Multiscale vibrational spectroscopy of pollen

Abstract

Pollen has a vital role in the reproduction of flowering plants by producing genetically diverse offspring via pollination. Environmental effects have strong influence on reproductive structures of plants, including on pollen. Phenotypic plasticity allows plants to adjust trait values to suit specific environmental conditions, and to persist in variable conditions. Plant phenotyping is the comprehensive assessment of complex plant traits related to their morphological, biochemical and physiological features. In order to determine the climate related plant adaptation and acclimation, it is imperative to improve plant phenotyping and monitoring of plant communities. Plant products are at the center of challenges posed by increasing requirements for food, feed and raw materials. Integrating new solutions across all scales, from molecular to field research, is necessary to develop sustainable plant production with higher yield by using limited resources. Therefore, plant phenotyping with a cost efficient and rapid methodology is highly desirable. The main aim of this study was to develop a novel methodology for plant phenotyping by employing vibrational (infrared and Raman) spectroscopic techniques in combination with chemometrics. More specifically, the goal was to correlate pollen biochemical data, obtained by vibrational spectroscopy, with phylogenetic and environmental data by multivariate analyses.

Pollen spiller en viktig rolle i reproduksjonen av blomstrende planter ved å produsere avkom via pollinering som er genetisk forskjellige. Det er kjent at miljøeffekter har en sterk innflytelse på reproduktive strukturer hos planter, inkludert pollen. Plantene er i stand til å tilpasse seg spesifikke miljøforhold og for å overleve i varierende forhold, ved å justere egenskapene. Evnen til planter til å tilpasse egenskapene til spesifikke miljøforhold kalles fenotypisk plastisitet. Komplekse planteegenskaper som morfologiske, biokjemiske og fysiologiske funksjoner vurderes i biologi gjennom plantefenotyping. For å bestemme den klimarelaterte tilpasningen og akklimatiseringen hos planter er det derfor viktig å forbedre fenotypingen og overvåkingen av ulike plantesamfunn. Produkter fra planter er av hovedutfordringene knyttet til økt etterspørsel etter mat, fr og råvarer. å integrere nye løsninger på tvers av flere felt, fra molekylre metoder til feltarbeid, er nødvendig for å utvikle en mer brekraftig planteproduksjon med høyere avkastning ved bruk av begrensede ressurser. Derfor er plantefenotyping med en kostnadseffektiv og hurtig metode meget ønskelig. Hovedformålet med denne studien var å utvikle en ny metode for plantefenotyping ved å bruke vibrasjonsspektroskopiske teknikker (infrarød og Raman) i kombinasjon med kjemometri. Mer spesifikt var målet å korrelere biokjemiske data av pollen, innhentet ved vibrasjonsspektroskopi, med fylogenetiske data og miljødata ved hjelp av multivariabel analyse.