Planten zijn de hele dag bezig met het maken van voedsel uit zonlicht met behulp van fotosynthese - een proces van meer dan 100 stappen waaraan onderzoekers hebben gewerkt om de efficiëntie in gewassen te verbeteren om uiteindelijk meer opbrengst te leveren. Wanneer de bladeren van het gewas in de volle zon staan, zoals in de wijd open velden, krijgen hun groene chlorofylmoleculen meer lichtenergie dan ze kunnen gebruiken. Als deze energie niet van de moleculen wordt afgevoerd, zullen ze reageren met zuurstof om bleekmiddelen te produceren die het blad kunnen vernietigen, wat planten tot 10-30% van hun vermogen tot fotosynthese kost.

Planten zijn echter geëvolueerd om verschillende fotobeschermende mechanismen te ontwikkelen om schade te voorkomen, de zogenaamde niet-fotochemische uitdoving (NPQ) van de aangeslagen chlorofyltoestanden. Door het proces van NPQ-relaxatie te versnellen, zouden onderzoekers mogelijk de efficiëntie van fotosynthese in gewassen kunnen verhogen.

In een recente studie, gepubliceerd in het Journal of Visualized Experiments , rapporteerden RIPE-onderzoekers van de Universiteit van Illinois en de Universiteit van Cambridge een high-throughput-methode voor het screenen van NPQ-relaxatiepercentages in in het veld gekweekte planten, met het potentieel om de identificatie van genotypen met gunstige eigenschappen te vergemakkelijken door een pulsamplitude-gemoduleerd (PAM) te ontwikkelen. chlorofyl fluorescentie analyse.

"NPQ kan worden gemeten met behulp van een verscheidenheid aan in de handel verkrijgbare PAM-fluorometers, van eenvoudige draagbare apparaten tot meer geavanceerde gesloten systemen", zegt Dhananjay Gotarkar, een postdoctoraal onderzoeker in Illinois, die dit werk leidde voor een onderzoeksproject genaamd Realizing Verhoogde Photosynthetic Efficiëntie (RIPE). "Er is een beperking aan het gebruik van verschillende van deze benaderingen vanwege de relatief lage doorvoer, wat het screenen van grote collecties planten een uitdaging maakt zonder meerdere apparaten en een team van onderzoekers."

RIPE is een internationaal onderzoeksproject dat tot doel heeft de wereldwijde voedselproductie te verhogen door voedselgewassen te ontwikkelen die de energie van de zon efficiënter omzetten in voedsel met steun van de Bill &Melinda Gates Foundation, Foundation for Food &Agriculture Research en U.K. Foreign, Commonwealth &Development Kantoor.

Voortbouwend op eerder onderzoek, gebruikte het team PAM-chlorofylfluorescentie-analyse van bladschijven voor high-throughput screening van NPQ-relaxatiesnelheden in in het veld gekweekte soja die het belangrijkste voordeel heeft in vergelijking met sequentiële analyse van individuele planten.

"Omdat conventionele metingen per plant worden gedaan, biedt het gebruik van deze procedure de mogelijkheid om binnen een dag honderden genotypen te testen en het potentieel om genoombrede associatiestudies uit te voeren", zegt Steven Burgess, een auteur van deze studie. "Dit protocol is ontworpen voor het analyseren van in het veld geteelde sojabonen, maar het kan worden aangepast voor bemonstering en meting van kasgeteeld materiaal of andere hogere planten."

In hun paper legde het team van onderzoekers hun protocol uiteen van het planten van zaden in de zomer van 2021 tot het verzamelen van bladmonsters uit het veld en het verwerken en meten van NPQ-chlorofylfluorescentiegegevens. Het team ontdekte dat om betrouwbare metingen van NPQ te verkrijgen, verschillende componenten in overweging moeten worden genomen, zoals de keuze en behandeling van bladschijven. Ruwe behandeling met een pincet kan bijvoorbeeld spanning op het bladweefsel veroorzaken, en de mate van activering en ontspanning van NPQ kan variëren met de bladleeftijd en het ontwikkelingsstadium van de plant, allemaal elementen om op te letten om experimentele ruis te verminderen.

"Door belangrijke knelpunten te identificeren die de fotosynthese-efficiëntie belemmeren, kunnen we erachter komen hoe we planten kunnen helpen productiever te groeien", zegt Johannes Kromdijk, docent aan de Universiteit van Cambridge, die heeft bijgedragen aan dit onderzoek. "Deze benadering omvat snellere manieren om gegevens te analyseren en PAM-chlorofylfluorescentie-analyse is een krachtige techniek voor het meten van fotosynthetische efficiëntie, waardoor we een middel hebben om veel genotypen tegelijkertijd te meten." + Verder verkennen

Samenwerkend team bewijst correlatie tussen bladbreedte en biomassa in cowpea