Your SlideShare is downloading. ×
Termoluminiscence
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Termoluminiscence

383

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
383
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
4
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. Chlorofylová termoluminiscence listových terčíků Martin Janoška Ostravská Univerzita v Ostravě 2008/2009 Experimentální metody studia fotosyntézy
  • 2.
    • Chlorophyll thermoluminescence of leaf discs: simple instruments and progress in signal interpretation open the way to new ecophysiological indicators
    • Autor: Jean-Marc Ducruet
    • z: Journal of Experimental Botany 2003
    Výchozí článek:
  • 3. Termoluminiscence:
    • dále jen TL
    • TL = tepelné vysvěcování
    • Luminiscence, která je vyvolána vzrůstem teploty po předchozím dodání energie (= excitaci)
    • Excitace však musí proběhnout za tak nízké teploty, aby excitované elektrony zůstaly „polapeny“ v záchytných centrech.
      • Jakmile budou tato centra zcela zaplněna, zastavíme excitaci a počkáme až dozní fluorescence - jakákoliv emise světla
      • Pak postupně zvyšujeme teplotu až dojdeme k teplotě, při které se elektrony uvolní ze záchytných center nacházejících se ve fotosystému II, a tak začne další emise světla – uvolněné elektrony rekombinují s ionizovanými aktivátory – vzniká termoluminiscence .
    • Pomocí TL můžeme odhalit emisní pásy, které jsou mnohem více rozpoznatelné než při měřeních využívajících konstantní teplotu.
    • Časový interval mezi excitací a tepelnou aktivací může být značně dlouhý.
  • 4. Termoluminiscence – termoluminiscenční křivka:
    • Graf závislosti intenzity luminiscence na teplotě při lineárním vzrůstu teploty – termoluminiscenční křivka
      • Její intenzita nejdříve stoupá, dokud roste pravděpodobnost uvolnění elektronů, ale jakmile se zásoba „polapených“ elektronů vyčerpá klesne opět na nulu
      • podle termoluminiscenční křivky a podle polohy maxima T max můžeme zjistit hloubku záchytných center
      • Průběh termoluminiscenční křivky závisí na dvou parametrech:
            • Frekvenčním faktoru s
            • Hloubce záchytného centra E
    • Intenzita TL B te charakterizuje rychlost úbytku elektronů na záchytných centrech dn/dt
  • 5. Termoluminiscenční křivka Obr.1: Termoluminiscenční křivka při lineárním vzestupu teploty T = b.t
  • 6. Model Fotosystému II
    • V 60 – tých letech byl pomocí fluorescence chlorofylu u luminiscence úspěšně vytvořen model PS II, který byl poté v 80 - tých letech podpořen výsledky TL.
    • Nabité páry jsou uloženy jako:
        • Elektrony na primárním chinonickém akceptoru jako Q a - (centra jsou uzavřena), a krom toho na sekundárním akceptoru jako Q b - (centra otevřena)
        • Čtveřice + díry uspořádané jako S 1 + , S 2 + , S 3 + , S 4 + komplex, z nichž pouze S 2 a S 3 jsou schopné se znovu smísit s Q a a Q b .
  • 7. Signální analýzy
    • Teorie „rekombinace náboje“ byla poprvé vypracována pro minerály Randallem a Wilkinsenem (1945)
    • Předpokládali, že rekombinace fixních +/- nabitých párů se podrobí kinetice prvního řádu
    • Teoretická simulace kinetiky prvního řádu se dobře hodí k nejdůležitější části B pásu indukované jednotlivými záblesky, které jen vytvářejí dvojici S 2 Q b - , mimo okrajů při nízké a vysoké teplotě způsobené minoritními pásy.
    • Simulace je nezbytná pro rozklad signálu termoluminiscence na elementární pásy.
        • To se provádí upravením tří parametrů každého pásu; jde o E a = aktivační energie, N = počet nabitých párů, N 0 = počáteční koncentrace nabitých párů zjištěná měřícím systémem
  • 8. Tabulka č.1: Pásy pozorované při luminiscenci listu, hodnoty T m korespondují se zahřívacím poměrem 0,5 0 C/s. Zahřívání   více než 160 HTL3 lipid. Peroxidy   120-140 HTL2 aldehydy a H 2 O 2   65-85 HTL1               (nezávislé na iluminaci)       Oxidativní pásy         D + Q a -     C S 2 /S 3 Q b + e - 35 55 AG S 3 Q b - 22 45   S 2 Q b - 28 35 B S 2 Q a -   5 Q Z + Q b -   -15 A               (před iluminací)       Pásy fotosystému II Původ Posun v T m ( 0 C ) T m standart ( 0 C) Název
  • 9. Měření termoluminiscence
    • Termoluminiscence je jednoznačně destruktivní technikou, i když do jisté míry neinvazivní
    • Měření probíhá na čerstvých listových terčících, které nabízejí ještě lepší úroveň integrity než intaktní chloroplasty a protoplasty
    • TL je speciální metodou, která poskytuje lepší rozlišení signálu z vyzařujících záchytných center na úkor tepelného zpracování vzorku
    • Pokrok v termoelektrických Peltierových prvcích (jedna strana chladí, druhá hřeje) a lehkých kompaktních detektorech umožnily rozvoj jednoduchých, cenově dostupných a přenosných přístrojů.
    • Jak se TL stává nástrojem rostlinné ekofyziologii, může se stát nutností důkladnější úprava listů mimo termoluminiscenční komory
  • 10. Obr.2: Termoluminiscence (čáry) a fluorescence (tečky) listového terčíku z inbredního druhu kukuřice po 30 s excitaci červeným světlem. Zahřívací poměry: tlusté čáry nebo tečky – 0,5 0 C/s; tenké čáry nebo tečky – 0,25 0 C/s
  • 11. Měření termoluminiscence Obr.3: Přístroj pro měření termoluminiscence listu – verze s detektorem PMT (fotonásobič) blízko u vzorku a vodou chlazeném Peltierovým prvkem LG - světlovod FP – řídící jednotka FB – Walzova žárovka C – spojovací box DAQ – A/D převodník PMT - detektor S - vzorek EM - elektromagnet PU – řídící jednotka WI – přístup vody TR – tepl. regulovatelný blok WO – výstup vody
  • 12. Měření termoluminiscence Obr.4: Přístroj pro měření termoluminiscence listu – verze, kdy držák vzorku je držen bokem na jednom rameni světlovodu a se vzduchem chlazeným Peltierovým prvkem P – Peltierova destička R + F – ohřívač + fen HRP – tepelně odolný plast LG - světlovod R – mosazný kruh N 2 – přívod dusíku
  • 13. Klasické TL pásy in vivo
    • B pás (při 35 0 C) je důležitý ve zdravém na tmu adaptovaném listu podrobenému jednomu nebo několika jednoduchým zábleskům, ačkoliv minoritní pásy mohou být také detekovány: například Q pás na spodním okraji, AG nebo C pásy na horním okraji.
    • Vzrůst Q pásu (T m = 5 0 C) obecně spojován s C pásem (T m = 55 0 C), což odráží poškození sekundárního chinonického akceptoru v PS II Q b , indukovaném například při fotoinhibici.
    • Pás A se objeví v případě poškození kyslík vyvíjejícího komplexu.
    • Kromě objevení nových stresem indukovaných pásů, může být charakterizace B pásu sama o sobě velmi informativní.
        • Během působení fotoinhibitorů, se intenzita B pásu snižuje souběžně s hodnotou fluorescenčního parametru F V /F M , odrážející destrukci PS II center.
    • Z experimentu bylo zjištěno, že u zmrazených listů je nejvyšší pík B pásu při 35 0 C aniž by záleželo na počtu záblesků, kdežto u nezmrazených listů po jednom záblesku nejvyšší pík při 32 0 C a po třech záblescích v blízkosti 28 0 C.
  • 14. Pásy vysoké teploty (HTL)
    • Detekujeme je, když vzorek vystavíme velkému stresovému působení – rozmezí teplot zcela destruktivním pro PS II
    • Mohou být pozorovány okolo 50 – 60 0 C, a sice bez předchozího osvětlení
    • Okolo roku 1990 byly objeveny v Moskvě u řas nebo listů vystavených oxidativnímu stresu TL pásy okolo teploty 60 0 C, s hlavním pásem dokonce až při teplotě 130 0 C
    • Dále byly také objeveny pásy vyvolané oxidativním působením vrcholící při 75 0 C
    • Podobné pásy byly nalezeny i u tabáku ošetřeného houbovým elicitorem
    • Konečně pás při 130 0 C se objevil, když byl vzorek stlačen v suché „klasické“ termoluminiscenční atmosféře, kde kapalný dusík působil jako vysoušeč, a intenzita tohoto pásu byla korelována obsahem lipidových peroxidů – které se vytvořily během zahřívání
    • Naproti tomu, když byly vzorky uchovávány ve vodním médiu o 100 0 C, aby se zabránilo vysychání, jak se obvykle pří TL fotosyntetických studiích dělá, byl pozorován pouze pás při 75 0 C
    • Ostatní pásy poté byly pozorovány při 60 – 90 0 C
    • Pás při 130 0 C může sloužit jako indikátor oxidativního stresu
  • 15. Obr.5: HTL emise u listových terčíků špenátu nalepených na měděném plechu, zmrazených na 20 hodin při -20 0 C, a pak hodinu rozmrzávajíc při pokojové teplotě. Sucho – terčík vysušen ve vakuu před TL bez skleněné destičky; Vlhko – nevysušený disk, TL probíhající bez skleněné desky nad vzorkem; Kontrolní vzorek – nemrznoucí, suché podmínky
  • 16. Perspektivy termoluminiscence
    • Mezi alternativní metody patří tzv. DLE (delayed light emission) – zpožděná světelná emise – jejíž lepším názvem by byls možná světlem modulovaná luminiscence
      • DLE produkuje zajímavé výsledky, jako je například teplota zlomu shodná s tepelnou adaptací různých druhů rostlin nebo rozdíly v charakteristických teplotách mrazu , které rozdělují thylakoidy v různých druzích pšenice různících se mrazovou odolností
      • DLE si zaslouží být označena jako metoda doplňující TL
    • Experimenty na nezmrzlých listových terčících pomocí jednotlivých záblesků, nebo dalekým červeným světlem při přítomnosti specifických inhibitorů vedly k lepšímu porozumění in vivo TL signálů
    • TL stejně jako fluorescence chlorofylu informuje nejen o stavu fotosystému II v listových pletivech, ale dává také náhled na energetický stav uvnitř chloroplastů
    • Fotosyntetická TL a HTL může být využita v rámci ekofyziologického výzkumu
  • 17. Využití termoluminiscence:
    • Termoluminiscenční dozimetrie
    Obrázek 6: Automatický měřící TLD systém Dosacus
  • 18. Využití termoluminiscence:
    • Historické datování stáří předmětů v archeologii
    • Radioterapeutické metody ozařování
    • Studium fotosyntézy
  • 19. Děkuji za pozornost!

×