Torres et al 2016a

• Context
• Procés
• Senyals de reflectància i fluorescència
• Autors

Context

La llum que les plantes reflecteixen i els tipus de molècules aromàtiques que emeten poden donar pistes sobre el seu estat fisiològic i de com aprofiten l’energia.  Així ho explica un treball publicat el mes de setembre a la revistaTrends in Plant Sciece, a càrrec d’un equip d’investigadors del CREAF, que posa de manifest que aquest sistema integrat millorarà el seguiment dels ecosistemes tant localment com global, i també pel que fa a l’agricultura així com per a la gestió del medi ambient.

La fotosíntesi converteix l’energia solar en energia química en forma de poder reductor (NADPH: Nicotina, Adenina, Dinucleòtid de Fosfat Hidrogen), essencial per al metabolisme primari. Sota condicions de saturació de la llums o d’estrès, les plantes sovint generen més energia reductora. Així doncs, la relació NADPH/NADP es converteix en un excel·lent marcador bioquímic de l’estat de les plantes ja que determina la sobre-reducció de la cadena fotosintètica de transport  d’electrons.

De fet, aquesta relació s’ha utilitzat com a indicador bioquímic dels canvis de disponibilitat del poder reductor associat als factors d’estrès com ara la sequera, l’augment d’il·luminació, la salinitat, la deficiència de nutrients i els agents patògens.

Procés

Senyals de reflectància i fluorescència

L’augment d’aquesta proporció en el transport d’electrons pot ser regulat per les plantes, a la baixa, mitjançant diversos mecanismes i dissipar aquest excés d’energia; un especialment rellevant és el refredament ràpid no fotoquímic mitjançant el cicle de la xantofila, i l’és perquè proporciona un senyal òptic addicional al de la proporció NADPH/NADP, com és la reducció de l’eficiència en l’ús de la llum (LUE) mitjançant els canvis associats a la reflectància en el canal blau de la regió verd de l’espectre.  Així doncs, augments en la concentració de zeaxantina es tradueixen en disminució de la reflectància a 531 nm, mentre que la reflectància a 570 nm és insensible als canvis a curt termini en la zeaxantina.

A més dels canvis en la reflectància, els canvis en la situació energètica es tradueixen en canvis en la fluorescència i en la temperatura que es poden traduir en senyals òptics rellevants de diferents tensions. Dos grans grups de fluoròfors que dominen les emissions fluorescents de les plantes que es poden captar remotament: el primer que inclou NADPH, emet fotons en el verd i el blau de l’espectre sota excitació natural o artificial d’UV, i  la clorofil·la la principal contribuent a la fluorescència de la planta. La clorofil·la emet fluorescència en dos grans bandes amb pics a 684-695 i 730-740 nm, un cop extreta aquesta aportació, diverses relacions d’intensitat de fluorescència: emissions en blau (F440), verd (F520), vermell (F690) i vermell llunyà (F740) s’han proposat per sondejar l’estat de la vitalitat de la vegetació i de les seves respostes a l’estrès.

Com que els satèl·lits tenen sensors capaços de detectar la llum que reflecteixen les plantes, les seves imatges ens permeten interpretar a escala planetària l’estat de salut de les plantes i els ecosistemes. D’aquesta manera, si detectem canvis de la llum reflectida en una zona voldrà dir que algun factor està perjudicant les plantes.

Senyals aromàtiques

Les plantes emeten més compostos orgànics volàtils (COV) per defensar-se de l’estrès i per comunicar-se amb altres éssers vius. Per exemple, en situacions de perill, com atacs per depredadors o patògens, les plantes alliberen més quantitat d’un tipus de compostos aromàtics, els isoprenoids.

L’excés del poder reductor i, per tant, l’augment de la proporció  NADPH /NADP  també augmenta la síntesi de metabòlits secundaris altament reduïts, grup que inclou els COV, com ara els isoprenoids. La seva síntesi i emissió assolirà cotes màximes quan la demanda d’assimilació de carboni baixi, per augment d’energia reductora que no poden processar.

Per tant, com apunta en Josep Peñuelas, com que ara som capaços de mesurar les quantitats d’isoprenoids que emet una planta o un ecosistema sencer, podrem utilitzar aquest valor per diagnosticar el seu estat de salut.

Globus captiu mesurant compostos orgànics volàtils de l’aire. Foto: CREAF

Autors

Redactat per: Marina Torres i Marga Torre. Per saber-ne més: Marina Torres