La fluorescenza modulata
3.2. I parametri della fluorescenza modulata in foglie adattate alla luce
FM’- fluorescenza massima in un campione adattato alla luce
Questo parametro indica la fluorescenza massima indotta da un lampo di luce saturante su un campione adattato ad una luce attinica di intensità costante. il valore di Fm’è inferiore a F
m, perché in condizione di adattamen-
to alla luce gli accettori del PSII sono parzialmente ridotti. Sulla base di Fm’
vengono determinati altri valori utili per il calcolo dei principali parametri. ΔFm = Fm – Fm’-indica la perdita di fluorescenza dovuta a eventi non
fotochimici ΔF = Fm’– F
s = Fq’ - Esprime la fluorescenza variabile indotta da reazioni
fotochimiche
F0’ - fluorescenza iniziale in un campione adattato alla luce
Questo parametro indica il livello di fluorescenza quando, dopo l’adat- tamento alla luce attinica, la luce attinica stessa viene tolta e viene som- ministrato un impulso di luce nel rosso lontano (far red, FR). In queste condizioni il PSI è sovraeccitato rispetto al PSII, la catena di trasporto fra i due fotosistemi è priva di elettroni e i centri di reazione sono nuovamente aperti. F0’ normalmente ha un valore più basso di F
0.
FV’= F
M’ – F0’ - fluorescenza variabile in un campione adattato alla luce
FV’ è proporzionale alla effettiva efficienza quantica del PSII in un cam- pione adattato alla luce attinica.
RFd = (FM – FS)/FS - fluorescence decrease ratio, Indice di funzionalità del
PSII
il parametro rFd fluorescence decrease ratio) è determinato dall’interazione fra le reazioni fotochimiche della fase luminosa e le reazioni enzimatiche del ciclo di Calvin-Benson. Il valore di questo parametro diminuisce quando vie- ne disturbato l’equilibrio fra le reazioni fotochimiche sulle membrane dei ti- lacoidi, e la velocità delle reazioni enzimatiche nello stroma dei cloroplasti (Croxdale e Omasa, 1990 a, b). Quando è modificato il livello di PAR, RFd mi- sura il potenziale di attività fotosintetica. lichtenthaler et al. (2005), utilizzan- do le misurazioni rFd di foglie di alberi, ottennero valori >2,7 nelle foglie di luce, e 1 – 2,7 in foglie d’ombra. Valori di RFd attorno a 2,5 o superiori indicano una elevata attività fotosintetica, mentre valori inferiori a 1 indicano danni al processo di assimilazione della cO2. L’impatto di diversi fattori di stress pro-
voca in generale un aumento di Fs cosicché, anche con un Fm relativamente costante, la differenza Fm – Fs si riduce, e di conseguenza anche il valore rFd.
Un parametro correlato è Ap (Stress Adaptation Index), che indica come le foglie riorganizzano il loro apparato fotosintetico durante lo stress.
ap = 1 – (1 + rFd730) / (1 + rFd690)
ap viene determinato mediante la misura di rFd simultaneamente a due lunghezze d’onda, 690 e 730 nm. Ap è alto in foglie giovani e sane, che han- no una elevata attività fotosintetica, mentre con valori di 0. 1 – 0. 2 significa che la pianta è stata soggetta all’influenza di stress (Lichtenthaler e Rinder- le, 1988; strasser, 1988).
3.2.1. Parametri relativi ai processi fotochimici
ΦPSII = (FM’ – F
S)/FM’ = ΔF/FM’ = Fq’/FM’ - effective quantum yield
Questo parametro, detto anche semplicemente Yield (Y), consente di va- lutare la resa quantica effettiva delle reazioni fotochimiche nel PSII, in fo- glie adattate alla luce (Genty et al., 1989).
L’effective quantum yield misura la proporzione di luce assorbita usata per alimentare le reazioni fotochimiche. L’efficienza fotosintetica è deter- minata dalla quantità di accettori di elettroni disponibili presso il PSI (nor- malmente nadp+), per cui Φ
psii decresce in condizioni di limitato consumo
di NADPH, come per esempio quando la concentrazione interna di CO2 è bassa (stress idrico).
lo Yield fornisce una misura del trasporto lineare degli elettroni e dà un’indicazione della fotosintesi complessiva. In condizioni di laboratorio è stato provato che esiste una stretta relazione fra Φpsii e ΦcO2 (resa quantica di fissazione di cO2 in assenza di fotorespirazione, Fig. 3.2). tuttavia una discrepanza fra Φpsii e ΦcO2 può avvenire in certe condizioni di stress e può determinare alterazioni nella fotorespirazione e nel trasporto pseudocicli- co di elettroni (reazione di mehler, Fryer et al., 1998).
Un grande vantaggio pratico di questo parametro è che entrambi i valo- ri Fm’ e F
s sono misurati alla luce e quindi non è necessario l’adattamento al
buio del campione. Tuttavia, poiché Φpsii è fortemente influenzato dall’in- tensità della luce, sono necessarie delle precauzioni durante la misura in condizioni di campo, dove è difficile evitare cambiamenti repentini nelle condizioni di illuminazione.
ETR= ΦPSII*0. 50*0. 84*PPFD - Electron Transport Rate (μmol di elettroni
m–2 s–1)
etr, o Linear Electron Transport Rate (J), indica la capacità fotosintetica complessiva in vivo (Genty et al., 1989) e deriva dal parametro precedente
descritto (Φpsii). etr misura la velocità del trasporto degli elettroni ad una data intensità luminosa (Photosynthetic Photon Flux Density, ppFd, misurata in μmol m–2s–1). È calcolato come:
ETR = Φpsii*PPFD*α
dove α è un termine che include il prodotto dell’assorbimento di luce da parte della foglia e la ripartizione dei quanta assorbiti fra il PSI e il PSII. Il termine α è stato determinato sperimentalmente come la pendenza della linea di correlazione fra Φpsii e ΦcO2 (Valentini et al., 1995).
Da un punto di vista applicativo si assume che solo l’84% della luce incidente venga assorbita, e che per muovere un elettrone sia necessario assorbire due quanti (uno per il PSII e uno per il PSI), per cui la formula sopra indicata diventa:
ETR = Φpsii*ppFd*0,84*0,5
etr viene usato come proxy per la fotosintesi in indagini di campo. il rapporto fra Electron Transport Rate e assimilazione (etr/a) indica la ri- chiesta di elettroni per unità di cO2 assimilata.
Figura 3.2 - Relazione lineare fra ΦPSII (Effective quantum yield) e ΦCO2 (resa quantica di fissazione di CO2, in assenza di fotorespirazione) (da Genty et al., 1989. Ridisegnato da
ΦEXC = FV’/F
M’ = (FM’ – F0’)/FM’ – massima resa quantica del PSII in un cam-
pione adattato alla luce
Fornisce una stima dell’efficienza fotochimica massima del PSII ad una data PPFD, che corrisponde all’efficienza operativa del PSII quando tutti i centri di reazione del psii sono aperti (Qa ossidato). la riduzione del valo- re di questo parametro è accompagnata dall’aumento della de-epossidazio- ne delle xantofille.
qP = (FM’– F
S)/(FM’– F0’) - Quenching fotochimico (photochemical quenching)
il photochemical quenching è connesso allo stato di ossidoriduzione di Qa nel PSII. Esso equivale approssimativamente all’ossidazione del PSII, e pertanto esprime il decadimento (quenching) della fluorescenza causato dal potenziale fotochimico. In tal modo qP fornisce informazioni sui centri di reazione aperti. Al contrario, l’espressione (1 – qP) indica i centri di reazio- ne chiusi (ridotti).
3.2.2. Parametri relativi ai processi non fotochimici
NPQ = (FM – FM’)/F
M’ - Quenching non fotochimico (non photochemical
quenching)
Esprime l’estinzione della fluorescenza dovuta a processi non fotochi- mici, in particolare la dissipazione di energia sotto forma di calore.
L’eccesso di eccitazione energetica può essere ridotto attraverso proces- si di dissipazione termica. il quenching non fotochimico della fluorescenza della clorofilla è indicativo del livello di dissipazione di energia non radia- tiva che avvengono nel sistema di cattura della luce del PSII. L’importanza di npQ consiste nel fatto che esso dimostra come il livello di eccitazione energetica dell’antenna può essere regolato, prevenendo così un eccesso di potere riducente della catena di trasporto degli elettroni.
Condizioni di stress, come alte intensità luminose o bassa concentrazio- ne intercellulare di cO2 dovuta all’aridità o alle basse temperature, posso- no provocare l’aumento di NPQ.
L’espressione:
qN = (Fm – Fm’)/(F
m – F0) = (Fm – Fm’)/FV
è una formula alternativa per determinare il NPQ.