पत्ता परावर्तकता और क्लोरोफिल फ्लोरेसेंस विश्लेषण के एक साथ माप द्वारा फोटोसिंथेटिक व्यवहार का मूल्यांकन
Summary
हम उच्च पौधों में प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए एक नए तकनीकी दृष्टिकोण का वर्णन करते हैं जिसमें क्लोरोफिल फ्लोरोसेंट और पत्ती परावर्तकता के साथ-साथ माप शामिल हैं, जिसमें पीएएम और एक वर्णक्रमीय रेडियोमीटर का उपयोग करके संकेतों का पता लगाने के लिए Arabidopsis में एक ही पत्ती क्षेत्र.
Abstract
क्लोरोफिल एक फ्लोरोसेंट विश्लेषण व्यापक रूप से बरकरार पौधों में प्रकाश संश्लेषण व्यवहार को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है, और कुशलता से प्रकाश संश्लेषण को मापने कि कई मापदंडों के विकास में हुई है। पत्ता परावर्तक विश्लेषण पारिस्थितिकी और कृषि में कई वनस्पति सूचकांक प्रदान करता है, फोटोकेमिकल परावर्तक सूचकांक (पीआरआई) सहित, जिसे प्रकाश संश्लेषण के दौरान थर्मल ऊर्जा क्षय के सूचक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है क्योंकि यह के साथ संबंधित है गैर-फोटोकेमिकल शमन (एनपीक्यू)। तथापि, चूंकि एनपीक्यू एक समग्र पैरामीटर है, इसलिए PRI पैरामीटर की प्रकृति को समझने के लिए इसके सत्यापन की आवश्यकता होती है। PRI पैरामीटर के मूल्यांकन के लिए शारीरिक साक्ष्य प्राप्त करने के लिए, हम एक साथ एक साथ xanthophyll चक्र दोषपूर्ण उत्परिवर्ती (npQ1) और जंगली प्रकार Arabidopsis पौधों में क्लोरोफिल फ्लोरोसेंट और पत्ती परावर्तकता मापा. इसके अतिरिक्त, क्यूजेड पैरामीटर, जो संभावित रूप से जैन्थोफिल चक्र को दर्शाता है, प्रकाश को बंद करने के बाद एनपीक्यू की छूट गतिज की निगरानी करके क्लोरोफिल फ्लोरोसेंट विश्लेषण के परिणामों से निकाला गया था। ये एक साथ माप एक पल्स-एम्पलेंडल ममॉडुलन (पीएएम) क्लोरोफिल फ्लोरोमीटर और एक वर्णक्रमीय रेडियोमीटर का उपयोग कर के लिए किया गया। दोनों उपकरणों से फाइबर जांच एक ही पत्ती की स्थिति से संकेतों का पता लगाने के लिए एक दूसरे के करीब तैनात थे. प्रकाश संश्लेषण को सक्रिय करने के लिए एक बाहरी प्रकाश स्रोत का उपयोग किया गया था, और मापने रोशनी और संतृप्त प्रकाश पीएएम साधन से प्रदान किए गए थे। इस प्रयोगात्मक प्रणाली ने हमें बरकरार संयंत्र में प्रकाश पर निर्भर PRI पर नजर रखने के लिए सक्षम है और पता चला कि PRI में प्रकाश पर निर्भर परिवर्तन जंगली प्रकार और npQ1 उत्परिवर्ती के बीच काफी अलग हैं. इसके अलावा, PRI ु के साथ दृढ़ता से सहसंबद्ध था, जिसका अर्थ है कि ु] जैन्थोफिल चक्र को दर्शाता है। एक साथ, इन माप का प्रदर्शन किया है कि पत्ती reflectance और क्लोरोफिल फ्लोरोसेंट के एक साथ माप पैरामीटर मूल्यांकन के लिए एक वैध दृष्टिकोण है.
Introduction
पर्ण परावर्तन का प्रयोग वनस्पति सूचकांकों को दूरस्थ रूप से संवेदन देने के लिए किया जाता है जो पादपों में प्रकाश संश्लेषण या लक्षणों को प्रतिबिंबित करते हैं. सामान्यीकृत अंतर वनस्पति सूचकांक (एनडीवी), जो अवरक्त प्रतिबिंब संकेतों पर आधारित है, क्लोरोफिल से संबंधित गुणों का पता लगाने के लिए सबसे व्यापक रूप से ज्ञात वनस्पति सूचकांकों में से एक है, और यह पारिस्थितिकी और कृषि विज्ञान में एक के रूप में प्रयोग किया जाता है पेड़ों या फसलों में पर्यावरण ीय प्रतिक्रियाओं का सूचक3| क्षेत्र अध्ययन में, हालांकि कई पैरामीटर (जैसे, क्लोरोफिल सूचकांक (सीआई), जल सूचकांक (WI), आदि) विकसित किया गया है और इस्तेमाल किया, क्या इन मापदंडों सीधे (या परोक्ष रूप से) का पता लगाने के कुछ विस्तृत सत्यापन म्यूटेंट का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया है.
क्लोरोफिल फ्लोरोसेंट का पल्स-एम्प्लियम मॉडुलन (पीएएम) विश्लेषण प्रकाश संश् लेषी प्रतिक्रियाओं और फोटोसिस्टम II (पीएसII)4में शामिल प्रक्रियाओं को मापने के लिए एक प्रभावी तरीका है। क्लोरोफिल फ्लोरोसेंट एक कैमरे के साथ पता लगाया जा सकता है और प्रकाश संश्लेषण म्यूटेंट5स्क्रीनिंग के लिए इस्तेमाल किया. हालांकि, क्लोरोफिल फ्लोरोसेंट के कैमरे का पता लगाने के लिए जटिल प्रोटोकॉल जैसे अंधेरे उपचार या प्रकाश संतृप्ति दालों की आवश्यकता होती है, जिन्हें क्षेत्र अध्ययनों में लागू करना मुश्किल होता है।
पत्ता अवशोषित सौर प्रकाश ऊर्जा मुख्य रूप से प्रकाश संश्लेषी प्रतिक्रियाओं द्वारा भस्म हो जाता है। इसके विपरीत, अतिरिक्त प्रकाश ऊर्जा के अवशोषण प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों, जो प्रकाश संश्लेषण अणुओं को नुकसान का कारण बनता है उत्पन्न कर सकते हैं. अतिरिक्त प्रकाश ऊर्जा गैर फोटोकेमिकल शमन (एनपीक्यू) तंत्र6के माध्यम से गर्मी के रूप में नष्ट किया जाना चाहिए। फोटोकेमिकल परावर्तकता सूचकांक (पीआरआई), जो पत्ती परावर्तकता पैरामीटरों में प्रकाश-निर्भर परिवर्तनों को दर्शाता है,531 और 570 एनएम (संदर्भ तरंगदैर्ध्य) 7,8पर संकीर्ण बैंड परावर्तकता से व्युत्पन्न है। यह क्लोरोफिल फ्लोरोसेंट विश्लेषण9में एनपीक्यू के साथ सहसंबंधित होने की सूचना है। हालांकि, चूंकि NPQ एक समग्र पैरामीटर है जिसमें जैन्थोफिल चक्र, राज्य परंपरा, और photoinhibition शामिल है, इसलिए पंचायती राज पैरामीटर उपायों को समझने के लिए विस्तृत सत्यापन की आवश्यकता है। हमने जैन्थोफिल चक्र, एक थर्मल अपव्यय प्रणाली पर ध्यान केंद्रित किया है जिसमें जैन्थोफिल पिगमेंट (विओलाक्सैन्थिन से एंथेरेक्सान्थिन और ज़ेएक्सान्थिन) और एनपीक्यू का एक मुख्य घटक शामिल है क्योंकि पंचायती राज और इनके रूपांतरण के बीच सहसंबंध और रूपांतरण पिछले अध्ययनों में वर्णकों की सूचना दी गईहै 8.
कई प्रकाश संश्लेषण से संबंधित म्यूटेंट अलग किया गया है और Arabidopsis में पहचान की. npQ1 उत्परिवर्ती zeaxanthin जमा नहीं करता है क्योंकि यह violaxanthin de-epoxidase (VDE) में एक उत्परिवर्तन किया जाता है, जो violaxanthin के रूपांतरण zeaxanthin10को उत्प्रेरित करता है. यह स्थापित करने के लिए कि क्या PRI केवल जैन्थोफिल पिगमेंट्स में परिवर्तन का पता लगाता है, हम एक साथ NPQ1 और जंगली प्रकार में एक ही पत्ती क्षेत्र में PRI और क्लोरोफिल फ्लोरोसेंट मापा और फिर निकालने के लिए अंधेरे छूट के अलग समय तराजू पर NPQ विच्छेदन जैन्थोफिल से संबंधित घटक11| ये एक साथ माप वनस्पति सूचकांक के काम के लिए एक मूल्यवान तकनीक प्रदान करते हैं. इसके अलावा, चूंकि पंचायती राज सकल प्राथमिक उत्पादकता (जीपीपी) से संबंधित है, इसलिए एक घटक को पंचायती राज को ठीक से असाइन करने की क्षमता में पारिस्थितिकी12में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस अध्ययन में, हमने यह दिखाने के लिए अतिरिक्त साक्ष्य प्राप्त किए कि PRI एक साथ क्लोरोफिल फ्लोरोसेंट और पत्ती परावर्तकता को मापने के द्वारा जैन्थोफिल पिगमेंट का प्रतिनिधित्व करता है।
एक हैलो…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम चर्चा उत्तेजक, एक काम अंतरिक्ष के साथ सहायता, और प्रयोगों के लिए उपकरणों के लिए डॉ Kouki Hikosaka (Tohoku विश्वविद्यालय) के आभारी हैं। काम KAKENHI [अनुदान संख्या 18K05592, 18J40098] और Naito फाउंडेशन द्वारा भाग में समर्थित किया गया था.
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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