Analisador Submersível de Rendimento Fotossintético

DIVING-PAM

Informações Gerais• Avaliação rápida e confiável do rendimento da

conversão da energia luminosa em energia química durante a fotossíntese

– Chamado de rendimento quântico (RQ)• Efetivo (RQE)• Potencial (RQP)

– Analisa efetivamente apenas as reações luminosas da fotossíntese (fase “clara”)

• PS II λ < 670 ηm

• Ideal para atividades de campo– Princípio PAM permite tolerar uma razão de sinal de

1:105 entre a fluorescência da amostra e o ruído de fundo

– Varreduras rápidas do desempenhofotossintético– Suporta até 50 m de profundidade

• Iluminação com pulso de luz de amplitude modulada (PAM) = saturação aplicada em frequência

– Detecção seletiva do rendimento da fluorescência da clorofila• Determinação do RQ• Determinação da taxa de transporte de elétrons relativa

(rETR)• Determinação de parâmetros fotossintéticos

– Aplicação de pulso saturante• Suprime rendimento fotoquímico a zero• Induz máximo rendimento da fluorescência• Dispersão de energia por calor não varia

Operação Básica• Fácil• Tela de cristal líquido e um teclado foto-sensível com

8 teclas• Após a execução de uma função, todos os dados

gerados são armazenados na memória

• Necessidade de ajuste dos parâmetros de iluminação às características do modelo investigado

– Intensidade da luz basal– Ganho– Intensidade do pulso saturante– Tempo de aplicação do pulso saturante– Outros

Condições para uma Boa Análise

• Distância amostra : fibra óptica aprox. 10 mm

• Durante as leituras, a disposição entre o cabo de fibra óptica e a amostra não pode variar

• Ajustar função auto-zero, evitando ruídos

• Medidas de rendimento quântico só fazem sentido se as condições de iluminação forem bem controladas– Tomada de dados em condição “steady-state”– Iluminação abaixo da condição de saturação

• Temperatura e intensidade luminosa devem ser registradas

• Em campo:– Local de coleta de dados sobre fluorescência = às de

intensidade luminosa pelo fotômetro

• Bateria com voltagem inferior a 8.0 V– Problema!– Medidas tornam-se errôneas

Componentes• Sistema funcional básico

– Unidade principal– Fibra óptica

• Demais acessórios:

Medidas de Fluorescência da Clorofila com o Diving-PAM

• Equipamento inovador: permitiu extender o estudo in situ da fotossíntese para o universo subaquático

• Por quê a fluorescência da clorofila pode ser indicadora da qualidade do aparato fotossintético de organismos fotossintetizantes?

PS II

Fluorescência

ProcessoFotoquímico

Processo não-fotoquímico

PULSO SATURANTE

(Não contínuo)

1. Expõe-se a alga à uma luz de comprimento de onda e energia conhecidos;

2. Mede-se a quantidade de energia re-emitida na forma de luz durante a fluorescência.

Taiz & Zeiger, 2003

Como a fluorescência da clorofila pode ser quantificada?

Por quê o rendimento da fluorescência varia?O determinante é a condição de iluminação prévia do organismo

Rendimento Quântico Efetivo (RQE)

Rendimento da fluorescência da clorofila

Taxa de transporte de elétrons relativa

(rETR)

Eficiência de transformação da energia luminosa absorvida em calor

Ativação de enzimas relacionadas à fixação de CO2

PS II

Luz ou Escuro?

Cadeia de transporte de elétrons da fotossíntese

e-

Centro de reação

“fechado ou aberto?”

H2Oe-

Aplicações da Fluorescência da Clorofila

• pode detectar variações de maneira rápida e pouco invasiva

• útil no estudo de aclimatação à diferentes microambientes

• pode fornecer informações sobre a eficiência fotossintética de algas expostas a estressores ambientais– Alta irradiância– UV– Temperatura– Hídrico– Toxinas– Depleção de nutrientes– Outros

Dinâmica da Fluorescência

Ft

ΔF

Ft – Fluor. transitória ou fluor. em steady-state na claridade

ML – luz basal, não estimula fotossíntese

AL – luz actínica, radiação

fotossinteticamente ativa (PAR)

SP – pulso saturante

FM – Fluor. máx. de uma alga adaptada ao escuro ML + SP

F’M – Fluor. máx. de uma alga sob iluminação AL + SP

FV – Fluor. variável FM - Fo

Fo – Fluor. mínima após escuridão após escuro + ML

F’o – Fluor. mínima após claro após AL + SP, - AL, + ML

1. Rendimento Quântico Potencial – RQP● Eficiência fotoquímica máxima do fotossistema II - Obtenção desse parâmetro:

- Adaptação ao escuro – 5 a 20 min- Centros de reação abertos

- Equação: Fv/Fm

≠ valor de RQP ≠ eficiência do NPQ - Fotoinibição

- Função do Diving-PAM: Start - Pulso de saturação

2. Rendimento Quântico Efetivo – RQE

● Proporção de luz absorvida pela clorofila associada ao PSII que é usada na fotoquímica

- Eficiência quântica fotossintética efetiva

- Plantas não adaptadas ao escuro

- Função do Diving-PAM: Start - Pulso de saturação

- Equação: ΔF/Fm’

Δ F

3. Extinção Fotoquímica – qP

● Centros de reação do FS II abertos

Ft

ΔF

- Equação ΔF/Fm’ – F0’

● RQP x RQE X qP

- RQE – Eficiência fotossintética alcançada em dado momento

- RQP e qP – Processos fundamentais que alteram a eficiência

fotossintética

4. Taxa de Transporte de Elétrons – ETR

● Equação ΔF/ Fm’ x PAR x coef. de absorção x 0,5

QCyt. b3

PC

PSII

P680Chl

PQ

Cyt. f

PSI

P700Chl

é

-ΔF/ Fm’ = RQE

- PAR = luz actínica (μmol fótons m-2 s-1) = fluxo de fótons

fotossinteticamente ativo (FFFA)

- Coeficiente de absorção = % de quanta absorvida pela planta

-0,5 = fator que explica a divisão de energia entre FSII e FSI

oeficiente de absorção = % de quanta absorvida pela planta

● Relação direta c/ a taxa de fixação de CO2 e liberação de O2

5. Curva de Fotossíntese-Irradiância● Respostas da fluorescência em 8 níveis de irradiância crescentes (0 a 690μmol fótons m-2s-1);● Parâmetros: RQE, ETR (Fórmula de Platt et al., 1980: α,β, Pmax, Ik...).

- Ik = irradiância de saturação;

- Is = ponto de saturação;

- Alfa = eficiência fotossintética;

- Beta = parâmetro de

fotoinibição.

6. Extinção Não-Fotoquímica da Fluorescência – NPQ

● Dissipação do excesso de energia absorvido pelos centros de reação através de calor.

- Equação :

(Fm – Fm’) / Fm’

NPQ

● Processos que influenciam:

- É o principal componente do NPQ;

- Processo rápido (minutos);

- Essencial na proteção das plantas pelos danos induzidos pela luz;

- Requer a presença de pH baixo no lúmen do tilacóide;

- Envolve a formação de zeaxantina;

- Cessa em minutos quando a planta é colocada no escuro.

qE – quenching dependente de energização da membrana: relacionado com o gradiente de prótons da membrana do tilacóide.

NPQ

● Processos que influenciam:

- Mecanismo fotoprotetor reversível contra altas irradiâncias

relacionado a presença de zeaxantina;

-Diminuição da atividade do FSII para controlar o excesso de energia

(pigmentos antena do FSII);

- Danos no centro de reação do FSII;

- Processo lento (minutos a horas).

qI – Fotoinibição

7. Curva de Indução Escuro-Luz (Kautsky)

- Prévia adaptação ao escuro; - 1º pulso de luz saturante (determinação do RQP);- Acionamento de uma irradiância constante – luz actínica (170-405μmol fótons m-2s-1 - valor variável);-13 pulsos adicionais em intervalos de 15s;- Desligamento da irradiância constante;- 6 pulsos saturantes adicionais: 10s, 30s,1min, 2min, 5min e 10min.