Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές Επιστήμες.

Παρουσίαση με θέμα: "Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές Επιστήμες."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Εφαρμογές του Φθορισμού Χλωροφύλλης στις Γεωπονικές Επιστήμες

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

3 Φθορισμός

4

5

6

7

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

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

10 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 Τα φωτοσυστήματα και οι φωτοχημικές αντιδράσεις

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

12 Φθορισμός χλωροφύλλης: η φωτοσυνθετική ‘υπογραφή’ των φύλλων

13

14

15

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

17 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 Πλεονεκτήματα της τεχνικής του φθορισμού της χλωροφύλλης

18 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 Μειονεκτήματα της τεχνικής του φθορισμού της χλωροφύλλης

19 Ποια είναι η προέλευση του φθορισμού; Σύνοψη Στη συνήθη φθορισμομετρία χλωροφύλλης in vivo ο φθορισμός προέρχεται από την χλωροφύλλη a του κέντρου αντίδρασης 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

20 Υπάρχει σχέση μεταξύ φωτοχημικών και φωτοσυνθετικών παραμέτρων; Σύνοψη 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.

21 Επεξήγηση του τρόπου παρουσίασης

22 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

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

24 Είδη ακτινοβολίας στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

49 Ποια είδη ακτινοβολίας εφαρμόζουμε στην φθορισμομετρία χλωροφύλλης; Σύνοψη 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)

50 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.

51 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 )

52 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

53 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 )

54 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

55 Ανάλυση της καμπύλης ταχείας κινητικής φθορισμού Τέλος, η εκπομπή φθορισμού επανέρχεται στα επίπεδα του F o καθώς όλα τα φωτοσυστήματα έχουν ξανά οξειδωθεί

56 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

57 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.

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

59 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.

60 Τι είναι η καμπύλη ταχείας κινητικής; Σύνοψη Είναι η καμπύλη της επαγωγής του φθορισμού ενός δείγματος μετά από αιφνίδια εφαρμογή φωτός υψηλής έντασης Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά της; Το μέγεθος της αύξησης των επιπέδων φθορισμού μεταξύ ενός κατώτατου και ενός ανώτατου ορίου που αντιστοιχούν στον φθορισμό βάσης και μέγιστο φθορισμό Ποια βασική φωτοχημική παράμετρο υπολογίζουμε μέσω της καμπύλης ταχείας κινητικής; Υπολογίζουμε τον λόγο του μεταβλητού προς τον μέγιστο φθορισμό που αποτελεί ένα μέτρο της δυνητικής φωτοχημικής απόδοσης του PS II

61 Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Ποια ώρα του 24ώρου πρέπει να μετράμε την παράμετρο Φ PSIIo ;

62 Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Ποιος είναι ο ελάχιστος χρόνος προσυσκότισης για τον αξιόπιστο προσδιορισμό της παραμέτρου Φ PSIIo ;

63 Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Ποιος είναι ο ελάχιστος χρόνος προσυσκότισης για τον αξιόπιστο προσδιορισμό της παραμέτρου Φ PSIIo ;

64 Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Πως επιλέγουμε την ένταση της ακτινοβολίας μέτρησης (ML);

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

66 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;

67 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

68 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

69 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)

70 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)

71 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

72 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)

73 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)

74 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

75 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

76 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

77 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

78 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 μη- φωτοχημικές διεργασίες είναι ανενεργές.

79 Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Η εφαρμογή της ακτινοβολίας μέτρησης έχει σαν αποτέλεσμα την καταγραφή του φθορισμού βάσης (F o )

80 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

81 Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Η επαναφορά του φθορισμού στα επίπεδα του F o είναι ταχεία καθώς δεν υπάρχει ακτινικό φως

82 Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού

83 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

84 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

85 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

86 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 )

87 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.

88 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

89 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

90 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 )]

91 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

92 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

93 Ανάλυση της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού Ο συντελεστής qP είναι ίσος με (F ’ m –F t )/(F ’ m –F ’ o ) = ΔF / F ’ m

94 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 )

95 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

96 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’

97 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

98 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

99 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.

100 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.

101 Παράμετροι της καμπύλης βραδείας κινητικής φθορισμού 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. 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. NPQ=(F m -F ’ m )/F ’ m, Παράμετρος μη-φωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού. Αποτελεί εναλλακτική έκφραση του ποσοστού της ενέργειας το οποίο αποσβένεται μη- φωτοχημικά.

102 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.

103 Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Είναι απολύτως ισοδύναμες οι δύο εκφράσεις της μη- φωτοχημικής απόσβεσης του φθορισμού (qN και NPQ);

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

105 Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής Μπορούμε να χρησιμοποιούμε την παράμετρο ETR ως μέτρο της φωτοσυνθετικής ταχύτητας;

106 Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής 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) Μπορούμε να χρησιμοποιούμε την παράμετρο ETR ως μέτρο της φωτοσυνθετικής ταχύτητας;

107 Πρακτικά ζητήματα σχετικά με την καμπύλη ταχείας κινητικής 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 Μπορούμε να χρησιμοποιούμε την παράμετρο ETR ως μέτρο της φωτοσυνθετικής ταχύτητας;

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

109 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;

110 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;

111 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;

112 Πρακτικά ζητήματα: Καμπύλες ‘φωτός’ Τι είναι οι καμπύλες φωτός και ποιες πληροφορίες μας παρέχουν; Πως καταγράφεται μια καμπύλη φωτός;

113 Πρακτικά ζητήματα: Καμπύλες ‘φωτός’ Ποιες είναι οι διαφορές ανάμεσα σε ταχείες καμπύλες φωτός (rapid light curves) και καμπύλες φωτός περιβάλλοντος (ambient light curves);

114 Πρακτικά ζητήματα: κινητική στο σκοτάδι Τι είναι η κινητική φθορισμού στο σκοτάδι (dark relaxation kinetics);

115 Πρακτικά ζητήματα: κινητική στο σκοτάδι Τι πληροφορίες μας δίνει και πως ερμηνεύεται η μορφή της κινητικής φθορισμού στο σκοτάδι;

116 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)

117 Πρακτικά ζητήματα: κινητική στο σκοτάδι Σε ποιες συνιστώσες αναλύεται η μη-φωτοχημική απόσβεση και πως οι συνιστώσες αυτές ηρεμούν στο σκοτάδι;

118 Πρακτικά ζητήματα: κινητική στο σκοτάδι Σε ποιες συνιστώσες αναλύεται η μη-φωτοχημική απόσβεση και πως οι συνιστώσες αυτές ηρεμούν στο σκοτάδι;

119 Παραλλαγές της τεχνικής της φθορισμομετρίας χλωροφύλλης Απεικονιστική φθορισμομετρία

120 Παραλλαγές της τεχνικής της φθορισμομετρίας χλωροφύλλης Απεικονιστική φθορισμομετρία

121 Παραλλαγές της τεχνικής της φθορισμομετρίας χλωροφύλλης Απεικονιστική φθορισμομετρία