Диссертация (1105090)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В.ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиКалмацкая Олеся АлексеевнаФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЛИСТЬЕВ РАСТЕНИЙ:ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОСВЕЩЕНИЯ И ОБРАБОТКИФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ03.01.02 – БиофизикаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:д. ф.-м. н., профессор В.А. КараваевМосква − 2017СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………. 4ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКДЛЯ МОНИТОРИНГА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА РАСТЕНИЙ(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).……………………………………………………….
101.1 Современные представления о структурно-функциональнойорганизации фотосинтетического аппарата высших растений……………… 101.2 Спектры флуоресценции листьев растений……………………………… 171.3 Механизмытушенияфлуоресценциихлорофиллавлистьяхрастений………………………………………………………………………… 211.4 Метод импульсной флуориметрии……………………………………….. 31ГЛАВА 2. МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ………………… 372.1. Объекты исследований…………………………………………………… 372.2. Измерение спектров флуоресценции листьев растений………………392.3. Измерение индукционных изменений флуоресценции хлорофилламетодом импульсной флуориметрии…………………………………………..
392.4. Определение содержания хлорофилла в листьях растений…………..41ГЛАВА 3. ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИСТЬЕВРАСТЕНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОДЕРЖАНИЯХЛОРОФИЛЛА…………………………………………………………………. 4223.1. Спектры и индукция флуоресценции листьев бобов, выращенных припониженной освещенности…………………………………………………….
423.2. Спектры и индукция флуоресценции листьев дуба в условияхдеградации хлорофилла………………………………………………………. 48ГЛАВА 4. ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЛИСТЬЕВТРАДЕСКАНЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙОСВЕЩЕНИЯ…………………………………………………………………... 56ГЛАВА 5. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАСТЕНИЙ,ОБРАБОТАННЫХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИВЕЩЕСТВАМИ………………………………………………………………… 685.1. Опыты с растениями бобов, обработанных фторидом натрия………… 685.2. Люминесцентные и физиологические показатели растений,обработанных регуляторами роста…………………………………………… 745.2.1. Обработка семян тритикале эпином и цирконом……………………… 745.2.2.
Применение препаратов ЭкоФуса и циркона на льне-долгунце……. 77РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ…………………………………………………… 83СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. …………………………………………………….. 85БЛАГОДАРНОСТИ…………………………………………………………….. 973ВВЕДЕНИЕПостановка проблемы, ее актуальность.Растения являются компонентами биосферы, которые выполняют важнуюзадачу синтеза органических веществ, используемых в дальнейшем всемиживыми организмами. Результатом их жизнедеятельности является также наличиекислорода в атмосфере в концентрации, достаточной для существованияаэробных организмов. Растения выполняют огромную геохимическую работу,обусловленную, прежде всего, их способом минерального питания и водообмена.Особую роль в жизни растительного организма играют фотосинтетическиереакции,происходящиевхлоропластах.Врезультатеэтихреакцийустанавливается система прямых и обратных связей, имеющих существенноезначение в поддержании клетки как целостной функциональной единицы, гибкоприспосабливающейся к действию различных эндогенных и экзогенныхфакторов.Внастоящеевремявосновномустановленысоставиструктурафотосинтетического аппарата растений, исследованы механизмы отдельныхреакцийфотосинтеза,начинаяот поглощениясвета,переносаэнергиивозбуждения к реакционным центрам, электронного транспорта, синтеза АТФ икончая биохимическими реакциями цикла Кальвина – Бенсона.
Вместе с тем,вопросорегуляторныхфункционированиемеханизмах,фотосинтетическогообеспечивающихаппарата,егооптимальноеадаптациюкизменяющимся внешним условиям, устойчивость к многочисленным стрессовымфакторам в значительной степени остается еще открытым. В наибольшей степениэтирегуляторныемеханизмыпроявляютсявиндукционныхэффектах,наблюдаемых, например, при включении освещения после периода темноты.В последние годы для изучения структурно-функциональной организациифотосинтетического аппарата растений активно используются флуоресцентныеметоды.
Среди них – метод, основанный на регистрации спектров флуоресценции4листьев растений, а также метод импульсной флуориметрии, получившийширокоераспространениеимпульсныхфлуориметровпосленачаласемействапромышленногоРАМпроизводства(Pulse Amplitude Modulationfluorometer). Вместе с тем, по-прежнему актуальной остается проблемаоднозначной интерпретации результатов, получаемых этими методами, иустановлениеколичественныхвзаимосвязеймеждуфлуоресцентнымихарактеристиками растений, с одной стороны, и функциональной активностьюфотосинтетического аппарата, − с другой.
Известно, например, что форма спектрафлуоресценции зеленого листа отражает содержание в нем хлорофилла. Вместе стем, соотношение максимумов в длинноволновой области спектра существеннозависит от множества других факторов, влияющих на общее физиологическоесостояние растения.В связи с этим представляет интерес совместное использование обоих этихметодов (спектров флуоресценции и импульсной флуориметрии) для изученияфотосинтезирующих объектов, находящихся в одних и тех же, строгоконтролируемых экспериментальных условиях.
Перспективным также, с точкизренияинтерпретациирезультатов,являетсяизучениефлуоресцентныххарактеристик растений, обработанных веществами с известным избирательнымдействием на фотосинтез.Вданнойработеуказанныевышефлуоресцентныеметодыбылииспользованы для решения ряда задач, каждая из которых представляетсамостоятельный научный и практический интерес. Эти задачи связаны сизучением особенностей фотосинтетического аппарата растений, находящихся вразличных физиологических условиях: после выращивания при пониженнойосвещенности;вусловияхосеннейдеградациихлорофилла;послепродолжительной адаптации к высокой и низкой освещенности; после обработкифторидом натрия, известным своим ингибирующим действием на ферментфосфатазу; после обработки рострегулирующими препаратами, перспективными сточки зрения их использования в сельскохозяйственной практике.5Цель и задачи исследования.Цель работы заключалась в выяснении взаимосвязи между изменениямифлуоресцентных показателей листьев растений, с одной стороны, и структурнофункциональных характеристик фотосинтетического аппарата, − с другой.
Вработе использованы два основных флуоресцентных метода: один из них основанна регистрации спектров флуоресценции листьев растений, другой – на измерениииндукционных изменений флуоресценции с помощью импульсного флуориметраРАМ-2500.Задачи исследований:1. Изучение спектров флуоресценции листьев растений при разномсодержании хлорофилла. В качестве основного объекта исследований быливыбранырастениябобов,выращенныеприпониженнойосвещенности.Предполагалось исследовать корреляцию между соотношением максимумов F2/F1флуоресценции хлорофилла в длинноволновой области спектра, с одной стороны,и содержанием хлорофилла в листе, − с другой. Для выяснения того, насколькоданная корреляция является универсальной, предполагалось исследовать такжеспектры флуоресценции листьев дуба в условиях осенней деградации хлорофиллаи сопоставить их со спектрами, известными из литературы и полученными надругих древесных породах.2.
Измерениекинетикифлуоресценции,коэффициентовфото-инефотохимического тушения флуоресценции листьев традесканции, растениякоторой в течение длительного времени (2–3 месяца) выдерживали в одномслучае на сильном, а в другом – на относительно слабом свету. В этих опытахпредполагалосьвыявитьадаптационныеизменениявструктурно-функциональной организации фотосинтетического аппарата, направленные наформирование механизмов его защиты от фотоповреждения.63. Измерение кинетики флуоресценции хлорофилла а в листьях бобов,обработанных фторидом натрия – веществом с известным избирательнымдействием на фотосинтез.
Фторид натрия – ингибитор фосфатазы и, такимобразом, должен влиять на распределение энергии возбуждения молекулпигментов между фотосистемами. Предполагалось выявить закономерности визменении основных флуоресцентных показателей, регистрируемых методомимпульсной флуориметрии, и дать их интерпретацию с точки зрения упомянутоговыше воздействия NaF на фотосинтетический аппарат.4. Изучение флуоресцентных и физиологических характеристик растений(тритикале, лен-долгунец), семена и проростки которых были обработаны рядомрострегулирующих препаратов (совместно с сотрудниками РГАУ – МСХА имениК.А.
Тимирязева). В этих опытах предполагалось сопоставить измененияфлуоресцентных показателей (отношение ω = F2/F1 максимумов в спектрефлуоресценции, показатель (FM−FT)/FT, характеризующий фотосинтетическуюактивность) растений, обработанных физиологически активными веществами, сизменениемфизиологическихпоказателей,включаяконечнуюсельскохозяйственную продуктивность.Научная новизна работы.Впервые проведено количественное сопоставление спектров флуоресценциилистьев растений (бобы, дуб) и индукционных изменений флуоресценции,регистрируемых методом импульсной флуориметрии, на растениях, находящихсяв одних и тех же экспериментальных условиях, в широком диапазоне изменениясодержания хлорофилла в листе.Впервые, с использованием метода импульсной флуориметрии, изученыизменения в структурно-функциональной организации растений (на примеретрадесканции), связанные с их длительной адаптацией к высокой и низкойосвещенности и направленные на формирование механизмов защиты отфотоингибирования.7Впервые,сиспользованиемфлуоресцентныхметодовисследования,установлено стимулирующее действие ряда рострегулирующих препаратов (эпин,циркон, ЭкоФус) на фотосинтетический аппарат растений тритикале и льнадолгунца.
Также впервые показано, что увеличение флуоресцентных показателей,связанных с регистрацией спектров флуоресценции и индукционных измененийфлуоресценциилиста,сопровождаетсяувеличениемфизиологическихпоказателей (содержание хлорофилла, высота растений) и в конечном итоге –повышением урожайности данных сельскохозяйственных культур.Практическое значение работы.Разработанная в работе методика последовательной регистрации серииспектров флуоресценции листьев растений может быть использована прирешенииширокогокругаприкладныхзадачбиофизикифотосинтеза ифизиологии растений.
В числе таких задач – оценка экологического статусаокружающей природной среды, влияния различных препаратов, используемых всельскохозяйственной практике, на физиологическое состояние растений и проч.Установленныезакономерностивизменениииндукционныхкривыхфлуоресценции и соответствующих показателей импульсной флуориметрии длярастений бобов, обработанных фторидом натрия, могут быть использованы приинтерпретации результатов, полученных на растениях, находящихся в различныхфизиологических условиях.Результаты, полученные в опытах с рострегулирующими препаратами (эпин,циркон, ЭкоФус), имеют практическое значение, связанное с возможностьюиспользования этих препаратов в практике сельского хозяйства. Эти результатыподтверждают перспективность использования спектров флуоресценции зеленоголиста и метода медленной индукции флуоресценции для оценки эффективностиразличных применяемых на практике физиологически активных препаратов.8Апробация работы.Основные результаты диссертации докладывались на:- международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2011» (Москва,2011);- XI международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения иперспективы их использования» (Пущино, 2015);- XIX международной школе для студентов и молодых ученых по оптике,лазерной физике и биофизике.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
