Artikkelit jotka sisältää sanan 'Non-photochemical Quenching'
Kategoria : Articles
Pohjoinen havumetsävyöhyke on avainasemassa ilmakehän hiilidioksidin sidonnassa ja täten globaalissa hiilenkierrossa. Havupuiden yhteyttämisdynamiikan seuranta on haastavaa perinteisillä kasvien vihreyttä mittaavilla kasvillisuusindekseillä. Klorofyllifluoresenssin (ChlF), eli klorofylli–a molekyylin lähettämän punaisella aallonpituudella havaittavan heikon säteilyn, potentiaalista havupuuvaltaisten ekosysteemien yhteyttämisdynamiikan seuraamisessa on jatkuvasti enemmän näyttöä. Ennen kuin on mahdollista saada irti kaikki informaatio ChlF – signaalista, on tärkeää ymmärtää ne mekanismit joilla mitattu ChlF kytkeytyy yhteyttämiseen eri mittakaavoilla.
Käsittelen tässä väitöskirjassa niitä monia haasteita, jotka estävät meitä hyödyntämästä ChlF-signaalin koko potentiaalia ja rakennan teoreettisen suunnitelman kohti kokonaisvaltaisempaa tulkintaa ChlF-signaalista. Suurin painoarvo asetetaan niille haasteille, jotka käsittelevät ChlF-signaalia metodologisessa ja mekanistisessa kontekstissa. Tämä väitöskirja edesauttaa ChlF-aineiston tulkitsemista käsittelemällä niitä vaikutuksia, joita metodologisilla ja mekanistisilla tekijöillä on ChlF-signaaliin lehtitason mittauksissa. Väitöskirjassa analysoidaan mittausgeometrian ja mittausjärjestelyiden metodologisten tekijöiden vaikutusta ChlF-signaaliin eri mittausasetelmissa havunneulasilla ja lehtipuiden lehdillä. Tulokset osoittavat, että käytettäessä havuneulasmattoja, ChlF-signaalin muoto on vähemmän riippuvainen mittausgeometriasta kuin signaalin vahvuudesta, ja neulasmattoja mitattaessa, mittausgeometria ei vähennä eri näytejärjestelyjä käyttävien tutkimusten vertailtavuutta. Väitöskirjassa tutkitaan miten eri mekaaniset tekijät vaikuttavat ChlF-signaalin muutoksiin ja huomioitiin fysikaaliset tekijät, kuten lehden morfologia, ja fysiologiset tekijät, kuten pitkäkestoinen ei-fotokemiallinen sammutus. Huomattiin, että ekosysteemin sisäinen vaihtelu lajeissa ja valo-olosuhteissa tuotti sekä muuttumattoman variaation ChlF-signaalin perustasoon, että poikkeamia yhteyttämisen kausittaisen sopeutumisen malleihin.
Tämän väitöskirjan tulosten tukemana perustelen tarvetta huomioida sekä metodologiset, että mekanistiset kontekstit ChlF-signaalin tulkinnassa.
-
Rajewicz,
University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Sähköposti:
paulina.rajewicz@helsinki.fi
Fotosynteesin edellytyksenä on sen valoriippuvaisten ja -riippumattomien reaktioiden välinen tasapaino, jolloin valokemian kautta tapahtuva energian sisäänvirtaus vastaa kulutusta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit edesauttavat tasapainon muodostumista, sillä jotkut prosessit säätelevät valoriippuvaisten valokemialllisten reaktioiden aktiivisuutta, kun taas toiset säätelevät lämpötilariippuvaisten biokemiallisten reaktioiden aktiivisuutta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit mukauttavat myös fotosynteesiin käytettävissä olevaa absorboidun energian määrää ohjaamalla osan energiasta ei-valokemiallisille reaktiopoluille, jotka hajauttavat energiaa lämpönä ja fluoresenssina. On kiinnostavaa, että tietyt fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat fotosynteesin dynamiikkaa luonnehtivien lehden optisten ominaisuuksien (LOP) kanssa. Mutta kuinka tukevalla pohjalla näihin ominaisuuksiin vaikuttavia biokemiallisia ja fysiologisia prosesseja koskeva tietämyksemme on, ja miten hyvin lehtien optiset ominaisuudet ja fotosynteesin dynamiikan taustalla vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat, kun niitä tarkastellaan erilaisilla spatiotemporaalisilla skaaloilla? Tässä väitöskirjassa tutkittiin, korreloivatko lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvat optiset ominaisuudet riittävän hyvin fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavien biokemiallisten ja fysiologisten prosessien kanssa, ja pätevätkö nämä korrelaatiot eri spatiotemporaalisilla skaaloilla.
Tässä väitöskirjassa osoitetaan lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvien optisten ominaisuuksien sopivuus fotosynteesin dynamiikan tutkimiseen sopiviksi optisiksi korvikemuuttujiksi. Työssä myös tunnistetaan vaihtelulähteitä, jotka voivat rikkoa fotosynteesin ja optisten ominaisuuksien välisen korrelaation. Vaihtelulähteet luokitellaan metodologisten (liiallinen yksinkertaistaminen ja tekniset/instrumentaaliset rajoitteet) ja spatiotemporaalisten rajoitteiden mukaan. Fotosynteesidynamiikan taustalla olevien prosessien ja lehtien optisten ominaisuuksien liiallista yksinkertaistamista tarkasteltiin tutkimalla PAR-säteilyn absorptiota männynneulasiin. PAR-absorptiota pidetään yleisesti klorofyllikonsentraatiosta riippuvaisena, mutta tässä väitöskirjassa osoitetaan, että absorptiota säätelee myös vahojen vaikutus neulasten PAR-reflektanssiin. Koska neulasten PAR-absorption suora mittaaminen on vaikeaa, PAR-reflektanssia käytettiin PAR-absorption korvikemuuttujana. Tämän teknisen/instrumentaalisen rajoitteen ratkaisemiseen väitöskirja esittelee uuden metodologian, joka helpottaa PAR-absorption suoraa arviointia. Väitöskirjassa myös osoitetaan, että eräät optiset ominaisuudet näyttävät olevan tunnottomia, kun pyritään mittaamaan tiettyjen biokemiallisten ja fysiologisten prosessien dynamiikkaa. Tämä päti valokemialliseen reflektanssi-indeksiin (PRI), jonka avulla ei pystytty havaitsemaan zeaksantiinista riippumattomia, absorboidun PAR-säteilyn lämpöhajaantumisen taustalla olevia prosesseja. Lisäksi väitöskirjassa osoitetaan, että myös lehden morfologia voi vaikuttaa optisiin ominaisuuksiin, mikä saattaa vaikuttaa optiikkaan perustuvaan monitorointiin yksittäistä lehteä suuremmilla skaaloilla. Huolimatta väitöskirjassa esiin tuoduista varauksista optisten menetelmien potentiaali fotosynteesiaktiivisuuden dynamiikan seurannassa on kiistaton, ja tässä esitetyt tulokset voivat osaltaan pienentää epävarmuutta, joka liittyy fotosynteesin kuvaamiseen optisin menetelmin eri spatiotemporaalisilla kaaloilla.
