Действие гипертермии и света высокой интенсивности на ФСА зеленых проростков ячменя

Действие теплового и светового факторов на фотосинтетические мембраны ячменя

Известно, что ТШ повышает устойчивость растений к последующему солевому стрессу, водному дефициту, высоким концентрациям солей тяжелых металлов, УФ-облучению, биопатогенам и другим стрессорам [7, 378]. Это означает, что кратковременная гипертермия индуцирует формирование механизмов устойчивости растений к факторам иной природы, т. е. перекрестную адаптацию. О механизмах последовательного действия повышенной температуры и света высокой интенсивности в литературе сведения отсутствуют, хотя, как правило, в природе эти стрессоры действуют совместно на растительный организм.

В эксперименте в качестве контроля использовали 6-дневные зеленые проростки ячменя сорта Гонар, выращенные на низкоинтенсивном свету (120 мкмоль квантов /м2-с) с 16-часовым фотопериодом [386, 387]. Часть растений освещали светом высокой интенсивности (СВИ) - 1000 мкмоль/(м2-с) в течение 1 ч, вызывая световой стресс. Источником света служила галогеновая лампа КГ-270, помещенная за водным фильтром. Тепловую обработку проводили в воздушном термостате на свету с интенсивностью 120 мкмоль /(м2 с), при 40 °C в течение 3 часов (ТШ). Часть растений после термоообработки освещали СВИ (1000 мкмоль/(м2 с) в течение 1 ч - вариант, в котором тепловой и световой факторы действовали на растения последовательно (ТШ + СВИ). В этих условиях анализировали содержание фотосинтетических пигментов, количество стабильных продуктов ПОЛ и функциональную активность фотосинтетических мембран методом РАМ-флуориметрии [388].

Освещение зеленых проростков ячменя СВИ в течение 1 ч не вызывает существенного изменения содержания Хл, но повышает содержание каротиноидов в 6-дневных зеленых листьях ячменя (табл. 5.1). При этом уровень ПОЛ, тестируемый по количеству МДА, возрастает более чем в 2 раза (рис. 5.4). Этот факт указывает на окислительный характер повреждения мембранных структур, происходящих под действием интенсивного света. Фо-тоокислительные повреждения фотосинтезирующих организмов связывают с появлением форм активированного кислорода, возникающих в результате нарушений систем переноса электронов в обеих фотосистемах [389], что влечет за собой деструкцию пигментов, белков и липидов фотосинтетических мембран.

Если зеленые проростки ячменя перед освещением СВИ были подвергнуты термообработке, то содержание конечных продукТаблица 5.1. Влияние ТШ и СВИ на содержание фотосинтетических пигментов в 6-дневных зеленых листьях ячменя (мкг/г сырой массы)

Пигмент

Вариант

Контроль

СВИ

ТШ

ТШ+СВИ

Хл а

1,093 ± 0,045

1,028 ± 0,041

1,039 ±0,024

0,880 ±0,154

Хл b

0,369 ±0,013

0,351 ±0,010

0,345 ±0,071

0,309 ± 0,048

Хл (а + Ь)

1,462 ±0,061

1,380 ±0,060

1,384 ±0,028

1,189 ±0,203

Каротиноиды

0,297 ±0,013

0,341 ±0,017

0,278 ± 0,037

0,323 ± 0,053

Хл а/Ь

2,96 ± 0,001

2,929 ± 0,031

3,018 ±0,030

2,842 ± 0,054

Хл + Z>)/Kap.

4,925 ±0,010

4,065 ±0,17

4,917 ±0,144

3,674 ±0,019

Примечание. Контроль - проростки выращивали на свету низкой интенсиности (120 мкмоль квантов/(м2-с); Кар. - каротиноиды.

тов переокисления мембранных липидов заметно снижалось, приближаясь к уровню контроля. Иными словами, ТШ препятствует увеличению стабильных продуктов ПОЛ, которое вызывает высокоинтенсивный свет в листьях ячменя. Следовательно, защитные механизмы, которые включаются в ходе адаптации зеленых проростков ячменя к повышенной температуре, снижают деструктивные повреждения мембранных структур, вызываемые СВИ.

ТБК-продукты. мкмоль г сырой

Влияние ТШ и света высокой интенсивности на содержание стабильных продуктов ПОЛ в зеленых проростках ячменя

Рис. 5.4. Влияние ТШ и света высокой интенсивности на содержание стабильных продуктов ПОЛ в зеленых проростках ячменя

Влияние ТШ и света высокой интенсивности на соотношение основных максимумов флуоресценции Хл (1/1) (+22 °C) в зеленых проростках ячменя

Рис. 5.5. Влияние ТШ и света высокой интенсивности на соотношение основных максимумов флуоресценции Хл (1685/1740) (+22 °C) в зеленых проростках ячменя

По спектрам флуоресценции Хл при комнатной температуре (23 °C) и температуре жидкого азота (-196 °C) можно оценить качественный состав ПБК в хлоропластах и целых листьях [386, 387]. Флуоресценция Хл а в листе при комнатной температуре характеризуется спектром с основным максимумом при 685 нм и небольшим плечом около 740 нм [278]. Анализ спектров флуоресценции 6-днсвных листьев ячменя в наших экспериментах показал уменьшение соотношения максимумов флуоресценции 1685/1740 от 1,75 у контрольного до 1,09 у варианта, освещенного СВИ (рис. 5.5). ТШ не оказывал существенного влияния на соотношение максимумов флуоресценции Хл при комнатной температуре, но способствовал некоторому повышению этого показателя в листьях, испытывающих воздействие СВИ. Чтобы получить более точную информацию о том, какие именно комплексы нарушаются при воздействии теплового и светового факторов, были измерены низкотемпературные спектры флуоресценции Хл при температуре жидкого азота. Во всех исследуемых вариантах в спектрах флуоресценции Хл регистрировались три полосы излучения, характеризующие присутствие в хлоропластах комплексов ССК 2 (685 нм), РЦ ФС 2 (695 нм) и РЦ ФС1 (740 нм) (рис. 5.6). Однако спектры флуоресценции Хл в листьях после воздействия ТШ и СВИ отличались от спектров контрольных растений по интенсивности свечения основных максимумов флуоресценции.

Влияние ТШ и света высокой интенсивности на соотношение основных максимумов флуоресценции Хл (1/1б85) (-196 °C) в зеленых проростках ячменя

Рис. 5.6. Влияние ТШ и света высокой интенсивности на соотношение основных максимумов флуоресценции Хл (1740/1б85) (-196 °C) в зеленых проростках ячменя

В этих спектрах отношение 1740/1685 уменьшилось с 3,65 у контрольного до 3,2 у шокированного и до 2,9 у светового варианта за счет снижения интенсивности свечения длинноволновой полосы 740 нм. Можно предположить, что при высокой освещенности происходит олигомеризация ССК 2 с участием зеаксантина для дезактивации энергии возбуждения, и эти процессы снижают поступление энергии возбуждения в РЦ ФС1. При освещении зеленых проростков ячменя после термообработки величина отношения 1740/1685 составила 3,78, что свидетельствует о возвращении структуры мембран в исходное состояние.

С помощью метода РАМ-флуориметрии была исследована функциональная активность фотосинтетических мембран 6-дневных зеленых проростков ячменя [382]. Результаты исследования параметров медленной индукции флуоресценции Хл в зеленых листьях ячменя при последовательном действии теплового и светового факторов представлены в табл. 5.2.

Исследование функциональной активности ФС2 методом РАМ-флуориметрии выявило некоторое снижение величины фотохимического тушения (с/Р) после термообработки листьев ячменя и значительное уменьшение этого параметра после воздействия

Таблица 5.2. Влияние ТШ и СВИ на показатели флуоресценции Хл а в 6-дневных зеленых листьях проростков ячменя Гонар

Вариант

С)

FJFm

ETR

ФфС2

чР

qN

Контроль

0,163

0,803

0,789

34,3

0,681

0,932

0,270

ТШ

0,179

0,775

0,768

32,6

0,645

0,902

0,244

СВИ

0,169

0,797

0,787

33,9

0,652

0,814

0,326

ТШ + СВИ

0,170

0,751

0.774

33,2

0.659

0.914

0,243

СВИ. Эти изменения могут быть связаны с повышением степени восстановленности пула пластохинонов за счет более интенсивного поступления электронов к первичному акцептору Q . В 6-днсвных зеленых листьях было отмечено некоторое снижение величины нефотохимического тушения (qN) после теплового воздействия по сравнению с контролем и значительный рост этого параметра в результате действия СВИ. Как уже отмечалось, величина qN характеризует уровень тепловой диссипации поглощенной энергии света, поэтому ее увеличение свидетельствует о возникновении условий сверхвозбуждения светособирающей антенны и активации механизмов, препятствующих фотоингибированию ФС2. В варианте опыта, где была использована предварительная термообработка проростков ячменя, параметры фотохимического и нефотохимического тушения флуоресценции Хл а были сопоставимы с действием ТШ, что свидетельствует о незначительных изменениях состояния процессов све-тосбора и разделения зарядов в РЦ ФС2.

Эффективность электронного транспорта (ETR), потенциальный (Fv/Fm) и реальный квантовый выход (Ффс2) флуоресценции Хл а практически не изменялись при изученных воздействиях (табл. 5.2). Известно, что в аэробных условиях на солнечном свету фотосинтетическая активность обычно не падает, хотя и имеет место заметное фотоповреждение РЦ ФС2, вызванная повреждением одного из белков РЦ ФС2 - D1 [389]. Однако это повреждение не всегда приводит к подавлению фотосинтеза, потому что на интенсивном свету электронный транспорт лимитируется не числом активных РЦ, а, скорее всего, эффективностью линейного электронного транспорта между ФС2 и ФС1 [378].

Представленные результаты позволяют сделать заключение, что СВИ (1000 мкмоль квантов/(м2 с), 1 ч) вызывает целый ряд деструктивных процессов, возникающих в ПБК фотосинтетических мембран 6-дневных зеленых листьев ячменя, о чем свидетельствует также повышение активности образовании продуктов ПОЛ. Предварительная термообработка проростков ячменя на свету низкой интенсивности снижает степень нарушений функционирования фотосинтетических мембран и тормозит развитие деструктивных процессов в липидном бислое при последующем воздействии СВИ. Следовательно, предварительная гипертермия повышает устойчивость проростков к последующему световому стрессу, что свидетельствует о формировании механизмов перекрестной адаптации в проростках ячменя.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >