Ученые ЮФУ разработали новый метод эффективности фотосинтеза растений

С его помощью удалось выяснить, что фотосинтез у зеленых водорослей иногда может быть полностью бескислородным

Сотрудники лаборатории экологии и физиологии растений Академии биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского ЮФУ уже несколько лет занимаются проблемой аноксигенного фотосинтеза, при котором не происходит образования молекулярного кислорода и не ассимилируется углекислый газ. Аноксигенный фотосинтез используется растениями только для поддержания жизнеспособности уже накопленной биомассы, но не для роста новых тканей. Поэтому учет доли аноксигенного фотосинтеза исключительно важен для оценки продуктивности наземных и водных растений.

Последние исследования ученых показали, что фотосинтез в определенных условиях может быть полностью аноксигенным у зеленых водорослей. Для проведения эксперимента был впервые применен новый метод, который позволил определить эффективность световых реакций фотосинтеза для света разного цвета. Результаты исследований опубликованы в авторитетном научном издании «JournalofPlantPhysiology».

«Считается, что аноксигенный фотосинтез происходит в таких организмах, как зеленые серные и пурпурные несерные бактерии, а у Высших растений и зеленых водорослей его роль незначительна. У нас другая точка зрения. В этой работе мы показали, что при освещении одноклеточных зеленых водорослейChlorellavulgarisименно красным светом умеренной интенсивности фотосинтез может быть полностью аноксигенным», — поделился заведующий лабораторией, доцент кафедры ботаники ЮФУ Владимир Лысенко.

Chlorellavulgaris и другие виды зеленых водорослей широко используются в научных и промышленных целях. Синие, красные и белые светодиоды — наиболее часто используемые источники света для их роста.

«Хлорелла очень удобна для исследований. Фотосинтез в листьях высших растений зависит от транспирации (процесс испарения воды листьями), а та, в свою очередь, зависит от присутствия синего света. У хлореллы же никакой транспирации нет, это водный одноклеточный организм. Кроме того, измерить выделение кислорода микроскопическими водорослями в воде намного проще, чем измерить его в листьях», — пояснил ученый.

Получить такой результат удалось с помощью нового метода — полихроматической импульсной Фурье-флуориметрии хлорофилла. Метод применим как для водных, так и для наземных растений. С его помощью можно определить эффективность световых реакций фотосинтеза для света разного цвета (например, к красному, синему и зеленому) причем одновременно, в одном образце, что существенно повышает точность, удобство и скорость измерений.

«До настоящего времени это можно было сделать с помощью полихроматических (многоцветных) флуориметров, конструкция которых основана на обычных принципах, но только последовательно – например, сначала исследовать действие красного, потом синего и потом зеленого света. Это неудобно, неточно, медленно, и к тому же требует применения редких и дорогих приборов.

Для реализации нашего метода достаточно иметь компьютер со звуковой картой, стандартное ПО, фотодиод, несколько светодиодов, и несложное устройство их импульсного питания, которое может собрать любой школьник, умеющий держать паяльник в руке и располагающий парой тысяч рублей на детали. Наш прибор может оказаться более предпочтительным даже перед стандартными монохровматическими (одноцветными) импульсными флуориметрами, цена которых начинается от 1 млн. руб.

Исследования флуоресценции хлорофилла проводятся в очень большом числе лабораторий, занимающихся исследованиями фотосинтеза и оценкой продуктивности наземных и водных растений. Поэтому надеемся на широкое применение нашего метода, поскольку в нем могут быть заинтересованы тысячи исследователей по всему миру», — отметил Владимир Лысенко.

Подробнее о новом методе можно почитать в научных статьях, опубликованных в журналах первого квартиля Photosynthetica и InformationProcessinginAgriculture.

Исследование было выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания (Южный федеральный университет, FENW-2020-0028). Эксперименты проводились в лаборатории экологии и физиологии растений ЮФУ и в отделе исследований и аналитики качества воды Российского информационно-аналитического и водохозяйственного научно-исследовательского центра в Ростове-на-Дону.