Диссертация (1105090), страница 8
Текст из файла (страница 8)
19).При регистрации индукционных изменений флуоресценции листьевдуба, находившихся на различных стадиях осенней деградации хлорофилла,были выявлены следующие закономерности (рис. 20). Интенсивностьфлуоресценции второго в серии листа, начинающего терять ярко-зеленуюокраску (кривая 2), была незначительно выше, чем у самого «зеленого»образца (кривая 1), затем наблюдалось монотонное снижение интенсивностифлуоресценции по мере пожелтения и уменьшения содержания хлорофилла(кривые 3-6)Рис. 19. Зависимость коэффициента Fv/Fm от содержания хлорофилла влистьях дуба.51Рис.
20. Характерные кривые индукционных изменений флуоpеcценциилистьев дуба при разном содержании хлорофилла: (1) 1,97 мг/г; (2) 1,32 мг/г;(3) 0,62 мг/г; (4) 0,54 мг/г; (5) 0,40 мг/г; (6) 0,18 мг/г.52На кривых 1−4 после примерно 3 мин освещения листа действующимсветом наблюдался пик флуоресценции, который по мере уменьшениясодержания хлорофилла в образцах в целом затягивался во времени иуменьшался по интенсивности. В литературе данный пик известен как пикМ2. Предполагается, что он связан с реакциями азотного метаболизма[69,70].АзотныйметаболизмвосстановленныхявляетсяфотопродуктовмощнымФС1потребителемвтакАТФиназываемомглутаминсинтетазном-глутаматсинтазном (GS-GOGAT) цикле (рис. 21).Предполагается, что пик М2 связан с усиленным потреблением АТФглютаминсинтетазой [70].
В стационарном состоянии отношение [АТФ]/[2Н],используемых в цикле, равно 1, но в период индукции фотосинтеза, когдапул глутамина в хлоропласте низкий, высокая активность глутаминсинтетазыприводит к тому, что весь произведенный глутамат используется для синтезаглутамина. Таким образом, отношение [АТФ]/[2Н], используемых в цикле,возрастает до 2 [70]. При этом происходит замедление работы циклаКальвина из-за расходования АТФ в GS-GOGAT цикле и тормозитсянециклический электронный транспорт.Рис. 21. GS-GOGAT цикл: GS – глутаминсинтетаза, GOGAT –ферредоксин-зависимая глутаматсинтаза; Glu – глутамат; Gln – глютамин(согласно [70]).Быстрое расходование АТФ приводит к увеличению активности АТФсинтазного комплекса и уменьшению градиента pH, результатом чегоявляетсяснижениенефотохимического53тушения.В пользуданногопредположениясвидетельствует«провал»накривыхизменениякоэффициентов NPQ, по времени совпадающий с максимумом М2 (рис.
22).Рис. 22. Xаpактеpные изменения коэффициентов фотоxимичеcкого инефотоxимичеcкого тушения флуоpеcценции листьев дуба при разномсодержании хлорофилла: (1) 1,97 мг/г; (2) 1,32 мг/г; (3) 0,62 мг/г;(4) 0,54 мг/г; (5) 0,40 мг/г; (6) 0,18 мг/г.54Процесс старения листа заключается в преобладании распада активныхклеточных структур над их синтезом. В частности, в работе [71] былопоказано, что при старении хлоропластов происходит значительноеизменение состава жирных кислот. Это приводит к снижению активностипротонной помпы и уменьшению фотофосфорилирования. В работе [72] помере старения листьев свеклы наблюдалось увеличение стационарногозначения NPQ и уменьшение стационарного значения ΦPSII. В нашихэкспериментах подобные закономерности можно наблюдались лишь вслучаях 1 и 2 (рис.
22). В случаях 36 (рис. 22) наблюдалось постепенноеснижение показателя NPQ. Данные отличия можно отнести к различнойстепени старения объектов исследования.По данным [73], снижение интенсивности флуоресценции после пикаМ2 совпадает по времени с увеличением концентрации зеаксантина, которыйучаствует в формировании нефотохимического тушения флуоресценциихлорофилла. В работе [70] было продемонстрировано увеличение временипоявления и полупериода спада пика М2 для растений, выращенных вусловиях дефицита азотного питания.Таким образом, снижение величины пика М2 по мере уменьшениясодержания хлорофилла в листе может свидетельствовать о нарушениях вработе АТФ-синтазного комплекса, уменьшении концентрации АТФ и, какследствие, снижении активности GS-GOGAT цикла, а «затягивание» пика вовремени − о нарушениях в работе виолаксантинового цикла вследствие,например, деградации пигментов фотосинтетического аппарата, а также обизменениях в условиях функционирования GS-GOGAT цикла в стареющихлистьях.55ГЛАВА4.ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕПОКАЗАТЕЛИЛИСТЬЕВТРАДЕСКАНЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ОСВЕЩЕНИЯВестественныхусловияхрастенияподвергаютсяизменениямосвещенности в широком диапазоне.
При этом недостаток света можетотрицательно сказываться на эффективности фотохимических процессов, аизбыток возбуждающей энергии − иметь негативное воздействие нафотосинтетический аппарат за счет образования триплетной формыхлорофилла а и синглетного кислорода [27].В представленных ниже экспериментах для изучения механизмовзащиты фотосинтетического аппарата высших растений от светового стрессаиспользовали тенелюбивый вид традесканции Tradescantia fluminensis,естественными условиями обитания которой являются тропические леса илюбая влажная и затененная местность юго-восточной Бразилии.
Растенияпредварительно культивировали в течение 2-3 месяцев в двух различных поосвещенности условиях: при низкой интенсивности света (НИС) (50-125мкЭ м−2с−1) и высокой интенсивности света (ВИС) (875-1000 мкЭ м−2с−1).На рис. 23 представлены фотографии растений, использовавшихся вработе. При длительной адаптации к высоким интенсивностям освещенияпроисходит уменьшение площади листьев и изменение их цвета (листстановится более бледным). Подобные изменения в морфологии листьевявляются одним из защитных механизмов от избытка освещения.
Растениеминимизирует площадь поверхности фотосинтезирующих органов и снижаетсодержание в них хлорофилла. По данным работы [33], концентрацияхлорофилла в расчете на 1 грамм сырой массы в растениях, выращенных вусловиях высокой интенсивности, была примерно в 2 раза ниже посравнению с образцами, содержавшимися при низкой освещенности.На рис. 24-27 представлены протоколы измерений флуоресценциилистьев традесканции методом импульсной флуориметрии. Время темновой56адаптации листа составляло 15 мин, затем в течение 30 мин регистрировалииндукцию флуоресценции при освещении образца синим или краснымдействующим светом (ДС) различной интенсивности (40, 150 или 500мкЭ м−2с−1), после чего выключали ДС и при помощи периодическихкратковременныхвспышексветанасыщающейинтенсивностирегистрировали темновую релаксацию.Рис.
23. Растения Tradescantia fluminensis, выращенные в условияхразличных освещенности: а) 50-125 мкЭ м−2с−1; б) 875-1000 мкЭ м−2с−1.Было проведено две серии измерений: в ноябре-январе 2015 г. и мартемае 2016 г. Хотя имелись некоторые различия, вызванные, по-видимому,сезонным влиянием, характерные тенденции в изменении параметровсохранялись. В работе представлены данные весенней серии 2016 г., дляусреднения использовали 3-6 образцов.Максимальный квантовый выход ФС2 для образцов, выращенных приразных интенсивностях освещения, отличался: значения Fv/Fm для высокойинтенсивности были меньше аналогичных для низкой в среднем на 12%(табл.
1). Такое снижение максимального квантового выхода ФС2свидетельствует об ингибирующем эффекте длительного воздействия светанасыщающей интенсивности на фотосинтетический аппарат растений. Приэтом не наблюдалось значительных различий в средних значениях Fv/Fm длялистьев, использованных в измерениях с разными интенсивностямидействующего света, что говорит об однородности используемого материала57и отсутствии возможных повреждений ФС2, способных повлиять нарезультат эксперимента.Таблица 1. Значения Fv/Fm для листьев традесканции, выращенных приразной интенсивности света.ИнтенсивностьНизкая интенсивностьВысокая интенсивностьдействующегосвета при выращиваниисвета при выращиваниисвета, мкЭ м−2с−1Красный ДССиний ДСКрасный ДССиний ДС500,74 ± 0,010,73 ± 0,010,67 ± 0,030,68 ± 0,011500,77 ± 0,010,76 ± 0,010,61 ± 0,040,67 ± 0,025000,76 ± 0,010,74 ± 0,020,65 ± 0,030,69 ± 0,02Присравнениидействующегосветакинетик40ифлуоресценции500мкЭ м−2с−1дляинтенсивностейнаблюдалосьснижениеинтенсивности флуоресценции в ответ на насыщающие вспышки в обоихвариантах освещенности при выращивании (рис.
24 и 26, рис. 25 и 27).Данный эффект объясняется более высокой степенью восстановленностипервичных акцепторов и пула пластохинонов при высокой интенсивностидействующего света. При этом для каждого варианта интенсивности ДС урастений, выращенных в условиях сильной освещенности, был отмеченболее слабый флуоресцентный ответ на насыщающие вспышки,а также болеебыстрое тушение флуоресценции в первые минуты освещения (рис. 24 и 25,рис.
26 и 27). Это может быть объяснено структурными перестройкамифотосинтетического аппарата, вызванными длительным воздействием светавысокой интенсивности на растения и имеющими адаптационный характер.Зависимость коэффициента нефотохимического тушения NPQ отвремени при освещении образца имеет двухфазный характер (рис. 28, 29).
Впервые несколько минут после включения ДС развивается быстрая фаза NPQ(qE), связанная с закислением люмена и активацией регуляторного белкаPsbS. Сразу после включения освещения пул переносчиков электронов58между ФС полностью восстанавливается, однако цикл Кальвина − Бенсонаеще не активен и нециклический транспорт электронов заблокирован. В этомслучае возникает псевдоциклический транспорт электронов, создающий путьоттока электронов и одновременно с этим синтезирующий опасный дляфотосинтетического аппарата супероксидный радикал Ȯ2-.Затем следует более медленная фаза (qZ), при которой, в зависимости отинтенсивности ДС, значение NPQ может снижаться (40 мкЭ м−2с−1, рис.
29)или увеличиваться (150, 500 мкЭ м−2с−1, рис 28). После нескольких минутосвещения происходит активация цикла Кальвина, в котором расходуетсяАТФ. Активируется АТФ-синтаза, что снижает градиент pH на мембранетилакоидов [74]. В условиях низкой интенсивности ДС это приводит кснижению уровня NPQ. При более сильном ДС активация цикла Кальвина неспособна решить проблему избытка энергии и высокого градиента pH и вседополнительные механизмы нефотохимического тушения включаются впроцесс защиты фотосинтетического аппарата от повреждения [75].
УровеньNPQ после 30 мин освещения (qst.st.) отражает активность процессов,направленныхнаперераспределениеэнергиивозбуждениямеждуфотосистемами и преобразование избытка энергии в тепло, а также степеньфотоингибирования.После получасовой темновой релаксации величина NPQ значительноснижается,однакоостаетсяотличнойотнуля.Даннуюмедленнорелаксирующую компоненту нефотохимического тушения принято называтьфотоингибированием (qI). Вклад в величину qI может вносить не толькоповреждение пигмент-белковых комплексов избыточным возбуждающимизлучением, но и медленные обратимые процессы фотозащиты (присутствиезеаксантина или avoidance-эффект).Исследователямипредпринималисьпопыткиразделениявкладовэффектов повреждения и защиты в qI [75,76].
Изучение флуоресценцииэкстрактов листьев ячменя при 77 К [75] показало, что время релаксации qI59возрастает по сравнению с экспериментами на листьях при комнатнойтемпературе. Было сделано предположение, что в развитие qI вносят вкладдва процесса: первый с временем релаксации 30-60 с участвует в тушениифлуоресценции при комнатной температуре и исчезает при 77 К, второй,намногоболеемедленный,−проявляетсятолькопривысокихинтенсивностях возбуждающего света и низких температурах.На рис. 28 представлены зависимости NPQ для действующего света500 мкЭ м−2с−1, обладающего ингибирующим эффектом на фотосинтез.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
