Hyperspectral solar-induced chlorophyll fluorescence of urban tree leaves: analyses and applications

Datum: 12 juni 2014

Locatie: UAntwerpen - Campus Groenenborger - Lokaal V0.09 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen

Tijdstip: 16 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Promovendus: Shari Van Wittenberghe

Promotor: Prof. dr. R. Samson en R. Valcke

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Shari Van Wittenberghe - Faculteit Wetenschappen, Departement Bio-ingenieurswetenschappen

Abstract: Het geheime licht van planten

Het fotosyntheseproces is de voornaamste vastlegging van zonneënergie op aarde. Hierbij absorbeert de vegetatie licht om vervolgens om te zetten in chemische energie die als voedselbron dient voor tal van organismen, inclusief de mens. Wat echter minder geweten is, is dat planten zelf ook licht uitzenden. Dit licht, genaamd chlorofyl fluorescentie, wordt uitgezonden in het rood en verrood deel van het spectrum. We kunnen dit echter niet gemakkelijk met het blote oog waarnemen aangezien het een vrij zwak signaal betreft.

Chlorofyl fluorescentie ontstaat op de zelfde plek waar de fotosyntheseprocessen plaatsvinden, namelijk in de chloroplasten. Beide processen staan in competitie met elkaar voor het geabsorbeerde licht en zijn hierdoor gelinkt aan elkaar. Het opmeten van chlorofyl fluorescentie uitgezonden onder zonlicht biedt m.a.w. tal van mogelijkheden om rechtstreeks het fotosyntheseproces in kaart te brengen. Dit zowel letterlijk als figuurlijk, want met de ontwikkeling van uiterst gevoelige ruimtesensoren wordt de laatste jaren getracht chlorofyl fluorescentie via teledetectiesystemen zowel lokaal als globaal te bepalen.

Het onderzoek in deze doctoraal proefschrift is erop gericht om dit bijzondere fluorescentiespectrum hyperspectraal te detecteren op bladniveau en bijkomend te interpreteren. Er is namelijk nog niet zoveel geweten over hoe verschillende omgevingsfactoren het zon-geïnduceerde chlorofyl fluorescentiespectrum beïnvloeden.

Uit ons onderzoek blijkt dat verscheidene factoren een duidelijke invloed tonen op het chlorofyl fluorescentiesignaal. Zo wijzigt bijvoorbeeld het spectrum bij sommige boomsoorten in intensiteit én in vorm onder invloed van stressfactoren zoals luchtverontreiniging afkomstig van verkeer. Dit toont aan dat het in kaart brengen van zon-geïnduceerd chlorofyl fluorescentie potentieel gebruikt kan worden als monitoringssignaal bij vervuilingsstress van vegetatie. Verder blijkt het signaal ook informatie te bevatten over de structuur van het fotosyntheseapparaat. Eveneens spelen de bladstructuur en bijhorende lichtverstrooiingseigenschappen een rol in de verdeling van het uitgezonden licht in een opwaartse en neerwaartse richting. Al deze bevindingen tonen aan dat het chlorofyl fluorescentiespectrum beïnvloed wordt door allerhande factoren waarvan ook geweten is dat ze een effect hebben op het fotosyntheseproces.

Hieruit concluderen we dat chlorofyl fluorescentie uitgezonden door planten een informatierijk signaal is waaruit verschillende omgevings- en plantspecifieke factoren een rol spelen. Het is hierom van groot belang om dergelijke invloeden op het signaal te bepalen om een betere interpretatie van dit 'fotosynthesegevoelig' signaal, van blad- tot kroonniveau, te bekomen.