Хлорофилльная флуоресценция как индикатор функции растений
Хлорофилл — зеленый пигмент растений и водорослей — при освещении во время фотосинтеза испускает слабое красное и дальнее красное излучение. Эта так называемая хлорофилл-a флуоресценция передает информацию о мгновенной скорости фотосинтеза, предоставляя «оптическое окно» для отслеживания функционального состояния и здоровья растений.
Хотя методы измерения и интерпретации хлорофилл-a флуоресценции на уровне листа и субклеточных структур существуют десятилетиями, лишь недавно появилась возможность оценивать и визуализировать флуоресценцию хлорофилла (известную как солнечно-индуцированная флуоресценция, SIF) на уровне экосистем и регионов.
Передовые измерения SIF проводятся с помощью гиперспектральных оптических датчиков, установленных на вышках, дронах, самолетах и даже спутниках. Например, миссия спутника FLuorescence EXplorer (FLEX) Европейского космического агентства, запуск которой запланирован на 2024 год, будет предоставлять глобальные карты SIF с разрешением в несколько сотен метров.
Эти разработки открывают путь для множества научных и коммерческих приложений в физиологии и экологии растений, биогеохимии, а также в точном земледелии и лесном хозяйстве.
«Волнующе то, что SIF открывает пространственные и 3D-исследования фотосинтеза в полевых условиях. Это поможет решить давние исследовательские вопросы, связанные с фотосинтетической динамикой различных частей растения или экосистемы в реальных условиях. SIF также можно применять для физиологического фенотипирования и предвизуального обнаружения стресса, что является мощным инструментом для практик управления лесами и сельскохозяйственными культурами следующего поколения», — говорит Альберт Поркар-Кастелл из Хельсинкского университета.
Для достижения этих амбициозных целей необходимы многомасштабные и междисциплинарные совместные исследования. Экспертиза в области биологии растений, дистанционного зондирования, агрономии и лесного хозяйства должна быть объединена, чтобы перевести информационное содержание SIF в инновационные приложения, использующие данные на молекулярном, листовом и кроновом уровнях.