Экология, проблемы и защита

Lifeunderwater.ru

Замедленная флуоресценция и ее использование для оценки состояния растения

Флуоресценция хлорофилла

Фотосинтез зеленых растений очень чувствителен к различным изменениям факторов внешней среды. Сначала прошлого века его все чаще используют с помощью постоянно расширяющегося арсенала методов для определения реакции растений на стрессы, в особенности на загрязнение воздуха

Фотосинтез - стабильное фундаментальное явление, поэтому, снижение его интенсивности свидетельствует об ухудшении состояния растения. Флуоресценция выступает как инструмент исследования фотосинтеза.

Характер изменения первичных стадий фотосинтеза непосредственно отражается в изменении флуоресценции хлорофилла в фотосинтетических мембранах клеток. Для понимания этой взаимосвязи достаточно напомнить, что поглощение кванта света переводит молекулу хлорофилла в электронное возбужденное состояние, энергия которого в растворе при отсутствии фотосинтеза переходит либо в тепло, либо в флуоресценцию. В фотосинтетической мембране энергия электронного возбуждения хлорофилла используется в реакционных центрах (РЦ) для генерации потока электронов в первичных стадиях фотосинтеза, необходимых для восстановления НАДФ и образования АТФ. Напомним, что первичные процессы фотосинтеза высших растений осуществляются при участии двух фотосистем, функционирующих последовательно. Фотосистема 2 разлагает воду с выделением свободного кислорода и отдает электрон через цепь переносчиков на фотосистему 1, которая уже восстанавливает НАДФ. В клетке в основном флуоресцирует хлорофилл, принадлежащий фотосистеме 2, и именно изменения его флуоресценции говорят о состоянии реакционных центров этой фотосистемы. При активном фотосинтезе, когда все РЦ находятся в открытом рабочем состоянии, в условиях слабого освещения почти вся поглощенная энергия света используется в процессе фотосинтеза. Поэтому интенсивность флуоресценции хлорофилла в клетке намного ниже, чем в растворе.

Однако и здесь небольшая часть энергии электронного возбуждения (не более 3%) переходит в энергию света флуоресценции в виде так называемой фоновой флуоресценции F0. Как правило, в нормальных условиях величина F0 мала, что говорит об активном использовании клетками энергии поглощенного света. Но если при каких-либо воздействиях нарушается состояние фотосинтетических мембран, то центры (РЦ) переходят в неактивное (закрытое) состояние, когда происходит прекращение потока электронов в первичных процессах фотосинтеза. В этих условиях поглощенная энергия света уже не может использоваться в фотосинтезе, поэтому и флуоресценция хлорофилла возрастает. Можно полностью вывести из рабочего состояния РЦ, например, при действии ингибитора потока электронов диурона. В этом случае флуоресценция сильно возрастает и приближается к своим максимальным значениям Fт. Заметим, что закрыть центры можно создавая также избыточную освещенность клеток, когда происходит световое насыщение фотосинтеза. Фотосинтетическая цепь переноса электрона как бы захлебывается от избытка поглощенной световой энергии, переводя все большую часть поглощенной энергии света в флуоресценцию.

Можно найти разницу между интенсивностями флуоресценции хлорофилла при закрытых и открытых РЦ (Fv = Fт - F0), которую называют переменной флуоресценцией (Fv) хлорофилла в клетках. Как видно, величина Fv соответствует той части энергии света, которая используется открытыми реакционными центрами в фотосинтезе, то есть может характеризовать активность начальных стадий фотосинтеза. На практике оценивают отношение Fv./Fт, величина которого тесно связана с первичной продуктивностью фитопланктона в природных водоемах. Она хорошо коррелирует с фотосинтетической продукцией клеток, определенной классическими методами по восстановлению СО2 с помощью радиоактивных изотопов 14С

Удобным и перспективным биофизическим методом, несущим информацию о функционировании первичных реакций фотосинтеза является метод регистрации замедленной флуоресценции.

Явление замедленной флуоресценции наблюдается у всех видов фотосинтезирующих растений. Замедленная флуоресценция возникает при излучательной дезактивации первого синглетного возбужденного состояния хлорофилла и обусловлена вторичным возбуждением хлорофилла, а при обратных реакциях образования на свету фотопродуктов, в результате рекомбинации зарядов первичного акцептора электронов и хлорофилла реакционного центра фотосистемы 2 Перейти на страницу: 1 2

Интересное по теме

Экологическая обстановка в России Здоровье человека, целых групп населения зависит от воздействия различных подсистем природной и социальной среды. Возрастающие темпы изменения среды обитания приводят к нарушен ...

Правовой режим зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия Мы не унаследовали Землю наших отцов. Мы взяли ее в долг у наших детей… В начале ХХI века экологическая ситуация во всем мире и во многих регионах нашей страны стала уху ...

Новая технология эффективной переработки руд и промышленных отходов в плазменных шахтных руднотермических печах - «epos-process» На разработанном действующем оборудовании - плазменных шахтных рудотерми-ческих печах доказаны преимущества использования технологии «EPOS-process» для экономичной переработки ряда руд и ...

Биогеохимические циклы и антропогенное влияние на них Биогеохимия представляет собой междисциплинарную науку, возникшую в в XXв. в пограничной области между биологией, геологией и химией. Биогеохимия концентрирует свое внимание на из ...