Portable chlorophyll meter for the quantification of photosynthetic pigments, nitrogen and the possible use for assessment of the photochemical process in Carica papaya L.

Abstract

The techniques utilized to extract chlorophyll from plant materials are destructive and based on methods that use organic solvents. This study proposes the non-destructive quantification of chlorophyll and nitrogen concentration using a portable chlorophyll meter (SPAD-502). Further, was possible to establish relationships between chlorophyll fluorescence and SPAD-502 values. This methodology could save time, space and resources, and could be used for analysis of the photosynthetic processes. Papaya leaves (Solo and Formosa groups) of different ages were collected from 15-month-old plants cultivated in a commercial field in São Francisco de Itabapoana, Rio de Janeiro State (41 0 :15W; 21 0 :27S). Correlations were established between the chlorophyll content and carotenoids extracted in DMSO, nitrogen content, a chlorophyll a fluorescence (Fφ, F max , F v /F max , q N , q P , NPQ) with readings from SPAD-502 taken on papaya leaves of different ages. The results show that while the q p and the F v /F max increased with SPAD-502 readings of up to 40, the q N and NPQ variables decreased. The F max presented a direct linear correlation with the SPAD-502 values while the Fφ variable did not correlate with the SPAD-502 values. The portable chlorophyll meter was shown to be useful for nondestructive determination of photosynthetic pigments (chlorophyll and carotenoids) and can be used indirectly in interpretation of the photochemical process in Carica papaya L. leaves.Key words: nutrient content, photosynthetic pigments, SPAD-502.Medidor portátil de clorofila: determinação dos teores de pigmentos fotossintéticos, nitrogênio e possibilidades de uso nas interpretações do processo fotoquímico em Carica papaya L.: Os métodos utilizados para a extração de clorofila em material vegetal são destrutivos e baseiam-se nos que utilizam solventes orgânicos. Este trabalho propõe a quantificação não-destrutiva dos teores de clorofila e nitrogênio por meio do SPAD-502. Ainda, foi possível estabelecer uma relação entre a fluorescência e os valores obtidos pelo SPAD-502. Tal método poderá proporcionar uma substancial economia de tempo, espaço e recursos, contribuindo na melhoria das interpretações dos processos fotossintéticos. Para tanto, utilizaram-se folhas de mamoeiro (grupos 'Solo' e 'Formosa') de diferentes estádios de desenvolvimento, coletadas de plantas com 15 meses de idade, cultivadas em plantio comercial no município de São Francisco de Itabapoana/RJ. Estabeleceram-se correlações entre os teores de clorofila e carotenóides extraídos em DMSO, os de nitrogênio, a fluorescência da clorofila a (Fφ, F max , F v /F max , q N , q P , NPQ) e as leituras pelo SPAD-502 em folhas da espécie em estudo, R E S E A R C H A R T I C L E Abreviations

Variações sazonais de aspectos fisiológicos de espécies da Caatinga

“…Valores de 0,800 ± 0,05 correspondem à máxima eficiên-cia no uso de energia no processo fotoquímico (Björkman & Demmig, 1987;Bolhàr-Nordenkampf et al, 1989;Torres Neto et al, 2002) e valores inferiores a 0,750 indicam situação de estresse e, portanto, redução do potencial fotossintético da planta (Maxwell & Johnson, 2000;Araújo et al, 2004).…”

“…A medição da fluorescência da clorofila pode ser usada para revelar informações sobre os estádios de desenvolvimento de plantas (Bacarin & Mosquin 2002), para comparar genótipos (Portes & Magalhães, 1993;Campostrini & Maestri, 1998) e é usada, também, para investigar danos causados no aparato fotossintético, por diversas causas de estresses (Smille & Not, 1982;Strant & Oquist, 1988;Havaux et al, 1988;Torres Neto et al, 2002;El-Sheekh, 1993). Esta variável é uma significativa informação da eficiência fotoquímica do processo fotossintético (Torres Neto et al, 2002) Desta forma, as aferições da fluorescência e do potencial hídrico de espécies da Caatinga, que constituem objetivos deste trabalho, podem contribuir para o entendimento do processo evolutivo dessas plantas sob condições adversas, permitindo caracterizar as diferenças fisiológicas nas duas estações características da Região Nordeste, o período chuvoso e o período de estiagem.…”

“…Esta variável é uma significativa informação da eficiência fotoquímica do processo fotossintético (Torres Neto et al, 2002) Desta forma, as aferições da fluorescência e do potencial hídrico de espécies da Caatinga, que constituem objetivos deste trabalho, podem contribuir para o entendimento do processo evolutivo dessas plantas sob condições adversas, permitindo caracterizar as diferenças fisiológicas nas duas estações características da Região Nordeste, o período chuvoso e o período de estiagem.…”

Ecophysiology of papaya: a review

“…Changes in chlorophyll-to-carotenoid ratios are therefore potentially sensitive indicators of oxidative damage (Hendry and Price, 1993). The loss of these pigments may also be considered as an indicator of water deficiency (Hendry and Price, 1993) and senescence (Lin and Ehleringer, 1982b;Torres-Netto et al, 2002Castro, 2005). Castro (2005) found that F v /F m and the physiological state of the photosynthetic apparatus (F 0 /F m ) in PSII were unrelated to chlorophyll content for 'Golden' and 'Sunrise Solo' when chlorophyll content was adequate but there was a correlation at reduced chlorophyll levels.…”

Use of a SPAD meter to estimate chlorophyll content in Eugenia uniflora L. leaves as affected by contrasting light environments and soil flooding

“…Hand-held Chl meters have been shown to be accurate for estimating foliar Chl and nitrogen contents in several plant species (Torres-Netto et al 2002, Chang and Robison 2003, Marenco et al 2009). Hand-held devices such as the SPAD-502 Chl meter measure light transmittance at two wavelengths corresponding to red and far-red, and transform this data to SPAD values (Markwell et al 1995).…”