Изменения фотохимического индекса отражения можно использовать для мониторинга состояния растений
Учёные ННГУ им. Лобачевского разрабатывают новые методы дистанционного мониторинга сельскохозяйственных культур. Перспективным подходом является измерение отражённого света в видимом диапазоне, так как отражательная способность растений тесно связана с их физиологическими процессами.
Одним из таких индексов является фотохимический индекс отражения (PRI), рассчитываемый на основе отражения света растением на длинах волн 531 и 570 нм. Его использование основано на быстром снижении отражения на 531 нм при воздействии неблагоприятных факторов. Однако механизмы изменения PRI в первые минуты освещения изучены недостаточно.
Целью исследования аспирантки Института биологии и биомедицины ННГУ Екатерины Суховой и коллег был экспериментальный анализ механизмов снижения PRI после начала освещения. В частности, авторы проанализировали связь между изменениями PRI и закислением просвета (люмена) хлоропластов на свету. Работа поддержана Российским научным фондом, результаты опубликованы в журнале Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology.
Такое закисление — ключевой этап фотосинтеза. Для его оценки использовались изменения светопропускания листа на длине волны 535 нм в минутном диапазоне, которые свидетельствуют об изменении pH люмена хлоропластов. PRI измеряли с помощью спектрометра на проростках гороха и взрослых растениях герани.
Исследование показало, что при включении света закисление люмена хлоропластов происходило одновременно со снижением PRI листьев гороха и герани. Оба процесса развивались синхронно в течение первых двух минут освещения, что подтвердил высокий коэффициент корреляции между параметрами.
Обратный процесс — повышение pH люмена и увеличение PRI — происходил при выключении света; коэффициент корреляции оставался высоким. Для более длительных интервалов (до 10 минут) связь между изменениями PRI и светопропусканием на 535 нм становилась слабой, что означает ответственность изменений светопропускания, связанных с pH, за изменения PRI.
«Наши результаты показывают, что быстрое закисление люмена хлоропластов на свету участвует в развитии снижения фотохимического индекса отражения в диапазоне минут. Это имеет фундаментальное значение для выяснения механизма изменений PRI в условиях нестабильного освещения. В частности, это показывает, что снижение PRI связано не только с вызванными стрессорами биохимическими изменениями фотосинтетических пигментов (требующими от нескольких минут до десятков минут), но и с более быстрыми процессами в фотосинтетическом аппарате, возможно, из-за сжатия хлоропластов, вызванного закислением люмена», — комментирует Владимир Сухов.
С практической точки зрения, полученные результаты можно использовать для уточнения условий применения PRI для мониторинга состояния растений в нестабильных условиях естественного освещения или при заданных изменениях интенсивности света в теплицах. В будущем это может улучшить методы дистанционного мониторинга состояния культур в полях и теплицах и позволит проводить раннюю диагностику воздействия стрессоров на растения.