МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра общей физики

Спектральные методы исследования фотосинтетического аппарата растений

ДОКЛАД

студентки 505 группы

Калмацкой О.А.

Научный руководитель:

проф. Караваев В. А.

Москва-2011 г.

Введение

На сегодняшний день существует множество методов исследования фотосинтетического аппарата и оценки физиологического состояния растения. Их можно разделить на следующие типы:

• Газовый анализ

• Методы, использующие изотопы

• ЭПР

• Спектроскопия

Спектральные методы подразделяются на следующие виды:

• Термолюминесценция

• Индукция флуоресценции

• Спектры флуоресценции

Медленная индукция флуоресценции (миф)

При освещении зеленого листа после периода темновой адаптации интенсивность флуоресценции изменяется немонотонно (эффект Каутского).

Рис. 1. Схема индукционных изменений флуоресценции фотосинтезирующих объектов

Изменения O-I-D-P называют первой волной, или быстрой индукцией флуоресценции (БИФ). Ее продолжительность 1-3 с. Более медленные изменения P-S-M-T известны как вторая волна, или медленная индукция флуоресценции (МИФ). Продолжительность протекания МИФ – от нескольких десятков секунд до нескольких минут в зависимости от объекта и условий эксперимента таких, как интенсивность и спектральный состав света, используемого для возбуждения флуоресценции, газовый состав окружающей среды, температура, условия выращивания, возраст растений и многие другие факторы. Использование МИФ для оценки физиологического состояния фотосинтетического аппарата затруднено ввиду значительной биологической вариабельности и сложностей в интерпретации этого явления, хотя метод индукции флуоресценции широко используется для решения как фундаментальных, так и прикладных задач биофизики фотосинтеза и физиологии растений.

Большую роль в интерпретации БИФ сыграла гипотеза Дюйзенса и Свирса, в которой флуоресценция и первичные реакции фотосинтеза рассматриваются как конкурирующие процессы. В соответствии с этой гипотезой индукционные изменения флуоресценции связаны с изменением состояния первичного акцептора электронов (Q) ФС2. В адаптированных к темноте хлоропластах Q находится в окисленном состоянии и способен принимать электроны от хлорофилла, а ФС2, гася таким образом флуоресценцию благодаря электронному потоку от Н₂О к Q (уровень O на рис. 1). По мере восстановления Q поток электронов уменьшается и флуоресценция увеличивается. Квазистационарный, в рамках БИФ, уровень Р отражает, таким образом, динамическое равновесие реакций восстановления Q через ФС2 и его окисления последующими переносчиками электронов.

Двухфазный характер индукционной кривой (участок I-D на рис. 1) можно объяснить тем, что акцептор Q, будучи восстановлен через ФС2, окисляется вновь последующими переносчиками, локализованными в цепи электронного транспорта между фотосистемами. Предполагается, что определенную роль в этом эффекте играет ФС1. Медленная индукция флуоресценции фотосинтезирующих объектов заключается в изменении интенсивности флуоресценции от максимального уровня Р до стационарного значения Т (рис. 1). Характерная кривая медленной индукции флуоресценции листьев растений представлена на рис. 2. В изолированных интактных хлоропластах тушение Р-Т, как правило, монотонное. У листьев и водорослей наблюдается переход S-M-T или более сложная кинетика флуоресценции. Описание этих изменений затруднено из-за одновременного протекания многих процессов.

Рис. 2. Характерная кривая медленной индукции флуоресценции (МИФ) листьев растений

Тушение флуоресценции подразделяют на фотохимическое (qP), которое, как упоминалось ранее, зависит от окислительно-восстановительного состояния первичных акцепторов электронов ФС2, и нефотохимическое (qN), непосредственно с этим состоянием не связанное.

Флуоресценция и фотохимические превращения являются конкурирующими процессами. Теоретически и экспериментально установлена высокая положительная корреляция между фотосинтетической активностью и относительным тушением флуоресценции листьев в их индукционном периоде (параметр F_M / F_T, где F_M – максимальное, а F_T – стационарное значение флуоресценции листа).