.
<ol><li>샘플 단계의 리프 샘플과 프로브 사이의 거리를 측정합니다.<ol>
<li>테스트 리프를 샘플 스테이지의 잎 홀더에 놓습니다. 무대의 강판에 잎을 누릅니다(그림 1의 검은 색 사각형).</li>
		<li>PAM을 켜고 측정 조명으로 잎 샘플을 조사합니다. 엽록소 형광 강도의 값은 PAM 제어 소프트웨어를 사용하여 확인됩니다(재료 표참조).</li>
		<li>형광 강도가 약 100을 측정할 수 있도록 조절기를 이동합니다. 프로브와 리프 사이의 거리를 측정합니다. 조정기를 수정하고 어저스터에 거리 값을 기록합니다.</li>
		<li>측정 표시등을 끕니다. 테스트 리프를 제거합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
액티닉 라이트의 조도 강도 측정 참고: 빛에 의존하는 광합성 거동을 관찰하기 위해 다양한 강도의 액티닉 라이트를 사용하여 잎 샘플을 조사합니다.<ol>
<li>샘플 리프가 배치될 위치에 라이트 양자 미터를 설정합니다.</li>
		<li>할로겐 광원에서 빛을 조사하고 강도를 측정합니다.</li>
		<li>광원 다이얼의 강도를 30, 60, 120, 240 및 480 μmol 광자m -2 s -1의강도를 생성할 위치를 결정합니다. 참고 : 애기장대 식물은 120 μmol 광자 m-2 s-1에서 재배됩니다. 따라서, 액티닉 라이트의 조도 강도는 크고 작은 강도의 범위를 제공하기 위해 선택된다.</li>
		<li>다이얼에 각 조도 강도를 표시합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>반사 표준을 측정합니다. 주: 각 조도 강도에서 리프 반사율을 계산하려면 반사 표준이 필요합니다.<ol>
<li>흰색 플레이트를 리프 샘플의 위치에 반사 표준으로 배치합니다.</li>
		<li>스펙트럼 방사계를 켭니다. 반사 신호는 스펙트럼 방사계 제어 소프트웨어에 의해 표시됩니다. 현재로서는 조사광이 없기 때문에 스펙트럼 데이터가 없습니다.</li>
		<li>할로겐 램프를 켜서 이 테스트에서 가장 높은 조도 강도인 480 μmol 광자 m-2 s-1로조사합니다.</li>
		<li>포화를 피하기 위해 방사계의 검출 강도를 조정합니다.</li>
		<li>30, 60, 120, 240 및 480 μmol 광자 m-2 s -1로조명 하에서 1 nm 간격으로 450-850 nm 사이의 스펙트럼 반사를 기록합니다. 참고: 모든 스펙트럼 측정에서 기준선 전기 신호(진한 전류)가 수정되고 뺍니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. 잎 반사및 엽록소형광의 동시 측정 및 광합성 파라미터 계산
<ol><li>리프 샘플 위치에 식물을 설정합니다.<ol>
<li>성장 챔버에서 애기장대 식물을 성장 챔버와 동일한 온도 및 습도로 제어 된 어두운 방으로 옮김을 옮김.</li>
		<li>PSII 반응 센터에서 전자를 발산하고 비 광화학 담금질을 이완시키기 위해 22°C에서 어둠 속에서 1시간 동안 식물을 배양한다.</li>
		<li>어둡게 적응된 전체 식물을 샘플 단계 아래에실험실 잭에 놓습니다(그림 1).</li>
		<li>리프 표면이 검출 프로브에 수직이 되도록 샘플 리프를 리프 홀더에 고정합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>PSII의 최대 양자 수율 측정.<ol>
<li>PAM을 켜고 곡선 을 기록하기 시작합니다. 이 값을 0이라고합니다.</li>
		<li>측정 표시등을 켜고 곡선이 응답할 때까지 약 30s 기다립니다. 이 값을 F0이라고합니다.</li>
		<li>PAM에서 0.8s에 대해 4000 μmol 광자m -2 s-1의 포화 펄스를 제공합니다.</li>
		<li>형광 강도가 증가하여 곡선에서 스파이크의 가장 높은 값을 가져옵니다. 이 값을 FM이라고 합니다.</li>
		<li>다음 방정식을 사용하여 어두운 상황에서 PSII의 최대 양자 수율을 계산합니다(FV/FM). FV/FM = (FM – F0)/ F M 
</li>
	</ol></li>
	<li>정상 상태에서 광합성 거동 측정.<ol>
<li>F M을 녹화한 후 측정 표시등이 켜진 외부 광원으로 할로겐 램프를 켭니다(4.2.4 참조). 먼저, 가장 약한 빛으로 잎 샘플을 조사합니다 (30 μmol 광자 m-2 s-1).</li>
		<li>동시에 스펙트럼 방사계를 켜서 잎 반사도를 모니터링합니다.</li>
		<li>광합성 반응이 광조건하에서 정상 상태에 도달할 때까지 20분 이상 기다립니다. 정상 상태의 형광 강도를 Fs라고합니다. </li>
		<li>액티닉 라이트와 함께 조명 중에 1분 간격으로 포화 펄스를 공급합니다. 펄스 빛 하에서 달성된 최대 형광 값을 FM′이라고 합니다.</li>
		<li>액티닉 라이트를 켠 후 20분 후에 F M′의 데이터를 기록합니다. </li>
		<li>어두운 전류 빼기와 함께 최적화된 통합 시간에 평균 10개의 스캔을 통해 리프 반사도 데이터를 수집합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>정상 상태에서 광합성 매개변수 계산.<ol>
<li>다음 방정식을 사용하여, 화학광광광화학(ΦPSII)의양자 수율을 계산합니다. ΦPSII = (FM의- FS)/ FM′</li>
		<li>다음과같이 PSII 반응 센터에서 선형 전자 플럭스(LEF)를 추정합니다. LEF = 액티닉 라이트의 조도 강도 × ΦPSII × 0.5 × 0.84</li>
		<li>다음 방정식을 사용하여 열 방출을 표현할 수 있는 NPQ를 계산합니다. NPQ = (FM - FM′) / FM′ 참고: 빛 에너지는 주로 광합성 반응에 의해 소비됩니다. 그러나 식물이 광합성에 의해 소비되는 에너지보다 더 많은 빛 에너지를 흡수할 때, 과도한 에너지를 피하기 위해 열 방출을 위한 메커니즘이 유도된다.</li>
		<li>동일한 광 조건하에서 방사계로 획득한 스펙트럼 데이터를 사용하여 다음과 같이 잎 반사도 비율을 계산합니다. 반사율 = R 리프/R표준
</li>
		<li>다음과 같이 531 nm 및 570 nm에서 PRI를 계산합니다. 이 두 파장은 반사율에서 추출됩니다. PRI = (R531– R570)/ (R531+ R570) 참고: R은 반사입니다.</li>
	</ol></li>
	<li>비 광화학 적 담금질의 이완 역학측정.<ol>
<li>Fs 및 리프 반사도를 획득한 후 액티닉 라이트를 끕니다.</li>
		<li>빛을 끄고 10 분 동안 PAM에 의한 엽록소 형광을 모니터링하십시오.</li>
		<li>어두운 휴식 시간 동안 1 분 간격으로 포화 펄스를 제공합니다. 어둠 아래의 포화 펄스에 의해 유도된 최대 형광 값을 FM′′라고합니다. 한 번의 테스트에서 F M'의 10개를 획득하십시오. </li>
		<li>액티닉 라이트를 끄고 2분 10분 만에 F M′의 데이터를 저장합니다. </li>
		<li>다음 조도 강도, 60 μ mol 광자 m-2 s-1로설정에 작동조 등을 켭니다.</li>
		<li>20 분 동안 빛 적응을 반복하고 1 분 간격으로 맥동 포화 광으로 10 분 동안 어두운 이완을 반복하십시오. 120, 240 및 480 μ mol 광자 m-2 s-1에서조사를 사용하여 모든 단계와 측정을 반복합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>이완 역학에서 비 광화학 적 담금질의 매개 변수의 계산. 참고 : NPQ의 빛 에 의존 유도는 광원(13)을해제하여 완화된다. 이완 시간 척도를 조정하여 각 NPQ 함수를 분할할 수 있습니다.<ol>
<li>2 분 어두운 적응 후 F M′를 사용하여 qE (에너지 의존 적 담금질) 분수를 추정합니다. QE = (FM2m′-FM′) / FM′ 참고: qE 분율은 1-2분 이내에 빠르게 반전됩니다. 이러한 분획은 주로 PsbS 프로토네이션 및 산토필 변환의 일부를 포함하며, 이는 틸라코이드 멤브레인(13)을 가로질러 빛에 의한 ΔpH에 의존한다. 둘 다 그라데이션의 분석에 가역적이다.</li>
		<li>10 분 어두운 적응 후 F M′를 사용하여qZ (제아잔틴 의존 적 담금질) 분수를 계산합니다. qZ = (FM10m′′-FM′) / FM′ 참고 : 약 10 분 에서 NPQ의 이완 역학은 액티닉 라이트 오프후 14 xanthophyll 주기를 반영합니다. 대부분의 산토필 변환은 VDE(violaxanthin de-epoxidase) 효소 반응을 필요로 하기 때문에 약 10분(qZ)의 더 긴 시간 척도에서 역전된다. 분수는 또한 thylakoid 막을 가로질러 ΔpH의 고장에 의해 이완됩니다.</li>
		<li>다음과 같이 qI(광억제 상태)를 계산합니다. qI = (FM–FM10m′)/ FM′ 참고 : NPQ 분수 중 가장 느린 복구는 PSII의 광손상으로 생각됩니다 (D1 회전율을 나타냅니다). 10 분15에의해 복구되지 않는 광 억제 상태 (qI)의이 분율 .</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Xue, J., Su, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Significant+remote+sensing+vegetation+indices%3A+A+review+of+developments+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sensors%22%5BJournal%5D)">Significant remote sensing vegetation indices: A review of developments and applications.</a> Journal of Sensors. 1353691, (2017).</li>
<li>Cotrozzi, L., Townsend, P. A., Pellegrini, E., Nali, C., Couture, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reflectance+spectroscopy%3A+a+novel+approach+to+better+understand+and+monitor+the+impact+of+air+pollution+on+Mediterranean+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Pollution+Research%22%5BJournal%5D)">Reflectance spectroscopy: a novel approach to better understand and monitor the impact of air pollution on Mediterranean plants.</a> Environmental Science and Pollution Research. 25 (9), 8249-8267 (2018).</li>
<li>Han, L., Yang, G., Yang, H., Xu, B., Li, Z., Yang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clustering+Field-Based+Maize+Phenotyping+of+Plant-Height+Growth+and+Canopy+Spectral+Dynamics+Using+a+UAV+Remote-Sensing+Approach%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Plant+Science%22%5BJournal%5D)">Clustering Field-Based Maize Phenotyping of Plant-Height Growth and Canopy Spectral Dynamics Using a UAV Remote-Sensing Approach.</a> Frontiers in Plant Science. 9, 1638(2018).</li>
<li>Baker, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chlorophyll+Fluorescence%3A+A+Probe+of+Photosynthesis+In%5BTitle%5D)+AND+%22Vivo.+Annual+Review+of+Plant+Biology%22%5BJournal%5D)">Chlorophyll Fluorescence: A Probe of Photosynthesis In.</a> Vivo. Annual Review of Plant Biology. 59 (1), 89-113 (2008).</li>
<li>Cruz, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+Environmental+Photosynthetic+Imaging+Reveals+Emergent+Phenotypes%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Systems%22%5BJournal%5D)">Dynamic Environmental Photosynthetic Imaging Reveals Emergent Phenotypes.</a> Cell Systems. 2 (6), 365-377 (2016).</li>
<li>Ruban, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+the+efficiency+of+photoprotection%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+B%3A+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Quantifying the efficiency of photoprotection.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 372 (1730), 20160393(2017).</li>
<li>Gamon, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+sensing+of+the+xanthophyll+cycle+and+chlorophyll+fluorescence+in+sunflower+leaves+and+canopies%5BTitle%5D)+AND+%22Oecologia%22%5BJournal%5D)">Remote sensing of the xanthophyll cycle and chlorophyll fluorescence in sunflower leaves and canopies.</a> Oecologia. 85 (1), 1-7 (1990).</li>
<li>Gamon, J. A., Peñuelas, J., Field, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+narrow-waveband+spectral+index+that+tracks+diurnal+changes+in+photosynthetic+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Remote+Sensing+of+Environment%22%5BJournal%5D)">A narrow-waveband spectral index that tracks diurnal changes in photosynthetic efficiency.</a> Remote Sensing of Environment. 41 (1), 35-44 (1992).</li>
<li>Rahimzadeh-Bajgiran, P., Munehiro, M., Omasa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationships+between+the+photochemical+reflectance+index+%28PRI%29+and+chlorophyll+fluorescence+parameters+and+plant+pigment+indices+at+different+leaf+growth+stages%5BTitle%5D)+AND+%22Photosynthesis+Research%22%5BJournal%5D)">Relationships between the photochemical reflectance index (PRI) and chlorophyll fluorescence parameters and plant pigment indices at different leaf growth stages.</a> Photosynthesis Research. 113 (1-3), 261-271 (2012).</li>
<li>Niyogi, K. K., Grossman, A. R., Björkman, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arabidopsis+mutants+define+a+central+role+for+the+xanthophyll+cycle+in+the+regulation+of+photosynthetic+energy+conversion%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell%22%5BJournal%5D)">Arabidopsis mutants define a central role for the xanthophyll cycle in the regulation of photosynthetic energy conversion.</a> Plant Cell. 10 (7), 1121-1134 (1998).</li>
<li>Kohzuma, K., Hikosaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+validation+of+photochemical+reflectance+index+%28PRI%29+as+a+photosynthetic+parameter+using+Arabidopsis+thaliana+mutants%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemical+and+Biophysical+Research+Communications%22%5BJournal%5D)">Physiological validation of photochemical reflectance index (PRI) as a photosynthetic parameter using Arabidopsis thaliana mutants.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 498, 52-57 (2018).</li>
<li>Hikosaka, K., Noda, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+leaf+CO2+assimilation+and+Photosystem+II+photochemistry+from+chlorophyll+fluorescence+and+the+photochemical+reflectance+index%5BTitle%5D)+AND+%22Plant%2C+Cell+and+Environment%22%5BJournal%5D)">Modeling leaf CO2 assimilation and Photosystem II photochemistry from chlorophyll fluorescence and the photochemical reflectance index.</a> Plant, Cell and Environment. 42 (2), 730-739 (2019).</li>
<li>Brooks, M. D., Sylak-Glassman, E. J., Fleming, G. R., Niyogi, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+thioredoxin-like%2F%CE%B2-propeller+protein+maintains+the+efficiency+of+light+harvesting+in+Arabidopsis%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">A thioredoxin-like/β-propeller protein maintains the efficiency of light harvesting in Arabidopsis.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (29), E2733-E2740 (2013).</li>
<li>Nilkens, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+a+slowly+inducible+zeaxanthin-dependent+component+of+non-photochemical+quenching+of+chlorophyll+fluorescence+generated+under+steady-state+conditions+in+Arabidopsis%5BTitle%5D)+AND+%22Biochimica+et+Biophysica+Acta+%28BBA%29+-+Bioenergetics%22%5BJournal%5D)">Identification of a slowly inducible zeaxanthin-dependent component of non-photochemical quenching of chlorophyll fluorescence generated under steady-state conditions in Arabidopsis.</a> Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 1797 (4), 466-475 (2010).</li>
<li>Davis, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Limitations+to+photosynthesis+by+proton+motive+force-induced+photosystem+II+photodamage%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Limitations to photosynthesis by proton motive force-induced photosystem II photodamage.</a> Elife. 5, 16921(2016).</li>
<li>Wong, C. Y. S., Gamon, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+photochemical+reflectance+index+provides+an+optical+indicator+of+spring+photosynthetic+activation+in+evergreen+conifers%5BTitle%5D)+AND+%22New+Phytologist%22%5BJournal%5D)">The photochemical reflectance index provides an optical indicator of spring photosynthetic activation in evergreen conifers.</a> New Phytologist. 206 (1), 196-208 (2015).</li>
<li>Miyake, C., Amako, K., Shiraishi, N., Sugimoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acclimation+of+Tobacco+Leaves+to+High+Light+Intensity+Drives+the+Plastoquinone+Oxidation+System%E2%80%94Relationship+Among+the+Fraction+of+Open+PSII+Centers%2C+Non-Photochemical+Quenching+of+Chl+Fluorescence+and+the+Maximum+Quantum+Yield+of+PSII+in+the+Dark%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+and+Cell+Physiology%22%5BJournal%5D)">Acclimation of Tobacco Leaves to High Light Intensity Drives the Plastoquinone Oxidation System—Relationship Among the Fraction of Open PSII Centers, Non-Photochemical Quenching of Chl Fluorescence and the Maximum Quantum Yield of PSII in the Dark.</a> Plant and Cell Physiology. 50 (4), 730-743 (2009).</li>
<li>Munekage, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclic+electron+flow+around+photosystem+I+is+essential+for+photosynthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Cyclic electron flow around photosystem I is essential for photosynthesis.</a> Nature. 429 (6991), 579-582 (2004).</li>
<li>Tubuxin, B., Rahimzadeh-Bajgiran, P., Ginnan, Y., Hosoi, F., Omasa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimating+chlorophyll+content+and+photochemical+yield+of+photosystem+II+%28%CE%A6PSII%29+using+solar-induced+chlorophyll+fluorescence+measurements+at+different+growing+stages+of+attached+leaves%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Botany%22%5BJournal%5D)">Estimating chlorophyll content and photochemical yield of photosystem II (ΦPSII) using solar-induced chlorophyll fluorescence measurements at different growing stages of attached leaves.</a> Journal of Experimental Botany. 66 (18), 5595-5603 (2015).</li>
</ol>

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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...

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.
잎 흡수 태양 광 빛 에너지는 주로 광합성 반응에 의해 소비된다. 대조적으로, 과잉 빛 에너지의 흡수는 광합성 분자에 손상을 일으키는 반응성 산소 종을 생성할 수 있습니다. 과잉 광에너지는 비광화학적 담금질(NPQ) 메커니즘을 통해 열로서 방출되어야 한다6. 잎 반사도 매개변수의 광의존적 변화를 반영하는 광화학 반사도 지수(PRI)는 531 및 570 nm(기준 파장)의 협대역 반사도7,8에서유래한다. 엽록소 형광 분석 에서 NPQ와 상관관계가 있는 것으로 보고되고있다9. 그러나, NPQ는 산토필 사이클, 상태 전통 및 광억제를 포함하는 복합 파라미터이기 때문에, PRI 파라미터가 측정하는 것을 이해하기 위해서는 상세한 검증이 요구된다. 우리는 크산토필 주기, 산토필 안료의 탈에 대한 열 방출 시스템(무록산틴과 제아잔틴에 비올락산틴)과 PRI와 이들의 변환 사이의 상관관계 때문에 NPQ의 주요 구성 요소에 초점을 맞추었습니다. 안료는 이전 연구에서 보고되었습니다8.
많은 광합성 관련 돌연변이는 애기장대에서 고립되고 확인되었습니다. npq1 돌연변이체는 비올락산틴 드 에폭시다아제(VDE)에서 돌연변이를 운반하기 때문에 제아잔틴을 축적하지 않으며, 이는 비올락산틴을제아잔틴(10)으로 변환시키는 촉매제이다. PRI가 산토필 안료의 변화만을 검출하는지 여부를 확인하기 위해 npq1및 야생형의 동일한 잎 영역에서 PRI 및 엽록소 형광을 동시에 측정한 다음, 다양한 시간 척도에서 NPQ를 해부하여 추출합니다. 산토필 관련 성분11. 이러한 동시 측정은 식물 지수를 할당하는 데 유용한 기술을 제공합니다. 또한 PRI는 총 1차 생산성(GPP)과 상관관계가 있기 때문에 PRI를 하나의 구성 요소에 정확하게 할당하는 기능은 생태학12에서중요한 응용 을 가지고 있습니다.

<table><tbody><tr><td>할로겐 광원</td><td>OptoSigma</td><td>SHLA-150</td><td></td></tr><tr><td>광 양자 미터</td><td>LI-COR</td><td>LI-1000</td><td></td></tr><tr><td>PAM 엽록소 형광계</td><td>Walz</td><td>JUNIOR-PAM</td><td></td></tr><tr><td>PAM 제어 소프트웨어</td><td>Walz</td><td>WinControl-3.27</td><td></td></tr><tr><td>반사율 표준</td><td>Labsphere, Inc.</td><td>SRT-99-050</td><td></td></tr><tr><td>분광 복사계</td><td>ADS Inc.</td><td>Field Spec3</td><td></td></tr><tr><td>스펙트럼 복사계 제어 소프트웨어</td><td>ADS Inc.</td><td>RS3</td><td></td></tr></tbody></table>

잎 반사 및 엽록소 형광 분석의 동시 측정을 통해 광합성 거동 평가

Evaluation of Photosynthetic Behaviors by Simultaneous Measurements of Leaf Reflectance and Chlorophyll Fluorescence Analyses

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.

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</su...

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.

Chlorophyll a fluorescence analysis is widely used to measure photosynthetic behaviors in intact plants, and has resulted in the development of many ...

이미 알려진 돌연변이 식물 모델을 사용하여 엽록소 형광 해석을 이용한 잎 반사도의 동시 측정은 새로운 반사파라미터의 확립을 용이하게 한다. 우리의 방법에 의해 새로운 잎 반사 매개 변수의 건설은 자연 환경 조건하에서 변화하는 식물 행동의 실시간 모니터링을 할 수 있습니다. 실험을 시작하기 전에 이 회로도에 표시된 측정 시스템을 설정합니다.샘플 스테이지, 광원, PAM 불소계 및 스펙트럼 방사포를 통해. 다음으로 10cm 제곱 강판을 1cm 직경의 구멍으로 맞춤 시료 단계에 부착합니다. 그리고 두 개의 얇은 섬유 프로브를 단단히 맞춥시게 합니다.프로브를 플라스틱 테이프로 감쌉니다. 그런 다음 홀더를 사용하여 녹화된 프로브를 샘플 스테이지에 잘라냅니다. 프로브를 샘플 단계로 수직으로 배치합니다.그리고 할로겐 광원에 유리 섬유로 만든 비포크 라이트 가이드를 부착합니다. 그런 다음 양방향에서 약 45도 각도로 샘플 스테이지를 조사합니다. 라이트 소스를 조정하여 그림자를 투사하지 않고 빛이 균일하게 샘플 스테이지를 비춥춥습니다.좌측 반사및 엽록소 플로레스Cence 분석의 동시 측정을 위해 녹색 셀로판 광이 있는 어두운 방에서 시료 스테이지의 리프 홀더에 시험공장을 배치하고 스테이지의 강판 구멍에 대한 리프를 만집니다. PAM 불소계의 약한 녹색 빛을 끄고 측정 빛으로 잎 샘플을 조사합니다. 플로레시엔스 강도가 약 100을 측정하고 프로브와 잎 사이의 거리를 측정할 수 있도록 조절기를 이동합니다.어저스터를 제자리에 고정하고 어저스터의 거리 값을 기록합니다. 그런 다음 측정 광을 끄고 테스트 플랜트를 제거합니다. 작동 광 강도 측정의 경우 샘플 잎이 배치되는 위치에 광 정량계를 배치합니다.그리고 광원 강도를 측정하기 위해 할로겐 광원으로부터 빛을 조사한다. 광원 다이얼의 어느 위치가 초당 제곱미터당 30, 60, 120, 240 및 480 마이크로몰라 양성자를 생성하는지 결정합니다. 잎 샘플의 위치에 백색 판을 반사제로 놓습니다.그리고 스펙트럼 방사선 계를 켭니다. 스펙트럼 반사도를 350~850나노미터 사이로 조정합니다. 조사 광선이 없기 때문에 현재 스펙트럼 데이터가 없습니다.할로겐 램프를 켜서 초당 제곱미터당 480 마이크로몰라 광자를 조사합니다. 이 테스트에서 가장 높은 돌이킬 수 있는 강도와 채도를 피하기 위해 방사계의 검출 강도를 조정합니다. 그런 다음 초당 제곱미터당 30, 60, 120, 240 및 480 마이크로 모라 광자를 조명하에 스펙트럼 반사도를 기록합니다.잎 반사및 엽록소 플로레시전 의 동시 측정을 위해 식물을 같은 온도와 습도로 성장 챔버에서 암실로 옮김합니다. 1 시간 후 잎 샘플 위치에 아라비도시스 식물을 배치합니다. 그리고 리프 표면이 검출 프로브에 수직되도록 샘플 잎을 잎에 고정합니다.PAM 불소계를 켜고 커브 레코딩을 시작합니다. 이 값을 0이라고 합니다. 측정 광을 켜고 곡선이 응답할 때까지 약 30초 정도 기다립니다.이 값을 F 0이라고 합니다. PAM에서 0.8초 동안 초당 4, 000 마이크로몰라 광자의 포화 펄스를 전달하고 형광 강도가 증가하여 곡선에서 스파이크의 가장 높은 값을 얻습니다. 이 값을 Fm.Then라고 하며, 수식을 사용하여 어두운 색의 사진 시스템 2의 최대 양자 수율을 계산합니다.정상 상태에서 광합성 거동을 측정하기 위해, Fm을 기록한 후 초당 제곱미터당 30 마이크로몰라 광자를 사용하여 잎 샘플을 조사한다. 스펙트럼 방사능을 켜면서 잎 반사도를 모니터링합니다. 광합성 반응이 정상 상태에 도달할 때까지 적어도 20분 간 기다립니다.이 반응 기간 동안, 포화 펄스는 1 분 간격으로 공급될 것이다. 안정된 상태의 플로레시엔스 강도는 Fs.펄스 라이트 20분 후에 달성된 최대 꽃집 값인 Fm 프라임이라고 합니다. 이 시점에서 스펙트럼 반사도를 기록합니다.정상 상태에서 광합성 활성을 계산하기 위해 액티비티 라이트 하에서 포화 펄스를 조사하여 추정할 수 있는 사진 시스템 2의 양자 수율을 계산한다. 사진 시스템 2 반응 센터에서 선형 전자 플럭스를 추정한다. 그런 다음 비광화학 담금절을 계산하고 531 및 570 나노미터에서 광화학 반사도 지수를 계산합니다.FS와 리프 반사를 획득한 후 액티니믹 라이트를 끄고 어두운 이완 중에 1분 간격으로 포화 펄스를 제공합니다. 어둠 아래 포화 펄스에 의해 유도 된 최대 꽃 값은 Fm 더블 프라임이라고합니다. 그리고 Actinic 빛을 끄고 2 분 과 10 분에 Fm 더블 프라임 데이터를 저장합니다.이완 커넥터로부터 비광화학 담금질의 파라미터를 계산하려면, 2분 어두운 적응 Fm 이중 프라임 데이터로 qE를 추정한다. 잔톡시룸 의존적 담금질, qZ를 계산하여 10분 다크 적응 Fm 더블 프라임 데이터를 계산합니다. 그런 다음 사진 억제 상태를 계산합니다.다음 측정으로 미터당 60 마이크로 몰라 광자에서 작동 광을 켜고 동일한 측정을 반복합니다. 이 대표적인 실험에서는 야생형 및 돌연변이 아라비도시스 식물을 비교하였다. 잎 반사도에서 계산된 광화학 반사도 지수PRI의 변화는 PAM 불소계에 의해 추정된 사진 시스템 2의 빛 의존선형 전자 흐름에 대하여 플롯되었다.본 실험에서 PRI의 변화는 야생형 식물의 선형 전자 흐름과 부정적으로 상관관계가 있었지만 돌연변이 식물에서는 그렇지 않았다. xanthophyll 주기를 나타내는 qZ는 비 광화학 담금질의 어두운 이완 연결체로부터 분획되었고 PRI의 변화에 대해서도 플롯되었다. 이 분석에서 qZ는 또한 PRI가 xanthophyll 주기를 반사한다는 것을 암시하는 두 식물 균주에 대한 PRI의 변화와 강하게 상관관계가 있었다.동일한 광원 또는 강도를 사용하여 동일한 리프 영역을 동시에 측정하기 위해 고정 장치에서 동일한 검출 섬유를 사용하여 잎을 수직으로 배치합니다. 반사분광법은 야생형 및 돌연변이 식물에서 다양한 표현형을 분석하여 식물 분자 메커니즘을 해명할 가능성이 있다.

evaluation-photosynthetic-behaviors-simultaneous-measurements-leaf

Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

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작은 볼륨 생물 검정은 물 - 펄스 진폭 변조 (WATER-PAM) 형광 측정을 사용하여 세균 / 식물 플랑크톤의 공동 문화를 평가하는

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자율 로봇을 이용한 작물 식물의 광합성 효율을 현장에서 고처리량으로 스크리닝합니다

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잎 반사 및 엽록소 형광 분석의 동시 측정을 통해 광합성 거동 평가

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