Диссертация (1154473), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Внастоящее время опубликовано множество работ о проявлении ГВ адаптогенныхсвойств по отношению к растениям, находящимся в условиях разнообразныхабиотическихкислотностифизико-химическихсреды,повышенныхстрессов:инеблагоприятныхпониженныхзначенияхтемпературах,засухе,переувлажнении, избыточном или недостаточном минеральном питании и др.(Kulikova et al., 2005; Zhang et al., 2006). Существует гипотеза, чтофизиологическая активность ГВ повышается в присутствии стрессовых факторов,т.е. эффективнее проявляется в экстремальных условиях.
Имеется достаточноеколичество работ подтверждающие данную гипотезу. Есть сведения, что ГВмогут положительно влиять на рост и развитие растений (всхожесть семян, длинакорней проростков и т.д.). Существуют данные о прямых и косвенныхположительных воздействиях ГВ на рост и развитие фотосинтезирующихорганизмов путем воздействия на клеточные мембраны, которые приводят кповышению транспорту минералов, повышению синтеза белка, активностигормонов растений, стимулированию фотосинтеза, модифицированию активностиферментов,растворениюмикроэлементовимакроэлементов,сокращениеактивных уровней токсичных минералов и увеличению микробных популяций(Seyedbagheri et al., 2010).Однако исследования по влиянию ГВ на световые реакции фотосинтезамикроводорослей еще не проводились. Поэтому впервые была проведена оценкавлияния ГВ на световые кривые флуоресценции микроводоросли Scenedesmusquadricaudaсиспользованиемпараметровфлуоресценции(формулы71представлены в Материалах и методах).
В данной работе были использованынесколько видов ГВ. Для изучения влияния ГВ на параметры световых кривыхбыли выбраны ГК и ФК черноземных почв. Препараты гуминовых кислот (ГК) ифульвокислот (ФК), выделены из чернозема в Курской области. Все образцы ГВбылилюбезнопредоставленыкоординаторомроссийскогоотделенияМеждународного Гуминового сообщества (IHSS, США), проф. И. В. Перминовой.Влияние ГВ на скорость роста микроводоросли S. quadricauda оценивали поизменению параметра флуоресценции (FO). Параметр FO связан с обилием клетокмикроводорослей (Маторин, Рубин, 2012). Обнаружено, что ГВ черноземныхпочв в нормальных условиях обладали слабовыраженным стимулирующимвоздействием на рост микроводоросли S.
quadricauda (Рисунок 19). Данноеутверждение отражено во многих литературных источниках (Куликова, 2008).120%Fo, % от контроля111%105%100%100%80%60%40%20%0%контрольРисунок19.КоличествоФКклетокГКмикроводорослиS.quadricauda,рассчитанное по изменению параметра FO при добавлении ГК и ФК черноземныхпочв (10 мг/л) через 72 ч инкубации.Изменения в функционировании фотосинтетического аппарата при действииГВ исследовали с помощью световых зависимостей параметров флуоресценции(Рисунок 20). При определении относительной скорости нециклическогоэлектронного транспорта (ETR), рассчитанной по параметрам флуоресценции,обнаружили,чтовнесениеГВприводиткувеличениюскоростифотосинтетического электронного транспорта (Рисунок 20).
При этом ГК72черноземных почв в большей степени стимулировали электронный транспорт посравнению с ФК.Также установлено, что ГК влияют на состояние фотосинтетическихмембран, что привело к увеличению нефотохимического тушения флуоресценции(NPQ), отражающего изменение электрохимического протонного градиента намембране (Рисунок 20 Б). Параметр NPQ включает: самый быстрый компонент,который отражает энергизационное тушение (qE), которое связано с накоплениемпротоноввнутритилакоидов(закислениевнутритилакоиднойсреды),сопряженным с фотосинтетическим транспортом электронов (Shreiber, 2004).Градиент концентрации протонов между внутренней и наружной средойтилакоидов используется протонной АТФ-синтетазой мембран хлоропластов длясинтеза АТФ, используемой в реакциях восстановления углерода. Его амплитудаи кинетика релаксации служат важными показателями функциональногосостояния хлоропластов.
Более медленный процесс релаксации тушения (q T)отражает переходы между состояниями мембран хлоропластов в результатемиграции светособирающих хлорофилл-белковых комплексов между ФС I и ФСII, которые связаны с фосфорилированием светособирающих хлорофиллбелковых комплексов и регулируют баланс распределения энергии поглощенногосвета между ФС I и ФС II. Кроме того, высокие значения градиента Н+ нафотосинтетической мембране при действии света высокой интенсивностиприводят к ферментативной перестройке каротиноидов ксантофиллового цикла,тушащих избыточное состояние хлорофилла антенного комплекса.
Наконец,самый медленный процесс релаксации связан с восстановлением от тушения,обусловленного фотоингибированием реакционных центров ФС II (qI). В нашемэксперименте ФК практически не оказывали воздействие на состояниефотосинтетических мембран. Предположение о возможном влиянии ГК намембраны клеток ранее высказывались в литературе (Garcia et al., 2016; Gholami etal., 2013; Olaetxea et al., 2016; Seyedbagheri et al., 2010).3А100908070605040302010031Б22NPQ, отн.ед.ETR, отн.ед.731.52110.500200400600Освещенность, мкмоль8001000квантов·м-2·с-10200400600Освещенность, мкмоль800квантов·м-2·1000с-1Рисунок 20.
Изменения световых кривых параметров флуоресценциимикроводоросли S. quadricauda при влиянии ГК и ФК черноземных почв вконцентрации 10 мг/л и времени инкубации 24 ч. А – относительная скоростьнециклического электронного транспорта (ETR), Б – нефотохимическое тушениефлуоресценции (NPQ).
1 – контроль, 2 – ФК черноземных почв, 3 – ГКчерноземных почв.Детальное исследование воздействия ГВ на световые реакции фотосинтезабыло проведено при регистрации индукционных кривых флуоресценции вмиллисекундном интервале времени. Индукционные кривые представляют собойувеличение интенсивности флуоресценции после включения действующего света,отражающее постепенное восстановление переносчиков электронов между двумяФС. Измерение флуоресценции на разных фазах кривой позволяет судить опротекании различных стадий фотосинтеза (Strasser et al., 2004).
В таблице 2приведены параметры, рассчитанные из индукционных кривых флуоресценциихлорофилла клеток микроводоросли S. quadricauda в присутствии ГВ.Таблица 2. Параметры флуоресценции хлорофилла микроводоросли S.quadricauda при воздействии ГВ черноземных почв в концентрации 10 мг/л ивремени инкубации 24 часа. В таблице представлена медиана выборки при n=5,уровень значимости отличий принят за P<0,05 (*). % – процентное изменение отконтроля.74Значение параметра в присутствии ГВПараметрFV/FMVJVIφEoPIABSABS/RCDIO/RCFV/FOTRO/RCETO/RCКонтроль0,53(100%)0,44(100%)0,80(100%)0,29(100%)0,57(100%)2,4(100%)1,1(100%)1,1(100%)1,3(100%)0,69(100%)ФК черноземныхпочв0,54(103%)0,44(100%)0,80(100%)0,30(103%)0,66*(116%)2,3(96%)1,0(91%)1,2(109%)1,2(92%)0,69(100 %)ГК черноземныхпочв0,59(113%)0,38*(86%)0,80(100%)0,37*(128%)1,3*(228%)1,9*(79%)0,77*(70%)1,5*(136%)1,1(84%)0,71(103%)При действии ГК снизилось количество реакционных центров ФС II с низкойскоростью восстановления вторичного акцептора QB (участок, связывающийпластохинон).
Это отражено в уменьшении коэффициента VJ. При изучениипараметра VI, являющимся индикатором состояния редокс-состояния пулапластохинона в темноте, обнаружили, что ГВ не влияли на наличие окисленныхмолекул пластохинона сайта QB.Обобщающий параметр PIABS в присутствии ГК увеличивался вдвое, чтоговорит о степени увеличения функциональной активности ФС II в 2 раза. Этопроисходит из-за повышения доли активных РЦ и снижение тушениявозбужденных состояний в антенне. Повышение доли активных РЦ приводит куменьшению размера антенны (ABS/RC). Увеличение активных РЦ и квантовойэффективности переноса электронов от QA- (φEo) приводит к снижениюнефотохимических потерь (DIO/RC). Увеличение параметра FV/FO до 35 % в75присутствии ГК и на 9 % в присутствии ФК, говорит о стимулирующемвоздействии ГВ на эффективность расщепления воды в кислоровыделяющемкомплексе. В литературных источниках имеются данные, что ГВ могутспособствовать дыханию и процессам фотосинтеза путем модифицированияфункционированиямитохондрийихлоропластов(Orlovetal.,2005).Исследование параметров индукционных кривых флуоресценции подтверждаюттот факт, что ГВ могут оказывать стимулирующее влияние на функционированиефотосинтетического аппарата микроводоросли S.
quadricauda.На рисунке 21 представлены состояния фотосинтетического аппарата клетокмикроводорослиScenedesmusquadricauda,рассчитанныеизпараметровиндукционных кривых флуоресценции при наличии и отсутствии влияния ГВ.При воздействии ГВ, по сравнению с контролем, происходило уменьшениеразмера антенны ABS/RC, снижение потока энергии возбуждения, улавливаемойодним активным реакционным центром (TR/RC), увеличение потока электронов,переносимых через один активный реакционный центр (ET/RC), и снижениедиссипации энергии в тепло (DIO/RC).Контроль (отсутствие ГВ)Состояние объекта при наличии ГВРисунок 21. Модели энергетических потоков микроводоросли Scenedesmusquadricauda при наличии и отсутствии ГВ в концентрации 10 мг/л и времениинкубации 24 часа.
Относительная величина каждого параметра представленашириной соответствующих стрелок. Мембранная модель представляет собойспецифическую активность, отнесенную к единичному реакционному центру(RC). Средний размер антенны представлен параметром ABS/RC. Потоки76поглощенной и уловленной невосстанавливающими центрами ФС II энергиипоказаны как диагонально заштрихованные стрелки ABS/RC и TR/RC.
DIО/RC–общее количество энергии, рассеиваемой одним реакционным центром (RC) ввиде тепла (согласно Гольцев c соавт., 2014; Strasser. et. al., 2010).Наше исследование показало, что ГВ могут положительно воздействовать насостояниефотосинтетическихпроцессовмодельноготест-объекта–микроводоросли S. quadricauda. Добавление ГВ приводило к увеличениюскоростинециклическогоэлектронноготранспорта(ETR),индексапроизводительности фотосинтеза (PIABS), максимального квантового выходапервичной фотохимической реакции (FV/FM).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
