Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές Επιστήμες

Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές Επιστήμες

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. S S 2 1 S 0 διέγερση 10-15 s σειστική επαναφορά -14 10-10 -11 s φθορισμός -9 10-10 -7 s μη ακτινοβολούσα αποδιέγερση 10-15 s

Φθορισμός S S 2 1 διέγερση -15 10 s διέγερση 10-15 s σειστικές ενεργειακές καταστάσεις S 0 ενεργειακές στάθμες διέγερσης

Φθορισμός S S 2 1 εσωτερική μετατροπή -12 10 s S 0 φθορισμός -8-15 [10 ]10 s μη ακτινοβολούσα αποδιέγερση -8 10 s

Φθορισμός S S 2 1 εσωτερική μετατροπή -12 10 s διασυστηματική διασταύρωση -8 10 s S 0 Τ 1 φθορισμός -8-15 [10 ]10 s μη ακτινοβολούσα αποδιέγερση -8 10 s φωσφορισμός [ 10-4 -10 2 ]10-15 s

Φθορισμός εσωτερική μετατροπή -12 10 s διασυστηματική διασταύρωση -8 10 s φθορισμός -8-15 [10 ]10 s μη ακτινοβολούσα αποδιέγερση -8 10 s φωσφορισμός [ 10-4 -10 2 ]10-15 s S 2 S 1 διαχωρισμός φορτίου Τ 1 άλλες φωτοχημικές 1 αντιδράσεις (παραγωγή Ο ) 2 S 0

Φθορισμός εσωτερική μετατροπή -12 10 s διασυστηματική διασταύρωση -8 10 s φθορισμός -8-15 [10 ]10 s μη ακτινοβολούσα αποδιέγερση -8 10 s φωσφορισμός [ 10-4 -10 2 ]10-15 s S 2 S 1 διαχωρισμός φορτίου <10-10 s Τ 1 άλλες φωτοχημικές 1 αντιδράσεις (παραγωγή Ο ) 2 S 0

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

Τα φωτοσυστήματα και οι φωτοχημικές αντιδράσεις Στο φυσικό τους περιβάλλον (in vivo) οι χλωροφύλλες εντοπίζονται στα δύο φωτοσυστήματα, PSIΙ και PSI φωτοσυλλεκτική αντέννα κέντρο αντίδρασης P680 ή P700

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 Η ADP + P i ATP NADP + Η NADPH στρώμα Q Η A Q B b 6 f Q A Q B PSII PSI e P680 e e e e P700 2 Η 2 Ο Ο 2 + 4Η Η κοιλότητα θυλακοειδούς PC

Ο φθορισμός χλωροφύλλης και οι άλλες διεργασίες Ένα διεγερμένο μόριο χλωροφύλλης του φωτοσυστήματος μπορεί να απωλέσει αποσβέσει ένα την ηλεκτρόνιο ενέργεια μέσω και να θερμότητας εκπομπής οξειδωθεί φθορισμού (qn (qp) ή NPQ) P680 * (Chla*) φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού μη φωτοχημικές διεργασίες θερμικές απώλειες

Φθορισμός χλωροφύλλης: η φωτοσυνθετική υπογραφή των φύλλων

Φθορισμός χλωροφύλλης: η φωτοσυνθετική υπογραφή των φύλλων 100 80 ETR 60 40 20 0 500 1000 1500 2000 2500-2 -1 Photon Flux Density ( μmol quanta m s )

Φθορισμός χλωροφύλλης: η φωτοσυνθετική υπογραφή των φύλλων 0.8 0.6 ΔF/F m ' 0.4 0.2 0.0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 ΦCO 2

Φθορισμός χλωροφύλλης: η φωτοσυνθετική υπογραφή των φύλλων 3 2 NPQ 1 0 0 20 40 60 80-1 Zeaxanthin (mmol mol Chl a+b)

Προέλευση του φθορισμού της χλωροφύλλης Στη συνήθη φθορισμομετρία χλωροφύλλης in vivo ο φθορισμός προέρχεται από την χλωροφύλλη a του κέντρου αντίδρασης του φωτοσυστήματος ΙΙ P680 * (Chla*) εκπομπή φθορισμού

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

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

Σύνοψη Ποια είναι η προέλευση του φθορισμού; Ποιοι παράγοντες καθορίζουν την ένταση του φθορισμού; Στη συνήθη φθορισμομετρία χλωροφύλλης in vivo ο φθορισμός προέρχεται από την χλωροφύλλη a του κέντρου αντίδρασης του PS ΙΙ 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 μηφωτοχημική απόσβεση η οποία επιτελείται κυρίως μέσω θερμικών απωλειών

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.

Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης 1 2 3 4 φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F ΦPSII ML SP AL ML SP AL qp qn

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 φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F ΦPSII qp qn

Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα 2 φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F ΦPSII qp qn

Είδη ακτινοβολίας στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα Ακτινοβολία μέτρησης ( Measuring Light, ML): 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: -2-1 650 nm ( ερυθρό). Ένταση PAR: < 0,15 μ mol quanta m s. Ακτινοβ. μέτρησης ML

Είδη ακτινοβολίας στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα Ακτινοβολία (παλμός) κορεσμού ( Saturation Pulse, SP): Πρόκειται για την ακτινοβολία πολύ υψηλής έντασης η οποία εφαρμόζεται για σύντομο (έως 1 s) χρονικό διάστημα με σκοπό την πλήρη αναγωγή (κλείσιμο) όλων των PS II. Φασματική περιοχή: 380-710 nm -2-1 ( λευκό). Ένταση PAR: έως 18.000 μ mol quanta m s. Ακτινοβ. μέτρησης ML Παλμός κορεσμού SP

Είδη ακτινοβολίας στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα Ακτινικό φως ( Actinic Light, AL): 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 nm ( λευκό) ή ποικίλει. Ένταση PAR: ποικίλει. Ακτινοβ. μέτρησης ML Παλμός κορεσμού SP Ακτινικό φως AL

Είδη ακτινοβολίας στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης Απεικόνιση του είδους ή των ειδών των ακτινοβολιών οι οποίες εφαρμόζονται στο δείγμα Σκοτεινό ερυθρό ( Far Red, FR): Πρόκειται για ένα ειδικού τύπου φως το οποίο κυρίως διεγείρει το PS I. Χρησιμοποιείται για την ταχεία αποδιέγερση της φωτοχημικής αλυσίδας. Φασματική περιοχή: 730 nm. Ένταση: 15 W m -2. Ακτινοβ. μέτρησης ML Παλμός κορεσμού SP Ακτινικό φως AL Σκοτεινό ερυθρό FR

Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης Καμπύλες ταχείας κινητικής της επαγωγής φθορισμού και βραδείας κινητικής του φθορισμού της χλωροφύλλης. φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα 3 F ΦPSII qp ML SP AL ML SP AL qn

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML F Clh ML SP AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML+AL F Clh ML SP AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML+AL+SP F Clh ML SP AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML+AL+SP-ML F Clh ML SP AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML F o ML SP AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML+SP F m F o ML SP AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML+AL F m F o F t ML SP AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML+AL-ML F m F o F t ML SP AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML+AL F m F o F t ML SP AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML+AL+SP F m F' m F o F t ML SP AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML F m F' m F t F o F o ML SP AL F' o

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού ML F m F' m F t F o F o ML SP AL F' o

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 Induction Light (650 nm) Μέγιστη ένταση 3000-2 -1 μmol quanta m s F m F o IL AL

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 Induction Light (650 nm) Μέγιστη ένταση 3000-2 -1 μmol quanta m s F m F o IL AL

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 Induction Light (650 nm) Μέγιστη ένταση 3000-2 -1 μmol quanta m s F m F o IL AL

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού F chl απόλυτη ένταση φθορισμού F chl F chl F chl F chl ΦΜ ΑΦ ΦΚ

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού απόλυτη ένταση φθορισμού F p F s F m ΦΜ ΑΦ ΦΚ F o F o

Ο καινοτόμος ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης Ο φθορισμός της ακτινοβολίας μέτρησης διαχωρίζεται οπτικοηλεκτρονικά από τον φθορισμό υποβάθρου επιτρέποντας μετρήσεις υπό οποιεσδήποτε συνθήκες φωτισμού σταθμισμένη απόδοση φθορισμού 10, 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 ΦΜ ΑΦ ΦΚ F o F p F chl F s F m F chl F o 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 χρόνος καταγραφής (s)

Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης Απεικόνιση της ενεργειακής κατάστασης του πληθυσμού των PS II και ενδεικτικές τιμές των βασικών φωτοχημικών παραμέτρων φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F ΦPSII 4 qp qn

Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης Απεικόνιση της ενεργειακής κατάστασης του πληθυσμού των PS II και ενδεικτικές τιμές των βασικών φωτοχημικών παραμέτρων F 325 ΦPSII 0,248 qp 0,507 qn 0,872

Σύνοψη Ποια είδη ακτινοβολίας εφαρμόζουμε στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης; Ποιος είναι ο ρόλος της ακτινοβολίας μέτρησης; Ποια είναι το βασικά της χαρακτηριστικά; Τέσσερα είδη, την ακτινοβολία μέτρησης, τον παλμό κορεσμού, το ακτινικό φως και το σκοτεινό ερυθρό Είναι η ακτινοβολία η οποία μας επιτρέπει να καταγράφουμε τις αλλαγές στα επίπεδα του εκπεμπόμενου φθορισμού Ο Επιπλέον, φθορισμός είναι της ακτινοβολίας μέτρησης πολύ χαμηλής είναι έντασης ο μοναδικός με που αποτέλεσμα καταγράφεται να μην έχει επιτρέποντας ακτινικό αποτέλεσμα μετρήσεις (δηλ. υπό δεν οποιεσδήποτε προκαλεί φωτοχημικές συνθήκες φωτισμού 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 μηφωτοχημικές διεργασίες είναι ανενεργές. φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F 0 ΦPSII μέγιστη ML SP AL qp qn μέγιστη (1) ελάχιστη (0)

Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού Εάν σε ένα τέτοιο φύλλο εφαρμόσουμε το φως μέτρησης θα καταγράψουμε τον 'φθορισμό βάσης' (basic fluorescence yield, F o ) φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F o ΦPSII μέγιστο F o qp μέγιστο (1) ML SP AL qn ελάχιστο (0)

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 φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F i ΦPSII ----- F i ML SP AL qp qn <1 0

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, F m ) φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F m F F m ΦPSII 0.825 ML SP AL qp qn 0 0

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 φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F <F m ΦPSII 0.825 ML SP AL qp qn >0 0

Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού Τέλος, η εκπομπή φθορισμού επανέρχεται στα επίπεδα του F o καθώς όλα τα φωτοσυστήματα έχουν ξανά οξειδωθεί φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F o ΦPSII 0.825 ML SP AL qp qn 1 0

Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού Η θεμελιώδης ή δυνητική φωτοχημική ικανότητα του PS II (Φ PSIIo =(F m F o )/F m =F v /F m αποτελεί ένα μέτρο της ικανότητας του PS II να απορροφά την ενέργεια της ακτινοβολίας και να προωθεί με αυτή τη φωτοχημική ροή ηλεκτρονίων F m F =F -F v m o F o ML SP AL

Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού Η Φ PSIIo 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. παράμετρος υγιές φυτό καταπονημένο φυτό F o 508 703 F m F v Φ PSIIo 2904 2396 0.825 2003 1300 0.649

Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού Ποια θα ήταν η κινητική της καμπύλης ταχείας κινητικής εάν στο δείγμα είχε εφαρμοστεί η ουσία DCMU; ML SP AL

Παράμετροι της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού F o, Βασικός φθορισμός. Αντιστοιχεί στην ικανότητα ροής ενέργειας από την φωτοσυλλεκτική αντέννα προς το κέντρο αντίδρασης του PS II. F m, Μέγιστος φθορισμός. Είναι ένα μέτρο της συνολικής ροής ενέργειας διαμέσου του PS II. F v, Μεταβλητός φθορισμός. Αντιστοιχεί στην ροή ενέργειας από το κέντρο αντίδρασης του PS II προς την φωτοχημική αλυσίδα. F v /F m =(F m -F o )/F m =Φ PSIIo, 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.

Σύνοψη Τι είναι η καμπύλη ταχείας κινητικής; Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά της; Ποια βασική φωτοχημική παράμετρο υπολογίζουμε μέσω της καμπύλης ταχείας κινητικής; Είναι η καμπύλη της επαγωγής του φθορισμού ενός δείγματος μετά από αιφνίδια εφαρμογή φωτός υψηλής έντασης Το μέγεθος της αύξησης των επιπέδων φθορισμού μεταξύ ενός κατώτατου και ενός ανώτατου ορίου που αντιστοιχούν στον φθορισμό βάσης και μέγιστο φθορισμό 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 Φ PSIIo ; 0.9 F v /F m 0.8 0.7 6 9 12 15 18 Ώρα της ημέρας

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Ποιος είναι ο ελάχιστος χρόνος προσυσκότισης για τον αξιόπιστο προσδιορισμό της παραμέτρου Φ PSIIo ; 0.9 0.8 F m Φ PSIIo 0.6 F o, F m 0.4 0.2 F o 0.0 0 10 20 30 Χρόνος προσυσκότισης ( min)

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Ποιος είναι ο ελάχιστος χρόνος προσυσκότισης για τον αξιόπιστο προσδιορισμό της παραμέτρου Φ PSIIo ; 0.9 0.8 Φ PSIIo qn, Φ PSIIo 0.6 0.4 qe qt qn=qe+qt+qi 0.2 qi 0.0 0 10 20 30 Χρόνος προσυσκότισης ( min)

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Πως επιλέγουμε την ένταση της ακτινοβολίας μέτρησης (ML); Πολύ χαμηλή ένταση ML Βέλτιστη ένταση ML Πολύ υψηλή ένταση ML F o F o F o ML SP AL ML SP AL ML SP AL

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Αφού είναι τόσο σημαντική η ένταση του ML, μπορούμε να την αυξομειώνουμε κατά την κρίση μας;

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; ένταση ML F o F m Φ PSIIo 6 304 1624 0.813 9 458 2430 0.812 συγκ. Chl( a+ b) F o F m Φ PSIIo 1.0x 294 1407 0.791 1.2x 317 1655 0.808

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Γεωμετρικά χαρακτηριστικά του οπτικού μέρους 1) Απόσταση μεταξύ επιπέδου εξόδου της ακτινοβολίας της ίνας και δείγματος

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Γεωμετρικά χαρακτηριστικά του οπτικού μέρους 1) Απόσταση μεταξύ επιπέδου εξόδου της ακτινοβολίας της ίνας και δείγματος 2) Η γωνία μεταξύ διεύθυνσης διάδοσης της ακτινοβολίας και του επιπέδου του ελάσματος

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Παράμετροι λειτουργίας του οργάνου μέτρησης 3) Ένταση ακτινοβολίας μέτρησης (ML από 1 έως 12)

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Παράμετροι λειτουργίας του οργάνου μέτρησης 3) Ένταση ακτινοβολίας μέτρησης (ML από 1 έως 12) 4) Συχνότητα ακτινοβολίας μέτρησης (600 Hz ή 20 khz)

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Παράμετροι λειτουργίας του οργάνου μέτρησης 3) 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

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Παράμετροι λειτουργίας του οργάνου μέτρησης 3) 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 6) Ηλεκτρονική ενίσχυση σήματος (Gain από 1 έως 12)

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Παράμετροι λειτουργίας του οργάνου μέτρησης 3) 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 6) Ηλεκτρονική ενίσχυση σήματος (Gain από 1 έως 12) 7) Ακεραιότητα οπτικού μέρους (οπτικών ινών)

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Ανατομικές και φυσιολογικές παράμετροι του δείγματος 8) Υφή και μορφολογία της φυλλικής επιφάνειας

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Ανατομικές και φυσιολογικές παράμετροι του δείγματος 8) Υφή και μορφολογία της φυλλικής επιφάνειας 9) Παρουσία τριχώματος ή μη φωτοσυνθετικών χρωστικών στην επιδερμίδα

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Ανατομικές και φυσιολογικές παράμετροι του δείγματος 8) Υφή και μορφολογία της φυλλικής επιφάνειας 9) Παρουσία τριχώματος ή μη φωτοσυνθετικών χρωστικών στην επιδερμίδα 10) Πάχος ελάσματος, παρουσία σκληρεγχύματος, πάχος κυτταρικών τοιχωμάτων

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι σωστό να συγκρίνονται μεταξύ δειγμάτων ή μεταχειρίσεων οι απόλυτες τιμές του φθορισμού στην βάση (F o ) και την κορυφή (F m ) της καμπύλης ταχείας κινητικής; Παράγοντες που επηρεάζουν τις απόλυτες τιμές του φθορισμού: Ανατομικές και φυσιολογικές παράμετροι του δείγματος 8) Υφή και μορφολογία της φυλλικής επιφάνειας 9) Παρουσία τριχώματος ή μη φωτοσυνθετικών χρωστικών στην επιδερμίδα 10) Πάχος ελάσματος, παρουσία σκληρεγχύματος, πάχος κυτταρικών τοιχωμάτων 11) 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 μηφωτοχημικές διεργασίες είναι ανενεργές. φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F 0 ΦPSII μέγιστη ML SP AL FR qp qn μέγιστη (1) ελάχιστη (0)

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Η εφαρμογή της ακτινοβολίας μέτρησης έχει σαν αποτέλεσμα την καταγραφή του φθορισμού βάσης (F o ) φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F o ΦPSII μέγιστη F o ML SP AL FR qp qn μέγιστη (1) ελάχιστη (0)

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Η εφαρμογή ενός παλμού κορεσμού έχει σαν αποτέλεσμα την καταγραφή του μέγιστου φθορισμού στο σκοτάδι, F m Μέσω των τιμών F o και F m μπορεί να υπολογιστεί η θεμελιώδης φωτοχημική ικανότητα του PS II (Φ PSIIo ) ίση με F v /F m =(F m F o )/F m φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F m F F m ΦPSII 0.825 ML SP AL FR qp qn 0 0

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Η επαναφορά του φθορισμού στα επίπεδα του F o είναι ταχεία καθώς δεν υπάρχει ακτινικό φως φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F t ΦPSII 0.825 ML SP AL FR qp qn μέγιστη (1) ελάχιστη (0)

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F o ΦPSII 0.825 ML SP AL FR qp qn μέγιστη (1) ελάχιστη (0)

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού 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 φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F t F t ΦPSII 0.825 qp <1 ML SP AL FR qn σχεδόν 0

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Ωστόσο, η τελική σταθεροποίηση των επιπέδων του φθορισμού δεν γίνεται το ίδιο γρήγορα ούτε στα επίπεδα του F ο καθώς το ακτινικό φως προκαλεί σχετική αναγωγή στα φωτοχημικά κέντρα. Τελικά ο φθορισμός σταθεροποιείται σε μια τιμή F s φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F s F s ΦPSII 0.825 qp <1 ML SP AL FR qn >0

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού 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 F m φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F m F m ΦPSII 0.478 ML SP AL FR qp qn 0.628 0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Μέσω των τιμών F m και F s είναι δυνατός ο υπολογισμός της λειτουργικής φωτοχημικής ικανότητας του PS II (Φ PSII ) φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F m F m ΦPSII 0.478 ML SP AL FR qp qn 0.628 0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού 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 F o. φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F o ΦPSII 0.478 F o qp 0.628 ML SP AL FR qn 0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού 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 φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F o ΦPSII 0.478 F o qp 0.628 ML SP AL FR qn 0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού 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 F o προς F o φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F o ΦPSII 0.478 F o qp 0.628 ML SP AL FR qn 0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Εάν δεν υπάρχει δυνατότητα άμεσης μέτρησης του F o, η τιμή του μπορεί να προσεγγιστεί μέσω της έκφρασης F o /[(F v /F m )+(F o /F m)] φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F o ΦPSII 0.478 F o qp >0.628 ML SP AL FR qn <0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Στο σκοτάδι, καθώς οι διεργασίες μη-φωτοχημικής απόσβεσης απεμπλέκονται και τα στοιχεία της φωτοσυλλεκτικής αντέννας εναπαδιευθετούνται, ο φθορισμός βάσης ανακάμπτει στα επίπεδα του F o φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F F o F o ΦPSII 0.478 qp >>0.628 ML SP AL FR qn <<0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού 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 φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F m F s F F o F m ΦPSII 0.478 F s F o F o qp >>0.628 ML SP AL FR F o qn <<0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Ο συντελεστής qp είναι ίσος με (F m F t )/(F m F o) = ΔF / F m φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F m F s F F o F m ΦPSII 0.478 F s F o F o qp >>0.628 ML SP AL FR F o qn <<0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Ο συντελεστής qn είναι ίσος με (F m F m)/(f m F o). Μια σχεδόν ισοδύναμη έκφραση είναι η 1-(F m F o)/(f m F o ) = 1-(F v/f v ) φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F m F s F F o F m ΦPSII 0.478 F s F o F o qp >>0.628 ML SP AL FR F o qn <<0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού 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 φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F m F s F F o F m ΦPSII 0.478 F s F o F o qp >>0.628 ML SP AL FR F o qn <<0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Ισχύει ότι NPQ = (F m F m)/f m. Ωστόσο ο υπολογισμός της παραμέτρου NPQ υποθέτει ότι οι όποιες συγκρίσεις αφορούν δείγματα με παρόμοια χαρακτηριστικά φθορισμού στο σκοτάδι φωτοχημικές αντιδράσεις εκπομπή φθορισμού θερμότητα F m F s F F o F m ΦPSII 0.478 F s F o F o qp >>0.628 ML SP AL FR F o qn <<0.442

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Η παράμετρος της δυνητικής φωτοχημικής ικανότητας του PS II Φ PSIIo =F v /F m, αποτελεί μέτρο του μέγιστου ποσοστού της απορροφούμενης ενέργειας η οποία αξιοποιείται φωτοχημικά F m F m F t F m F m F =F -F v m o F s F o F o F o ML SP AL FR F o

Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Η τρέχουσα ή λειτουργική φωτοχημική ικανότητα του PS II Φ PSII =ΔF/F m σχετίζεται με την φωτοχημική αξιοποίηση της ενέργειας για δεδομένη ένταση ακτινικού φωτός F m F t F m F o F s F o F m ' ΔF=F -F m s ML SP AL FR F o

Παράμετροι της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού F o, Βασικός φθορισμός στο σκοτάδι. Αντιστοιχεί στην ικανότητα ροής ενέργειας από την φωτοσυλλεκτική αντέννα προς το κέντρο αντίδρασης του PS II. F m, Μέγιστος φθορισμός στο σκοτάδι. Είναι ένα μέτρο της συνολικής ροής ενέργειας διαμέσου του PS II. F v, Μεταβλητός φθορισμός στο σκοτάδι. Αντιστοιχεί στην ροή ενέργειας από το κέντρο αντίδρασης του PS II προς την φωτοχημική αλυσίδα. F v /F m =(F m -F o )/F m =Φ PSIIo, 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.

Παράμετροι της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού 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=φ PSII, 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.

Παράμετροι της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού qp=(f m-f s )/(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. qn=(f m -F m)/(f m -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. NPQ=(F m -F m)/f m, Παράμετρος μη-φωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού. Αποτελεί εναλλακτική έκφραση του ποσοστού της ενέργειας το οποίο αποσβένεται μηφωτοχημικά.

Παράμετροι της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού ETR=Φ PSII Q f 1 f 2 : 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.

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι απολύτως ισοδύναμες οι δύο εκφράσεις της μηφωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού (qn και NPQ); 1.0 0.9 qn 0.7 0.5 0.3 0 1 2 3 4

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι απολύτως ισοδύναμες οι δύο εκφράσεις της μηφωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού (qn και NPQ); Η σχέση μεταξύ qn και NPQ είναι θετική αλλά όχι γραμμική: οι δύο παράμετροι δεν είναι απόλυτα ισοδύναμες

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Μπορούμε να χρησιμοποιούμε την παράμετρο ETR ως μέτρο της φωτοσυνθετικής ταχύτητας; 100 80 ETR 60 40 20 0 500 1000 1500 2000 2500-2 -1 Photon Flux Density ( μmol quanta m s )

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Μπορούμε να χρησιμοποιούμε την παράμετρο ETR ως μέτρο της φωτοσυνθετικής ταχύτητας; Η παράμετρος ETR δίνει ένα μέτρο του ρυθμού επιτέλεσης των φωτεινών αντιδράσεων και υπό προϋποθέσεις σχετίζεται καλά με τη φωτοσυνθετική ταχύτητα Υπολογίζεται ως ETR=Φ PSII Q f 1 f 2 όπου: Q: ένταση προσπίπτουσας ακτινοβολίας (PAR) f 1 : συντελεστής κατανομής φωτονιακής ενέργειας στο PS II (τυπικά ίσος με 0,5) f 2 : συντελεστής απορροφητικότητας φύλλου (τυπικά χρησιμοποιείται η τιμή 0,84)

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Μπορούμε να χρησιμοποιούμε την παράμετρο ETR ως μέτρο της φωτοσυνθετικής ταχύτητας; Προϋποθέσεις για την χρήση του ETR: 1) Ο συντελεστής f 2 είναι γνωστός ή υπολογίζεται μέσω σφαίρας ολοκλήρωσης 2) Ο συντελεστής f 2 είναι παρόμοιος μεταξύ δειγμάτων τα οποία συγκρίνονται ως προς το ETR Προϋποθέσεις 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

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Πως γνωρίζουμε ότι ένα δείγμα έχει φθάσει σε σταθερή κατάσταση για δεδομένη ένταση προσπίπτουσας ακτινοβολίας ώστε να προβούμε σε μέτρηση της φωτοχημικής ικανότητας; 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

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Πως γνωρίζουμε ότι ένα δείγμα έχει φθάσει σε σταθερή κατάσταση για δεδομένη ένταση προσπίπτουσας ακτινοβολίας ώστε να προβούμε σε μέτρηση της φωτοχημικής ικανότητας; 1.4 1.2 1.0 F 0.8 0.4 F m 0.4 0.2 F s 0 0 2 4 6 8 10 12

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Πως γνωρίζουμε ότι ένα δείγμα έχει φθάσει σε σταθερή κατάσταση για δεδομένη ένταση προσπίπτουσας ακτινοβολίας ώστε να προβούμε σε μέτρηση της φωτοχημικής ικανότητας; 0.9 0.8 qp Φ PSII, qp, qn 0.6 0.4 qn Φ PSII 0.2 0 0 2 4 6 8 10 12

Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Πως γνωρίζουμε ότι ένα δείγμα έχει φθάσει σε σταθερή κατάσταση για δεδομένη ένταση προσπίπτουσας ακτινοβολίας ώστε να προβούμε σε μέτρηση της φωτοχημικής ικανότητας; 80 60 ETR 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12

Πρακτικά ζητήματα: Καμπύλες φωτός Τι είναι οι καμπύλες φωτός και ποιες πληροφορίες μας παρέχουν; Πως καταγράφεται μια καμπύλη φωτός; F' m F m 100 200 350 600 800 1250 1750 2200 F ML SP AL 0 30 60 90

Πρακτικά ζητήματα: Καμπύλες φωτός Ποιες είναι οι διαφορές ανάμεσα σε ταχείες καμπύλες φωτός (rapid light curves) και καμπύλες φωτός περιβάλλοντος (ambient light curves); 0.9 0.8 ETR 150 100 ETR 150 100 0.9 0.8 Δ F/F ' m, LC 0.6 0.4 50 0 0 500 1000 1500 PPFD 50 0 0 1000 2000 PPFD 0.6 0.4 F/F m,amb Δ ' 0.2 0.2 0.0 0 500 1000 1500 0 500 1000 1500 0.0-2 -1 PPFD ( μmol quanta m s )

Πρακτικά ζητήματα: κινητική στο σκοτάδι Τι είναι η κινητική φθορισμού στο σκοτάδι (dark relaxation kinetics); F m F' m F o ML SP AL F 0 15 30 45 60

Πρακτικά ζητήματα: κινητική στο σκοτάδι Τι πληροφορίες μας δίνει και πως ερμηνεύεται η μορφή της κινητικής φθορισμού στο σκοτάδι; 0.9 0.8 Φ PSIIo qn, Φ PSIIo 0.6 0.4 qe qt qn=qe+qt+qi 0.2 qi 0.0 0 10 20 30 Χρόνος προσυσκότισης ( min)

Πρακτικά ζητήματα: κινητική στο σκοτάδι 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)

Πρακτικά ζητήματα: κινητική στο σκοτάδι Σε ποιες συνιστώσες αναλύεται η μη-φωτοχημική απόσβεση και πως οι συνιστώσες αυτές ηρεμούν στο σκοτάδι; 0.9 0.8 0.6 qe+qt+qi=qn qt+qi qn 0.4 0.2 qi 0.0 0 10 20 30

Πρακτικά ζητήματα: κινητική στο σκοτάδι Σε ποιες συνιστώσες αναλύεται η μη-φωτοχημική απόσβεση και πως οι συνιστώσες αυτές ηρεμούν στο σκοτάδι; 0.9 0.8 0.6 qn 0.4 0.2 qe=0.30 qi=0.21 qt=0.29 0.0 0 10 20 30

Παραλλαγές της τεχνικής της φθορισμομετρίας χλωροφύλλης Απεικονιστική φθορισμομετρία A B 0,0 F /F 0,5 q m 380 Εξωτερική συγκέντρωση 800 1500 CO ( μmol mol ) 2-1

Παραλλαγές της τεχνικής της φθορισμομετρίας χλωροφύλλης Απεικονιστική φθορισμομετρία A μήκος κύματος ( nm) 425 625 B 5 mm 5 mm F v /F 0,7 0,8

Παραλλαγές της τεχνικής της φθορισμομετρίας χλωροφύλλης Απεικονιστική φθορισμομετρία Γ 5 mm 5 mm F v /F 0,7 0,8 0,80 0,78 F v /F 0,76 0,74 0,72 0,70 Δ 225 325 425 525 625 725 825 μήκος κύματος ( nm)