Νέα μέθοδος για υψηλότερη απόδοση στις καλλιέργειες
Τα φυτά περνούν όλη την ημέρα δημιουργώντας τροφή από το φως του ήλιου χρησιμοποιώντας φωτοσύνθεση — μια διαδικασία 100+ βημάτων που οι ερευνητές εργάζονται για να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητά της στις καλλιέργειες για να προσφέρουν τελικά μεγαλύτερη απόδοση. Όταν τα φύλλα των καλλιεργειών βρίσκονται σε πλήρη ηλιακή ακτινοβολία, όπως στα ανοιχτά χωράφια, τα πράσινα μόρια χλωροφύλλης τους λαμβάνουν περισσότερη φωτεινή ενέργεια από ό,τι μπορούν να χρησιμοποιήσουν. Εάν αυτή η ενέργεια δεν διαχέεται από τα μόρια, θα αντιδράσουν με το οξυγόνο για να παράγουν λευκαντικούς παράγοντες που μπορούν να καταστρέψουν το φύλλο, κοστίζοντας στα φυτά έως και 10-30% της ικανότητάς τους να φωτοσυνθέτουν.
Τα φυτά, ωστόσο, σύμφωνα με το sciencedaily, έχουν εξελιχθεί για να αναπτύξουν αρκετούς φωτοπροστατευτικούς μηχανισμούς για την πρόληψη της βλάβης, που ονομάζεται μη φωτοχημική απόσβεση (NPQ) των διεγερμένων καταστάσεων χλωροφύλλης. Επιταχύνοντας τη διαδικασία χαλάρωσης NPQ, οι ερευνητές θα μπορούσαν ενδεχομένως να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης στις καλλιέργειες.
Σε μια πρόσφατη μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο JoVE, ερευνητές RIPE από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις και το Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ ανέφεραν μια μέθοδο υψηλής απόδοσης για τον έλεγχο των ρυθμών χαλάρωσης NPQ σε φυτά που καλλιεργούνται στο χωράφι, με τη δυνατότητα να βοηθήσει στον εντοπισμό γονότυπων με ευεργετικά χαρακτηριστικά ανάπτυξη ανάλυσης φθορισμού χλωροφύλλης διαμορφωμένης με πλάτος παλμού (PAM). Το RIPE είναι ένα διεθνές ερευνητικό πρόγραμμα που στοχεύει στην αύξηση της παγκόσμιας παραγωγής τροφίμων αναπτύσσοντας καλλιέργειες τροφίμων που μετατρέπουν την ενέργεια του ήλιου σε τρόφιμα πιο αποτελεσματικά.
«Το NPQ μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας μια ποικιλία εμπορικά διαθέσιμων φθοριόμετρων PAM, από απλές συσκευές χειρός έως πιο προηγμένα κλειστά συστήματα», δήλωσε ο Dhananjay Gotarkar, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ιλινόις, ο οποίος ηγήθηκε αυτής της εργασίας για ένα ερευνητικό πρόγραμμα που ονομάζεται Realizing Increased Photosynthetic. Αποδοτικότητα (RIPE). «Υπάρχει περιορισμός στη χρήση αρκετών από αυτές τις προσεγγίσεις λόγω της σχετικά χαμηλής απόδοσης, γεγονός που καθιστά την εξέταση μεγάλων συλλογών φυτών δύσκολη χωρίς πολλές συσκευές και μια ομάδα ερευνητών».
Με βάση την προηγούμενη έρευνα, η ομάδα χρησιμοποίησε ανάλυση φθορισμού χλωροφύλλης PAM σε δίσκους φύλλων για έλεγχο υψηλής απόδοσης των ρυθμών χαλάρωσης NPQ σε σόγια που καλλιεργείται στο χωράφι, που έχει το βασικό πλεονέκτημα σε σύγκριση με τη διαδοχική ανάλυση μεμονωμένων φυτών.
«Δεδομένου ότι οι συμβατικές μετρήσεις γίνονται σε βάση ανά φυτό, η χρήση αυτής της διαδικασίας ανοίγει τη δυνατότητα να δοκιμαστούν εκατοντάδες γονότυποι μέσα σε μια ημέρα και η δυνατότητα να πραγματοποιηθούν μελέτες συσχέτισης σε όλο το γονιδίωμα», δήλωσε ο Steven Burgess, συγγραφέας αυτής της μελέτης. “Αυτό το πρωτόκολλο έχει σχεδιαστεί για την ανάλυση σόγιας που καλλιεργείται στο χωράφι, αλλά μπορεί να τροποποιηθεί για δειγματοληψία και μέτρηση υλικού που καλλιεργείται στο θερμοκήπιο ή άλλων ανώτερων φυτών.”
Στην εργασία τους, η ομάδα ερευνητών παρουσίασε το πρωτόκολλό της από τη φύτευση σπόρων το καλοκαίρι του 2021 έως τη συλλογή δειγμάτων φύλλων από το χωράφι και την επεξεργασία και τη μέτρηση δεδομένων φθορισμού χλωροφύλλης NPQ. Η ομάδα διαπίστωσε ότι για να επιτευχθούν αξιόπιστες μετρήσεις του NPQ, πρέπει να ληφθούν υπόψη διάφορα στοιχεία, όπως η επιλογή και ο χειρισμός των δίσκων φύλλων. Για παράδειγμα, ο σκληρός χειρισμός με τσιμπιδάκια θα μπορούσε να προκαλέσει άγχος στον ιστό των φύλλων και οι ρυθμοί ενεργοποίησης και χαλάρωσης NPQ μπορεί να ποικίλλουν ανάλογα με την ηλικία των φύλλων και το στάδιο ανάπτυξης του φυτού, τα οποία είναι στοιχεία που πρέπει να προσέξετε για τη μείωση του πειραματικού θορύβου.
«Εντοπίζοντας σημαντικά σημεία συμφόρησης που εμποδίζουν τη φωτοσυνθετική απόδοση, μπορούμε να καταλάβουμε πώς να βοηθήσουμε τα φυτά να αναπτυχθούν πιο παραγωγικά», δήλωσε ο Johannes Kromdijk, λέκτορας στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, ο οποίος συνέβαλε σε αυτή τη μελέτη. «Αυτή η προσέγγιση περιλαμβάνει ταχύτερους τρόπους ανάλυσης δεδομένων και η ανάλυση φθορισμού χλωροφύλλης PAM είναι μια ισχυρή τεχνική για τη μέτρηση της φωτοσυνθετικής απόδοσης, παρέχοντάς μας ένα μέσο για να μετρήσουμε πολλούς γονότυπους ταυτόχρονα».
Πηγή :Υλικά που παρέχονται από Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign . Πρωτότυπο γραμμένο από την Amanda Nguyen.
Ακολουθήστε το Cibum 
