Люминесцентные показатели листьев растений в зависимости от антропогенных экологических факторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, кандидат физико-математических наук Францев, Владимир Владимирович

• Францев, Владимир Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Люминесцентные показатели листьев растений в зависимости от антропогенных экологических факторов»

Постановка проблемы, ее актуальность.5

Цель работы.*. 6

Задачи исследования.6

Научная новизна работы.7

Практическое значение работы.8

Апробация работы. 8

Структура и объем работы. 8

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Францев, Владимир Владимирович

1. Установлены закономерности в изменении термолюминесцен ции листьев растений, обработанных препаратом BION® - ак тиватором системной приобретенной устойчивости растений к

заболеваниям в зависимости от концентраций, способов и сро ков обработки. При обработке растений BION*^-OM В малых до зах (от 5 мг до 20 мг на 100 мл) наблюдалось увеличение ин тенсивноси пика А термолюминесцении в области -Ю^С и па раметра (FM - FT)/FT медленной индукции флуоресценции, что

свидетельствует о стимулирующем действии препарата на фо тосинтетический аппарат. 2, Обработка проростков пшеницы препаратом BION® приводила

к увеличению термолюминесценции в области 40-70^С (полоса

С); у проростков с большим сроком хранения семян наблюда лась более интенсивная полоса Предполагается, что полоса

С связана с нарушением целостности мембран при заморажи вании хлоропластов. 3. Обработка проростков пшеницы экстрактом из горца гигант ского Reynoutria sachalinensis приводила к увеличению значе ний (FM - FT)/FT медленной индукции флуоресценции и увели чению пика А термолюминесценции. Эти изменения коррели руют с увеличением фотосинтетической активности (скорости

выделения Ог в расчете на хлорофилл) и свидетельствуют о

стимулируюшем действии экстракта на фотосинтетический

аппарат растений,

4, Установлены закономерности в изменении люминесцентных

показателей листьев клена остролистного в зависимости от

расстояния до крупных транспортных магистралей. Понижен ные значения (FM - FT)/FT медленной индукции флуоресценции и повышенные значения интенсивности термолюминесценции

в области полосы С свидетельствуют о негативном воздейст вии выхлопных газов автомобилей на фотосинтетический ап парат растений на расстояниях вплоть до 30 метров от магист рали. 5. Методами термолюминесценции и медленной индукции флуо ресценции показано, что внесение в почву солевого антифриза

на основе СаСЬ оказывает негативное воздействие на фото синтетический аппарат проростков пшеницы, природного по лисахарида хитозана, напротив стимулирует фотосинтетиче скую активность. При совместном внесении в почву этих пре паратов хитозан нейтрализует действие антифриза.Список сокращеий

АДФ - аденозиндифосфорная кислота;

АТФ - аденозинтрифосфорная кислота;

диурон - (3-(3,4-дихлорфенил)-1,Г-диметилмочевина);

КВС - кислород-выделяющая система;

МИФ - медленная индукция флуоресценции;

НАДФ"^ - окисленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат;

НАДФН - восстановленная форма НАДФ ;^

РЦ - реакционный центр фотосистемы;

с е к - светособирающий комплекс;

с е к 1 - с е к , связанный с фотосистемой 1;

с е к 2 - с е к , связанный с фотосистемой 2;

ТЛ - термолюминесценция;

Фд - ферредоксин;

ФНР - ферредоксин - НАДФ - редуктаза;

Фо - неорганический (ортофосфат);

Фе 1 - фотосистема 1;

ФС 2 - фотосистема 2;

ФЭУ - фотоэлектронный умножитель;

ХКМ - хлористый кальций модифицированный;

ЭПР - электронный парамагнитный резонанс;

ЭТЦ - электрон-транспортная цепь;

b(Jf- комплекс цитохромов Ьб/f;

D1,D2 - белки реакционного центра Фе 2;

Рс - пластоцианин;

PQ - окисленный пластохинон;

PQH2 - полностью восстановленный пластохинон;

QA - первичный хиноновый акцептор;

QB - вторичный хиноновый акцептор; YD - вспомогательный донор электронов для Р680 (Туг 160 на D2);

Yz - основной донор электронов для Р680 (Туг 161 на D1). Благодарности

Автор работы выражает сердечную благодарность своим научным ру ководителям доктору физико-математических наук, профессору Караваеву

В.А. и кандидату физико-математических наук доценту Солнцеву М.К. за

помощь в экспериментальной работе, ценные замечания но проведению опы тов и помощь в подготовке диссертации к защите. Так же автор благодарит

докторов физико-математических наук, профессоров кафедры биофизика Ку кушкина Л.К. и Тихонова А.Н. за консультации в области фотосинтеза. Ав тор благодарит Гришачева В.В., доктора физико-математических наук про фессора кафедры общей физики Колотова О.С. и Матюнина А. за номонц> в

освоении лазера.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Францев, Владимир Владимирович, 2006 год

1. Азовцева НА. Влияние солевых антифризов на экологическое состояние городских почв. Диссертация на соискание степени кандидата биологических наук, Москва, 2004,120 е.,

2. Асланиди К.Б., Шалапенок А.А., Карнаухов В.Н., Берестовская Н.Г., Шавкин В.И. Метод определения функционального состояния растений по спектрам флуоресценции хлорофилла, Пущино, 1998, 44с.

3. Вавилин Д.В., Маторин Д.Н., Кафаров Р.С., Баутина А.И., Венедиктов П.С. Высокотемператураная термолюминесценция в пе-рекисном окислении липидов. Биологические мембраны, 1991, №8, с.89-98.

4. Вашарош А, Солнцев М.К., Кукушкин А.К., Караваев В.А. Влияние кислорода на электронный транспорт в фотосинтетическом аппарате зеленого листа. Вестник московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия, 1985, т. 26, №5, с.72-77

5. Волькенштейн М.В., Биофизика. М.: Наука, 1988, с.592.

6. Выджинский Т. Ж. Выделение кислорода при фотосинтезе. «Фотосинтез», т.1, под ред. Говинджи, 1987. М.: Мир, с.633-679.

7. Горбатенко И.Ю., Онищук И.А., Кривцов Г.Г., Ванюшин Б.Ф. Элиситорное и регулирующее рост растений действие хитозана. Известия РАН. Серия биологическая, 1996, №4, с. 402-405.

8. Денисенко А.С, Кукушкин А.К. Новый подход к проблеме образования кислорода при фотосинтезе. Биофизика, 2005, т. 50, вып.5, с.833-842.

9. Клеваник А.В. К теории термолюминесценции при фотосинтезе II. О применении теории Рэндолла Уилкинса. Молекулярная биология, 1995, т. 29, вып. 3, с. 645-651.

10. Красновский А.А. Люминесценция синглетного кислорода при переносе энергии от фотовозбуждающих пигментов в растворе. Известия Академии Наук СССР. Серия физическая, 1978, т.42, №2, с.343-348.

11. Кривцов Г.Г., Лоскутова Н.А., Конюхова Н.С., Хорьков Е.И., Ко-ношенко Н.В., Ванюшин Б.Ф. Действие хитозановых элиситоров на растения пшеницы. Известия РАН. Серия биологическая, 1996, №1, с.23-29.

12. Кукушкин А.К., Новикова Л.В. Теоретическое исследование термолюминесценции высших растений. Биофизика, 1991, т.36, вып.4, с.640-647.

13. Кукушкин А.К. Термовысвечивание зеленого листа, облученного видимым светом в вакууме при низкой температуре. Биофизика, 1968, т. 14, №6, с.1124-1125.

14. Кукушкин А.К., Тихонов А.Н. Лекции по биофизике фотосинтеза растений. М.: Изд-во Моск. университета, 1988. 320 с.

15. Левшин В.Л. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ, М.-Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951 г., 456с.

16. Левшин Л.В., Салецкий A.M. Оптические методы исследования молекулярных систем. М.: Изд-во Московского университета, 1994,320с.

17. Малый практикум по физиологии растений. Под ред. Гусева М.В. М.: Изд-во Моск. университета, 1982.192с.

18. Минитаева Ф.В., Гордон Л.Х. Продукция супероксида и активность внешней пероксидазы в растительных тканях при стрессе. Физиология растений, 2003, т.50, №3, с.459-464.

19. Мокроносов А.Т., Гавриленко В.Ф. Фотосинтез. Физико-экологические и биохимические аспекты. М.: Изд-во Московского университета, 1992, 320с.

20. Орт Д.Р., Говинджи. Общие представления о преобразовании энергии при фотосинтезе. «Фотосинтез», т.1, под ред. Говинджи, М.: Мир, 1987, с. 8-82.

21. Полякова И.Б. Медленная индукция флуоресценции листьев растений при разной фотосинтетической активности. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических Наук, М.: физический факультет МГУ, 2002, 146с.

22. Практикум по спектроскопии. Под. ред. Левшина Л.В. М., 1976, 317с.

23. Солнцев М.К. Влияние спектрального состава действующего света на термолюминесценцию листьев бобов при 40-70°С. Биофизика, 1995, т. 40, вып. 2, с.417-421.

24. Солнцев М.К. О природе полосы термолюминесценции фотосинтетических объектов при 40°С-80°С. Журнал физической химии, 1989, т. 63, с.1959-1960.

25. Солнцев М.К.*, Грибова З.П., Караваев В.А. Влияние температуры облучения на термолюминесценцию контрольных и обработанных феназоном листьев пшеницы. Физиология растений, 1989, т. 36, вып. 4, с. 686-691.

26. Солнцев М.К., Ташиш В., Караваев В.А., Хомутов Г.Б. Специфическое действие ионов йода на регуляторные процессы в фотосинтетических мембранах. Биофизика, 1995, т. 40, вып. 6, с. 15261528.

27. Строганова М.Н., Мягкова А.Д., Прокофьева Т.В. Роль почв в городских экосистемах. Почвоведение, 1997, №1, с.96-101.

28. Твердислов В.А., Тихонов Н.А., Яковенко JI.B. Физические механизмы функционирования биологических мембран. М,: Изд-во Моек, университета, 1987, с.200.

29. Тихонов А.Н. Молекулярные преобразователи энергии в живой клетке. Соросовский образовательный журнал, 1997, № 7, с. 1017.

30. Тихонов А.Н. Трансформация энергии в хлоропластах энерго-преобразующих органеллах растительной клетки. Соросовский образовательный журнал, 1996, №4, с.24-32.

31. Тихонов А.Н.* Регуляция световых и темновых стадий фотосинтеза. Соросовский образовательный журнал, 1997, №11, с. 8-15.

32. Францев В.В. Возбуждение термолюминесценции зеленого листа 18 не лазерными вспышками. Тезисы международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов 2006», Москва, 2006, с.31-33.

33. Черноколев А.Т., Кукушкин А.К., Солнцев М.К. Термолюминесценция субхлоропластных частиц и действие АДФ и АТФ и разобщителей на термолюминесценцию хлоропластов высших растений. Биофизика, 1979, т.24, с.342-343.

34. Эдвард Дж., Уокер Д. Фотосинтез Сз-Сд-растений: механизмы и регуляция. М.: МИР, 1986, 598с.

35. Юрина Т.П., Умнов A.M., Караваев В.А., Солнцев М.К. Влияние мучнистой росы на физиологические процессы в листьях пшеницы. Физиология растений, 1992, т.39, вып.2, с. 270-275.

36. Arnold W. A. and Azzi J. R. Chlorophyll energy levels and electron flow in photosynthesis. Proc Natl Acad Sci USA, 1968, v.61, pp.2935.

37. Arnold W. and Sherwood H. Are chloroplasts semiconductors? Proc. of National Academy of sciences, 1957, v.43, p.105-114.

38. Asada К. Production and scavenging of reactive oxygen species in chloroplasts and their functions. Plant physiology, 2006, v. 141, p. 391-396.

39. Daayf F., Schmitt A., Belanger R.R. The effects of plant extracts of Reynoutria sachalinensis on powdery mildew development and leaf physiology of long English cucumber. Plant Disease, 1995, v.79, p.577-580.

40. Daayf F., Schmitt A., Belanger R.R. Evidence of phytoalexins in cucumber leaves infected with powdery mildew following treatment with leaf extracts of Reynoutria sachalinensis. Plant Physiol., 1997, v.113, p.719-727.

41. Demeter S.*, Vass I., Horvath G. and Laufer A. Charge accumulation and recombination in photosystem II studied by thermoluminescence II: Oscillation of the С band by flash exitation. Biochim. Biophys. Acta, 1984, v. 764, p.33-39.

42. Ducruet J.-M., Miranda T. Graphical and numerical analysis of ther-moluminescence and fluorescence Fo emission in photosynthetic material. Photosynthesis research, 1992, v. 33, p. 15-27.

43. Genty В., Harbinson J., Briantis J.-M., Baker N.R. The relationship between non-photochemical quenching of chloropyll fluorescence and the rate of photosystem 2 photochemistry in leaves. Photosynthesis research, 1990, v.25, p.249-257.

44. Golovina E.A., Tikhonov A.N., Hoekstra F.A. An electron paramagnetic resonance spin probe study of membrane permeability with seed aging. Plant Physiol., 1997, v.114, p.383-389.

45. Golovina E.A., Tikhonov A.N. The Structural differences between the embryos of viable and nonviable wheat seeds as studied with the EPR spectroscopy of lipid-soluble spin labels. Biochim. Biophys. Acta, 1994, v. 1190, p.385-389.

46. Herger G., Klingauf F. Control of powdery mildew fungi with extracts of the giant knotweed Reynoutria sachalinensis (Polygonaceae). Med. Fac. Landbouww. Rijksuniv. Gent, 1990, v.55, p.1007-1014.

47. Homann P, E., Gleiter H., Ono T. and Inoue Y. Storage of abnormal 'Si', 'I2' and 'S3' in photosynthetic water oxidases inhibited by СГ removal. Biochim. Biophys. Acta, 1986, v. 850, p. 10-20.

48. Inoue Y. Photosynthetic thermoluminescence as a simple probe of photosystem II electron transport. In Biophysical techniques in photosynthesis eds. by Amesz J and Hoff A.J., Kluwer academic publishers, 1996, p.93-107.

49. Inoue Y., Yamashita Т., Kobayashi Y. and Shibata K. Thermoluminescence changes during inactivation and reactivation of the oxygen-evolving system in isolated chloroplasts. FEBS Lett, 1977, v.82, p.303-306.

50. Johnson G.N., Rutherford A.W., Krieger A. A change in the midpoint potential of the quinone QA in photosystem II associated with photo-activation of oxygen evolution. Biochim. Biophys. Acta, 1995, v. 1229, p. 202-207.

51. Koike H., Siderer Y., Ono Т., Inoue Y., Assignment of thermoluminescence A band to S3QA" charge recombination sequential stabilization of S3 and Qa" by a two-step illumination at different temperatures. Biochim. Biophys. Acta, 1986, v. 850, p. 80-89.

52. Krause G.H., Weis E. Chlorophyll fluorescence and photosynthesis: the basics. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 1991, v.42, p.313-349.

53. Krieger A., Rutherford A. W., Jegerschold C. Thermoluminescence measurements on chloride-depleted and calcium-depleted photosys-tem II. Biochim. Biophys. Acta, 1998, v. 1364, p.46-54.

54. Krieger A., Rutherford A. W.3 Johnson G.N. On the determination of redox midpoint potential of the primary quinion electron acceptor, QA, inphotosystem II. Biochim. Biophys. Acta, 1995, v. 1229, p. 193-201.

55. Miranda Т., Ducruet J.-M. Characterization of the chlorophyll thermoluminescence afterglow in dark adapted or far-red-illuminated plant leaves. Plant Physiol. Biochem., 1995, v. 33(6), p. 689-699,

56. Misra A.N., Waz D.F., Misra M. and Biswal A.K. Thermoluminescence in chloroplasts as an indicator of alterations in photosystem 2 reaction centre by biotic and abiotic stresses. Photosynthetica, 2001, v.39(l), p. 1-9.

57. Peterson R.B., Oja V., Laisk A. Chlorophyll fluorescence at 680 and 730 nm and leaf photosynthesis. Photosynthesis Research, 2001, v. 70, p. 185-196.

58. Rozsa Z., Droppa M., and Horvath. On the origin of thermolumines-cence band at +50°C in isolated subchloroplast particles. Biochemica et Biophysica Acta, 1989, 973, p.350-353.

59. Rubin A.B. and Venediktov P.S. Storage of light energy by photosynthesis organisms at low temperature. Biophysics, 1969, v. 14, p.105-109.

60. Rutherford A.W. and Faller P. The heart of photosynthesis in glorios 3D. Trends in biochemical sciences, 2001, v. 26, № 6, p.341-344.

61. Said E., Turcsanyi E., Vass I., Nugent J., Andersson В., Barber J. Functional characterization of the PS II-LHC II supercomplex isolated by direct method from spinach thylakoid membranes. Photosynthesis Research, 2000, 64, p. 179-187.

62. Sass L., Csintalasn Z., Tuba Z., Vass I. Thermoluminescence studies on the function of Photosystem II in the desiccation lichen Cladonia convoluta. Photosynthesis Research, 1996, 48, p. 205-212.

63. Seddon В., Schmitt A. Integrated biological control of fungal plant pathogens using natural products. In: Modern fungicides and antifungal compounds II. Eds. Lyr H., Russel P.E., Dehne H.-W. and Sisler H.D. Intercept, Andover, 1999, p.423-428.

64. Skotnica J., Matouskova M., Naus J., Lazar D., Dvorak L. Thermolu-minescence and fluorescence study of changes in photosystem II photochemistry in desiccating barley leaves. Photosynthesis Reaserch, 2000, v.65, p.29-40,

65. Sonoike K., Koike H., Enami I and Inoue Y. The emission spectra of thermoluminescence from photosynthetic apparatus. Biochemica et Biophysica Acta, 1991, v.1058, p.121-130.

66. Torres M.A., Jones J. D.G., Dangl J.L., Reactive oxygen signaling response to pathogens. Plant pathology, 2006, v. 141, p. 373-378.

67. Tramontini L.S., McColl&E S. Evans H. Ca2+ and Mg2+ -binding and a putative calmodulin type Ca2+-binding site in Synechoccus Photosystem II, Photosynthesis research, 1996, v.50, p.233-241.

68. Vass I. The history of photosynthetic thermoluminescence. Photosynthesis research, 2003, v. 76, p. 303-318.

69. Vass I., Govindjee Thermoluminescence from photosynthetic apparatus. Photosynthesis research, 1996, v.48, p. 117-126.

70. Vass I., Koike H. and Inoue Y. High pH effect on S-state turnover in chloroplasts studied by thermoluminescence. Short-time alkaline incubation reversibly inhibits S3-to-&4 transition. Biochim. Biophys. Acta, 1985, v. 810, p.302-309.

71. Vass I., Ono T. and Inoue Y. Stability and oscillation properties of thermoluminescent charge pairs on the (^-evolving system depleted of СГ or the 33 kDa extrinsic protein, Biochim. Biophys. Acta, 1987, v. 892, p. 224-235.

72. Vermaas W. Molecular-biological approaches to analyze photosystem II stucter and function. Annu. rev. plant physiol. plant molec. biol., 1993, v.44, p.457-481.

73. Weis E., Berry J.A. Quantum efficiency of photosystem II in relation to "energy"-dependent quenching of chlotoptll fluorescence. Biochim. Biophys. Acta, 1987, v.894, p.l98-208.