JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Протокол вводит высокопроизводительный метод измерения релаксации нефотохимического гашения импульсно-амплитудной флюорометрией хлорофилла. Метод применяется к выращиваемому в полевых условиях Glycine max и может быть адаптирован к другим видам для скрининга генетического разнообразия или размножающихся популяций.

Аннотация

Фотосинтез не оптимизирован в современных сортах сельскохозяйственных культур, а потому дает возможность для улучшения. Ускорение релаксации нефотохимического закалки (NPQ) оказалось эффективной стратегией для повышения эффективности фотосинтеза. Тем не менее, потенциал для размножения для улучшения NPQ и полного понимания генетической основы релаксации NPQ отсутствует из-за ограничений перевыборки и сбора данных с растений, выращенных в полевых условиях. Основываясь на предыдущих отчетах, мы представляем высокопроизводительный анализ для анализа скорости релаксации NPQ в Glycine max (соя) с использованием флуорометрии хлорофилла с амплитудной амплитудой (PAM). Листовые диски отбираются из выращенных в полевых условиях соевых бобов перед транспортировкой в лабораторию, где релаксация NPQ измеряется в закрытом PAM-флуорометре. Параметры релаксации NPQ рассчитываются путем подгонки биэкспоненциальной функции к измеренным значениям NPQ после перехода от высокого к низкому освещению. Используя этот метод, можно протестировать сотни генотипов в течение дня. Эта процедура имеет потенциал для скрининга мутантных и разнообразных панелей на предмет вариаций в релаксации NPQ и, следовательно, может быть применена как к фундаментальным, так и к прикладным исследовательским вопросам.

Введение

Фотосинтез состоит из поглощения света, переноса первичных электронов, стабилизации энергии, а также синтеза и переноса продуктов фотосинтеза1. Понимание каждого шага имеет жизненно важное значение для руководства усилиями по повышению эффективности фотосинтеза сельскохозяйственных культур. Свет влияет на скорость фотосинтеза, требуя балансировки энергоснабжения, в виде фотонов, с потребностью в уменьшении эквивалентов. Когда предложение превышает спрос, например, при сильном освещении или во время пониженной фиксацииСО2 , вызванной закрытием устьичного устьица, накопление восстановительной мощности увеличивает вероятность образования активных форм кислорода с потенциалом повреждения фотосинтетического аппарата и нарушения переноса электронов. Поэтому для предотвращения повреждений растения разработали несколько фотозащитных механизмов, включая детоксикацию активных форм кислорода и нефотохимическое гашение возбужденных хлорофилловых состояний (NPQ)2.

Поддержание высоких темпов фотосинтеза является сложной задачей в полевых условиях. Сезонные и суточные изменения, наряду с колебаниями окружающей среды, такими как вызванные ветром движения листьев и переходный облачный покров, вызывают сдвиги в количестве и интенсивности света, получаемого растениями для фотосинтеза3. NPQ рассеивает избыточную световую энергию и может помочь предотвратить повреждение фотографий, обеспечивая при этом устойчивые темпы фотосинтеза при высоком освещении4. Однако длительный NPQ во время переходов с высокой на низкую освещенность продолжает рассеивать энергию, которая может быть использована для сокращения выбросов углерода5. В результате ускорение релаксации NPQ может повысить эффективность фотосинтеза6, что делает релаксацию NPQ привлекательной целью для улучшения урожая.

Анализ флуоресценции хлорофилла (PAM) с амплитудной амплитудой может быть использован для расчета NPQ по измеримым параметрам (Дополнительная таблица 1 и Дополнительная таблица 2)7,8,9. Эта статья посвящена определению скорости релаксации NPQ в растениях, выращенных в полевых условиях, с целью скрининга естественной изменчивости зародышевой плазмы. Тем не менее, флюорометрический анализ PAM хлорофилла также может быть использован для широкого спектра целей, применен к видам, начиная от водорослей до высших растений, и рассматривается в других местах 7,8,9.

В адаптированном к темноте листе или ячейке реакционные центры фотосистемы II (PSII) открыты для приема электронов, и нет NPQ. Включение измерительного света низкой интенсивности вызывает флуоресценцию хлорофилла, избегая при этом переноса электронов через PSII. Регистрируемая минимальная флуоресценция в этом адаптированном к темноте состоянии описывается параметром Fo. Применение светового импульса высокой интенсивности к адаптированному к темноте листу может быстро уменьшить первый стабильный пул акцепторов электронов хинонов, связанных с сайтом хинона А. Это временно блокирует емкость переноса электронов в реакционных центрах PSII, которые затем, как говорят, закрыты и не могут принимать электроны от расщепления воды. При использовании короткой длительности импульса недостаточно времени для стимуляции NPQ. Результирующая флуоресценция хлорофилла эквивалентна максимальному значению, получаемому при отсутствии NPQ, или максимальной флуоресценции, Fm. Разница между минимальной и максимальной флуоресценцией называется переменной флуоресценцией, Fv. Максимальный фотохимический квантовый выход фотосистемы II (Fv/Fm) вычисляется из этих двух параметров с использованием следующего уравнения:

Fv/Fm = (Fm-F o)/Fm

Это может обеспечить важный показатель функции фотосистемы и напряжения. Включение актинического (фотосинтетического) света стимулирует нефотохимическое гашение, а последующее применение насыщенной вспышки позволяет измерить адаптированную к свету максимальную флуоресценцию, Fm'. Сравнивая разницу между темной и адаптированной к свету максимальной флуоресценцией, NPQ можно рассчитать в соответствии с уравнением Штерна-Вольмера10:

NPQ = Fм/Fм' - 1

В высших растениях NPQ был описан как состоящий по меньшей мере из пяти различных компонентов, включая qE, qT, qZ, qI и qH. Точные механизмы, задействованные в НПК, до конца не изучены; однако qE считается основным компонентом NPQ на большинстве заводов. Было обнаружено, что решающие факторы для полного включения qE включают накопление протонного градиента через тилакоидную мембрану, активность субъединицы фотосистемы II S11,12 и деэпоксидированные ксантофиллы, антераксантин, лютеин и, в частности, зеаксантин13. qE расслабляет быстрее всех компонентов NPQ (< 2 мин)14, и поэтому обратимая активация qE особенно важна для адаптации к изменяющейся интенсивности света. Вторая более медленная фаза релаксации NPQ (~2-30 мин) охватывает как qT, связанный с переходами состояний, так и qZ, включающий взаимопревращение зеаксантина в виолаксантин15. Медленное расслабление (> 30 мин) NPQ может включать как фотоингибаторное закалку (qI)16, так и процессы, независимые от фотоповреждения 17,18, такие как qH, которое является устойчивым закалкой в периферических усиках PSII, опосредованным пластидным липокалиновым белком 19,20.

NPQ увеличивается во время воздействия высокого света. Последующий переход на слабый свет может привести к понижению регуляции NPQ. Распад быстрой, промежуточной и медленной фаз расслабления может быть уловлен в параметрах биэкспоненциальной функции 15,21,22,23

NPQ = Aq1(-t/τ1) + Aq2(-t/τ2) + Aq3

Теоретическая основа биэкспоненциальной функции основана на предположении об использовании первого порядка гипотетических гасячей, включая qE (Aq1), комбинированную релаксацию qZ и qT (Aq2) с соответствующими временными константами τq1 и τq2 и долгосрочный NPQ, включающий qI и фотоповреждающие независимые процессы (Aq3). Таким образом, биэкспоненциальная функция обеспечивает более реалистичное представление множественных связанных биологических процессов, участвующих в гашении флуоресценции хлорофилла, по сравнению с более простым уравнением Хилла, которое не имеет теоретической основы24.

NPQ может быть измерен с использованием различных коммерчески доступных PAM флуорометров25,26, от простых ручных устройств27 до более совершенных закрытых систем28. Однако ограничением некоторых из этих подходов является относительно низкая пропускная способность, что делает скрининг больших коллекций растений сложным без нескольких устройств и команды исследователей. Для решения этой проблемы McAusland et al. разработали процедуру, основанную на иссеченной листовой ткани, и использовали ее для выявления различий в флуоресценции хлорофилла между двумя сортами пшеницы29. Привлекательность этого подхода заключается в том, что визуализация листовых дисков, взятых из нескольких растений с помощью одного устройства, может облегчить скрининг сотен генотипов в течение дня. Это позволяет оценить вариации в релаксации NPQ в рамках исследований геномных ассоциаций или для скрининга размножающихся популяций с потенциалом повышения эффективности фотосинтеза сельскохозяйственных культур и, в конечном счете, урожайности.

Основываясь на результатах McAusland et al.29, мы используем флуоресцентный анализ флуоресценции ПАМ хлорофилла листовых дисков для высокопроизводительного скрининга скорости релаксации NPQ в Glycine max (G.max; соя). Этот протокол использует CF Imager25, который сопоставим с другими коммерчески доступными системами закрытого PAM, такими как популярная FluorCam26. С темной комнатой для адаптации образцов пользователи могут визуализировать 96-луночные тарелки, чашки Петри и небольшие растения. Ключевым преимуществом такого подхода является увеличение пропускной способности, обеспечиваемой использованием листовых дисков по сравнению с последовательным анализом отдельных растений. Здесь мы представляем репрезентативные результаты и метод отбора проб, измерения и анализа NPQ в растениях, выращенных в полевых условиях.

протокол

1. Посадка семян

  1. Выбирайте полевой участок с плодородной, хорошо дренированной, но не песчаной почвой, и с рН почти 6,5. Разметьте участки с рядами длиной 1,2 м с интервалом 0,75 м, забив землю мотыгой.
  2. Посадите 50 семян/м G.max cv. IA3023 на глубину 3 см вдоль каждого участка в начале вегетационного периода, когда температура почвы составляет от 25 до 30 °C.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для целей скрининга генетического разнообразия ожидается, что будет выращиваться и сравниваться несколько различных генотипов. Посадите по 2-5 рядов на генотип, расположенных в случайном блочном дизайне. Следует рассмотреть вопрос о том, соответствуют ли климатические условия росту соевых бобов, включая тип почвы, температуру и продолжительность дня.

2. Сбор образцов листьев с поля

  1. Возьмите пробу растений на полевом участке через 30 дней после прорастания.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Через 30 дней растения сои будут находиться в вегетативной фазе. Количество дней после прорастания до отбора проб зависит от рассматриваемого биологического вопроса.
  2. Залейте колодцы 24-луночной плиты до 1/3-й дистиллированной водой. Пометьте крышку и боковую часть пластины репликами для отбора проб.
  3. Выберите самый молодой полностью расширенный лист в верхней части растения для отбора проб. Прижмите лист к резиновой пробке.
  4. Нажмите пробковый бур No 2 Гумбольдта через лист и скрутите, чтобы разрезать диск, избегая среднего ребра. Последовательно соберите 5 дисков из одного листа для технических реплик. Возьмите примерно на 30% больше листовых дисков для каждого участка, чем требуется в случае повреждения ткани листа при транспортировке или при отборе проб.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Количество биологических реплик (участков или растений) и количество технических реплик (листовых дисков одного и того же растения или участка) могут варьироваться в зависимости от экспериментального проекта.
  5. Вытолкните листовые диски из пробкового бура в один колодец из 24-луночной пластины с помощью ватного тампона. Убедитесь, что все листовые диски плавают в воде. Если нет, осторожно переместите листовые диски, прилипшие к боковой части колодца, в плавающее положение ватным тампоном.
  6. Переходим к следующему графику и повторяем шаги с 2.3 по 2.5. Вытолкните листовые диски из пробкового бура в отдельный колодец в 24-луночной пластине с помощью ватного тампона. Повторите этот шаг, чтобы собрать третью биологическую реплику.
  7. Повторяйте шаг 2.6 до тех пор, пока не будет взят полный образец из 24 скважин. Поместите крышку и запечатайте полупрозрачной гибкой пленкой. Храните тарелку вдали от прямых солнечных лучей, в пакете, коробке или пустом охладителе (без льда).

3. Подготовка образцов к анализу

  1. Возвращение в чистое лабораторное помещение после отбора проб. Нажмите на крышку герметичной пластины, чтобы выбить листовые диски, прилипшие к крышке во время транспортировки. Распакуйте пленку и снимите крышку.
  2. Перенесите листовой диск из первого положения 24-луночной плиты в свежую пластину из 96 лунок, при этом листовой диск будет обращен плоско вниз на дне колодца.
  3. Разрежьте фильтр аспиратора для носа пополам. Опустите полученный фильтр наполовину в воду и нанесите на бумажное полотенце, чтобы удалить лишнюю жидкость. Вставьте фильтр в колодец с листовым диском для поддержания влажности.
  4. Возьмите второй листовой диск из первого положения 24-луночной плиты и поместите лицевой стороной вниз в следующее доступное положение плиты из 96 скважин. Окуните оставшуюся половину назального фильтра, полученного на этапе 3.3, в воду и нанесите на бумажное полотенце, прежде чем вставить его в колодец со вторым листовым диском.
  5. Повторите шаги с 3.3 по 3.4 для диска третьего листа из первого положения 24-луночной пластины.
  6. Перейдите на второе место плиты с 24 скважинами и повторите шаги с 3,3 по 3,5.
  7. Поместите крышку на тарелку, когда во все колодцы вставлены листовые диски и фильтры для носа. Заклейте верхний правый угол, чтобы помочь сориентировать пластину в темноте для визуализации.
  8. Запечатайте пластины полупрозрачной, гибкой пленкой и оберните пластину в алюминиевую фольгу. Напишите идентификаторы участков и идентификатор пластины на алюминиевой фольге.
  9. Поместите пластины в темный ящик или шкаф минимум на 30 минут, чтобы обеспечить расслабление первых двух фаз NPQ (qE, qT, qZ). Используйте более длительный темный инкубационный период за 1 ч до визуализации, если долгосрочные фазы NPQ представляют интерес.
  10. Подготовьте дополнительную фиктивную пластину для фокусировки во время анализа. Для этого поместите листовой диск в каждый из углов свежей 96-луночной пластины и по одному в центре. Защитите листовые диски с помощью носовых фильтров, как это было сделано с предыдущими пластинами. Запечатайте пластину и инкубируйте в темноте при комнатной температуре (24 °C), относительной влажности ~50%.

4. Измерение нефотохимического закалки с помощью флуоресцентного тепловизора хлорофилла

  1. Включите тепловизор и откройте программное обеспечение для создания образов. Щелкните Параметры > протокола , чтобы открыть окно для ввода шагов в экспериментальном протоколе PAM. Технические характеристики машины приведены в дополнительной таблице 3.
  2. Настройте программу на запуск с насыщенного импульса для измерения максимальной квантовой эффективности адаптированного к темноте фотосинтеза, введя 20 с в коробку: После задержки. Щелкните поле Применить импульс и введите 1 в поле: Это количество раз.
  3. Установите пульс PPFD на 6152, длину импульса на 800 мс и установите флажок Принимать изображения F' & Fm' со всеми импульсами. Нажмите кнопку Вставить после , чтобы добавить второй шаг в протокол.
  4. Введите 30 с в поле: После задержки. Выберите опцию Изменить актинический и введите 50 в поле: Actinic PPFD, чтобы установить интенсивность света в камере на 50 PPFD.
  5. Нажмите кнопку Вставить после , чтобы добавить новый шаг в протокол. Введите 150 с в поле: После задержки выберите Применить импульс и введите 4 в поле: Это количество раз, чтобы применять измерительные импульсы каждые 150 с, 4 раза подряд, пока актинический свет удерживается при 50 PPFD.
  6. Полная информация о протоколе приведена в таблице 1, используйте шаги 4.2 и 4.3 для изменения интенсивности света и шаги 4.4 и 4.5 для входа в циклы насыщения импульсов. Отрегулируйте задержку и интенсивность света для каждой ступени в соответствии со значениями, указанными в таблице 1. Сохраните протокол в виде PCL-файла в известном расположении.
  7. Выключите свет, поместите фиктивную пластину на ступень образца и установите высоту стадии образца так, чтобы листовые диски находились на 140 мм выше основания инструмента. Используется фиктивная пластина, так как свет будет многократно мигать на пластину при фокусировке; это потребует повторной темной адаптации любых измеряемых образцов и может привести к фотоповреждениям.
  8. Щелкните значок Подключить/Отключить к камере Imager и аппаратной камере, чтобы запустить камеру. Щелкните символ Фокус (флуоресценция), представленный красным двусторонним значком стрелки с двумя зелеными линиями в основании. Отрегулируйте объектив и экспозицию, чтобы сфокусировать пластину.
  9. Щелкните значок Фокус (флуоресценция) еще раз, чтобы выключить мигающий индикатор. Работая в темноте, замените фиктивную пластину на анализируемую пластину.
  10. Щелкните значок камеры Map Image . Отрегулируйте экспозицию изображения, открыв или закрыв диафрагму, пока полоса во всплывающем окне не будет расположена в зеленой зоне.
  11. Нажимайте кнопку Try Again после каждой регулировки диафрагмы до тех пор, пока экспозиция не будет правильно отрегулирована и инструмент не получит изображение. Щелкните правой кнопкой мыши изображение и выберите Применить изоляцию изображения , чтобы заблокировать фоновые сигналы. Сфокусированная область листа будет отображаться серым цветом, а фон — синим.
  12. Выберите интересующую область/пиксели, чтобы включить только листовые диски, отрегулировав гистограмму и уровень гаммы в раскрывающемся меню «Изменить изображение», щелкнув правой кнопкой мыши на изображении.
  13. Щелкните правой кнопкой мыши на изображении и выберите Удалить высокие и низкие разрезы (цветовая карта), чтобы удалить светло-синюю выделенную область. Щелкните изображение правой кнопкой мыши и выберите «Удалить струи (тяжелые)», чтобы удалить все пикселы, которые не касаются по крайней мере трех других пикселей.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Любые области на изображении, которые выглядят как изолированные острова, будут проанализированы отдельно и включены в окончательный вывод данных. Изоляция изображений и удаление блуждающих пикселей приводят к чистым, понятным данным.
  14. Щелкните значок Запустить протокол , чтобы запустить программу, в нижней части экрана появится таймер, сообщающий вам, сколько времени осталось для запуска протокола.
  15. Дождитесь завершения работы протокола, щелкните Файл > Сохранить как и сохраните данные в виде IGR-файла. Закройте окно, нажав на красный крестик в правом верхнем углу окна, прежде чем начать запускать другую табличку с образцами.
  16. Откройте новый файл для следующего примера, выбрав Файл > Создать и повторяйте шаги с 4.10 по 4.15, пока не будут измерены все пластины.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется измерять пластины в течение 4 ч или менее, чтобы свести к минимуму потенциальное влияние циркадного регулирования на результаты

5. Обработка данных флуоресценции хлорофилла

  1. Откройте IGR-файл в программном обеспечении для создания образов. Экспортируйте данные, щелкнув Файл > Экспорт в папку, чтобы создать новую папку со всеми необходимыми файлами.
  2. Скопируйте в полученную папку следующие три файла MATLAB: MapAndLabelDiscs.m (Дополнительный файл 1), ProcessFoFm.m (Дополнительный файл 2) и ProcessNPQdata.m (Дополнительный файл 3), а также файл R: create_file_to_process. R (Дополнительный файл 4).
  3. Откройте MapAndLabelDiscs.m (Дополнительный файл 1) в MATLAB и запустите. Сохраните карту пронумерованных листовых дисков, сгенерированных во всплывающем окне, в виде файла .png, чтобы проверить нумерацию листовых дисков позже.
  4. Откройте файл ProcessFoFm.m (Дополнительный файл 2) в MATLAB и запустите для вычисления значений Fo и Fm для каждого конечного диска. Запустите ProcessNPQdata.m (дополнительный файл 3) для вычисления значений NPQ в каждый момент времени.
  5. Откройте файл create_file_to_process. R (Дополнительный файл 4) в Rstudio и добавьте дату в код в строке 5. Добавьте номер таблички в строку 8 в create_file_to_process.R.
  6. Запустите create_file_to_process. R для объединения значений Fv/Fm и данных NPQ в один файл, который назван в честь данных с суффиксом -cf-summary.csv. Проверьте нумерацию листовых дисков в файле cf-summary с шага 5.5 с помощью файла .png из шага 5.3. Дополнительная информация, касающаяся номера участка и присоединения.
  7. Откройте скрипт R CF-data-processing_2.R (дополнительный файл 5) и измените строку 13 на путь к рабочему каталогу. Измените строку 16 в CF-data-processing_2.R на имя файла с шага 5.5.
  8. Измените строку 48 в CF-data-processing_2.R на имя выходного файла. Запустите скрипт CF-data-processing_2.R, чтобы переформатировать данные для подгонки кривых.
  9. Откройте скрипт MatLab_NPQ_5_fit_model_v5.m (Дополнительный файл 6) в MATLAB и измените строку 5 на имя выходного файла из шага 5.8. Измените строку 85 в MatLab_NPQ_5_fit_model_v5.m на новое имя выходного файла. Запустите скрипт MatLab_NPQ_5_fit_model_v5.m для расчета параметров релаксации NPQ.

Результаты

На рисунке 1А показано типичное измерение NPQ в выращенной в полевых условиях сое. Растения были выращены в Урбане, штат Иллинойс (широта 40,084604 °, долгота -88,227952 °) летом 2021 года, с семенами, посаженными 5 июня. 2021. После 30 дней посадки семян были отобраны листовые диски, и проведены и?...

Обсуждение

Тщательный выбор и обращение с листовыми дисками имеют решающее значение для получения надежных измерений NPQ. Во-первых, повреждение ткани, такое как грубое обращение пинцетом, приведет к стрессу, что приведет к низким значениям максимальной квантовой эффективности фотосинтеза. Расте?...

Раскрытие информации

Авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов

Благодарности

Эта работа поддерживается исследовательским проектом «Реализация повышенной эффективности фотосинтеза» (RIPE), который финансируется Фондом Билла и Мелинды Гейтс, Фондом исследований в области продовольствия и сельского хозяйства и Управлением иностранных дел, содружества и развития Великобритании под номером гранта OPP1172157.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
24 well tissue culture plateFisher ScientificFB012929Country of Origin: United States of America
96 well tissue culture plateFisher ScientificFB012931Country of Origin: United States of America
Aluminum foilAntylia Scientific 61018-56Country of Origin: United States of America
Black marker penSharpieSAN30001Country of Origin: United States of America
CF imagerTechnologica Ltd.N/Achlorophyll fluorescence imager
Country of Origin: United Kingdom
Cork-borer, 7mmHumboldt Mfg CoH9665Country of Origin: United States of America
FluorImager V2.305 SoftwareTechnologica Ltd.N/Aimaging software
Country of Origin: United Kingdom
iHank-Nose 100-Pack of Premium Nasal Aspirator Hygiene FiltersAmazon B07P6XCTGVCountry of Origin: United States of America
Marker stakesJohn Henry CompanyKN0151Country of Origin: United States of America
Paper scissorsVWR82027-596Country of Origin: United States of America
ParafilmBemis Company Inc. S3-594-6Semi -transparent flexible film
Country of Origin: United States of America
Solid rubber stoppersFisher Scientific14-130MCountry of Origin: United States of America

Ссылки

  1. Blankenship, R. E. . Molecular Mechanisms of Photosynthesis. , (2021).
  2. Murchie, E. H., Niyogi, K. K. Manipulation of photoprotection to improve plant photosynthesis. Plant Physiology. 155 (1), 86-92 (2011).
  3. Horton, P. Optimization of light harvesting and photoprotection: molecular mechanisms and physiological consequences. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 367 (1608), 3455-3465 (2012).
  4. Slattery, R. A., Ort, D. R. Photosynthesis: photosynthetic efficiency improvement. Encyclopedia of Biological Chemistry III (Third Edition). , 256-267 (2021).
  5. Zhu, X. -. G., Ort, D. R., Whitmarsh, J., Long, S. P. The slow reversibility of photosystem II thermal energy dissipation on transfer from high to low light may cause large losses in carbon gain by crop canopies: a theoretical analysis. Journal of Experimental Botany. 55 (400), 1167-1175 (2004).
  6. Kromdijk, J., et al. Improving photosynthesis and crop productivity by accelerating recovery from photoprotection. Science. 354 (6314), 857-861 (2016).
  7. Maxwell, K., Johnson, G. N. Chlorophyll fluorescence-a practical guide. Journal of Experimental Botany. 51 (345), 659-668 (2000).
  8. Murchie, E. H., Lawson, T. Chlorophyll fluorescence analysis: a guide to good practice and understanding some new applications. Journal of Experimental Botany. 64 (13), 3983-3998 (2013).
  9. Baker, N. R. Chlorophyll fluorescence: a probe of photosynthesis in vivo. Annual Review of Plant Biology. 59 (1), 89-113 (2008).
  10. Bilger, W., Björkman, O. Role of the xanthophyll cycle in photoprotection elucidated by measurements of light-induced absorbance changes, fluorescence and photosynthesis in leaves of Hedera canariensis. Photosynthesis Research. 25 (3), 173-185 (1990).
  11. Li, X. -. P., et al. A pigment-binding protein essential for regulation of photosynthetic light harvesting. Nature. 403 (6768), 391-395 (2000).
  12. Niyogi, K. K. PHOTOPROTECTION REVISITED: genetic and molecular approaches. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 50 (1), 333-359 (1999).
  13. Ruban, A. V. Nonphotochemical Chlorophyll fluorescence quenching: mechanism and effectiveness in protecting plants from photodamage. Plant physiology. 170 (4), 1903-1916 (2016).
  14. Krause, G. H., Vernotte, C., Briantais, J. -. M. Photoinduced quenching of chlorophyll fluorescence in intact chloroplasts and algae. Resolution into two components. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 679 (1), 116-124 (1982).
  15. Nilkens, M., et al. Identification of a slowly inducible zeaxanthin-dependent component of non-photochemical quenching of chlorophyll fluorescence generated under steady-state conditions in Arabidopsis. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 1797 (4), 466-475 (2010).
  16. Krause, G. H. Photoinhibition of photosynthesis. An evaluation of damaging and protective mechanisms. Physiologia Plantarum. 74 (3), 566-574 (1988).
  17. Brooks, M. D., Sylak-Glassman, E. J., Fleming, G. R., Niyogi, K. K. A thioredoxin-like/β-propeller protein maintains the efficiency of light harvesting in Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (29), 2733-2740 (2013).
  18. Demmig, B., Björkman, O. Comparison of the effect of excessive light on chlorophyll fluorescence (77K) and photon yield of O2 evolution in leaves of higher plants. Planta. 171 (2), 171-184 (1987).
  19. Malnoë, A., et al. The plastid lipocalin LCNP is required for sustained photoprotective energy dissipation in Arabidopsis. The Plant Cell. 30 (1), 196-208 (2018).
  20. Amstutz, C. L., et al. An atypical short-chain dehydrogenase-reductase functions in the relaxation of photoprotective qH in Arabidopsis. Nature Plants. 6 (2), 154-166 (2020).
  21. Dall'Osto, L., Cazzaniga, S., Wada, M., Bassi, R. On the origin of a slowly reversible fluorescence decay component in the Arabidopsis npq4 mutant. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 369 (1640), 20130221 (2014).
  22. Chekanov, K., et al. Non-photochemical quenching in the cells of the carotenogenic chlorophyte Haematococcus lacustris under favorable conditions and under stress. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects. 1863 (10), 1429-1442 (2019).
  23. Allorent, G., et al. A dual strategy to cope with high light in Chlamydomonas reinhardtii. The Plant Cell. 25 (2), 545-557 (2013).
  24. Holzwarth, A. R., Lenk, D., Jahns, P. On the analysis of non-photochemical chlorophyll fluorescence quenching curves: I. Theoretical considerations. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 1827 (6), 786-792 (2013).
  25. Barbagallo, R. P., Oxborough, K., Pallett, K. E., Baker, N. R. Rapid, noninvasive screening for perturbations of metabolism and plant growth using chlorophyll fluorescence imaging. Plant physiology. 132 (2), 485-493 (2003).
  26. Nedbal, L., Soukupová, J., Kaftan, D., Whitmarsh, J., Trtílek, M. Kinetic imaging of chlorophyll fluorescence using modulated light. Photosynthesis Research. 66 (1), 3-12 (2000).
  27. Kuhlgert, S., et al. MultispeQ Beta: a tool for large-scale plant phenotyping connected to the open PhotosynQ network. Royal Society Open Science. 3 (10), 160592 (2016).
  28. Cruz, J. A., et al. Dynamic environmental photosynthetic imaging reveals emergent phenotypes. Cell Systems. 2 (6), 365-377 (2016).
  29. McAusland, L., Atkinson, J. A., Lawson, T., Murchie, E. H. High throughput procedure utilising chlorophyll fluorescence imaging to phenotype dynamic photosynthesis and photoprotection in leaves under controlled gaseous conditions. Plant Methods. 15 (1), 109 (2019).
  30. Woo, N. S., Badger, M. R., Pogson, B. J. A rapid, non-invasive procedure for quantitative assessment of drought survival using chlorophyll fluorescence. Plant Methods. 4 (1), 27 (2008).
  31. Bielczynski, L. W., Łącki, M. K., Hoefnagels, I., Gambin, A., Croce, R. Leaf and plant age affects photosynthetic performance and photoprotective capacity. Plant Physiology. 175 (4), 1634-1648 (2017).
  32. Niyogi, K. K., Truong, T. B. Evolution of flexible non-photochemical quenching mechanisms that regulate light harvesting in oxygenic photosynthesis. Physiology and metabolism. 16 (3), 307-314 (2013).
  33. Delosme, R., Olive, J., Wollman, F. -. A. Changes in light energy distribution upon state transitions: an in vivo photoacoustic study of the wild type and photosynthesis mutants from Chlamydomonas reinhardtii. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 1273 (2), 150-158 (1996).
  34. Quick, W. P., Stitt, M. An examination of factors contributing to non-photochemical quenching of chlorophyll fluorescence in barley leaves. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 977 (3), 287-296 (1989).
  35. Horton, P., Hague, A. Studies on the induction of chlorophyll fluorescence in isolated barley protoplasts. IV. Resolution of non-photochemical quenching. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 932, 107-115 (1988).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

185

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены