Detección temprana del riesgo de reducción del rendimiento de la soja: la tecnología SIF apoya la gestión estable del rendimiento

En artículos anteriores, presentamos los principios básicos de la fluorescencia clorofilica inducida por la luz solar (sif) y su amplia aplicación en ecosistemas como bosques y humedales.

En este número, nos centraremos en la soja, un cultivo importante, y exploraremos cómo la tecnología Sif puede advertir el riesgo final de reducción de la producción mediante el monitoreo temprano de la coacción ambiental (como altas temperaturas, sequías, etc.) y convertirse en una herramienta clave para garantizar la gestión de la producción estable.

En artículos anteriores, hemos introducido los principios básicos de la fluorescencia de clorofila inducida por el sol (SIF) y sus amplias aplicaciones en ecosistemas como bosques y humedales.

Esta edición se centra en el importante cultivo de soja, explorando cómo la tecnología SIF puede servir como una herramienta clave para garantizar una gestión estable del rendimiento mediante el monitoreo temprano de las tensiones ambientales (por ejemplo, altas temperaturas, sequía) para advertir de posibles pérdidas de rendimiento.

1. relación entre el Sif y la fotosíntesis de la soja / relación bettween Sif y Soybean Photosynthesis

Sif es una pequeña parte de la energía luminosa que las moléculas de clorofila vuelven a emitir después de que las plantas absorben la luz solar. Está estrechamente relacionado con la productividad primaria fotosintética (gpp) y se considera un indicador alternativo eficaz para evaluar la gpp.

La generación de señales Sif se debe a las reacciones fotoquímicas del sistema fotosintético II (psii), cuya intensidad está regulada dinámicamente por la intensidad de la luz, el contenido de clorofila y la vía de distribución de energía luminosa. Los estudios han demostrado que existe una relación lineal o no lineal significativa entre el Sif y el gpp, lo que hace que el Sif se convierta en un medio importante para monitorear la fotosíntesis de la vegetación.

Debido a que el Sif está directamente relacionado con el proceso fotosintético, cuando la soja se encuentra con estrés ambiental, su mecanismo fotosintético se ve afectado, lo que a su vez causa cambios en la señal del sif, lo que proporciona una base teórica para el uso del Sif para monitorear el estrés ambiental de la soja.

SIF es una pequeña porción de energía de luz re-emitida por las moléculas de clorofila después de que las plantas absorben la luz solar. Está estrechamente relacionada con la Producción Primaria Bruta (PPB) y se considera un indicador eficaz para evaluar la PPB.

La generación de señales SIF se origina a partir de las reacciones fotoquímicas del Photosystem II (PSII). Su intensidad se regula dinámicamente por la intensidad de la luz, el contenido de clorofila y las vías de asignación de energía de la luz (fotoquímica, extinción no fotoquímica y fluorescencia). La investigación muestra relaciones significativas lineales o no lineales entre el SIF y el GPP, lo que hace que el SIF sea un medio importante para monitorear la fotosíntesis de la vegetación.

Dado que el SIF está directamente vinculado al proceso de fotosíntesis, cuando las sojas se encuentran con estrés ambiental, su aparato fotosintético se ve afectado, lo que conduce a cambios en las señales del SIF. Esto proporciona una base teórica para el uso de SIF para controlar el estrés ambiental en la soja.

Figura: sistema de monitoreo de fluorescencia de clorofila inducida por la luz solar transportado por drones aiboneng, ABN-SIF-UAV。 El sistema puede realizar un monitoreo no destructivo de una amplia gama de tierras agrícolas mediante la detección de fluorescencia clorofilina inducida por la luz solar (sif), evaluar con precisión el crecimiento de los cultivos y proporcionar datos clave para la alerta temprana de plagas y enfermedades y estrés hídrico y fertilizante.

ABN-SIF-UAV Sistema de monitoreo de fluorescencia de clorofila inducida por el sol transportado por vehículos aéreos no tripulados por Exponentsci. Este sistema detecta la fluorescencia de clorofila inducida por el sol (SIF), lo que permite el monitoreo no destructivo de las tierras agrícolas a gran escala, la evaluación precisa del estado de crecimiento de los cultivos y el suministro de datos críticos para la alerta temprana de plagas, enfermedades y estrés del agua / fertilizantes.

2. aplicación del Sif en la detección de estrés ambiental de soja / aplicación del Sif en la detección de estrés ambiental de soja

Estrés por altas temperaturas:Las altas temperaturas y las altas diferencias de presión de vapor de agua que las acompañan suelen afectar a las plantas, pero no causan cambios significativos en la estructura de la Corona ni en las características espectrales. Debido a su asociación con la fotosíntesis, el Sif puede detectar mejor este estrés. Por ejemplo, hay estudios que cuantifican los efectos de las altas temperaturas en la fotosíntesis de la Corona de soja a través de experimentos de mejora del control de aire libre de temperatura (t - face). La soja puede afectar el peso específico de las hojas, la densidad estomacal, la fotosíntesis y los parámetros de fluorescencia clorofila en condiciones de alta temperatura.

Estrés de alta temperatura:La alta temperatura y el déficit de alta presión de vapor que lo acompaña a menudo afectan a las plantas sin causar cambios obvios en la estructura del dosel o las características espectrales. Debido a su conexión a la fotosíntesis, el SIF puede detectar mejor tal estrés. Por ejemplo, un estudio utilizó el experimento Temperature Free-Air Controlled Enhancement (T-FACE) para cuantificar el impacto de la alta temperatura en la fotosíntesis del dosel de soja usando SIF. Bajo condiciones de alta temperatura, la soja experimenta cambios en el peso específico de la hoja, la densidad estomál, la fotosíntesis y los parámetros de fluorescencia de la clorofila.

Fluorescencia clorofila inducida por la luz solar (sif), rendimiento de sif, radiación fotosintética efectiva absorbente (apar), proporción de absorción de apar de corona completa (fapar) y coeficiente de correlación (r) entre la radiación fotosintética efectiva (par) y la temperatura de la corona.

Los coeficientes de correlación (r) entre la fluorescencia de clorofila inducida por el sol (SIF), el rendimiento de SIF, la radiación fotosintéticamente activa absorbida (APAR), la fracción del dosel completo APAR (fAPAR) y PAR contra la temperatura del dosel.

Estrés por ozono:Las altas concentraciones de ozono pueden provocar una disminución significativa del sif760 en la Corona de soja, especialmente en las etapas posteriores del crecimiento (36%), lo que sugiere que el Sif puede capturar eficazmente el impacto del ozono en la estructura de la Corona de soja y la aceleración del Envejecimiento. El estrés por ozono también puede producir sinergias con la reducción de la radiación, afectando las características de fluorescencia de clorofila y el rendimiento de la soja.

Estrés del ozono:Las altas concentraciones de ozono causan una disminución significativa en el dosel de soja SIF760, particularmente durante las etapas posteriores de crecimiento (hasta una reducción del 36%). Esto indica que el SIF puede capturar eficazmente el impacto del ozono en la estructura del dosel y la senescencia acelerada en la soja. El estrés por ozono también interactúa con la radiación reducida, afectando las características de fluorescencia y el rendimiento de la clorofila de soja.

Los resultados de las mediciones del sif760 (a), el par (b), la proporción de absorción de radiación efectiva fotosintética de la vegetación verde fpargreen (c) y el rendimiento aparente del Sif (d) observados a lo largo de la temporada de crecimiento de la soja corresponden al crecimiento de la soja en condiciones de concentración de ozono ambiental (banda blanca) y aumento de la concentración de ozono (banda gris), respectivamente. * La diferencia representativa es significativa (p < 0,05).

Medidas de la parte superior del dosel SIF760 (A), PAR (B), FPARgreen (C) y rendimiento aparente de SIF (D) a lo largo de la temporada de cultivo en soja cultivada bajo ambiente O ₃ (barras blancas) y O elevado ₃ (barras grises). * indica diferencias significativas entre los tratamientos en cada fecha de medición (P < 0,05).

Otras coacciones / otras tensiones:

La escasez de agua puede obligar a los poros a cerrar, lo que inhibe la fotosíntesis y la transpiración. Este proceso provoca cambios en la extinción no fotoquímica y la transmisión de electrones fotosintéticos, y las señales Sif son muy sensibles a estos pequeños cambios.

El bpa, como disruptor endocrino ambiental, tiene un efecto significativo en el crecimiento de las plántulas de soja, la fotosíntesis y los parámetros de fluorescencia clorofila (como la fluorescencia inicial, la eficiencia fotoquímica máxima, el rendimiento cuántico efectivo del psii y la tasa de transferencia de electrones fotosintéticos), cambios que la tecnología Sif puede detectar.

Deficiencia de agua: La escasez de agua obliga al cierre estomálico, inhibiendo así la fotosíntesis y la transpiración. Este proceso induce cambios en la extinción no fotoquímica y el transporte de electrones fotosintéticos, a los que las señales SIF son altamente sensibles.

Bisfenol A (BPA): Como disruptor endocrino ambiental, el BPA afecta significativamente al crecimiento, la fotosíntesis y los parámetros de fluorescencia de clorofila (como la fluorescencia inicial, la eficiencia fotoquímica máxima, el rendimiento cuántico efectivo de PSII y la velocidad de transporte de electrones fotosintéticos) de las plántulas de soja. La tecnología SIF puede detectar estos cambios.

La tecnología de fluorescencia clorofila inducida por la luz solar (sif) proporciona un método directo y no invasivo para el monitoreo del estrés ambiental de la soja capturando señales de luz directamente relacionadas con el mecanismo de fotosíntesis. Con esta tecnología, podemos comprender el Estado de salud de los cultivos de manera más oportuna y proporcionar un apoyo técnico importante para la gestión agrícola de precisión y garantizar el rendimiento estable de los cultivos.

La tecnología de fluorescencia de clorofila inducida por el sol (SIF) proporciona un método directo y no invasivo para monitorear el estrés ambiental en la soja mediante la captura de señales de luz directamente relacionadas con el mecanismo de fotosíntesis. El uso de esta tecnología permite una evaluación más oportuna de la salud de los cultivos, ofreciendo un importante apoyo técnico para la gestión de la agricultura de precisión y garantizando rendimientos estables de los cultivos.

Fuente del caso / fuentes:

1. KQuantificar el estrés de alta temperatura en la fotosíntesis del dosel de soja: El papel único de la fluorescencia de clorofila inducida por el sol. (2021)

2. Cuantificar el estrés de alta temperatura en la fotosíntesis del dosel en el experimento de mejora controlada por aire libre a temperatura (T-FACE): el papel único de la fluorescencia de clorofila inducida por el sol en la captura del estrés fisiológico de las plantas. (2020)

3. La fluorescencia de clorofila inducida por el sol captura los efectos de la elevación del ozono sobre la estructura del dosel y la aceleración de la senescencia en la soja. (2023)

4. Efectos del bisfenol A sobre el crecimiento, la fotosíntesis y la fluorescencia de la clorofila en los órganos de superficie de las plántulas de soja. (2013)