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 desempenho
fotossintético
– 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
Condições para uma Boa Análise
• 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
• 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?
PULSO
SATURANTE
(Não contínuo)
Processo nãofotoquímico
Fluorescência
PS II
Processo
Fotoquímico
Como a fluorescência da clorofila pode ser quantificada?
Taiz & Zeiger, 2003
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.
Por quê o rendimento da fluorescência varia?
O determinante é a condição de iluminação prévia do organismo
Luz ou Escuro?
H2O
e-
e-
PS II
Centro de reação
“fechado ou aberto?”
Cadeia de transporte
de elétrons da
fotossíntese
Rendimento da fluorescência da clorofila
Rendimento Quântico Efetivo (RQE)
Taxa de transporte
de elétrons relativa
(rETR)
Ativação de enzimas relacionadas
à fixação de CO2
Eficiência de transformação da energia
luminosa absorvida em calor
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
FM – Fluor. máx. de uma alga adaptada ao escuro  ML + SP
Ft – Fluor. transitória ou fluor. em steadystate na claridade
F’M – Fluor. máx. de uma alga sob iluminação  AL + SP
ML – luz basal, não estimula fotossíntese
FV – Fluor. variável  FM - Fo
AL – luz actínica, radiação
Fo – Fluor. mínima após escuridão  após escuro + ML
F’o – Fluor. mínima após claro  após AL + SP, - AL, + ML
fotossinteticamente ativa (PAR)
SP – pulso saturante
ΔF
Ft
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
- Função do Diving-PAM: Start - Pulso de saturação
- Equação: Fv/Fm
≠ valor de RQP  ≠ eficiência do
NPQ - Fotoinibição
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’
ΔF
3. Extinção Fotoquímica – qP
● Centros de reação do FS II abertos
- Equação ΔF/Fm’ – F0’
ΔF
Ft
● 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
Q
PSII
é
Cyt.
b3
PSI
PQ
Chl
P680
Cyt.
f
Chl
PC
P700
● Equação  ΔF/ Fm’ x PAR x coef. de absorção x 0,5
-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:
qE – quenching dependente de energização da membrana:
relacionado com o gradiente de prótons da membrana do tilacóide.
- 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.
NPQ
● Processos que influenciam:
qI – Fotoinibição
- 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).
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 (170405μmol 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.
Audouinella eugenea
Fv/Fm or F/Fm'
0,8
0,8
Curto Período
0,7
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
0,4
0,4
0,3
0,3
0,2
0,2
0,1
0,1
0,0
Longo Período
0,0
00:00
04:00
08:00
12:00
16:00
20:00
24:00
00:00
Audouinella hermannii
0,8
0,8
04:00