Artikkelit jotka sisältää sanan 'fluorescence'
Kategoria : Articles
Kasvien fysiologian tutkimus keskittyy kasvin sisäisten prosessien, kuten kasvun, ravinteidenottokyvyn ja fotosynteesin tutkimiseen. Fotosynteesin säätelyn mittaus on merkittävää ymmärtääksemme, miten kasvit reagoivat muuttuvaan ilmastoon. Valon spektriin perustuvia kaukokartoitusmenetelmiä, jotka käyttävät näkyvää ja lähi-infrapuna-aallonpituuksilla heijastunutta valoa, sekä klorofyllifluoresenssia, käytetään keräämään tietoa kasvin fysiologisista muuttujista. Nämä menetelmät ovat kehittyneet nopeasti kaukokartoitusalustojen ja sensoreiden kehityksen myötä.
Kaukokartoitustulosten tulkitseminen voi kuitenkin olla haasteellista. Latvuston heterogeenisuuden vuoksi mittaussignaaliin vaikuttavat erilaiset tekijät, kuten ilmakehästä johtuva hajonta, mitattavan kasvuston tausta ja kasvuston rakenteelliset ominaisuudet. Lisäksi optiseen kaukokartoitussignaaliin vaikuttavat lehden fysiologiset prosessit, kuten lehden ravinnetasapaino ja lehden valokemia, sekä miten nämä prosessit ja optiset signaalit muuttuvat ajallisen vaihtelun seurauksena. Tämän väitöskirjan tavoitteena on edistää optisen kaukokartoituksen signaalitulkintaa, edistäen samalla uusien menetelmien ja laitteiden käyttöönottoa.
Tulokset osoittavat, että aurinkoinduktiivisen fluoresenssin (SIF) päivittäinen ja pitkäaikainen vaihtelu latvustossa johtuu sekä fotosynteettisistä ja rakenteellisista tekijöistä, mikä saattaa aiheuttaa virheellisiä tulkintoja SIF-mittauksista. Lisäksi tulokset osoittavat, että kaukokartoituksen kyky havaita muutoksia lehtiravinteissa riippuu ravinteiden, pigmenttien ja kasvustorakenteen yhteisesiintymisestä, korostaen samanaikaisten lehti- ja latvustotason mittauksien tärkeyttä. Esittelemme myös uudenlaisen miniaturisoidun fluoresenssimittarin, joka demonstroi kyvyn seurata fotosynteesin kausittaista säätelyä klorofyllifluoresenssin ja kaasunvaihdon integroiduilla mittauksilla. Tämän väitöskirjan tulokset korostavat tarvetta samanaikaisille ja monimittakaavaisille lehtien fysiologisten tekijöiden mittauksille, jotta voisimme edistää ymmärrystämme fotosynteesin säätelystä.
-
Oivukkamäki,
University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
https://orcid.org/0000-0002-9620-4336
Sähköposti:
jaakko.oivukkamaki@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.
