Ученые МГУ имени М.В.Ломоносова выявили различия в способности теневыносливых и светолюбивых растений противостоять повреждению фотосинтетического аппарата вследствие избытка солнечного света. Исследователи представили свою работу в журнале Photosynthesis Research.
«Суть работы состоит в том, чтобы выявить различия в способах растений различных видов, теневыносливых и светолюбивых, противостоять так называемому световому стрессу, который вызывает повреждение фотосинтетического аппарата растений», — рассказал главный автор статьи, доктор физико-математических наук, профессор кафедры биофизики физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова Александр Тихонов.
На ярком солнце листья растений получают гораздо больше солнечного света, чем им необходимо для фотосинтеза. И если растение не избавится от этой избыточной энергии, то его зеленые листья просто «выцветут», фотосинтетический аппарат разрушится (возникнет так называемый световой стресс). Чтобы избежать этого, растения используют различные механизмы защиты фотосинтетического аппарата от избыточного света.
Один из механизмов заключается в том, что листья растений меняют состав пигментов, поглощающих свет, в зависимости от условий произрастания. Другой механизм защиты от светового стресса состоит в том, что в клетках растений хлоропласты могут перемещаться в затененные области. Также существует особый механизм защиты, при котором растения рассеивают избыточную энергию света в виде тепла. Этот механизм, известный под названием нефотохимическое тушение, растение использует при ярком солнце, как человек использует солнцезащитные очки. Растения могут использовать эти и другие «инструменты» защиты от светового стресса в разных комбинациях с разной эффективностью.
В своей работе исследователи, изучая реакцию на свет фотосинтетического аппарата двух контрастных видов традесканции (теневыносливый вид T. fluminensis и светолюбивый вид T. sillamontana), выращенных на сильном или слабом свету, установили, что акклимация растений к сильному свету способствует более быстрой и более эффективной мобилизации защитных механизмов.
В предыдущих работах ученые продемонстрировали, что это может быть обусловлено увеличением содержания специального регуляторного белка PsbS, ответственного за инициацию светозащитных реакций у растений, адаптированных к сильному свету.
В своей работе ученые использовали такие биофизические и биохимические методы, как флуоресцентный анализ, исследование электронного транспорта методом электронного парамагнитного резонанса и анализ содержания пигментов методом хроматографии.
«Изучение стратегий, используемых разными группами растений, может позволить понять значимость различных физиологических механизмов для способности растения переживать неблагоприятные условия и, возможно, в будущем использовать эти знания при работе над новыми сортами культурных растений», — сказал Александр Тихонов.
Исследование выполнено совместно с Институтом биохимической физики имени Н.М. Эмануэля.