| Аннотация |
Аноксигенный фотосинтез (в широком смысле) известен как процесс фотохимического использования энергии квантов света, приводящий только к синтезу АТФ, но не к ассимиляции СО2 и выделению O2. У высших растений он основан на тилакоидном циклическом транспорте электронов вокруг фотосистем I и II, CET-PSI и CET-PSII, когда фотолиза воды не происходит, а также на цикле Мехлера и активности пластидной терминальной оксидазы. Метаболические пути CET-PSI и CET-PSII хорошо известны, однако их количественный вклад в общий фотосинтез изучен очень плохо и вызывает разногласия между различными исследовательскими группами. Преобладающая точка зрения заключается в том, что аноксигенный фотосинтез высших растений составляет лишь небольшую долю от общего фотосинтеза.
В ходе изучения параметров флуоресценции и абсорбции света, скоростей фотолиза воды (предложенным новым методом двухчастотной Фурье-фотоакустической спектроскопии), скоростей ассимиляции растениями CO2 и другими параметрами фотосинтеза, исполнителями гранта в 2022-2024 гг было показано, что аноксигенный фотосинтез высших растений сильно недооценен, т.е. он может доминировать над оксигенным как в норме, так и в условиях стресса. Если это так, то:
1. Подлежат пересмотру распространенные взгляды на связь скоростей тилакоидного транспорта электронов (ETR) с оксигенным фотосинтезом и продуктивностью растений. Другими словами величины ETR, Fv/Fm (квантовая эффективность фотосистемы II) и аналогичные показатели, измеряемые методами импульной (PAM) флуориметрии отражают только сумму оксигенного и аноксигенного фотосинтеза (без CET-PSI).
2. Необходимы простые методы оценки вклада аноксигенного фотосинтеза в общий фотосинтез. Одним из таких методов может быть предложенный исполнителями гранта двухчастотный Фурье-фотоакустический метод, позволяющий одновременно, в одном образце, измерять долю фотохимически сохраняемой энергии (расходуемой как на синтез АТФ, так и на синтез углеводов) и величину скорости фотолиза воды, не искаженную процессами потребления кислорода - дыханием, фотодыханием и др. Для оценки относительных уровней оксигенного и аноксигенного фотосинтеза целесообразно определять кислородные коэффициенты фотосинтеза (также предложенные исполнителями гранта), рассчитываемые на основе этих двух величин.
Актуальность задач пп. 1 и 2 состоит в их значении для фундаментальных исследований в области физиологии растений, а также имеет перспективное практическое значение в области растениеводства и селекции растений, поскольку открывается потенциальная возможность увеличения продуктивности сельскохозяйственных растений за счет перераспределение ресурсов растений от аноксигенного к оксигенному фотосинтеза. Это особо актуально для растений закрытого грунта в условиях искусственного освещения, когда отсутствует опасность фотоингибирования – в связи с тем, что аноксигенный фотосинтез необходим для защиты от фотоингибирования.
Дальнейшее развитие проекта направлено на глобальные исследования аноксигенного фотосинтеза высших растений в условиях стресса, в норме, в стадиях естественного торможения и остановки роста, при действии пониженных температур. Будет исследована функциональная роль аноксигенного фотосинтеза в физиологических различиях световых и темновых листьев (в пределах кроны), столбчатого и губчатого мезофилла, диапазон межвидовых различий, а также сезонная динамика аноксигенного фотосинтеза. Будут исследована зависимость "аноксигенности" фотосинтеза от цвета возбуждающего света с применением (в том числе): 1) метода расчета хроматической дивергенции эффективности фотосистемы II, основанном на использованием полихроматической PAM-Фурье-флуориметрии (Lysenko et. al., 2018, 2020, 2022) и 2) Фурье-фотоакустической спектроскопии, возможно также в полихроматическом варианте. С целью измерений величин хроматической дивергенции, ранее созданный в лаборатории заявителя гранта экспериментальный полихроматический импульсный Фурье-флуориметр будет доработан до уровня промышленного образца с последующей передачей документации заинтересованным российским предприятиям для серийного производства.
Учитывая имеющиеся данные о роли CET-PSII (т.е. аноксигенного фотосинтеза) в защите растений от фотоингибирования, будут продолжены исследования гиперспектральной "сигнатуры" светового стресса, существование которой было впервые показано исполнителями гранта в 2002-2024 гг, на основе чего были предложены специфически (селективно) чувствительные к световому стрессу (и его последствиям) вегетационные индексы. В развитии проекта 2025-2026 гг эти исследования будут выполнены на сельскохозяйственных растениях. Полученные данные будут сопоставлены с другими параметрами фотосинтеза, в том числе характеризующими "аноксигенность" фотосинтеза. Эти и ожидаемые результаты внесут вклад в раскрытие механизмов формирования устойчивости к световому стрессу и позволят получить надежные методы его индикации, применимые в растениеводстве.
|
| Приоритеты научно-технического развития |
г) переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработку и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективную переработку сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания;
|
