Chlorophyll fluorescence, especially the optimum quantum yield Fv/Fm, is used to quantify
the physiological state of plants, because stress, infections or wilting may lower the
optimum quantum yield. The characteristics of chlorophyll fluorescence have attracted our
attention for its use to determine the quality of spinach, because the measurement of Fv/
Fm during storage can be performed quickly and non-destructively, delivering information
about spinach quality and its sale suitability.
Applicability of modern techniques for quick and non-invasive in vivo determination
of such parameters as quality and freshness of spinach under simulated sale conditions
was tested in our study. In this experiment, application of chlorophyll fluorescence for quantification
of quality as well as physical and physiological changes which occur in fresh
products was verified. The experiment was conducted on spinach, a product characterized
by rapid appearance of postharvest losses. Spinach was harvested as leafy vegetable for
direct consumption and stored for 5 days (16 h in a cooling room at 2-4°C, 96-98% relative
humidity, followed by 8 h at room temperature: ca 22oC, 65% relative humidity). Variants
were represented by different cultivation conditions (fertilizer, leaf application of Previcur,
CaCl2 and Cerone). The investigations revealed that fresh mass losses in the postharvest
phase could be described by changes of Fv/Fm spinach leaves adapted to darkness by a linear
relationship of parameters (r=0.77). The disadvantage of chlorophyll fluorescence measurement
was the less precise determination of the critical loss of fresh mass of 3%.
Instead, losses of 4 to 5% resulted in a the decrease of optimum quantum yield below the
critical value of 0.80, which indicates the occurrence of postharvest stress. Leaf application of pesticides negatively influenced Fv/Fm. This relationship may be used to detect the application
of plant protection products shortly before harvest, before the grace period is over.
Hence, the determination of freshness using chlorophyll fluorescence offers, to a limited
extent, protection of consumers.
Further investigations showed that optimum quantum yield was linearly and positively
correlated with the calcium content in spinach leaves. This relationship may indicate
worse cell membrane integrity and reduced cell wall stability postharvest. Additionally, the
decrease of Fv/Fm during storage may indicate the occurrence of cold stress as well as
altering processes (senescence) and loss of quality of spinach, independent of its cultivation
method. In these investigations, the relationship between chlorophyll fluorescence and
color changes of leaves, content of chlorophyll, total nitrogen and water soluble carbohydrates,
as well as respiration intensity and ethylene emission could not be found.
Fluorescencja chlorofilu, w szczególności optymalne wykorzystanie kwantów Fv/Fm,
stosowana jest do oznaczania stanu fizjologicznego roślin, gdzie występowanie stresu, chorób
czy procesów więdnięcia może spowodować zmniejszenie optymalnego wykorzystania
kwantów. W praktyce fluorescencja chlorofilu ma specjalne zastosowanie, ponieważ pomiary
podczas przechowywania mogą zostać przeprowadzone szybko i bezdestrukcyjnie, natychmiast
informując o stanie jakości szpinaku oraz jego przydatności do sprzedaży.
Możliwość zastosowania nowoczesnych technik w celu szybkiego i nieinwazyjnego oznaczenia
in vivo takich parametrów, jak jakość i świeżość szpinaku podczas symulowanych
warunków sprzedaży, stanowiła tematykę badań. W badaniach zweryfikowano zastosowanie
fluorescencji chlorofilu do określenia zmian jakościowych, fizycznych i fizjologicznych,
zachodzących w świeżym produkcie odznaczającym się szybkim występowaniem strat pozbiorczych
– szpinaku będącym warzywem liściowym przeznaczonym do bezpośredniego spożycia, składowanym 5 dni (16 h w chłodni: 4oC, 96% wilg. wzgl.; 8 h w temperaturze pokojowej:
22-23oC, 70% wilg. wzgl.), z uwzględnieniem różnych warunków uprawy (nawożenie,
stosowanie dolistne Previcuru, CaCl2 oraz Cerone). Badania wykazały, że straty świeżej
masy w fazie pozbiorczej mogły zostać opisane za pomocą zmian Fv/Fm zmierzonych w przystosowanych
do ciemności liściach szpinaku ze względu na liniową zależność parametrów
(r2=0,77). Negatywny aspekt pomiaru fluorescencji chlorofilu stanowiła mała dokładność
określenia krytycznej dla jakości handlowej szpinaku granicy strat świeżej masy wielkości
3%. Dopiero straty od 4 do 5% spowodowały zmniejszenie optymalnego wykorzystania
kwantów poniżej krytycznej granicy 0,80, wskazującej na wystąpienie stresu pozbiorczego.
Ponadto dolistne zastosowanie pestycydów negatywnie wpłynęło na pomiar
Fv/Fm, co jednak może znaleźć zastosowanie w wykrywaniu stosowania środków ochrony
roślin na krótko przed zbiorem, jeszcze przed upływem okresu karencji. Dlatego też oznaczenie
stopnia świeżości za pomocą fluorescencji chlorofilu umożliwia również, w pewnym
stopniu, ochronę konsumenta. Dalsze badania wykazały, że optymalne wykorzystanie kwantów
Fv/Fm skorelowane było liniowo pozytywnie z zawartością wapnia w liściach szpinaku.
Zależność ta wskazywałaby na zmniejszenie zarówno integracji błon komórkowych, jak
i zmniejszenie stabilizacji ścian komórkowych podczas okresu pozbiorczego. Ponadto zmniejszenie
wartości Fv/Fm podczas przechowywania może wskazywać na wystąpienie stresu chłodu i procesów starzenia (senescencji) oraz utraty jakości badanego szpinaku, niezależnie od sposobu jego uprawy. W badaniach nie stwierdzono zależności między fluorescencją
chlorofilu a zmianami barwy liści szpinaku, zawartością chlorofilu, azotu ogółem i węglowodanami
rozpuszczalnymi w wodzie oraz intensywnością oddychania i emisją etylenu.
