Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Utvärdering av fotosyntetiska beteenden genom samtidiga mätningar av Bladreflektans och klorofyll-Fluorescensanalyser

Published: August 9, 2019 doi: 10.3791/59838

Summary

Vi beskriver en ny teknisk metod för att studera fotosyntetiska reaktioner i högre anläggningar med samtidiga mätningar av klorofyll en fluorescens och blad reflektans med hjälp av en pam och en spektralradiometer för detektion av signaler från samma löv område i Arabidopsis.

Abstract

Klorofyll en fluorescensanalys används ofta för att mäta fotosyntetiska beteenden i intakt växter, och har resulterat i utvecklingen av många parametrar som effektivt mäter fotosyntesen. Blad reflektans analys ger flera vegetations index i ekologi och jordbruk, inklusive fotokemisk reflektans index (PRI), som kan användas som en indikator på termisk energi avledning under fotosyntesen eftersom det korrelerar med icke-fotokemisk kylning (NPQ). Eftersom NPQ är en sammansatt parameter krävs dock validering för att förstå arten av PRI-parametern. För att få fysiologiska bevis för utvärdering av PRI parameter, vi mätt samtidigt klorofyll fluorescens och blad reflektans i xanthofyll Cycle defekt Mutant (npq1) och vildtyp Arabidopsis växter. Dessutom, den QZ parametern, som sannolikt återspeglar xanthofyll cykeln, extraherades från resultaten av klorofyll fluorescens analys genom att övervaka avslappning kinetik av npq efter att tända ljuset. Dessa samtidiga mätningar genomfördes med hjälp av en Pulse-amplitud modulering (PAM) klorofyll fluorometer och en spektralradiometer. Fiber sonderna från båda instrumenten var placerade nära varandra för att detektera signaler från samma blad position. En extern ljuskälla användes för att aktivera fotosyntesen, och mät lamporna och det mättade ljuset tillhandahölls från PAM-instrumentet. Detta experimentella system gjorde det möjligt för oss att övervaka ljus beroende PRI i intakt anläggningen och avslöjade att ljus-beroende förändringar i PRI skiljer sig avsevärt mellan Wild Type och npq1 Mutant. Dessutom var PRI starkt korrelerad med QZ, vilket innebär att QZ återspeglar xanthofyll cykeln. Tillsammans visade dessa mätningar att samtidig mätning av bladreflektans och klorofyll fluorescens är en giltig metod för parameter utvärdering.

Introduction

Blad reflektans används för att på distans känna vegetations index som återspeglar fotosyntesen eller egenskaper i växter1,2. Den normaliserade skillnaden vegetation index (NDVI), som är baserad på infraröda reflektions signaler, är en av de mest kända vegetations index för detektion av klorofyll-relaterade egenskaper, och det används i ekologi och lantbruksvetenskap som en indikator för miljöåtgärder i träd eller grödor3. I fältstudier, även om många parametrar (t. ex. klorofyll index (CI), vatten index (WI), etc.) har utvecklats och använts, några detaljerade kontroller av vad dessa parametrar direkt (eller indirekt) upptäcka har utförts med Mutants.

Pulse-amplitud modulering (PAM) analys av klorofyll fluorescens är en effektiv metod för att mäta fotosyntetiska reaktioner och processer som deltar i System II (psii)4. Klorofyll fluorescens kan detekteras med en kamera och används för screening photosynthesis mutanter5. Men kamera detektering av klorofyll fluorescens kräver komplexa protokoll såsom mörk behandling eller ljus mättnad pulser, som är svåra att genomföra i fältstudier.

Blad absorberas sol ljusenergi är främst konsumeras av fotosyntetiska reaktioner. Däremot kan absorptionen av överskotts ljusenergi generera reaktiva syreradikaler, som orsakar skador på fotosyntetiska molekyler. Den överskjutande ljusenergin måste skingras som värme genom icke-photochemical kylning (npq) mekanismer6. Det fotokemiska reflektans indexet (PRI), som återspeglar ljus beroende förändringar i parametrar för bladreflektans, härleds från smalbandsinreflektans vid 531 och 570 nm (referens våglängd)7,8. Det rapporteras att korrelera med NPQ i klorofyll fluorescensanalys9. Eftersom npq är en sammansatt parameter som innehåller xanthofyll cykel, State tradition och photoinhibition, krävs detaljerad validering för att förstå vad PRI parametern åtgärder. Vi har fokuserat på xanthofyll Cycle, ett termiskt avledande system som inbegriper de-epoxidation av xanthofyll pigment (violaxantin till antheraxantin och zeaxantin) och en huvudsaklig komponent i npq eftersom korrelationer mellan PRI och omvandling av dessa pigment har rapporterats i tidigare studier8.

Många fotosyntesrelaterade mutanter har isolerats och identifierats i Arabidopsis. Den npq1 Mutant ackumuleras inte zeaxantin eftersom det bär en mutation i violaxantin de-epoxidas (VDE), som katalyserar omvandlingen av violaxantin till zeaxantin10. För att fastställa om PRI bara upptäcker förändringar i xanthofyll pigment, vi mätt samtidigt PRI och klorofyll fluorescens i samma bladområdet i npq1 och Wild-typ och sedan dissekeras npq vid varierande tidsskalor av mörk avslappning för att extrahera Xanthophyll-relaterade komponent11. Dessa samtidiga mätningar ger en värdefull teknik för tilldelning av vegetations index. Dessutom, eftersom PRI korrelerar med brutto primär produktiviteten (GPP), möjligheten att tilldela PRI just till en komponent har viktiga tillämpningar i ekologi12.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. odling av Arabidopsis-växter

  1. Blötlägg Arabidopsis thaliana frön i steriliserat avjoniserat vatten i en MicroTube, och inkubera i 2 dagar vid 4 ° c i mörker.
  2. Placera ungefär fyra av de imbibed, kallbehandlade frön på jordytan med hjälp av en micropipett. Inkubera de planterade krukor i en tillväxt kammare med en 16 h ljus (120 μmol fotoner m-2 s-1) och 8 h mörk period vid 22 ° c och 20 ° c, respektive.
  3. Odla en planta per kruka genom att gallra andra plantor efter grobarheten. Förbered minst fem krukor. Inkubera växterna i tillväxt kammaren i ytterligare 4 veckor. Tre växter används för experimenten.
  4. Använd den yngsta, fullt öppnade mogna blad för fotosyntes mätningar.

2. inrättande av provtagnings stadiet, fotosyntetiska instrument och ljuskälla

Anmärkning: för detta protokoll användes ett specialbyggt prov skede för fixering av löv och detekterings prober (figur 1).

  1. Fäst en 10 cm2 stålplåt med ett hål på 1 cm diameter på den skräddarsydda prov fasen. Hålstorleken i denna platta kan ändras för att rymma olika löv prov eller växtarter. Scenen har ett klipp för fixering av detekterings sonderna och en justerare för att justera avståndet mellan sonderna och löv provet.
  2. Förbered tunna fiber sonder för att mäta klorofyll fluorescens och blad reflektans. Dessa tunna fiber sonder kommer att placeras nära så att de mäter signaler från samma blad position.
    Anmärkning: en PAM klorofyll fluorometer och en spektralradiometer anpassades för signaldetektering av klorofyll en fluorescens och blad reflektans, respektive. Båda instrumenten använder tunna fiber sonder med diametern 1 mm respektive 2 mm.
  3. Montera dessa två sonder tätt tillsammans och Linda dem med Plasttejp.
  4. Fäst de tejpade sonderna på prov stadiet med en koaxialobjektivets hållare (se figur 1) och placera dem vertikalt på bladytan.
    Anmärkning: synfältet för fiberoptiska kabeln i spektralradiometern är α = 25 °. I denna metod, avståndet mellan fiber sond tips och blad yta är kortare än 1 cm. Därför är mätningen löv området nästan samma som för fiber.
  5. Fäst en biforked ljus guide gjord av glasfibrer till halogenljuskällan och bestråla provet scenen från båda riktningarna i vinklar på ca 45 °.
    Anmärkning: en halogenlampa, som är nära våglängdsfördelningen av naturligt solljus, används som aktinisk ljus för att inducera fotosyntesen. Halogenljuskällan anpassades med ett inbyggt kallt filter, som avlägsnar långa våglängder från nära infrarött, för att förhindra ökningar av löv ytans temperatur (λ = 400 till 800 nm).
  6. Justera ljuskällan så att ljuset lyser jämnt på prov scenen utan att det kastar skuggor.

3. inställning av samtidiga mätningar av bladreflektans och klorofyll fluorescens

Obs: alla steg utförs i det mörka rummet för att undvika detektering av ljus annat än aktinisk ljus. Ett svagt grönt ljus (t. ex. grönt-cellofat ljus) ska stängas av före de faktiska mätningarna.

  1. Mätning av avståndet mellan löv provet och sonderna på prov stadiet.
    1. Placera ett Testblad på löv hållaren för prov stadiet i mörker. Tryck på bladet mot en stålplåt på scenen (svart fyrkant i figur 1).
    2. Slå på PAM och bestråla löv provet med ett Mät ljus. Värdena för klorofyll-fluorescensintensiteterna bekräftas med hjälp av PAM-kontrollerande programvara (se tabell över material).
    3. Flytta justeraren så att fluorescensintensiteten mäter cirka 100. Mät avståndet mellan sonden och bladet. Fäst justeraren och anteckna värdet på avståndet på justeraren.
    4. Stäng av Mät ljuset. Ta bort test bladet.
  2. Mäta irradians intensitet i aktinisk belysning
    Anmärkning: för att observera ljus beroende fotosyntetiska beteenden, aktinisk ljus av varierande intensitet används för att bestråla blad provet.
    1. Ställ in en ljus kvantmätare på den plats där prov bladet skulle placeras.
    2. Bestråla ljus från halogenljuskällan och mät intensiteten.
    3. Bestäm vilka positioner av ljuskälla ratten skulle generera intensiteter av 30, 60, 120, 240, och 480 μmol fotoner m-2 s-1.
      Obs: Arabidopsis växter odlas under 120 μmol fotoner m– 2 s– 1; Därför väljs irradians intensitet av aktinisk ljus för att ge en rad små och stora intensiteter.
    4. Markera varje irradians intensitet på ratten.
  3. Mät en reflektions standard.
    Anmärkning: en reflektions standard krävs för att beräkna löv reflektions förhållandet vid varje irradians intensitet.
    1. Placera en vit plåt som en reflektans standard vid placeringen av löv provet.
    2. Slå på en spektralradiometer. Reflektans signalen visas av spektralradiometer kontrollerande programvara. Vid denna tid finns det inga spektrala data eftersom det inte finns någon irradierande ljus.
    3. Slå på halogenlampan att bestråla med 480 μmol fotoner m– 2 s– 1, den högsta irradians intensitet i detta test.
    4. Justera radio ometerns detektions styrka för att undvika mättnad.
    5. Record spektrala reflektans mellan 450 – 850 nm vid 1 Nm intervall under belysning med 30, 60, 120, 240, och 480 μmol fotoner m– 2 s– 1.
      Anmärkning: en baslinje elektrisk signal (mörk ström) korrigeras och subtraas vid varje spektralmätning.

4. samtidiga mätningar av bladreflektans och klorofyll en fluorescens, och beräkning av fotosyntetiska parametrar

  1. Ställ en anläggning på blad prov positionen.
    1. Överför Arabidopsis-växten från den odlade kammaren till det kontrollerade mörka rummet med samma temperatur och fuktighet som tillväxt kammarens.
    2. Inkubera anläggningen för 1 h i mörkret vid 22 ° c för att skingra elektroner från PSII reaktions centrum och för att koppla av icke-fotokemisk släckning.
    3. Placera den mörkanpassade hela anläggningen på ett Lab-uttag under provtagnings stadiet (figur 1).
    4. Fäst prov bladet på löv hållaren så att löv ytan är vinkelrät mot detekterings sonderna.
  2. Mätning av den maximala Quantum avkastningen av PSII.
    1. Slå på PAM och börja spela in kurvan. Det här värdet kallas 0.
    2. Sätt på Mät ljuset och vänta ungefär 30 s för att kurvan ska svara. Det här värdet kallas F0.
    3. Ge en mättad puls på 4000 μmol fotoner m– 2 s– 1 för 0,8 s från pam.
    4. Få det högsta värdet av spetsen i kurvan med ökad fluorescensintensitet. Detta värde kallas FM.
    5. Beräkna den maximala Quantum avkastningen av PSII i mörkret (FV/fM), med hjälp av följande ekvation.
      FV/fm = (fm f0)/ fm
  3. Mätning av fotosyntetiska beteenden vid steady state.
    1. Slå på halogenlampan som extern ljuskälla med Mät ljuset på efter inspelning FM (se 4.2.4). Först, bestråla löv provet med det svagaste ljuset (30 μmol fotoner m– 2 s– 1).
    2. Slå på spektralradiometern samtidigt för att övervaka bladreflektans.
    3. Vänta 20 min eller längre för att den fotosyntetiska reaktionen ska nå steady state under ljusförhållandena. Fluorescensintensiteten för steady state kallas för FS.
    4. Leverera en mätande puls med intervaller på 1 min under belysningen med aktinisk ljus. Det maximala fluorescensvärdet som uppnåtts under det pulsade ljuset kallas FM′.
    5. Registrera data för FM′ vid 20 min efter att slå på aktinisk ljus.
    6. Ta blad reflektans data genom att i genomsnitt 10 skanningar på en optimerad integrations tid, med en mörk ström subtraktion.
  4. Beräkning av fotosyntetiska parametrar vid steady state.
    1. Beräkna den kvantmekaniska avkastningen av psii fotokemi (Φpsii), som kan uppskattas genom att bestråa med mättade pulser under aktinisk ljus, med hjälp av följande ekvation.
      Φpsii = (fm′- fS)/ fm
    2. Beräkna det linjära elektron flödet (LEF) från PSII reaktions centrum enligt följande 4.
      LEF = irradians intensitet av aktinisk ljus × Φpsii × 0,5 × 0,84
    3. Beräkna NPQ, som kan uttryckas termisk skingrande, med hjälp av följande ekvation.
      npq = (f m- fm′)/ fm
      Obs: ljusenergi förbrukas främst av fotosyntes reaktioner. Men när växter absorberar mer ljusenergi än energi som förbrukas av fotosyntesen, mekanismerna för termisk avledning induceras för att undvika överflödig energi.
    4. Med hjälp av de spektrala data som erhållits med radio mätaren under samma ljusförhållanden, beräkna bladreflektans förhållandet enligt följande.
      Reflektans förhållande = Rblad /rstandard
    5. Beräkna PRI från 531 nm och 570 nm enligt följande. Dessa två våglängder utvinns ur reflektans förhållandet.
      PRI = (R531– r570)/(r531+ r570)
      Anmärkning: R är en reflektans.
  5. Mätning av avslappnings kinetik av icke-fotokemisk släckning.
    1. Stäng av aktinisk ljus efter att ha förvärvat FS och blad reflektans.
    2. Övervaka klorofyll fluorescens av pam i 10 min efter att stänga av ljuset.
    3. Ge en mätande puls med intervaller på 1 min under den mörka avkopplingen. Det maximala fluorescensvärdet som induceras av mättnadspuls under mörker kallas FM′ ′. Få tio av FM′ ′ i ett test.
    4. Spara data för FM′ ′ på 2 min och 10 min efter att stänga av aktinisk ljus.
    5. Vrid aktinisk ljus på inställd på nästa irradians intensitet, 60 μ mol fotoner m– 2 s– 1.
    6. Upprepa en ljus anpassning för 20 min och en mörk avslappning för 10 min med pulserande mättnadslampa i intervaller om 1 min. registrera alla data enligt beskrivningen ovan. Upprepa alla steg och mätningar med bestrålning vid 120, 240, och 480 μ mol fotoner m– 2 s– 1.
  6. Beräkning av parametrarna för icke-fotokemisk kylning från avslappnings kinetik.
    Obs: ljus beroende induktion av NPQ är avslappnad genom att stänga av ljuskällan13. Det är möjligt att fraktionera varje NPQ funktion genom att justera avslappnings tidsskalor.
    1. Uppskatta qE (energiberoende kylning) fraktion med hjälp av FM′ ′ efter 2-min mörk anpassning.
      qE = (fM2M′ ′-fm′)/ fm
      Obs: qE-fraktionen vänds snabbt inom 1 – 2 minuter. Denna fraktion omfattar främst psbs protonering och en del av xanthofyll omvandling, som beror på ljus-inducerad δph över tylakoida membranet13. Båda är reversibla vid nedbrytning av lutningen.
    2. Beräkna qZ (zeaxantin beroende Quenching) fraktion med hjälp av FM′ ′ efter 10-min mörk anpassning.
      QZ = (fM10m′ ′-fm′)/ Fm
      Anmärkning: en avslappnings kinetik för npq vid ca 10 min efter aktinisk ljus reflekterar en xanthofyll Cycle14. De flesta av xanthofyll omvandlingen är omvänd vid längre tidsskalor på cirka 10 min (QZ) eftersom omvandlingen kräver en VDE (violaxantin de-epoxidas) enzymatisk reaktion. Fraktionen är också avslappnad genom nedbrytning av δph över tylakoida membranet.
    3. Beräkna qI (photoinhibitory tillstånd) enligt följande.
      qI = (fmfM10m′ ′)/ fm
      Obs: den långsammaste återhämtningen bland NPQ fraktioner tros vara photodamage av PSII (indikerar D1 omsättning). Denna fraktion av den photoinhibitory tillstånd (qI), som inte återhämta sig med 10 min15.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 1 visar ett Schematiskt diagram över den experimentella uppsättningen för samtidig mätning av klorofyll-fluorescens och bladreflektans. Fibern sonderna av PAM och spektralradiometern sattes vinkelrätt till bladytan vid löv hållaren på det skräddarsydda provet skede, och en halogenlampa användes för aktinisk ljus bestrålning från både vänster och höger riktningar utan gjutning någon Skuggor. PAM-och Leaf reflektans signalerna upptäcktes med hjälp av programvaran för de separata systemen. Detta experimentella system användes för att jämföra växter av typen Arabidopsis Wild-Type (Col) och npq1 Mutant (lack-zeaxantin) (figur 2). Den ΔPRI som beräknats utifrån bladreflektans plottas mot ljus beroende linjärt elektron flöde från PSII beräknat av PAM (figur 2A). PRI rapporteras påverkas inte bara av xanthofyll men också av karotenoider16. PRI korrigerades genom att vara PRI vid varje ljusintensitet minus PRI vid den lägsta ljusintensiteten (ΔPRI) att observera endast ljus-beroende PRI förändringar11. Resultaten visade att ΔPRI var negativt korrelerad med LEF i vildtyp växter, men inte i npq1. Vi dissekerade också QZ, som representerar xanthofyll cykel, från den mörka avslappnings kinetik av npq och plottade det som δpri i figur 2b. Resultaten visar att QZ är starkt korrelerad med δpri (r2 =-0,87, p-värde < 0,001), vilket innebär att PRI återspeglar xanthofyll cykeln.

Figure 1
Figur 1: Schematiskt diagram över experiment systemet för samtidig mätning av klorofyll en fluorescens och bladreflektans. Detaljer beskrivs i avsnittet protokoll. En kruka placerades av ett labb Jack (solid dubbelpil). En halogenlampa användes för att bestråla olika ljusintensiteter för att aktivera fotosyntesen (tunn solid pil). Klorofyll en fluorescens signaler upptäcktes med hjälp av ett system av Pulse amplitud modulering (PAM); den röda linjen indikerar fiber sonden från PAM klorofyll fluorometer. Bladreflektans upptäcktes av en spektralradiometer under ljus belysningen. den blå linjen indikerar fiber sonden från spektralradiometern. Mät ljuset (prickig pil) och det kortmättade ljuset (tjock solid pil) tillhandahölls också av pam klorofyll fluorometer. De mättade lamporna pulsade med 1 min intervall under ljus anpassning för 20 min och mörk avslappning i 10 min. vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: förändringar i fotosyntetiska parametrar i vildtyp Columbia (svarta fyrkanter), och npq1 Mutant (röda fyrkanter) Arabidopsis växter. ΔPRI (PRI vid varje irradians intensitet minus PRI vid den lägsta intensiteten av 30 μmol fotoner m-2 s-1) var plottas mot (a) graden av linjär elektron Flux (LEF), och (B) QZ efter mörk avslappning för 10 min. Den irradians intensitet av aktinisk ljus var 30, 60, 120, 240, och 480 μmol fotoner m-2 s-1. Data punkter och felstaplar representerar betyder ± SD för n= 3. Raden i B är en Regressions kurva som gäller för alla datapunkter. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denna studie fick vi ytterligare bevis för att visa att PRI representerar xanthofyll pigment genom att samtidigt mäta klorofyll fluorescens och blad reflektans.

Ett halogenljus, som har våglängder liknande solljus, anpassades för användning som en aktinisk ljuskälla för att aktivera fotosyntesen. Vi använde initialt en vit LED-ljuskällor för att undvika termisk skada på bladytan, men detta producerade långsam mörk avslappning kinetik och exceptionellt hög qI (photoinhibitory Quenching), möjligen genom photoskadande PSII. Vi anpassade därför halogenlampan med ett inbyggt kallt filter för att minska värmeproduktionen. Denna ljuskälla inte orsaka några avvikelser i mörk återhämtning eller qI.

Den viktigaste variabeln i vår metod är det positionella förhållandet mellan bladet, ljuskällan och detekterings sonderna. Vi har testat att mäta klorofyll fluorescens och blad reflektans från olika diagonala vinklar med ljus bestrålar från direkt ovan till bladet. Intensiteten av detekterings signalerna skilde sig dock åt beroende på vinkeln. För att undvika denna variation fastställdes sonderna vertikalt över löv provet (figur 1). Ljuskällan levererades med hjälp av tvåspetsnitar fibrer som bestrålade blad ytan från både vänster och höger sida för att generera en enhetlig bestrålande ljus (figur 1).

Studier av bladreflektans har i första hand använts i ekologi för att bestämma olika växtvegetations index i Fältinställningar, såsom skillnader mellan växtarter, näringsförhållanden eller säsongsbetingade förändringar. Emellertid, få studier har testat och kontrollerat dessa vegetations index i modell växter som Arabidopsis och tobak, vars mutanter kan ha en mängd genetisk information och omik analyser data. Att kontrollera och utveckla vegetations index för dessa anläggningar skulle kunna identifiera nya fotosyntetiska parametrar representerade i innovativa vegetations index, vilket skulle bidra till disciplinen ekologi.

Denna studie fokuserade på den mörka avslappnings kinetiken hos npq för att kontrollera xanthofyll Cycle beteende. Nya photosynthesis-relaterade parametrar är för närvarande under utveckling för klorofyll fluorescens analys (t. ex. uppskattningar av redox tillstånd av plastoquinone pool (qL) eller aktiviteten av cykliskt elektron flöde runt PSI17,18 ). Den samtidiga mätningen av klorofyll fluorescens och blad reflektans i relaterade Arabidopsis mutanter kommer att främja forskning om de molekylära mekanismerna i fotosyntesen och bidra till att utnyttja denna kunskap i fältstudier. En nyligen studie rapporterade att klorofyll fluorescens i växter kan fjärrstyras från blad spektralreflektans. Parametern kallar Solar-inducerad klorofyll fluorescens (SIF) mäts med hjälp av en Fraunhofer linje, mörka linjer absorberas av syre, under sol ljus 12,19. Om de för närvarande utvecklade vegetations indexen omvaldes med hjälp av dessa tekniker skulle det vara möjligt att på distans bedöma fotosyntetiska reaktioner i växter utan att använda speciella behandlingar såsom mättade pulser eller mörk anpassning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författaren har inget att avslöja.

Acknowledgments

Vi är tacksamma för Dr Kouki Hikosaka (Tohokus universitet) för att stimulera diskussioner, hjälp med en arbetsplats och instrument för experiment. Verket stöddes delvis av KAKENHI [Grant Numbers 18K05592, 18J40098] och Naito Foundation.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Halogen light source OptoSigma SHLA-150
Light quantum meter LI-COR LI-1000
PAM chlorophyll fluorometer Walz JUNIOR-PAM
PAM controliing software Walz WinControl-3.27
Reflectance standard Labsphere, Inc. SRT-99-050
Spectral radiometer ADS Inc. Field Spec3
Spectral radiometer controlling software ADS Inc. RS3

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Bioteknik utgåva 150 Växtfysiologi fotosyntes fotokemisk reflektans index (PRI) klorofyll en fluorescensanalys bladreflektans icke-fotokemisk släckning (NPQ)
Utvärdering av fotosyntetiska beteenden genom samtidiga mätningar av Bladreflektans och klorofyll-Fluorescensanalyser
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kohzuma, K. Evaluation ofMore

Kohzuma, K. Evaluation of Photosynthetic Behaviors by Simultaneous Measurements of Leaf Reflectance and Chlorophyll Fluorescence Analyses. J. Vis. Exp. (150), e59838, doi:10.3791/59838 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter