Диссертация (1154473), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Для проведения количественногоанализа характеристик первичных процессов фотосинтеза на основе параметровкинетической кривой OJIP использовали “JIP-тест” (Рисунок 41), параметрыкоторого описаны в разделе “Материалы и методы”. Уже через 3 часа инкубациинаблюдалосьуменьшениеактивностифотосинтезамикроводорослиприконцентрации НЧ серебра 10 мг/л. После суточной инкубации ингибированиепроявлялось при концентрации 0,1 мг/л.Было обнаружено, что НЧ серебра имеют несколько сайтов воздействия напроцессы фотосинтеза микроводорослей S. quadricauda. Во – первых, НЧ серебра118воздействует на акцепторную часть ФС II, о чем свидетельствует увеличениепараметра VJ, при максимальной концентрации (10 мг/л) НЧ серебра. НакоплениеQB-невосстанавливающихся центров приводило к снижению эффективности (φEo)и вероятности (ψo) транспорта электронов ФС II.5124.54БФ, отн.ед.33.5432.5251.5110Рисунок41.100100010000Время, мксИндукционные100000кривые1000000быстройфлуоресценциимикроводорослей S.
quadricauda при действии различных (0,01; 0,1; 1; 10 мг/л)концентраций наночастиц серебра через 24 ч инкубации. 1 – контроль, 2 – 0,01мг/л; 3 – 0,1 мг/л; 4 –1 мг/л; 5 –10 мг/л. Быстрая флуоресценция нормирована наFO.Во – вторых, НЧ серебра воздействует на донорную часть ФС II. Этоподтверждает снижение параметра FV/FO, отвечающего за эффективностькислород-выделяющего комплекса (Таблица 10). При воздействии НЧ серебра намикроводоросли S. quadricauda относительная переменная флуоресценция J-фазы(Рисунок 41) VJ увеличилась с 0,144 до 0,377 (Таблица 10), что указывает наувеличение доли QB-невосстанавливающихся РЦ от ФС II. Фаза JI (3-30 мс)соответствует редукции пула РQ, где VI является индикатором состояния редокссостояния пула PQ в темноте (Stirbet et al., 2014).
Было обнаружено, что НЧсеребра снижают данный параметр, при максимальной концентрации 10 мг/л, т.е.влияют на наличие окисленных молекул PQ сайта QB.119Таблица 10. Параметры OJIP индукционных кривых флуоресценциимикроводорослей S. quadricauda при действии различных концентраций (0,01; 0,1;1; 10 мг/л) НЧ серебра через 24 ч инкубации. В таблице представлена медианавыборки при n=5, уровень значимости отличий принят за P<0,05 (*).
% –процентное изменение от контроля.ПараметрFV/FMVJFV/FOψoφEoPIABSABS/RCDIO/RCконтроль0,70(100%)0,14(100%)2,36(100%)0,76(100%)0,61(100%)23(100%)0,32(100%)0,09(100%)0,01мг/л0,70(100%)0,15(107%)2,36(100%)0,86(113%)0,59(97%)21(91%)0,34(106%)0,1(111%)0,1 мг/л0,68(97%)0,19*(135%)2,16(92%)0,81(107%)0,58(95%)14*(61%)0,41*(128%)0,16*(177%)1 мг/л0,62(89%)0,21*(150%)1,61*(68%)0,65*(86%)0,41*(67%)7,6*(33%)0,54*(168%)0,21*(233%)10 мг/л0,27*(39%)0,23*(164%)0,38*(16%)0,62*(82%)0,19*(31%)2,4*(10%)0,81*(253%)0,29*(322%)Наиболее чувствительным параметром оказался индекс производительностиPIABS. Наблюдалось снижение значения данного параметра у микроводорослейScenedesmus quadricauda, обработанныеНЧ серебра.
Низкие показателипараметра PIABS указывают на низкую функциональную активность ФС II(Таблица 10). Это происходит из-за снижения доли активных РЦ, что приводит кувеличению размера антенны (ABS/RC) и повышению тушения возбужденныхсостояний в антенне. Уменьшение эффективности передачи энергии возбуждениясо светособирающего комплекса на РЦ сопровождается увеличением рассеиваниянеиспользуемойсветовойэнергии(DIО/RC).Достоверноеснижениеэффективности фотосинтеза FV/FM (Таблица 10) наблюдалось при максимальнойконцентрации НЧ серебра 10 мг/л.120Таким образом, полученные данные показали, что НЧ серебра могут сильноингибировать эффективность фотосинтеза FV/FM микроводорослей S. quadricaudaпри высоких концентрациях. Анализ индукционных кривых показал, что НЧсеребра воздействуют на акцепторную и донорную часть ФС II (FV/FO, φEo).Уменьшение квантового выхода электронного транспорта в ФС II приводило кингибированию функциональной активности ФС II (PIABS) во всем диапазонеконцентраций НЧ серебра.В настоящее время ведется поиск новых агрохимикатов на основе синтеза ГВс различными НЧ.
Поэтому на химическом факультете МГУ, под руководствомПерминовой И.В. впервые был реализован синтез НЧ серебра в среде ГВ. Намибылпроведенсравнительныйанализпараметровфлуоресценциимикроводорослей при добавлении НЧ серебра; НЧ серебра с добавлением ГВ иНЧ серебра, синтезированные с ГВ.Установлено, что НЧ серебра при суточном контакте с микроводоросляминарушают реакции фотосинтеза, что выражается в снижении параметра FV/FM(Таблица11).ПридобавленииГВкНЧсеребранаблюдалидетоксифицирующий эффект, параметр FV/FM, а также другие параметрыприближались к значению контроля (Таблица 11). В тоже время у НЧ серебра,синтезированные с ГВ наблюдается резкое ингибирование реакции фотосинтеза.Максимальное ингибирующее воздействие функциональной активности ФСII наблюдалось у НЧ серебра, синтезированные с ГВ по параметру PIABS.Возможно, высокий токсический эффект НЧ серебра, синтезированные с ГВ,связан с формирование поверхностного слоя ГВ на НЧ серебра.
Это можетспособствовать улучшению сорбции НЧ на поверхности водорослевой клетки.Также причиной может послужить разрушение системы сконденсированныхароматических колец, в результате синтеза НЧ серебра, отвечающих засвязывание токсикантов.Таблица 11. Параметры OJIP индукционных кривых флуоресценциимикроводорослей S. quadricauda при влиянии НЧ серебра; НЧ серебра всочетании с ГК и ФК угля; НЧ серебра, синтезированные с ГВ угля через 24 ч121инкубации.
Концентрация НЧ серебра – 4 мг/л, ГВ – 10 мг/л. В таблицепредставлена медиана выборки при n=5, уровень значимости отличий принят заP<0,05 (*). % – процентное изменение от контроля.ПараметрFV/FMVJVIFV/FOABS/RCETO/RCDIО/RCPIABSφEoqEКонтроль0,71(100%)0,64(100%)0,93(100%)2,4(100%)8,7(100%)2,2(100%)2,6(100%)0,16(100%)0,25(100%)0,18(100%)НЧсеребра0,60*(85%)0,87*(136%)0,75*(81%)1,5*(63%)11*(126%)2,7*(122%)4,4*(169%)0,09*(56%)0,24(96%)0,21*(117%)НЧ серебра и ГВНЧНЧсеребра+ГК серебра+ФК0,690,67(97%)(94%)0,690,78*(108%)(122%)0,940,89(101%)(96%)2,31,9*(96%)(79%)9,110,7*(105%)(123%)2,6*2,6*(116%)(116%)2,82,9*(108%)(112%)0,140,13*(88%)(81%)0,250,24*(100%)(96%)0,180,19(100%)(106%)НЧ серебра,синтезированные с ГВ0,2*(28%)0,95*(148%)0,16*(17%)0,02*(1%)25*(287%)7,3*(327%)8,9*(342%)0,01*(6%)*0,03*(12%)0,66*(367%)122ЗАКЛЮЧЕНИЕФункционированиефотосинтезирующихорганизмовопределяетсуществование почти всех экологических систем на земле.
Основу растительнойклетки составляют световые процессы фотосинтеза, в которых происходитфиксация солнечной энергии. Зеленый пигмент - хлорофилл а, находящийся вфотосинтетических мембранах, помимо сбора световой энергии может служитьприродным датчиком состояния клеток фотосинтезирующих организмов. Принарушении состояния клеток под воздействием неблагоприятных условийпроисходят изменения флуоресценции хлорофилла, которые и служат источникоминформации.В работе при одновременной регистрации индукционных кривых быстрой изамедленной флуоресценции, а также редокс-состояния Р700 удалось выявитьпервичные сайты действия ионов хрома и современных наноматериалов - НЧалмазаисеребра,атакжеГВнасветовыепроцессыфотосинтезамикроводорослей.
Анализ индукционных кривых показал, что одно из первыхмест воздействия этих соединений локализовано на акцепторной части ФС IIмежду акцепторами QА и QВ (Рисунок 42). Это выражалось в изменении такихпараметров, как максимальная фотохимическая эффективность ФС II (FV/FM),электронный транспорт (φEo), индекс производительности (PIABS). В то же времяреакции ФС I, связанной с восстановлением НАДФ, мало изменялась придействииэтихсоединений.Следуетотметить,чтосиспользованиемчувствительных флуоресцентных методов удалось зарегистрировать воздействиеДНА на интактных растениях пшеницы и стимулирующее воздействие ГВ напервичные процессы фотосинтеза.
Эти результаты позволяют рекомендоватьпараметры индукционных кривых флуоресценции хлорофилла для оценкиустойчивости фототрофных организмов к действию современных токсикантов ипрепаратов ГВ при разработке экологически обоснованных норм воздействиядеятельности человека на окружающую среду. Флуоресцентные методы обладают123высокой чувствительностью, производительностью, точностью и позволяютпроводить измерения состояния фотосинтетического аппарата in situ в режимереального времени, что очень важно для решения экологических проблем.Ионы хромаНаноалмазыΔрНФСΙΙФСΙНаносереброАТФ синтазаРисунок 42.
Схема действия ионов хрома, наночастиц серебра и алмаза нареакции фотосинтеза. ФС I – фотосистема I, ФС II – фотосистема II, QА и QВ –первый и второй акцепторы ФС II, P680 – Хл реакционного центра ФС II, PQ иPQH2 – пластохинон и восстановленный пластохинон, комплекс цитохрома b6f,PC-пластоцианин, FeS – связанный железо-серный акцептор ФС I, P700 – Хлреакционного центра ФС I, Fd – растворимый ферредоксин, FNR – ферредоксинНАДФ-редуктаза.124ВЫВОДЫ1. Обнаружено стимулирующее влияние гуминовых веществ (ГВ) насветовые реакции фотосинтеза микроводоросли S.
quadricauda в концентрации 10мг/л. Стимулирующее воздействие ГВ проявлялось в увеличении скорости ростаи реакций фотосистемы II (ФС II), ответственной за выделение О2 и разложениеН2О. Установлено изменение таких параметров флуоресценции в ФС II, какмаксимальный квантовый выход (FV/FM), индекс производительности (PIABS),электронный транспорт (φEo), эффективность кислородвыделяющего комплекса(FV/FO). Обнаружено влияние ГВ на фотосинтетические мембраны клеток.2. Установлено, что ионы хрома, начиная уже с минимальной концентрации(2,5 мг/л), снижают скорость роста и ингибируют электронный транспорт в ФС IIна уровне акцепторов QА у микроводоросли P.tricornutum и S. quadricauda.Наблюдалось уменьшение квантового выхода электронного транспорта в ФС II(φEo), индекса производительности (PIABS) и замедление восстановления пигментаP700, а также увеличение квантовой эффективности рассеивания световойэнергии в антенном комплексе (DIО/RC).
В присутствии ионов хрома обнаруженаактивация циклического транспорта. Наиболее чувствительным параметромоказался PIABS, который можно предложить для обнаружения появления хроматионов в среде на pанниx cтадияx токcичеcкого воздейcтвия. Обнаруженоувеличение устойчивости микроводорослей к действию хрома при добавленииГК.3. Обнаружено, что наноалмазы детонационного синтеза (ДНА) проявляюттоксичность по отношению к растениям пшеницы Triticum aestivum L. в условияхповышенного освещения, что ведет к ингибированию переноса электрона междуQAиQBинарушениюформированиятрансмембранногопотенциала.Использование ДНА, меченных тритием позволило обнаружить увеличениесодержания ДНА в корнях и листьях растений пшеницы Triticum aestivum L.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
