CC BY
37
Науковий вкник НЛТУ УкраУни. - 2014. - Вип. 24.4
УДК537.85:581.132.1:582.711.11(477-25) Астр. С.М. Костенко1; пров. наук. ствроб. О.1. Китаев2, канд. бюл. наук; проф. С.Б. Ковалевський1, д-р с.-г. наук
1НДУКЦ1Я ФЛУОРЕСЦЕНЦИ ХЛОРОФ1ЛУ ЛИСТК1В ПРЕДСТАВНИК1В РОДУ PHILADELPHUS L. В УМОВАХ М1СТА КИЕВА
Наведено результата дослщжень шдукцп флуоресценци хлорофiлу листкiв пред-ставникiв роду РИНаМрИшз Ь. За аналiзом змш шдукци флуоресценци хлорофiлу лис-тгав визначено вплив умов мiсця зростання та генотипово1 специфiчностi дослщжува-них чубушнигав на окремi показники та коефщенти, що характеризують перебiг св^-лових фаз фотосинтезу й ефектившсть фотохiмiчних процесiв для темнових фаз зас-воення енерги свiтла. Вщзначено високу пластичнiсть у структурнiй оргашзаци хло-ропластiв листкiв чубушника, яка характеризуеться штенсивним спадом флуоресценци хлороф^ до стацiонарного рiвня, що е ознакою високо1 ефективностi темнових фото-хiмiчних реакцiй.
Ключовг слова: шдукщя флуоресценци хлорофiлу, фотосинтез, РИНаМрИшз.
Вщомо, що в умовах значного антропогенного навантаження на зов-шшне середовище вивчення оптичних властивостей листя 1 поглинання ними светла мае велике значення для розумшня загальних принцитв засвоення со-нячно1 енерги, мехашзм1в фотосинтезу й адаптацшних процеив у рослинах. Для одержання найбшьш повно1 шформаци про структурно-функцюнальш характеристики фотосинтетично1 активносл (ФСА) листюв рослин широко вико-ристовуеться метод шдукцп флуоресценци хлорофшу (1ФХ) [5, 8-12].
Флуоресценщя хлорофшу е тим показником, який дае змогу дослщжува-ти в живих об'ектах переб1г фотох1м1чних реакцш, пов'язаних 1з роботою так звано1 фотосистеми 2 (ФС2), яка е найчутлившою до фактор1в зовшшнього се-редовища. Первинш процеси фотосинтезу поглинають енерпю випромшюван-ня та перетворюють и на х1м1чну енерпю, а не засвоене хлорофшом св1тло -флуоресщюе. Процеси свгтлово1 та темново1 фази фотосинтезу вщображають зм1ну флуоресценци хлорофшу [7, 8].
Метою дослщження було вивчення ступеня адаптацп фотосинтетичного апарату листюв р1зних чубушниюв до свгтлового фактора за допомогою методу 1ФХ.
Матер1али 1 методи досл1дження. Оцшку функцюнального стану листюв представниюв роду РЫ1аёв1рИт Ь. здшснювали портативним приладом "Флора-тест", який розроблений державним науково-шженерним центром мш-роелектрошки 1нституту юбернетики 1м. В.М. Глушкова. Цей прилад дае змогу рееструвати шдукцшну криву флуоресценци ("криву Каутського"), за параметрами яко! можна з'ясувати перебш процешв як св1тлово1, так 1 темново1 фаз фотосинтезу. Форма 1ФХ чутлива до вс1х змш у будь-яюй ланщ фотосинтезу, спричинених факторами зовшшнього середовища [1, 2, 4, 7].
Для штегрально1 оцшки стану фотосинтетичного апарату методом 1ФХ зелений листок чубушника розташовували м1ж пластинами виносного оптичного сенсора приладу "Флора-тест" 1 впродовж 3 хв реестрували змши флуоресценци
1 НУ бюресурслв I природокористування Украши, м. Кшв;
2 1нститут садовництва НААН Украши;
хлорофiлу. За основними параметрами криво! 1ФХ: Fo - фоновий piBeHb флуорес-ценцп на момент повного вiдкриття затвору; Fpi - рiвень 11 на час досягнення тимчасового сповшьнення зростання 11 сигналу, так зване "плато"; Fp - макси-мальне значення флуоресценцп; Ft - стацiонарний рiвень 11 через 3 хв тсля початку освiтлення, проводили оцшку функцiонального стану листков. Данi з при-ладу передаються на ПК, де штерпретуються програмою "Floratest" в MS Excel.
Результати дослщжень. Внаслщок проведеного аналiзу змiн 1ФХ виз-начено вплив умов мiсця зростання та генотипово1 специфiчностi на окремi по-казники 1ФХ листкiв дослщжуваних чубушникiв та коефiцieнти, що характеризуюсь перебiг свiтлових фаз фотосинтезу й ефективнють фотохiмiчних процесiв для темнових фаз засвоення енергп свила. Так, показник Fo вiдповiдаe за почат -ковий рiвень 1ФХ i зумовлений енергiею свiтла, що випромшюеться хлорофша-ми, якi не беруть участ в процесi фотосинтезу (енерпя вiд них не надходить до реакцшних центрiв). Його рiвень для бшьшосп представникiв роду Phila-delphus L. змшюеться у межах 73-85 у.о. (табл.).
1ндукщя флуоресценци хлорофту листке у предстаените роду Philadelphus L.
Табл..
Показник
Ph. l. Innocence
Ph. l. Manteau d'Hermine
Ph. l. Albatre
Ph. l. Avalanche
Ph. coronarius Nana
Ph. coro-narius
Fo
82,81
73,04
80,47
85,16
65,23
102,74
F„,
101,17
88,29
104,69
103,12
96,87
146,09
dF,
pL.
18,36
15,25
24,22
17,97
31,64
43,35
F,
148,83
129,30
160,94
151,56
149,62
231,62
Fv
66,02
56,26
80,47
66,40
84,39
128,88
dFvi/Fv
0,28
0,27
0,30
0,27
0,37
0,34
Fv/FB
0,44
0,44
0,50
0,44
0,56
0,56
F,
p2_
135,16
125,00
148,05
139,46
143,36
213,25
Ft
58,99
58,20
51,56
56,64
64,06
117,19
Fp2 -F/F,2
0,56
0,53
0,65
0,59
0,55
0,45
FB-F/Ft
1,52
1,22
2,12
1,34
0,98
1
Цей показник ютотно вирiзняеться лише у Ph. coronarius Nana та Ph. co-ronarius вш i становить вщповщно 65,23 i 102,74 у.о. Така рiзниця може бути пов'язана з умовами 1х зростання i передушм надходження сонячно1 радiацil. Для Ph. coronarius Nana вщзначено бшьш високий рiвень освiтлення, що зумов-люе зменшення параметра Fo. Для Ph. coronarius умови освилення хоч i достат-нi, але вiн дещо притшений сусiднiми деревами, завдяки чому вщзначено структурнi змiни пiгментного комплексу, спрямоваш на ефективнiше засвоення сонячно1 енергп. В останньому випадку вiд збшьшення кiлькостi антенних хло-рофiлiв, що найвiрогiднiше зумовлюе пiдвищення початкового рiвня флуоресценцп.
Найбiльш iнтегрованим показником, який характеризуе ефективну структуру оргашзацп тгментно1 системи (ФС2), е коефщент Fv/Fp. Варто за-уважити, що для дослщжуваних зразкiв вiн найбшьший у Ph. coronarius Nana та Ph. coronarius i дорiвнюе 0,56, що е свщченням пластичностi структурних змш в оргашзацп пiгментного комплексу хлоропласпв роду Philadelphus L., що за-
210
Збiрник науково-технiчних праць
Науковий вкник Н. 1ТУ Украши. - 2014. - Вип. 24.4
KOHOMipHO вщображае ïx приналежнiсть до рослин другого ярусу. Для цих рос-лин саме пристосовашсть до умов освгтлення е вирiшальною ознакою, що допо-магае ïm вижити в складних умовах зовнiшнього середовища. В шших дослщ-них культиварiв цей показник був у межах 0,44-0,50 у.о. що е достатшм для за-безпечення функцюнування пiгментного комплексу ФС2.
Показник флуоресценци на рiвнi Fpl зумовлений швидким насиченням енерги по реакцшних центрах (РЦ), як не передають енергiю на електрон тран-спортний ланцюг (вони не вщновлюють первинний акцептор QA i таким чином е РЦ, що не вщновлюють електрон транспортний ланцюг). Наростання флуоресценци вщ Fo до Fpi характеризуеться показником dFpi i в нашому випадку вш знаходиться в межах вiд 15 до 43 у.о. Вважаеться, що за умов насичення за штенсивнютю збуджуючого свила спiввiдношення dFp/Fv де остання змша флуоресценцiï, яка дорiвнюе Fpl-F0i характеризуе частку QA не вщновлюваних реакцiйниx центрiв. У нашому експеримент рiвень iнтенсивностi збуджуючого свила був меншим, тому спiввiдношення dFp/Fv було значно бшьшим. Однак за таких умов збуджуючого свила цей показник може характеризувати шфжова-шсть рослин вiрусами [6].
За даними вiрусолога М.М. Кирик iз сшвавторами, перевищення рiвня dFplIFv бiльше 0,4 при штенсивносп збуджуючого свiтла, що не насичують за енергiею шгментну матрицю, свiдчить про високий рiвень вiрогiдностi уражен-ня рослин вiрусною iнфекцiею [6]. У нашому експерименп цей коефiцiент знаходиться в межах 0,27-0,37, що може бути свщченням нешфжованосп досль джуваних зразюв.
Fp параметр, який характеризуе найвищий рiвень флуоресценцiï Хл а, що рееструеться у виглядi максимуму на шдукцшнш кривiй. За умов насиченоï iнтенсивностi свiтла максимальне значення флуоресценци на шдукцшнш ^rni зобов'язане динамiчнiй рiвновазi мiж процесами флуоресценцiï, фотоxiмiï та тепловоï дисипацiï. Вважаеться, що в точщ Fp, за умов максимальноï флуорес-ценцiï, фотосинтез знаходиться на мшмальному рiвнi [9]. Для дослщжуваних нами рослин вiн знаходиться в межах 129-230 у.о. Цей показник найбшьш варь абельний з ушх шших, що зумовлено адаптивними змшами в структурi шгмен-тного комплексу. При недостатньому освiтленнi вщбуваеться збiльшення як свiтлозбиральниx, так антенних хлорофЫв, що супроводжуеться зростанням рiвня Fp, особливо у виду Ph. coronarius, у якого вш становив 231,62 у.о. В ш-ших представникiв цей показник був меншим i вартвав вiд 129,30 у Ph. l. 'Manteau d'Hermine' до 160,94 у Ph. l. 'Albatre'.
Поява другого максимуму на шдуктивнш кривш зобов'язана процесу фотоxiмiчного засвоення енерги та ïï тепловою дисипащею, конкуренцiею темнових фотосинтетичних циктв. У нашому випадку iнтенсивнiсть флуоресценци у другому максимумi змiнюеться вщ 125 у.о. до 213 у.о. Вважаеться, що за умов недостатньоï освпленосп iнтенсивнiсть параметра Fp2 може бути вищою за Fp. При цьому ми не реестрували жодного випадку перевищення Fp2 над Fp, що свщчить про достатне освгтлення дослiдниx рослин. Спадання флуоресценцiï вщ Fp2 супроводжуеться зростанням iнтенсивностi фотосинтезу, активацiею основного ферменту циклу Кальвша, рибульоза бiфостфат карбоксилази, тому
прилади типу "Флора тест", яю дають змогу оцiнити наростання ефективностi циклу Кальвша за параметром Fp-Ft/Ft часто називають "Rubisco-мiрами" [7, 12]. У дослщжених нами рослин цей коефiцieнт змшюеться в межах 0,98-2,12, а найнижчу ефективнiсть фотохiмiчних процесiв зафiксовано у Ph. coronarius, що можливо пов'язано з реакщею ферментiв циклу Кальвша на недостатню осви-ленiсть.
1нтенсивнють спаду флуоресценцп до рiвня Ft характеризуемся коефь цieнтом Fp2 -F/Fp2. У нашому випадку цей коефщент змiнюеться вiд 0,45 у Ph. coronarius до 0,65 у Ph. l. Albatre. Для шших культиварiв вiн знаходиться в межах 0,53-0,59 що вказуе на високу штенсивнють фотохiмiчних процесiв у цих рослин.
Висновки. Таким чином, установлено високу пластичнють у структурой оргашзацп хлоропластiв листкiв представникiв роду Philadelphus L., що ха-рактеризуеться параметрами Fo, Fp, Fv/Fp. При цьому навiть за умов високо! 1ФХ визначено достатньо ефективну структурну органiзацiю тгментно! систе-ми (ФС2), що характеризуеться коефщентом F/Fp.
За коефщентом "плато" dFplIFv показано, що дослщш рослини вiльнi вiд вiрусноl шфекцп. Хлоропласти листкiв дослiджуваних чубушниюв, характери-зуються значним спадом флуоресценцп хлорофiлу до стацiонарного рiвня, що е ознакою iнтенсивного перебiгу темнових фотохiмiчних реакцiй.
Л1тература
1. Брайко Ю.А. Хронофлуорометр "Флоратест": инструкция по эксплуатации прибора I Ю.А. Брайко, Р.Г. Имамутдинова. - К. : Вид-во "Л1бра", 2007. - 11 с.
2. 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" I А.В. Брайон. - К., 1968. - 19 с.
3. Кучерявий В.П. Дослщження флуоресцентних параметр1в листового апарату дерев урбо-генних ландшаф™ I В.П. Кучерявий, В.1. Мокрий, С.Д. Гриджук та ш. II Проблеми ЛА та СПБ : матер. I М1жнар. семшару. - Т. 1. Проблеми ландшафтно! архтгектури, урбоекологп та озеленен-ня населених мюць. - Льв1в : Вид-во УкрДЛТУ, 1997. - С. 139-142.
4. Брайон О.В. 1нструментальне вивчення фотосинтетичного апарату за допомогою флуоресценцп хлороф1лу I О.В. Брайон, Д.Ю. Корнеев, О.О. Снегур, О.1. Китаев. - К. : ВПЦ "Ки!всь-кий ушверситет", 2000. - 13 с.
5. Карапетян Н.В. Переменная флуоресценция хлорофилла как показатель физиологического состояния растений I Н.В. Карапетян, Н.Г. Бухов II Физиология растений. - 1986. - Т. 33, вып. 5. - С. 1013-1026.
6. Кирик М.М. Д1агностика в1русно! шфекцп смородини чорно! та малини методом шдук-цц флуоресценцп хлороф1лу листав I М.М. Кирик, Ю.М. Таранухо, М.П. Таранухо та 1н. II Вю-ник аграрно! науки : зб. наук. праць. - 2011. - Вип. 10. - С. 26-28.
7. Корнеев Д.Ю. Информационные возможности метода индукции флуоресценции хлорофилла I Д.Ю. Корнеев. - К. : Вид-во "Альтерпрес", 2002. - 188 с.
8. Мерзляк М.Н. Пигменты, оптика листа и состояние растений I М.Н. Мерзляк II Соросов-ский образов. журн. - 1998. - N» 4. - С. 19-24.
9. Kautsky H. Das Fluoreszenzverhalten gruner Pflanzen I H. Kautsky, A. Hirsch II Biochem Z. -1934. - Vol. 274. - S. 422-434.
10. Krause, G.H. Chlorophyll Fluorescence and Photosynthesis: The Basis I G.H. Krause, E. Weis II Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. - 1991. - Vol. 42. - Pp. 313-349.
11. Lazar D. Chlorophyll a fluorescence induction I D. Lazar II Biochim. et Biophys. Acta. -1999. - Vol. 1412, № 1. - Pp. 1-28.
12. Lichtenthaler H.K. The Kautsky effect 60 years of chlorophyll fluorescence induction kinetics I H.K. Lichtenthaler II Photosynthetica. - 1992. - Vol. 27, № 1-2. - Pp. 45-55.
212 Збiрник науково-техшчних праць
Науковий вкник Н. 1ТУ Укра'1'ни. - 2014. - Вип. 24.4
Костенко С.М., Китаев О.И., Ковалевский С.Б. Индукция флуоресценции хлорофилла листьев представителей рода Philadelphus L. в условиях города Киева
Приведены результаты исследований индукции флуоресценции хлорофилла листьев представителей рода Philadelphus L. По анализу изменений индукции флуоресценции хлорофилла листьев определено влияние условий места произрастания и гено-типической специфичности исследуемых чубушников на отдельные показатели и коэффициенты, характеризующие ход световых фаз фотосинтеза и эффективность фотохимических процессов для темновых фаз усвоения энергии света. Отмечена высокая пластичность в структурной организации хлоропластов листьев чубушников, которая характеризуется интенсивным спадом флуоресценции хлорофилла к стационарному уровню, что является признаком высокой эффективности темновых фотохимических реакций.
Ключевые слова: индукция флуоресценции хлорофилла, фотосинтез, Phila-delphus.
Kostenko S.M., Kytayev O.I., Kovalevskiy S.B. Induction of Chlorophyll Fluorescence of the Genus Philadelphus L. Leaves in Kyiv
The results of the research on the induction of chlorophyll fluorescence of leaves of the genus Philadelphus L. are presented. The influence of conditions on the place of growth and genotypic specificity for certain values of fluorescence induction of Philadelphus leaves concerning the analysis of changes in chlorophyll fluorescence induction are determined. The factors that characterize the progress of the light phase of photosynthesis and photochemical efficiency for the dark phase processes of the assimilation of light energy are studied. The high ductility in the structural organization of chloroplasts in Philadelphus leaves is proved to be characterized by an intense decline of chlorophyll fluorescence to a stationary level, that is a sign of the high efficiency of dark photochemical reactions.
Key words: induction of chlorophyll fluorescence, photosynthesis, Philadelphus leaves, genotype, efficiency.
