Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές...

Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές Επιστήμες

Η απορρόφηση ακτινοβολίας κατάλληλου μήκους κύματος από ορισμένα μόρια επιφέρει πρόσκαιρες αλλαγές στο ενεργειακό περιεχόμενο ενός ενεργειακά δεκτικού ηλεκτρονίου

Η επαναφορά του ηλεκτρονίου στο σταθερό τροχιακό του γίνεται με παράλληλη απώλεια της ενέργειας που είχε απορροφήσει

Φθορισμός

S

S

S0

1

2διέγερση10 -15 s

σειστικήεπαναφορά10 -14 s-10-11

φθορισμός10 -9 s-10-7

μη ακτινοβολούσααποδιέγερση10 -15 s

Η απώλεια της ενέργειας μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους: εκπομπή φθορισμού, απώλεια μέσω θερμότητας, κ.λπ.

Σε ένα διάλυμα χλωροφύλλης (in vitro) η ένταση του εκπεμπόμενου φθορισμού είναι σταθερή και γραμμικά ανάλογη της έντασης της ακτινοβολίας διέγερσης

Φθορισμός χλωροφύλλης

ενέργεια φθορισμός

έντα

ση φ

θορ

ισμού

ένταση ακτινοβολίας διέγερσης

Στο φυσικό τους περιβάλλον (in vivo) οι χλωροφύλλες εντοπίζονται στα δύο φωτοσυστήματα, PSIΙ και PSI

P680 P700 ή

φωτοσυλλεκτικήαντέννα

κέντρο αντίδρασης

Τα φωτοσυστήματα και οι φωτοχημικές αντιδράσεις

Η απορρόφηση φωτονίων από τα φωτοσυστήματα προκαλεί φωτοχημική ροή ηλεκτρονίων. Ωστόσο, η φωτοχημική απόσβεση της ενέργειας μπορεί να κορεστεί όταν η ροή ενέργειας είναι υψηλή. Τότε, αυξάνεται η συνεισφορά μη φωτοχημικών οδών απόσβεσης της ενέργειας

κοιλότητα θυλακοειδούς

στρώμα

e

e

QA QB b6 f

PCΗ Ο2 Ο2 +

PSII

P680

4Η

e

2 Η

Η

e

NADP NADPH+ Η

ADP ATP+ Pi

Η

PSI

P700

e

PSII

P680

Η Ο2 Ο2 + 4Η2

e

e

QA QB

Η

Η

PC

b6 f

e

PSI

P700

NADP NADPH+ Η

e

ADP ATP+ Pi

Η

e

Τα φωτοσυστήματα και οι φωτοχημικές αντιδράσεις

Ένα διεγερμένο μόριο χλωροφύλλης του φωτοσυστήματος μπορεί

Ο φθορισμός χλωροφύλλης και οι άλλες διεργασίες

να απωλέσει ένα ηλεκτρόνιο και να οξειδωθεί (qP)να αποσβέσει την ενέργεια μέσω θερμότητας (qN ή NPQ)να αποσβέσει την ενέργεια μέσω εκπομπής φθορισμού

P680 (Chla*)*

μη φωτοχημικές διεργασίεςθερμικές απώλειες

εκπομπή φθορισμούφωτοχημικές αντιδράσεις

P680 (Chla*)*

εκπομπή φθορισμού

Φθορισμός χλωροφύλλης: η φωτοσυνθετική ‘υπογραφή’ των φύλλων


ETR

100

80

60

40

20

0500 1000 1500 2000 2500

Photon Flux Density ( mol quanta m s )μ -2 -1


ΔF/

F'

m

0.8

0.6

0.4

0.2

0.00.00 0.02 0.04 0.06 0.08

ΦCO2


NPQ

3

2

1

00 20 40 60 80

Zeaxanthin (mmol mol Chl a+b)-1

Στη συνήθη φθορισμομετρία χλωροφύλλης in vivo ο φθορισμός προέρχεται από την χλωροφύλλη a του κέντρου αντίδρασης του φωτοσυστήματος ΙΙ

P680 (Chla*)*

εκπομπή φθορισμού

Προέλευση του φθορισμού της χλωροφύλλης

• Ελάχιστος χρόνος μέτρησης

• Υψηλή ευαισθησία

• Η τεχνική είναι μη καταστροφική και ελάχιστα επεμβατική

• Ελάχιστο κόστος εκτέλετσης

• Δεν απαιτούνται ιδιαίτερες δεξιότητες

• Μεγάλος όγκος πληροφοριών

• Εφαρμόζεται τόσο στο πεδίο όσο και στο εργαστήριο

Πλεονεκτήματα της τεχνικής του φθορισμού της χλωροφύλλης

• Απαιτητική στο επίπεδο του πειραματικού σχεδιασμού

• Η ερμηνεία των αποτελεσμάτων είναι συχνά δύσκολη

• Τα λάθη σε επίπεδο σχεδιασμού είναι συχνά και δυσδιάκριτα

• Σημαντικό κόστος κτήσης του εξοπλισμού

Μειονεκτήματα της τεχνικής του φθορισμού της χλωροφύλλης

Ποια είναι η προέλευση του φθορισμού;

Σύνοψη

Στη συνήθη φθορισμομετρία χλωροφύλλης in vivo ο φθορισμός προέρχεται από την χλωροφύλλη a του κέντρου αντίδρασης του PS ΙΙ

Ποιοι παράγοντες καθορίζουν την ένταση του φθορισμού;

Για δεδομένη ένταση ακτινοβολίας διέγερσης, βιολογικό υλικό και συνθήκες μέτρησης, η ένταση του φθορισμού καθορίζεται από τον ρυθμό επιτέλεσης της ή των διεργασιών απόσβεσης της ενέργειας διέγερσης του PS II

Ποιες είναι οι διεγρασίες απόσβεσης της ενέργειας στο PS II;

Υπάρχουν δύο 'οδοί' απόσβεσης της ενέργειας: η πρώτη είναι η φωτοχημική απόσβεση μέρος της οποίας αποθηκεύει φωτοσυνθετικά αξιοποιήσιμη ενέργεια και η δεύτερη η μη-φωτοχημική απόσβεση η οποία επιτελείται κυρίως μέσω θερμικών απωλειών

Υπάρχει σχέση μεταξύ φωτοχημικών και φωτοσυνθετικών παραμέτρων;

Σύνοψη

Η φωτοχημική απόδοση του PS II σχετίζεται με την φωτονιακή απόδοση της φωτοσύνθεσης. Ο φαινόμενος ρυθμός ροής ηλεκτρονίων σχετίζεται με τον ρυθμό φωτοσυνθετικής αφομοίωσης.Οι συνιστώσες της μη-φωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού σχετίζονται με τον ρυθμό εμπλοκής των φωτοπροστατευτικών μηχανισμών μεταξύ των οποίων δεσπόζει ο κύκλος των ξανθοφυλλών.

Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης

θερμότητα

εκπομπή φθορισμούφωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού

F

ΦPSI I

qP

qNMLSPAL

MLSPAL

1 23 4


Απεικόνιση της σχετικής συνεισφοράς κάθε οδού απόσβεσης της ενέργειας και σχετικές αλλαγές στην ένταση του εκπεμπόμενου φθορισμού ανάλογα με το είδος και την ένταση της ακτινοβολίας

θερμότητα


F

ΦPSI I

qP

qN


Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα

θερμότητα

εκπομπή φθορισμούφωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού 2F

ΦPSI I

qP

qN


Ακτινοβολία μέτρησης ( Πρόκειται για το μοναδικό είδος ακτινοβολίας του οποίου ο παραγόμενος φθορισμός διέρχεται των οπτικών και ηλεκτρονικών διατάξεων και συνεπώς ο μοναδικός φθορισμός ο οποίος καταγράφεται. Φασματική περιοχή: 65 ερυθρό). Ένταση : < 0,1 μ

Measuring Light, ML):

0 nm ( PAR 5 mol quanta m s .-2 -1

Ακτινοβ. μέτρησης

ML

Είδη ακτινοβολίας στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης


Ακτινοβολία (παλμός) κορεσμού ( Πρόκειται για την ακτινοβολία πολύ υψ ηλής έντασης η οποία εφαρμόζεται για σύντομο (έως 1 χρονικό διάστημα με σκοπό την πλήρη αναγωγή (κλείσιμο) όλων των . Φασματική περιοχή: 380-710 λευκό). Ένταση έως 18.000 μ

Saturation Pulse, SP):

s)PS I I nm

( PAR: mol quanta m s .-2 -1


ML

Παλμόςκορεσμού

SP


Ακτινικό φως ( Πρόκειται για την δραστική (λόγω έντασης) ακτινοβολία η οποία εφαρμόζεται τεχνητά ή προϋπάρχει (ως φυσικό ή τεχνητό φως). Είναι τυπικά το μόνο είδος ακτινοβολίας το οποίο έχει φωτοχημικό αποτέλεσμα. Φασματική περιοχή: 380-710 λευκό) ή ποικίλει. Ένταση ποικίλει

Actinic Light, AL):

nm ( PAR: .


ML


SP

ΑκτινικόφωςAL





Σ κοτεινό ερυθρό ( Πρόκειται για ένα ειδικού τύ που φ ως το οπ οίο κυ ρίως διεγείρει το . Χρησιμοποιείται για την ταχεία απ οδιέγερση της φ ωτοχημικής αλυ σίδας. Φ ασματική περιοχή: 730 . Ένταση 15

Far Red, FR) : PS I

nm : W m - 2.


ML


S P

Ακτιν ικόφ ωςAL

Σ κοτεινόερυ θρό

FR


Καμπύλες ταχείας κινητικής της επαγωγής φθορισμού και βραδείας κινητικής του φθορισμού της χλωροφύλλης.

θερμότητα


3 F

ΦPSI I

qP

qNMLSPAL

MLSPAL

Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικο-ηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης

ML

FClh

MLSPAL



ML+AL

FClh

MLSPAL



ML+AL+SP

FClh

MLSPAL



ML+AL+SP-ML

FClh

MLSPAL



ML

Fo

MLSPAL



ML+SP

Fo

MLSPAL

Fm

Τα πρώτα όργανα φθορισμομετρίας χλωροφύλλης ανήκαν στην τεχνολογία της σταθερής διαμόρφωσης σήματος και μπορούσαν να μετρήσουν μόνο την θεμελιώδη φωτοχημική ικανότητα του PSII

Εξέλιξη των οργάνων φθορισμομετρίας χλωροφύλλης

F o

I LAL

F m

I nduction Light (650 nm )

m ol quanta m sΜέγιστη ένταση 3000 μ - 2 - 1

Τα πρώτα όργανα φθορισμομετρίας χλωροφύλλης ανήκαν στην τεχνολογία της σταθερής διαμόρφωσης σήματος και μπορούσαν να μετρήσουν μόνο την θεμελιώδη φωτοχημική ικανότητα του PSII

Εξέλιξη των οργάνων φθορισμομετρίας χλωροφύλλης

I LAL

I nduction Light (650 nm )

m ol quanta m sΜέγιστη ένταση 3000 μ - 2 - 1

F o

F m



ML+AL

Fo

MLSPAL

Fm

Ft



ML+AL-ML

Fo

MLSPAL

Fm

Ft



ML+AL

Fo

MLSPAL

Fm

Ft



ML+AL+SP

Fo

MLSPAL

Fm

Ft

F 'm



ML

Fo

MLSPAL

Fm

Ft

F 'm

F 'o

Fo

θερμότητα


4F

ΦPSI I

qP

qN


Απεικόνιση της ενεργειακής κατάστασης του πληθυσμού των PS II και ενδεικτικές τιμές των βασικών φωτοχημικών παραμέτρων


Απεικόνιση της ενεργειακής κατάστασης του πληθυσμού των PS II και ενδεικτικές τιμές των βασικών φωτοχημικών παραμέτρων

F

ΦPSI I

qP

qN

325

0,248

0,507

0,872

Ποια είδη ακτινοβολίας εφαρμόζουμε στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης;

Σύνοψη

Τέσσερα είδη, την ακτινοβολία μέτρησης, τον παλμό κορεσμού, το ακτινικό φως και το σκοτεινό ερυθρό

Ποιος είναι ο ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης;

Είναι η ακτινοβολία η οποία μας επιτρέπει να καταγράφουμε τις αλλαγές στα επίπεδα του εκπεμπόμενου φθορισμού

Ποια είναι το βασικά της χαρακτηριστικά;

Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης είναι ο μοναδικός που καταγράφεται επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού

Επιπλέον, είναι ακτινοβολία πολύ χαμηλής έντασης με αποτέλεσμα να μην έχει ακτινικό αποτέλεσμα (δηλ. δεν προκαλεί φωτοχημικές αντιδράσεις ούτε εμπλοκή των μη-φωτοχημικών διεργασιών απόσβεσης)

Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού

Όταν ένα φύλλο είναι 'εγκλιματισμένο στο σκοτάδι' (Dark adapted), όλα τα φωτοσυστήματα είναι οξειδωμένα. Η φωτοχημική οδός είναι 'εν δυνάμει' μέγιστη ενώ οι μη-φωτοχημικές διεργασίες είναι ανενεργές.

θερμότητα


F

ΦPSI I

qP

qN

0

μέγιστη

μέγιστη (1)

ελάχιστη (0)MLSPAL


Εάν σε ένα τέτοιο φύλλο εφαρμόσουμε το φως μέτρησης θα καταγράψουμε τον 'φθορισμό βάσης' (basic fluorescence yield, Fo)

θερμότητα


F

ΦPSI I

qP

qN

Fo

μέγιστο

μέγιστο (1)

ελάχιστο (0)MLSPAL

Fo


Η εφαρμογή ενός παλμού κορεσμού αρχίζει να κλείνει τα φωτοσυστήματα με συνέπεια την άνοδο του επιπέδου του φθορισμού έως ένα πλατώ το οποίο διατηρείται για όσο συνεχίζεται η αναγωγή των φωτοσυστημάτων και των προταρχικών δεκτών ηλεκτρονίων

θερμότητα


F

ΦPSI I

qP

qN

Fi

-----

<1

0MLSPAL

Fi


Γρήγορα η συνεχιζόμενη εφαρμογή του παλμού κορεσμού κλείνει όλα τα φωτοσυστήματα με αποτέλεσμα την απότομη άνοδο του φθορισμού στην ανώτατη δυνατή τιμή η οποία αναφέρεται ως μέγιστος φθορισμός (maximum fluorescence, Fm)

θερμότητα


F

ΦPSI I

qP

qN

Fm

0.825

0

0MLSPAL

Fm


Η παύση του παλμού κορεσμού έχει ως συνέπεια την πτώση του φθορισμού λόγω φωτοχημικής απόσβεσης καθώς η αλυσίδα ροής ηλεκτρονίων αρχίζει να λειτουργεί αποσβεστικά

θερμότητα


F

ΦPSI I

qP

qN

<Fm

0.825

>0

0MLSPAL


Τέλος, η εκπομπή φθορισμού επανέρχεται στα επίπεδα του Fo καθώς όλα τα φωτοσυστήματα έχουν ξανά οξειδωθεί

θερμότητα


F

ΦPSI I

qP

qN

Fo

0.825

1

0MLSPAL


Η θεμελιώδης ή δυνητική φωτοχημική ικανότητα του PS II (ΦPSIIo=(Fm–Fo)/Fm=Fv/Fm αποτελεί ένα μέτρο της ικανότητας του PS II να απορροφά την ενέργεια της ακτινοβολίας και να προωθεί με αυτή τη φωτοχημική ροή ηλεκτρονίων

MLS PAL

F o

Fm

F =F - Fv m o


Η ΦPSIIo αποτελεί τον πλέον διαδεδομένο δείκτη ύπαρξης βλαβών από καταπονήσεις που σχετίζονται με τη φωτοσύνθεση και την ακεραιότητα των δομικών και βιοχημικών στοιχείων των χλωροπλαστών όπως φωτοοξειδώσεις, τροφοπενίες, τοξικότητες, υψηλή αλατότητα, ψύχος, κ.λπ.

υ γιές φ υ τό καταπονημένο φ υ τόπαράμετρος

508 703F o

2904

2396

0.825

2003

1300

0.649

Fm

F v

Φ PS I I o


Ποια θα ήταν η κινητική της καμπύλης ταχείας κινητικής εάν στο δείγμα είχε εφαρμοστεί η ουσία DCMU;

MLS PAL

Παράμετροι της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού

Fo, Βασικός φθορισμός. Αντιστοιχεί στην ικανότητα ροής ενέργειας από την φωτοσυλλεκτική αντέννα προς το κέντρο αντίδρασης του PS II.

Fm, Μέγιστος φθορισμός. Είναι ένα μέτρο της συνολικής ροής ενέργειας διαμέσου του PS II.

Fv, Μεταβλητός φθορισμός. Αντιστοιχεί στην ροή ενέργειας από το κέντρο αντίδρασης του PS II προς την φωτοχημική αλυσίδα.

Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm=ΦPSIIo, Δυνητική φωτοχημική ικανότητα του PSII. Αντιστοιχεί στο μέγιστο δυνατό ποσοστό της ενέργειας το οποίο μπορεί να οδεύσει προς την φωτοχημικη αλυσίδα ως προς το συνολικό ποσό ενέργειας που απορροφά το PS II.

Τι είναι η καμπύλη ταχείας κινητικής;

Σύνοψη

Είναι η καμπύλη της επαγωγής του φθορισμού ενός δείγματος μετά από αιφνίδια εφαρμογή φωτός υψηλής έντασης

Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά της;

Το μέγεθος της αύξησης των επιπέδων φθορισμού μεταξύ ενός κατώτατου και ενός ανώτατου ορίου που αντιστοιχούν στον φθορισμό βάσης και μέγιστο φθορισμό

Ποια βασική φωτοχημική παράμετρο υπολογίζουμε μέσω της καμπύλης ταχείας κινητικής;

Υπολογίζουμε τον λόγο του μεταβλητού προς τον μέγιστο φθορισμό που αποτελεί ένα μέτρο της δυνητικής φωτοχημικής απόδοσης του PS II

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής

Ποια ώρα του 24ώρου πρέπει να μετράμε την παράμετρο ΦPSIIo;

F/F

vm

0.9

0.8

0.76 9 12 15 18

Ώρα της ημέρας


Ποιος είναι ο ελάχιστος χρόνος προσυσκότισης για τον αξιόπιστο προσδιορισμό της παραμέτρου ΦPSIIo;

F,

Fo

m

0.9

0.6

0.4

0.2

0.00 10 20 30

Χρόνος προσυσκότισης ( )min

0.8

Fo

Fm

ΦPSIIo


Ποιος είναι ο ελάχιστος χρόνος προσυσκότισης για τον αξιόπιστο προσδιορισμό της παραμέτρου ΦPSIIo;

qN

, Φ

PS

IIo

0.9

0.6

0.4

0.2

0.00 10 20 30


0.8ΦPSIIo

qE

qT

qI

qN=qE+qT+qI


Πως επιλέγουμε την ένταση της ακτινοβολίας μέτρησης (ML);

MLSPAL

Fo

MLSPAL

Fo

MLSPAL

Fo

Πολύ χαμηλήένταση ML

Βέλτιστηένταση ML

Πολύ υψ ηλήένταση ML


Αφού είναι τόσο σημαντική η ένταση του ML, μπορούμε να την αυξομειώνουμε κατά την κρίση μας;


Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (Fo) και την κορυφή (Fm) της καμπύλης ταχείας κινητικής;

6

ένταση ML F o Fm Φ PS I I o

304 1624 0.813

9 458 2430 0.812

1.0x

συ γκ. Chl( + )a b F o Fm Φ PS I I o

294 1407 0.791

1.2x 317 1655 0.808



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Γεωμετρικά χαρακτηριστικά του οπτικού μέρους1) Απόσταση μεταξύ επιπέδου εξόδου της ακτινοβολίας της ίνας και δείγματος



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Γεωμετρικά χαρακτηριστικά του οπτικού μέρους1) Απόσταση μεταξύ επιπέδου εξόδου της ακτινοβολίας της ίνας και δείγματος2) Η γωνία μεταξύ διεύθυνσης διάδοσης της ακτινοβολίας και του επιπέδου του ελάσματος



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Παράμετροι λειτουργίας του οργάνου μέτρησης3) Ένταση ακτινοβολίας μέτρησης (ML από 1 έως 12)



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Παράμετροι λειτουργίας του οργάνου μέτρησης3) Ένταση ακτινοβολίας μέτρησης (ML από 1 έως 12)4) Συχνότητα ακτινοβολίας μέτρησης (600 Hz ή 20 kHz)



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Παράμετροι λειτουργίας του οργάνου μέτρησης3) Ένταση ακτινοβολίας μέτρησης (ML από 1 έως 12)4) Συχνότητα ακτινοβολίας μέτρησης (600 Hz ή 20 kHz)5) Λειτουργία ML-BURST (ακολουθία παλμών ML ανά 1 s για 0.2 s



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Παράμετροι λειτουργίας του οργάνου μέτρησης3) Ένταση ακτινοβολίας μέτρησης (ML από 1 έως 12)4) Συχνότητα ακτινοβολίας μέτρησης (600 Hz ή 20 kHz)5) Λειτουργία ML-BURST (ακολουθία παλμών ML ανά 1 s για 0.2 s6) Ηλεκτρονική ενίσχυση σήματος (Gain από 1 έως 12)



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Παράμετροι λειτουργίας του οργάνου μέτρησης3) Ένταση ακτινοβολίας μέτρησης (ML από 1 έως 12)4) Συχνότητα ακτινοβολίας μέτρησης (600 Hz ή 20 kHz)5) Λειτουργία ML-BURST (ακολουθία παλμών ML ανά 1 s για 0.2 s6) Ηλεκτρονική ενίσχυση σήματος (Gain από 1 έως 12)7) Ακεραιότητα οπτικού μέρους (οπτικών ινών)



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Ανατομικές και φυσιολογικές παράμετροι του δείγματος8) Υφή και μορφολογία της φυλλικής επιφάνειας



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Ανατομικές και φυσιολογικές παράμετροι του δείγματος8) Υφή και μορφολογία της φυλλικής επιφάνειας9) Παρουσία τριχώματος ή μη φωτοσυνθετικών χρωστικών στην επιδερμίδα



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Ανατομικές και φυσιολογικές παράμετροι του δείγματος8) Υφή και μορφολογία της φυλλικής επιφάνειας9) Παρουσία τριχώματος ή μη φωτοσυνθετικών χρωστικών στην επιδερμίδα10) Πάχος ελάσματος, παρουσία σκληρεγχύματος, πάχος κυτταρικών τοιχωμάτων



Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού:Ανατομικές και φυσιολογικές παράμετροι του δείγματος8) Υφή και μορφολογία της φυλλικής επιφάνειας9) Παρουσία τριχώματος ή μη φωτοσυνθετικών χρωστικών στην επιδερμίδα10) Πάχος ελάσματος, παρουσία σκληρεγχύματος, πάχος κυτταρικών τοιχωμάτων11) Συγκέντρωση χλωροφυλλών

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού

Όταν ένα φύλλο είναι 'εγκλιματισμένο στο σκοτάδι' (Dark adapted), όλα τα φωτοσυστήματα είναι οξειδωμένα. Η φωτοχημική οδός είναι 'εν δυνάμει' μέγιστη ενώ οι μη-φωτοχημικές διεργασίες είναι ανενεργές.

θερμότητα

εκπομπ ή φ θορισμούφ ω τοχημικές αντιδράσεις εκπομπ ή φ θορισμού

F

Φ PS I I

qP

qN

MLS PAL

0

μέγιστη

μέγιστη (1 )

ελάχιστη (0 )FR


Η εφαρμογή της ακτινοβολίας μέτρησης έχει σαν αποτέλεσμα την καταγραφή του φθορισμού βάσης (Fo)

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

MLS PAL

F o

μέγιστη

μέγιστη (1 )

ελάχιστη (0 )

F o

FR


Η εφαρμογή ενός παλμού κορεσμού έχει σαν αποτέλεσμα την καταγραφή του μέγιστου φθορισμού ‘στο σκοτάδι’, Fm

Μέσω των τιμών Fo και Fm μπορεί να υπολογιστεί η θεμελιώδης φωτοχημική ικανότητα του PS II (ΦPSIIo) ίση με Fv/Fm=(Fm–Fo)/Fm

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

MLS PAL

Fm

0.825

0

0FR

Fm


Η επαναφορά του φθορισμού στα επίπεδα του Fo είναι ταχεία καθώς δεν υπάρχει ακτινικό φως

θερμότητα


MLS PALFR

F

Φ PS I I

qP

qN

F t

0.825

μέγιστη (1 )



θερμότητα


MLS PALFR

F

Φ PS I I

qP

qN

F o

0.825

μέγιστη (1 )



Η εφαρμογή ακτινικού φωτός έχει ως αποτέλεσμα την στιγμιαία αύξηση των επιπέδων του φθορισμού και την εξίσου γρήγορη απόσβεσή του καθώς στην φωτοσυνθετική συσκευή αρχίζει να λειτουργεί η φωτοχημική ροή ηλεκτρονίων

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

MLS PAL

F t

0.825

< 1

σχεδόν 0FR

F t


Ωστόσο, η τελική σταθεροποίηση των επιπέδων του φθορισμού δεν γίνεται το ίδιο γρήγορα ούτε στα επίπεδα του Fο καθώς το ακτινικό φως προκαλεί σχετική αναγωγή στα φωτοχημικά κέντρα. Τελικά ο φθορισμός σταθεροποιείται σε μια τιμή Fs

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F s

0.825

< 1

> 0

MLS PALFR

F s


Η εφαρμογή παλμού κορεσμού υπό τις συνθήκες αυτές προκαλεί ξανά μια απότομη άνοδο των επιπέδων του φθορισμού σε μια μέγιστη τιμή ‘στο φως’, την τιμή F’

m. Η τιμή αυτή δεν είναι ποτέ τόσο υψηλή όσο η αντίστοιχη Fm

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F ’m

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F ’m


Μέσω των τιμών F’m και Fs είναι δυνατός ο υπολογισμός της

λειτουργικής φωτοχημικής ικανότητας του PS II (ΦPSII)

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F ’m

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F ’m


Η παύση του ακτινικού φωτός και η εφαρμογή σκοτεινού ερυθρού φωτός αποκαλύπτει πως η τιμή του φθορισμού βάσης ‘στο φως’ F’

o δεν είναι ίση με αυτή ‘στο σκοτάδι’ Fo.

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F ’o

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F ’o


Η απόσβεση του φθορισμού βάσης οφείλεται σε αλλαγές της χωροταξίας των στοιχείων της αντέννας φωτοσυλλογής και στην εμπλοκή μη-φωτοχημικών διεργασιών απόσβεσης της ενέργειας διέγερσης

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F ’o

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F ’o


Για τον λόγο αυτό, η ανάλυση απόσβεσης μέσω του υπολογισμού των συντελεστών απόσβεσης qP και qN (όπου περιλάμβάνεται ο φθορισμός βάσης) είναι ορθότερη όταν λαμβάνεται υπ’ όψη η απόσβεση του Fo προς F’

o

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F ’o

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F ’o


Εάν δεν υπάρχει δυνατότητα άμεσης μέτρησης του F’o, η τιμή

του μπορεί να προσεγγιστεί μέσω της έκφρασηςFo/[(Fv/Fm)+(Fo/F’

m)]

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F ’o

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F ’o


Στο σκοτάδι, καθώς οι διεργασίες μη-φωτοχημικής απόσβεσης απεμπλέκονται και τα στοιχεία της φωτοσυλλεκτικής αντέννας εναπαδιευθετούνται, ο φθορισμός βάσης ανακάμπτει στα επίπεδα του Fo

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F o

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F o


Εκτός από την φωτοχημική απόδοση του PS II, οι συντελεστές φωτοχημικής απόσβεσης qP και μη-φωτοχημικής απόσβεσης qN δίνουν χρήσιμες πληροφορίες για την κατάσταση της φωτοσυνθετικής συσκευής

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F o

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F o

F ’m

F ’o

F s

F s

Fm

F o


Ο συντελεστής qP είναι ίσος με (F’m–Ft)/(F’

m–F’o) = ΔF / F’

m

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F o

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F o

F ’m

F ’o

F s

F s

Fm

F o


Ο συντελεστής qN είναι ίσος με (Fm–F’m)/(Fm–F’

o). Μια σχεδόν ισοδύναμη έκφραση είναι η 1-(F’

m–F’o)/(Fm–Fo) = 1-(F’

v/Fv)

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F o

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F o

F ’m

F ’o

F s

F s

Fm

F o


Μια ακόμα έκφραση της μη-φωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού είναι η παράμετρος NPQ. Η παράμετρος αυτή είναι κατά κάποιον τρόπο παρόμοια με τον συντελεστή qN (δίνει ανάλογες πληροφορίες) και δεν απαιτεί γνώση της τιμής F’

o

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F o

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F o

F ’m

F ’o

F s

F s

Fm

F o


Ισχύει ότι NPQ = (Fm–F’m)/F’

m. Ωστόσο ο υπολογισμός της παραμέτρου NPQ υποθέτει ότι οι όποιες συγκρίσεις αφορούν δείγματα με παρόμοια χαρακτηριστικά φθορισμού ‘στο σκοτάδι’

θερμότητα


F

Φ PS I I

qP

qN

F o

0.478

0.628

0.442

MLS PALFR

F o

F ’m

F ’o

F s

F s

Fm

F o

MLS PALFR

F o

F ’m

F ’o

F t

F s

Fm

F o


Η παράμετρος της δυνητικής φωτοχημικής ικανότητας του PS II ΦPSIIo=Fv/Fm, αποτελεί μέτρο του μέγιστου ποσοστού της απορροφούμενης ενέργειας η οποία αξιοποιείται φωτοχημικά

Fo

Fm

F =F - Fv m oFm

MLS PALFR

F o

F ’m

F ’o

F t

F s

Fm

F o


Η τρέχουσα ή λειτουργική φωτοχημική ικανότητα του PS II ΦPSII=ΔF/F’

m σχετίζεται με την φωτοχημική αξιοποίηση της ενέργειας για δεδομένη ένταση ακτινικού φωτός

ΔF=F - F'm s

F ’m

Παράμετροι της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού

Fo, Βασικός φθορισμός ‘στο σκοτάδι’. Αντιστοιχεί στην ικανότητα ροής ενέργειας από την φωτοσυλλεκτική αντέννα προς το κέντρο αντίδρασης του PS II.

Fm, Μέγιστος φθορισμός ‘στο σκοτάδι’. Είναι ένα μέτρο της συνολικής ροής ενέργειας διαμέσου του PS II.

Fv, Μεταβλητός φθορισμός ‘στο σκοτάδι’. Αντιστοιχεί στην ροή ενέργειας από το κέντρο αντίδρασης του PS II προς την φωτοχημική αλυσίδα.

Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm=ΦPSIIo, Δυνητική φωτοχημική ικανότητα του PSII. Αντιστοιχεί στο μέγιστο δυνατό ποσοστό της ενέργειας το οποίο μπορεί να οδεύσει προς την φωτοχημικη αλυσίδα ως προς το συνολικό ποσό ενέργειας που απορροφά το PS II.


F’o, Βασικός φθορισμός ‘στο φως’. Αντιστοιχεί στην

λειτουργική ικανότητα ροής ενέργειας από την φωτοσυλλεκτική αντέννα προς το κέντρο αντίδρασης του PS II.

F’m, Μέγιστος φθορισμός ‘στο φως’. Είναι ένα μέτρο της

συνολικής ροής ενέργειας διαμέσου του PS II.

F’v, Μεταβλητός φθορισμός ‘στο φως’. Αντιστοιχεί στην

λειτουργική ροή ενέργειας από το κέντρο αντίδρασης του PS II προς την φωτοχημική αλυσίδα για δεδομένη ένταση φωτός.

F’v/F’

m=(ΔF)/F’m=ΦPSII, Λειτουργική φωτοχημική

ικανότητα του PSII. Αντιστοιχεί στο ποσοστό της ενέργειας το οποίο οδεύει προς την φωτοχημικη αλυσίδα ως προς το συνολικό ποσό ενέργειας που απορροφά το PS II για δεδομένη ένταση φωτός.


qN=(Fm-F’m)/(Fm-F’

o), Συντελεστής μη-φωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού. Αντιστοιχεί στο ποσοστό της ενέργειας το οποίο οδεύει προς διεργασίες μη-φωτοχημικής απόσβεσης της ενέργειας που απορροφά το PS II για δεδομένη ένταση φωτός.

qP=(F’m-Fs)/(F’

m–F’o), Συντελεστής φωτοχημικής

απόσβεσης του φθορισμού. Αντιστοιχεί στο ποσοστό των ανοικτών φωτοχημικών κέντρων PS II. Το συμπληρωματικό μέτρο 1-qP αντιστοιχεί στο ποσοστό των φωτοχημικών κέντρων τα οποία είναι κλειστά και αναφέρεται επίσης ως ενεργειακή πίεση ή πίεση διέγερσης επί του PS II.

NPQ=(Fm-F’m)/F’

m, Παράμετρος μη-φωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού. Αποτελεί εναλλακτική έκφραση του ποσοστού της ενέργειας το οποίο αποσβένεται μη-φωτοχημικά.


ETR=ΦPSII × Q × f1 × f2: Φαινόμενος ρυθμός γραμμικής ροής ηλεκτρινίων στη φωτοχημική αλυσίδα. Αντιστοιχεί στο ρυθμό γραμμικής ροής ηλεκτρονίων λαμβάνοντας υπ’ όψη την φωτοχημική απόδοση του PS II και την απορροφητικότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας.

qN

0 .7

0.5

0.30 1 2 4

0.9

3

1.0


Είναι απολύτως ισοδύναμες οι δύο εκφράσεις της μη-φωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού (qN και NPQ);


Είναι απολύτως ισοδύναμες οι δύο εκφράσεις της μη-φωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού (qN και NPQ);

Η σχέση μεταξύ qN και NPQ είναι θετική αλλά όχι γραμμική: οι δύο παράμετροι δεν είναι απόλυτα ισοδύναμες


Μπορούμε να χρησιμοποιούμε την παράμετρο ETR ως μέτρο της φωτοσυνθετικής ταχύτητας;

ETR

100

80

60

40

20

0500 1000 1500 2000 2500

Photon Flux Density ( mol quanta m s )μ -2 -1


Η παράμετρος ETR δίνει ένα μέτρο του ρυθμού επιτέλεσης των φωτεινών αντιδράσεων και υπό προϋποθέσεις σχετίζεται καλά με τη φωτοσυνθετική ταχύτητα

Υπολογίζεται ως ETR=ΦPSII × Q × f1 × f2 όπου:Q: ένταση προσπίπτουσας ακτινοβολίας (PAR)f1: συντελεστής κατανομής φωτονιακής ενέργειας στο

PS II (τυπικά ίσος με 0,5)f2: συντελεστής απορροφητικότητας φύλλου (τυπικά

χρησιμοποιείται η τιμή 0,84)



Προϋποθέσεις για την χρήση του ETR:1)Ο συντελεστής f2 είναι γνωστός ή υπολογίζεται μέσω σφαίρας ολοκλήρωσης2)Ο συντελεστής f2 είναι παρόμοιος μεταξύ δειγμάτων τα οποία συγκρίνονται ως προς το ETRΠροϋποθέσεις για την χρήση του ETR ως μέτρο της φωτοσυνθετικής ταχύτητας:3)Η συμβολή των εναλλακτικών οδών κατανάλωσης της ενέργειας των φωτεινών αντιδράσεων είναι σταθερή• Ως εναλλακτικές οδοί ορίζονται η φωτοαναπνοή και η αντίδραση Mehler• Υπό συνθήκες καταπόνησης και ιδιαίτερα σε υψηλές εντάσεις ακτινοβολίας η συμβολή των παραπάνω οδών απόσβεσης της ενέργειας μεγαλώνει



Η απόκτηση της σταθερής κατάστασης σχετίζεται με την ολοκλήρωση της ‘επαγωγής της φωτοσύνθεσης’ η οποία με τη σειρά της περιλαμβάνει σταθεροποίηση των φωτεινών αντιδράσεων, δραστηριοποίηση του κύκλου Calvin-Benson και της στοματικής αγωγιμότητας

Πληροφορίες για τον χρόνο απόκτησης της σταθερής κατάστασης προσφέρει η λεγόμενη καμπύλη επαγωγής

Πως γνωρίζουμε ότι ένα δείγμα έχει φθάσει σε σταθερή κατάσταση για δεδομένη ένταση προσπίπτουσας ακτινοβολίας ώστε να προβούμε σε μέτρηση της φωτοχημικής ικανότητας;



F

0 .4

0.2

0

0

0.4

0.8

1.0

1.2

1.4

F s

F ’m

12102 4 6 8



ΦP

SII,

qP,

qN

0 .2

0

0

0.4

0.6

0.8

0.9

qP

Φ PS I I

12102 4 6 8

qN



ET

R

20

0

0

40

60

80

12102 4 6 8

Πρακτικά ζητήματα: Καμπύλες ‘φωτός’

Τι είναι οι καμπύλες φωτός και ποιες πληροφορίες μας παρέχουν; Πως καταγράφεται μια καμπύλη φωτός;

MLS PAL

F 'm

F

100 200 350 600 800 12501750

2200

Fm

0 9 06 03 0

Πρακτικά ζητήματα: Καμπύλες ‘φωτός’

Ποιες είναι οι διαφορές ανάμεσα σε ταχείες καμπύλες φωτός (rapid light curves) και καμπύλες φωτός περιβάλλοντος (ambient light curves);

0.0500 1000 1500

PPFD ( m ol quanta m s )μ - 2 - 1

0

Δ'

F/F

mLC

,

0.9

0.6

0.2

0.4

0.8150

100

50

00 500 1000 1500

PPFD

ET

R

Δ'

F/F

m,a

mb

500 1000 15000

150

100

50

00 1000 2000

PPFD

ET

R

0.0

0.9

0.6

0.2

0.4

0.8

Πρακτικά ζητήματα: κινητική στο σκοτάδι

Τι είναι η κινητική φθορισμού στο σκοτάδι (dark relaxation kinetics);

MLS PAL

Fm

F

0 60453015

F 'm

F o


Τι πληροφορίες μας δίνει και πως ερμηνεύεται η μορφή της κινητικής φθορισμού στο σκοτάδι;

qN

, Φ

PS

IIo

0.9

0.6

0.4

0.2

0.00 10 20 30


0.8ΦPSIIo

qE

qT

qI

qN=qE+qT+qI


Τι πληροφορίες μας δίνει και πως ερμηνεύεται η μορφή της κινητικής φθορισμού στο σκοτάδι;

Η μελέτη της κινητικής στο σκοτάδι (dark relaxation kinetics) προσφέρει στοιχεία για την σχετική συνεισφορά των βασικών μη φωτοχημικών-φωτοπροστατευτικών μηχανισμών (μηχανισμών απόσβεσης της πλεονάζουσας ενέργειας διέγερσης μέσω μη ακτινοβολούσας αποδιέγερσης, qN) δηλ. του κύκλου των ξανθοφυλλών (qE) και της κατάστασης μετάπτωσης (qT). Επίσης δίνει μια εκτίμηση της έκτασης της ελεγχόμενης και μη ελεγχόμενης (λόγω βλαβών των φωτοσυστημάτων) φωτοαναστολής της φωτοσύνθεσης (qI)


Σε ποιες συνιστώσες αναλύεται η μη-φωτοχημική απόσβεση και πως οι συνιστώσες αυτές ηρεμούν στο σκοτάδι;

qN

0 .9

0.6

0.4

0.2

0.00 10 20 30

0.8

qI

qE+qT+qI =qN

qT+qI


Σε ποιες συνιστώσες αναλύεται η μη-φωτοχημική απόσβεση και πως οι συνιστώσες αυτές ηρεμούν στο σκοτάδι;

qN

0 .9

0.6

0.4

0.2

0.00 10 20 30

0.8

qT=0.29

qE=0.30

qI =0.21

Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές...

Documents

Transcript of Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές...