Физиология растений - Лебедев С.И.
ISBN 5-10-000574-2
Скачать (прямая ссылка):
В последнее десятилетием в СССР и за рубежом интенсивно ведутся исследования явления флуоресценции и первичных процессов фотосинтеза у высших и низших зеленых растений в связи с их физиологическим состоянием.
Известно, что молекула хлорофилла, находящаяся в электронно-возбужденном состоянии, может потерять свою энергию, вернувшись в основное состояние, несколькими способами, Один из них состоит в испускании молекулой кванта света — флуоресценция (люминесценция)*.
По механизму преобразования энергии возбуждения флуоресценция, как правило, является спонтанной люминесценцией, поэтому длительность (т) ее определяется периодом существования на возбужденном уровне с временем послесвечения 10~8— 10~9 с,
Абсолютную интенсивность испускаемого света и спектральные свойства флуоресцентного излучения определяют методом флуоресцентной спектроскопии. Несмотря на то что интенсивность флуоресценции чрезвычайно мала, чувствительность метода значительно выше, чем при измерении поглощения света. Флуоресцентная спектроскопия относится к числу .важных аналитических методов.
Для оценки эффективности работы фотосиптетического аппарата растений и устойчивости его к различным внешним воздействиям разработаны методы учета интенсивности замедленной флуоресценции (Д. Н. Маторин, П. С. Венедиктов, А, Б. Рубин, А. А. Красповский, В. С, Маренков, И. Р. Васильев и др.).
Замедленная флуоресценция (ЗФ) фотосинтезирующих организмов, открытая в 1951 г.- Б. Стрелером и В. Арнольдом (США), в настоящее время широко используется при изучении механизмов реакций фотосинтеза и их связи с физиологическим состоянием растений.
, Замедленная флуоресценция — биофизический метод, несущий информацию о функционировании первичных реакций фотосинтеза в интактных объектах или послесвечения фотосинтезирующих организмов.
Кратко природу возникновения и механизм замедленной
* Энергия электронов при переходе из возбужденного состояния в основное может выделяться различными путями: 1) потеря в виде тепля; 2) в виде излучения (флуоресценция); 3) фотохимическая работа (в РЦ); -1) возбуждение соседних молекул (перенос энергии к фотохимическим центрам).
флуоресценции у фотосинтезирующих организмов можно представить следующим образом.
Сравнительное изучение спектров излучения быстрой; (10“9 с) и замедленной (в мс) флуоресценций показало их сходство. На этом основании был сделан вывод, что ЗФ возникает при излучательной дезактивации первого сииглетиого возбужденного состояния хлорофилла.
Вместе с тем в отличие от быстрой флуоресценции хлорофилла растений, которая затухает за время порядка 10“8— 10~9 с, длительность замедленной флуоресценции значительно превышает собственное время синглетного возбужденного состояния хлорофилла. Это показывает, что ЗФ обусловлена вторичным возбуждением хлорофилла при обратных реакциях образовавшихся на свету фотопродуктов.
Кинетика замедленной флуоресценции очень сложна и многокомпонентна. Это обусловлено тем, что стадии стабилизации запасенной энергии света обратимы и могут генерировать возбужденное состояние хлорофилла.
Установлено, что ЗФ зеленых растений возникнет в основном в реакционных центрах фотосистемы II и очень слабая ЗФ может наблюдаться в фотосистеме I.
При рекомбинации* возбужденных молекул реакционного центра часть образующейся при этом энергии передается молекулам светособирающего хлорофилла, который излучает ее в. виде квантов замедленной флуоресценции.
Необходимо отметить, что интенсивность ЗФ пропорциональна скорости реакций рекомбинации зарядов в реакционных центрах (РЦ) и концентрации реакционных центров с разделенными зарядами, а также скорости переноса электронов по ЭТЦ, которая изменяется в зависимости от виешних условий. Насыщение ЗФ зависит от интенсивности освещения и количества молекул хлорофилла в фотосинтетической единице, «обслуживающих» реакционный центр.
Явление замедленной флуоресценции наблюдается у всех видов фотосинтезирующих организмов. Наличие флуоресценции тесно связано с функциональной целостностью фотосинтетиче-ского аппарата. Этиолированные листья, мутанты растений и водорослей с неактивными фотохимическими реакционными центрами не испускают замедленной флуоресценции.
С помощью метода ЗФ можно получить информацию о состоянии первичных процессов фотосинтеза, а именно: о повреждении акцепторов фотосистемы второй (ФСII) или замедлении
* Рекомбинация — это обратный процесс ионизации, при которомг коны противоположных знаков, соединяясь, образуют нейтральную молекулу; соединение электрона и ионизированного атома с образованием нейтрального атома.
транспорта электронов после фотосистемы II; повреждении РЦФС1, принимающего электрон после ФСП, что вызывает замедление затухания ЗФ; повреждении системы разложения ¦воды, что приводит к подавлению долгоживущих компонентов системы с т>20 мс, кроме того, происходит исчезновение осцилляций кислородвыделяющей системы.
Таким образом, формы световой зависимости и кривой затухания ЗФ могут характеризовать скорость электронного транспорта в ЭТЦ до и после ФС II; исследование осцилляций ЗФ при освещении серией коротких вспышек является тестом на активность кислородвыделяющей системы и кинетических ее состояний.
