葉反射率とクロロフィル蛍光解析の同時測定による光合成挙動の評価
Summary
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。
Abstract
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。
Introduction
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は活性酸素種を生成し、光合成分子に損傷を与える可能性があります。余分な光エネルギーは、非光化学消光(NPQ)メカニズム6を通じて熱として放散されなければならない。葉反射パラメータの光依存性変化を反映する光化学反射率指数(PRI)は、531および570nm(基準波長)7、8の狭帯域反射率に由来する。クロロフィル蛍光分析9においてNPQと相関することが報告されている。しかし、NPQはキサントフィルサイクル、状態の伝統、および光阻害を含む複合パラメータであるため、PRIパラメータが何を測定するかを理解するために詳細な検証が必要です。我々は、キサントフィル色素(アンテラキサンチンとゼアキサンチンに対するビオラキサンチン)の脱エポキシ化を伴う放熱システムであるキサントフィルサイクルと、PRIとこれらの変換との相関関係からNPQの主成分に焦点を当ててきた。顔料は、以前の研究8で報告されています.
多くの光合成関連変異体がアラビドプシスで単離され同定されている。npq1変異体は、ビオラキサンチン脱エポキシダーゼ(VDE)に変異を持ち込むためゼアキサンチンを蓄積しない。PRIがキサントフィル色素の変化のみを検出するかどうかを確認するために、NPq1と野生型の同じ葉領域でPRIとクロロフィル蛍光を同時に測定し、抽出する暗いリラクゼーションの様々な時間スケールでNPQを解剖した。キサントフィル関連成分11.これらの同時測定は、植生指数の割り当てに有益な手法を提供します。さらに、PRIは一次生産性(GPP)と相関するため、PRIを1つのコンポーネントに正確に割り当てる能力は、エコロジー12において重要な用途を有する。
Protocol
Representative Results
Discussion
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?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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。
Materials
| 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 |
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