Использование параметров флуоресценции хлорофилла для оценки состояния фотосинтетического аппарата гибридов кукурузы при стрессе

Аннотация

В статье представлены результаты оценки состояния фотосинтетического аппарата гибридов кукурузы при стрессовом воздействии пониженных и повышенных температур. Оценка проводилась с использованием параметров флуоресценции хлорофилла. Реакции фотосинтетического аппарата гибридов на стрессовое воздействие различались незначительно. Выявлены наиболее губительные повышенные и пониженные температуры.

Полный текст

В результате стрессовых воздействий у растений происходит нарушение функционирования фотосинтетического аппарата. Повреждаются мембраны хлоропластов, изменяется состав пигментов, тормозится транспорт электронов по электрон-транспортной цепи, нарушается работа системы фотолиза воды и т.д. [3].

Для быстрого и неинзвазивного определения параметров функционирования фотосинтетического аппарата применяют методику измерения характеристик флуоресценции хлорофилла на РАМ-флуориметре. Стрессовые воздействия внешних факторов будут оказывать влияние на различные параметры ФХ. Анализ этих изменений позволит точно определить, на каких этапах фотосинтеза происходят нарушения [1].

Анализ параметров флуоресценции хлорофилла дает наиболее полное представление о состоянии фотосинтетического аппарата [3]. Физиологически значимые данные получают на основе анализа таких параметров, как:

• F0 – минимальный уровень флуоресценции, возбуждаемый измерительным светом низкой интенсивности, так что при его действии все реакционные центры (РЦ) фотосистемы (ФС) II остаются открытыми;
• FM – максимальный уровень флуоресценции, вызванный сильным световым импульсом, который закрывает все РЦ ФС II;
• FV/FM и Y(II) – максимальный и эффективный квантовый выход флуоресценции ФС II Эти коэффициенты оценивают фракцию адсорбированной энергии квантов, используемой ФС II для фотохимических процессов [3]. Для измерения FV/FM необходимо, чтобы образцы были хорошо адаптированы к темноте для того, чтобы все РЦ находились в открытом состоянии, и нефотохимическая диссипация энергии возбуждения была минимальной [1];
• qP и qL – коэффициенты фотохимического тушения флуоресценции, которые оценивают долю открытых РЦ ФС II;
• qN и NPQ – параметры нефотохимического тушения флуоресценции. Эти параметры связаны с нефотохимическим тушением энергии возбуждения путем тилакоидных рН- и зеаксантин-зависимых процессов [1].

Методика.

Объектом исследования послужили проростки кукурузы (Zea mays L.). В ходе работы использовались следующие гибриды кукурузы: НК Фалькон, Обский 140 СВ, Краснодарский 194 МВ.

Растения всех гибридов кукурузы были подвержены стрессовому воздействию температуры в течение 24 часов: одна группа проростков выдерживалась при пониженной температуре (5°С), вторая – при повышенной температуре (40°С). Контрольная группа растений находилась при температуре 23°С.

Измерение параметров флуоресценции хлорофилла производилось у второго листа проростков кукурузы, заранее адаптированной к темноте в течение 30 минут. Для анализа состояния фотосинтетического аппарата были использованы следующие параметры: FM/FV и Y(II) – максимальный и эффективный квантовый выход флуоресценции ФС II, qP – коэффициент фотохимического тушения и qN – коэффициент нефотохимического тушения флуоресценции хлорофилла.

Результаты и их обсуждение.

В результате температурного воздействия происходили следующие изменения параметров флуоресценции хлорофилла. Максимальный квантовый выход FV/FM (рисунок 1) увеличивался у проростков гибридов кукурузы Краснодарский 194 МВ и НК Фалькон при действии температур 5°С и 40°С. У гибрида Обский 140 СВ FV/FM практически не изменялся.

Рис.1. Изменение параметра максимального квантового выхода флуоресценции хлорофилла FV/FM гибридов кукурузы.

Эффективный квантовый выход Y(II) (рисунок 2) уменьшался у проростков гибрида кукурузы НК Фалькон, в большей степени – при действии температуры 5°С.

Рис. 2. Изменение параметра эффективного квантового выхода флуоресценции хлорофилла Y(II) гибридов кукурузы.

Было отмечено резкое увеличение коэффициента нефотохимического тушения флуоресценции qN при воздействии температуры 40°С у гибрида Обский 140 СВ при воздействии температуры 5°С (рисунок 3).

Рис. 3. Изменение коэффициента нефотохимического тушения флуоресценции qN гибридов кукурузы.

Коэффициент фотохимического тушения флуоресценции qP уменьшался у проростков кукурузы гибрида НК Фалькон, подверженного воздействию температур (рисунок 4).

Рис. 4. Изменение коэффициента фотохимического тушения флуоресценции qP гибридов кукурузы.

На основе полученных данных сделан вывод о степени воздействия температурного стрессора на проростки гибридов кукурузы: наиболее губительной температурой из представленных является температура 40°С.