Індукція флуоресценції хлорофілу листків представників роду Philadelphus L. в умовах міста Києва

Размещено на http://www.allbest.ru//

Індукція флуоресценції хлорофілу листків представників роду Philadelphus L. в умовах міста Києва

Аспір. С.М. Костенко ; пров. наук.

Наведено результати досліджень індукції флуоресценції хлорофілу листків представників роду Philadelphus L. За аналізом змін індукції флуоресценції хлорофілу листків визначено вплив умов місця зростання та генотипової специфічності досліджуваних чубушників на окремі показники та коефіцієнти, що характеризують перебіг світлових фаз фотосинтезу й ефективність фотохімічних процесів для темнових фаз засвоєння енергії світла. Відзначено високу пластичність у структурній організації хлоропластів листків чубушника, яка характеризується інтенсивним спадом флуоресценції хлорофілу до стаціонарного рівня, що є ознакою високої ефективності темнових фотохімічних реакцій.

Ключові слова: індукція флуоресценції хлорофілу, фотосинтез, Philadelphus. хлорофіл індукція чубушник philadelphus

Відомо, що в умовах значного антропогенного навантаження на зовнішнє середовище вивчення оптичних властивостей листя і поглинання ними світла має велике значення для розуміння загальних принципів засвоєння сонячної енергії, механізмів фотосинтезу й адаптаційних процесів у рослинах. Для одержання найбільш повної інформації про структурно-функціональні характеристики фотосинтетичної активності (ФСА) листків рослин широко використовується метод індукції флуоресценції хлорофілу (ІФХ) [5, 8-12].

Флуоресценція хлорофілу є тим показником, який дає змогу досліджувати в живих об'єктах перебіг фотохімічних реакцій, пов'язаних із роботою так званої фотосистеми 2 (ФС2), яка є найчутливішою до факторів зовнішнього середовища. Первинні процеси фотосинтезу поглинають енергію випромінювання та перетворюють її на хімічну енергію, а не засвоєне хлорофілом світло - флуоресціює. Процеси світлової та темнової фази фотосинтезу відображають зміну флуоресценції хлорофілу [7, 8].

Метою дослідження було вивчення ступеня адаптації фотосинтетичного апарату листків різних чубушників до світлового фактора за допомогою методу ІФХ.

Матеріали і методи дослідження. Оцінку функціонального стану листків представників роду Philadelphus L. здійснювали портативним приладом "Флора-тест", який розроблений державним науково-інженерним центром мік- роелектроніки Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова. Цей прилад дає змогу реєструвати індукційну криву флуоресценції ("криву Каутського"), за параметрами якої можна з'ясувати перебіг процесів як світлової, так і темнової фаз фотосинтезу. Форма ІФХ чутлива до всіх змін у будь-якій ланці фотосинтезу, спричинених факторами зовнішнього середовища [1, 2, 4, 7].

Для інтегральної оцінки стану фотосинтетичного апарату методом ІФХ зелений листок чубушника розташовували між пластинами виносного оптичного сенсора приладу "Флора-тест" і впродовж 3 хв реєстрували зміни флуоресценції хлорофілу. За основними параметрами кривої ІФХ: Fo - фоновий рівень флуоресценції на момент повного відкриття затвору; Fpi - рівень її на час досягнення тимчасового сповільнення зростання її сигналу, так зване "плато"; Fp - максимальне значення флуоресценції; Ft - стаціонарний рівень її через 3 хв після початку освітлення, проводили оцінку функціонального стану листків. Дані з приладу передаються на ПК, де інтерпретуються програмою "Floratest" в MS Excel.

Результати досліджень. Внаслідок проведеного аналізу змін ІФХ визначено вплив умов місця зростання та генотипової специфічності на окремі показники ІФХ листків досліджуваних чубушників та коефіцієнти, що характеризують перебіг світлових фаз фотосинтезу й ефективність фотохімічних процесів для темнових фаз засвоєння енергії світла. Так, показник Fo відповідає за початковий рівень ІФХ і зумовлений енергією світла, що випромінюється хлорофілами, які не беруть участі в процесі фотосинтезу (енергія від них не надходить до реакційних центрів). Його рівень для більшості представників роду Phila- delphus L. змінюється у межах 73-85 у.о. (табл.).

Табл

Цей показник істотно вирізняється лише у Ph. coronarius Nana та Ph. co- ronarius він і становить відповідно 65,23 і 102,74 у.о. Така різниця може бути пов'язана з умовами їх зростання і передусім надходження сонячної радіації. Для Ph. coronarius Nana відзначено більш високий рівень освітлення, що зумовлює зменшення параметра Fo. Для Ph. coronarius умови освітлення хоч і достатні, але він дещо притінений сусідніми деревами, завдяки чому відзначено структурні зміни пігментного комплексу, спрямовані на ефективніше засвоєння сонячної енергії. В останньому випадку від збільшення кількості антенних хлорофілів, що найвірогідніше зумовлює підвищення початкового рівня флуоресценції.

Найбільш інтегрованим показником, який характеризує ефективну структуру організації пігментної системи (ФС2), є коефіцієнт Fv/Fp. Варто зауважити, що для досліджуваних зразків він найбільший у Ph. coronarius Nana та Ph. coronarius і дорівнює 0,56, що є свідченням пластичності структурних змін в організації пігментного комплексу хлоропластів роду Philadelphus L., що закономірно відображає їх приналежність до рослин другого ярусу. Для цих рослин саме пристосованість до умов освітлення є вирішальною ознакою, що допомагає їм вижити в складних умовах зовнішнього середовища. В інших дослідних культиварів цей показник був у межах 0,44-0,50 у.о. що є достатнім для забезпечення функціонування пігментного комплексу ФС2.

Показник флуоресценції на рівні Fpl зумовлений швидким насиченням енергії по реакційних центрах (РЦ), які не передають енергію на електрон транспортний ланцюг (вони не відновлюють первинний акцептор Qa і таким чином є РЦ, що не відновлюють електрон транспортний ланцюг). Наростання флуоресценції від Fo до Fpl характеризується показником dFpl і в нашому випадку він знаходиться в межах від 15 до 43 у.о. Вважається, що за умов насичення за інтенсивністю збуджуючого світла співвідношення dFpl/Fv де остання зміна флуоресценції, яка дорівнює Fpl-Fo? характеризує частку Qa не відновлюваних реакційних центрів. У нашому експерименті рівень інтенсивності збуджуючого світла був меншим, тому співвідношення dFpl/Fv було значно більшим. Однак за таких умов збуджуючого світла цей показник може характеризувати інфікова- ність рослин вірусами [6].

За даними вірусолога М.М. Кирик із співавторами, перевищення рівня dFpJFv більше 0,4 при інтенсивності збуджуючого світла, що не насичують за енергією пігментну матрицю, свідчить про високий рівень вірогідності ураження рослин вірусною інфекцією [6]. У нашому експерименті цей коефіцієнт знаходиться в межах 0,27-0,37, що може бути свідченням неінфікованості досліджуваних зразків.

Fp параметр, який характеризує найвищий рівень флуоресценції Хл а, що реєструється у вигляді максимуму на індукційній кривій. За умов насиченої інтенсивності світла максимальне значення флуоресценції на індукційній криві зобов'язане динамічній рівновазі між процесами флуоресценції, фотохімії та теплової дисипації. Вважається, що в точці Fp, за умов максимальної флуоресценції, фотосинтез знаходиться на мінімальному рівні [9]. Для досліджуваних нами рослин він знаходиться в межах 129-230 у.о. Цей показник найбільш варіабельний з усіх інших, що зумовлено адаптивними змінами в структурі пігментного комплексу. При недостатньому освітленні відбувається збільшення як світлозбиральних, так антенних хлорофілів, що супроводжується зростанням рівня Fp, особливо у виду Ph. coronarius, у якого він становив 231,62 у.о. В інших представників цей показник був меншим і варіював від 129,30 у Ph. l. 'Manteau d'Hermine' до 160,94 у Ph. l. 'Albatre'.

Поява другого максимуму на індуктивній кривій зобов'язана процесу фотохімічного засвоєння енергії та її тепловою дисипацією, конкуренцією темнових фотосинтетичних циклів. У нашому випадку інтенсивність флуоресценції у другому максимумі змінюється від 125 у.о. до 213 у.о. Вважається, що за умов недостатньої освітленості інтенсивність параметра Fp2 може бути вищою за Fp. При цьому ми не реєстрували жодного випадку перевищення Fp2 над Fp, що свідчить про достатнє освітлення дослідних рослин. Спадання флуоресценції від Fp2 супроводжується зростанням інтенсивності фотосинтезу, активацією основного ферменту циклу Кальвіна, рибульоза біфостфат карбоксилази, тому прилади типу "Флора тест", які дають змогу оцінити наростання ефективності циклу Кальвіна за параметром Fp-Ft/Ft часто називають "Rubisco-мірами" [7, 12]. У досліджених нами рослин цей коефіцієнт змінюється в межах 0,98-2,12, а найнижчу ефективність фотохімічних процесів зафіксовано у Ph. coronarius, що можливо пов'язано з реакцією ферментів циклу Кальвіна на недостатню освітленість.

Інтенсивність спаду флуоресценції до рівня Ft характеризується коефіцієнтом Fp2 -F/Fp2. У нашому випадку цей коефіцієнт змінюється від 0,45 у Ph. coronarius до 0,65 у Ph. l. Albatre. Для інших культиварів він знаходиться в межах 0,53-0,59 що вказує на високу інтенсивність фотохімічних процесів у цих рослин.

Висновки

Таким чином, установлено високу пластичність у структурній організації хлоропластів листків представників роду Philadelphus L., що характеризується параметрами Fo, Fp, F^/Fp. При цьому навіть за умов високої ІФХ визначено достатньо ефективну структурну організацію пігментної системи (ФС2), що характеризується коефіцієнтом F/Fp.

За коефіцієнтом "плато" dFpl/Fv показано, що дослідні рослини вільні від вірусної інфекції. Хлоропласти листків досліджуваних чубушників, характеризуються значним спадом флуоресценції хлорофілу до стаціонарного рівня, що є ознакою інтенсивного перебігу темнових фотохімічних реакцій.

Література

Брайко Ю.А. Хронофлуорометр "Флоратест": инструкция по эксплуатации прибора / Ю.А. Брайко, Р.Г. Имамутдинова. - К. : Вид-во "Лібра", 2007. - 11 с.

Брайон А.В. Флуоресцентно-микроскопическое исследование некоторых физиологических свойств тканей и клеток многолетних растений : автореф. дисс. на соискание учен. степени канд. биол. наук: спец. № 101 "Физиология растений" / А.В. Брайон. - К., 1968. - 19 с.

Кучерявий В.П. Дослідження флуоресцентних параметрів листового апарату дерев урбо- генних ландшафтів / В.П. Кучерявий, В.І. Мокрий, С.Д. Гриджук та ін. // Проблеми ЛА та СПБ : матер. I Міжнар. семінару. - Т. 1. Проблеми ландшафтної архітектури, урбоекології та озеленення населених місць. - Львів : Вид-во УкрДЛТУ, 1997. - С. 139-142.

Брайон О.В. Інструментальне вивчення фотосинтетичного апарату за допомогою флуоресценції хлорофілу / О.В. Брайон, Д.Ю. Корнєєв, О.О. Снєгур, О.І. Китаєв. - К. : ВПЦ "Київський університет", 2000. - 13 с.

Карапетян Н.В. Переменная флуоресценция хлорофилла как показатель физиологического состояния растений / Н.В. Карапетян, Н.Г. Бухов // Физиология растений. - 1986. - Т. 33, вып. 5. - С. 1013-1026.

Кирик М.М. Діагностика вірусної інфекції смородини чорної та малини методом індукції флуоресценції хлорофілу листків / М.М. Кирик, Ю.М. Таранухо, М.П. Таранухо та ін. // Вісник аграрної науки : зб. наук. праць. - 2011. - Вип. 10. - С. 26-28.

Корнеев Д.Ю. Информационные возможности метода индукции флуоресценции хлорофилла / Д.Ю. Корнеев. - К. : Вид-во "Альтерпрес", 2002. - 188 с.

Размещено на Allbest.ru