Análisis biofísicos, bioquímicos y fotoquímicos utilizando hiperespectroscopía de reflectancia y cinética de fluorescencia de clorofila a en hojas variegadas
Autores: Falcioni, Renan; Antunes, Werner Camargos; Demattê, José A. M.; Nanni, Marcos Rafael
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Análisis biofísicos, bioquímicos y fotoquímicos utilizando hiperespectroscopía de reflectancia y cinética de fluorescencia de clorofila a en hojas variegadas
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Biología
Palabras clave
Fotosíntesis
Hojas
Clorofila
Pigmento
Fluorescencia
Vegetación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Los ajustes que ocurren durante la fotosíntesis están correlacionados con cambios morfológicos, bioquímicos y fotoquímicos durante el desarrollo de las hojas. Por lo tanto, monitorear las hojas, especialmente cuando ocurre la acumulación de pigmentos, es crucial para el monitoreo de organelos, células, tejidos y niveles de planta completa. Sin embargo, medir con precisión estos cambios puede ser un desafío. Así, este estudio pone a prueba tres hipótesis, mediante las cuales el análisis de hiperespectroscopía de reflectancia y la cinética de fluorescencia de clorofila a pueden mejorar nuestra comprensión del proceso fotosintético en (L.) A. Juss, una planta con hojas variegadas y diferentes pigmentos. Los análisis incluyen perfilado morfológico y de pigmentos, datos hiperespectrales, curvas de fluorescencia de clorofila a y análisis multivariados utilizando 23 parámetros de prueba JIP y 34 índices de vegetación diferentes. Los resultados muestran que el índice de reflectancia fotoquímica (PRI) es un índice de vegetación (IV) útil para monitorear cambios bioquímicos y fotoquímicos en las hojas, ya que se correlaciona fuertemente con los parámetros de clorofila y disipación no fotoquímica (Kn) en los cloroplastos. Además, algunos índices de vegetación, como la relación simple específica de pigmentos (PSSRc), el índice de reflectancia de antocianinas (ARI1), el análisis de relación de espectros de reflectancia (RARS) y el índice de pigmento estructuralmente insensible (SIPI), están altamente correlacionados con parámetros morfológicos y niveles de pigmentos, mientras que PRI, índice de estrés hídrico (MSI), índice fotosintético de diferencia normalizada (PVR), relación de fluorescencia (FR) e índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) están asociados con componentes fotoquímicos de la fotosíntesis. Combinados con el análisis de prueba JIP, nuestros resultados mostraron que la disminución del daño a la transferencia de energía en la cadena de transporte de electrones está correlacionada con la acumulación de carotenoides, antocianinas, flavonoides y compuestos fenólicos en las hojas. La modelización del flujo de energía fenomenológica muestra los mayores cambios en el aparato fotosintético basados en PRI y SIPI cuando se analizan con la correlación de Pearson, el algoritmo del índice de vegetación hiperespectral (HVI) y los mínimos cuadrados parciales (PLS) para seleccionar las longitudes de onda más responsivas. Estos hallazgos son significativos para monitorear hojas no uniformes, particularmente cuando las hojas muestran una alta variación en el perfilado de pigmentos en hojas variegadas y coloridas. Este es el primer estudio sobre la detección rápida y precisa de cambios morfológicos, bioquímicos y fotoquímicos combinados con índices de vegetación para diferentes técnicas de espectroscopía óptica.
Descripción
Los ajustes que ocurren durante la fotosíntesis están correlacionados con cambios morfológicos, bioquímicos y fotoquímicos durante el desarrollo de las hojas. Por lo tanto, monitorear las hojas, especialmente cuando ocurre la acumulación de pigmentos, es crucial para el monitoreo de organelos, células, tejidos y niveles de planta completa. Sin embargo, medir con precisión estos cambios puede ser un desafío. Así, este estudio pone a prueba tres hipótesis, mediante las cuales el análisis de hiperespectroscopía de reflectancia y la cinética de fluorescencia de clorofila a pueden mejorar nuestra comprensión del proceso fotosintético en (L.) A. Juss, una planta con hojas variegadas y diferentes pigmentos. Los análisis incluyen perfilado morfológico y de pigmentos, datos hiperespectrales, curvas de fluorescencia de clorofila a y análisis multivariados utilizando 23 parámetros de prueba JIP y 34 índices de vegetación diferentes. Los resultados muestran que el índice de reflectancia fotoquímica (PRI) es un índice de vegetación (IV) útil para monitorear cambios bioquímicos y fotoquímicos en las hojas, ya que se correlaciona fuertemente con los parámetros de clorofila y disipación no fotoquímica (Kn) en los cloroplastos. Además, algunos índices de vegetación, como la relación simple específica de pigmentos (PSSRc), el índice de reflectancia de antocianinas (ARI1), el análisis de relación de espectros de reflectancia (RARS) y el índice de pigmento estructuralmente insensible (SIPI), están altamente correlacionados con parámetros morfológicos y niveles de pigmentos, mientras que PRI, índice de estrés hídrico (MSI), índice fotosintético de diferencia normalizada (PVR), relación de fluorescencia (FR) e índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) están asociados con componentes fotoquímicos de la fotosíntesis. Combinados con el análisis de prueba JIP, nuestros resultados mostraron que la disminución del daño a la transferencia de energía en la cadena de transporte de electrones está correlacionada con la acumulación de carotenoides, antocianinas, flavonoides y compuestos fenólicos en las hojas. La modelización del flujo de energía fenomenológica muestra los mayores cambios en el aparato fotosintético basados en PRI y SIPI cuando se analizan con la correlación de Pearson, el algoritmo del índice de vegetación hiperespectral (HVI) y los mínimos cuadrados parciales (PLS) para seleccionar las longitudes de onda más responsivas. Estos hallazgos son significativos para monitorear hojas no uniformes, particularmente cuando las hojas muestran una alta variación en el perfilado de pigmentos en hojas variegadas y coloridas. Este es el primer estudio sobre la detección rápida y precisa de cambios morfológicos, bioquímicos y fotoquímicos combinados con índices de vegetación para diferentes técnicas de espectroscopía óptica.