Växter tillbringar hela dagen med att skapa mat från solljus med hjälp av fotosyntes - en process i 100+ steg som forskare har arbetat för att förbättra effektiviteten i grödor för att i slutändan ge mer avkastning. När grödans löv är i fullt solljus, till exempel i de vidöppna fälten, får deras gröna klorofyllmolekyler mer ljusenergi än de kan använda. Om denna energi inte försvinner från molekylerna kommer de att reagera med syre för att producera blekmedel som kan förstöra bladet, vilket kostar växter upp till 10–30 % av deras förmåga att fotosyntetisera.

Växter har emellertid utvecklats för att utveckla flera fotoskyddande mekanismer för att förhindra skada, kallad icke-fotokemisk släckning (NPQ) av de exciterade klorofylltillstånden. Genom att påskynda processen med NPQ-avslappning kan forskare potentiellt öka effektiviteten av fotosyntesen i grödor.

I en nyligen genomförd studie publicerad i Journal of Visualized Experiments , rapporterade RIPE-forskare från University of Illinois och University of Cambridge en metod med hög genomströmning för screening av NPQ-avslappning i fältodlade växter, med potential att hjälpa till att identifiera genotyper med fördelaktiga egenskaper genom att utveckla en pulsamplitudmodulerad (PAM) klorofyllfluorescensanalys.

"NPQ kan mätas genom att använda en mängd olika kommersiellt tillgängliga PAM-fluorometrar, från enkla handhållna enheter till mer avancerade slutna system", säger Dhananjay Gotarkar, en postdoktor vid Illinois, som ledde detta arbete för ett forskningsprojekt som heter Realizing Increased Photosynthetic Effektivitet (RIPE). "Det finns en begränsning för att använda flera av dessa metoder på grund av dess relativt låga genomströmning, vilket gör screening av stora samlingar av växter utmanande utan flera enheter och ett team av forskare."

RIPE är ett internationellt forskningsprojekt som syftar till att öka den globala livsmedelsproduktionen genom att utveckla matgrödor som omvandlar solens energi till mat mer effektivt med stöd från Bill &Melinda Gates Foundation, Foundation for Food &Agriculture Research och U.K. Foreign, Commonwealth &Development Office.

Med utgångspunkt i tidigare forskning använde teamet PAM-klorofyllfluorescensanalys av bladskivor för högkapacitetsscreening av NPQ-relaxationshastigheter i fältodlade sojabönor som har den största fördelen jämfört med sekventiell analys av enskilda växter.

"Eftersom konventionella mätningar görs per växt, öppnar användningen av denna procedur möjligheten att testa hundratals genotyper inom en dag och möjligheten att utföra genomomfattande associationsstudier", säger Steven Burgess, författare till denna studie. "Detta protokoll är utformat för att analysera fältodlade sojabönor, men det kan modifieras för provtagning och mätning av växthusodlat material eller andra högre växter."

I sin uppsats lade forskarlaget ut sitt protokoll från fröplantering sommaren 2021 till att samla in bladprover från fältet och bearbeta och mäta NPQ-klorofyllfluorescensdata. Teamet fann att för att få tillförlitliga mätningar av NPQ måste flera komponenter tas i beaktande, såsom val och hantering av bladskivor. Till exempel kan grov hantering med pincett orsaka stress på bladvävnaden, och hastigheten för NPQ-aktivering och avslappning kan variera med bladens ålder och växtens utvecklingsstadium, vilket alla är element att se upp för för att minska experimentellt buller.

"Genom att identifiera stora flaskhalsar som hindrar fotosyntetisk effektivitet kan vi ta reda på hur vi kan hjälpa växter att växa mer produktivt", säger Johannes Kromdijk, lektor vid University of Cambridge, som bidragit till denna studie. "Detta tillvägagångssätt innebär snabbare sätt att analysera data och PAM-klorofyllfluorescensanalys är en kraftfull teknik för att mäta fotosyntetisk effektivitet, vilket ger oss ett sätt att mäta många genotyper samtidigt." + Utforska vidare

Samarbetsteam bevisar lövbredd och biomassa korrelation i cowpea