Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές Επιστήμες

1. Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές Επιστήμες

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

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

4. Τα φωτοσυστήματα και οι φωτοχημικές αντιδράσεις Στο φυσικό τους περιβάλλον (in vivo) οι χλωροφύλλες εντοπίζονται στα δύο φωτοσυστήματα, PSIΙ και PSI

5. 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

6. Ο φθορισμός χλωροφύλλης και οι άλλες διεργασίες Ένα διεγερμένο μόριο χλωροφύλλης του φωτοσυστήματος μπορεί να απωλέσει ένα ηλεκτρόνιο και να οξειδωθεί (qP) να αποσβέσει την ενέργεια μέσω θερμότητας (qN ή NPQ) να αποσβέσει την ενέργεια μέσω εκπομπής φθορισμού

7. Φθορισμός χλωροφύλλης: η φωτοσυνθετική ‘υπογραφή’ των φύλλων

8. Φθορισμός χλωροφύλλης: η φωτοσυνθετική ‘υπογραφή’ των φύλλων

9. Φθορισμός χλωροφύλλης: η φωτοσυνθετική ‘υπογραφή’ των φύλλων

10. Φθορισμός χλωροφύλλης: η φωτοσυνθετική ‘υπογραφή’ των φύλλων

11. Προέλευση του φθορισμού της χλωροφύλλης Στη συνήθη φθορισμομετρία χλωροφύλλης in vivo ο φθορισμός προέρχεται από την χλωροφύλλη a του κέντρου αντίδρασης του φωτοσυστήματος ΙΙ

12. Πλεονεκτήματα της τεχνικής 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

13. Μειονεκτήματα 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

14. Σύνοψη Ποια είναι η προέλευση του φθορισμού; Στη συνήθη φθορισμομετρία χλωροφύλλης in vivo ο φθορισμός προέρχεται από την χλωροφύλλη a του κέντρουαντίδρασης 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

15. Σύνοψη Υπάρχει σχέση μεταξύ φωτοχημικών και φωτοσυνθετικών παραμέτρων; 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.

16. Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης

17. Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης 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

18. Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα

19. Είδη ακτινοβολίας στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα

20. Είδη ακτινοβολίας στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα

21. Είδη ακτινοβολίας στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα

22. Είδη ακτινοβολίας στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα

23. Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης Καμπύλες ταχείας κινητικής της επαγωγής φθορισμού και βραδείας κινητικής του φθορισμού της χλωροφύλλης.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

39. Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης Απεικόνιση της ενεργειακής κατάστασης του πληθυσμού των PS II και ενδεικτικές τιμές των βασικών φωτοχημικών παραμέτρων

40. Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης Απεικόνιση της ενεργειακής κατάστασης του πληθυσμού των PS II και ενδεικτικές τιμές των βασικών φωτοχημικών παραμέτρων

41. Σύνοψη Ποια είδη ακτινοβολίας εφαρμόζουμε στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης; 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)

42. 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.

43. Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού Εάν σε ένα τέτοιο φύλλο εφαρμόσουμε το φως μέτρησης θα καταγράψουμε τον 'φθορισμό βάσης' (basic fluorescence yield, Fo)

44. Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού 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

45. Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού 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)

46. Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού Η παύση του παλμού κορεσμού έχει ως συνέπεια την πτώση του φθορισμού λόγω φωτοχημικής απόσβεσης καθώς η αλυσίδα ροής ηλεκτρονίων αρχίζει να λειτουργεί αποσβεστικά

47. Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού Τέλος, η εκπομπή φθορισμού επανέρχεται στα επίπεδα του Foκαθώς όλα τα φωτοσυστήματα έχουν ξανά οξειδωθεί

48. Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού 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

49. Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού 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 χλωροπλαστώνόπως φωτοοξειδώσεις, τροφοπενίες, τοξικότητες, υψηλή αλατότητα, ψύχος, κ.λπ.

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