Studium vzájemného vztahu funkce fotosystému I a II u vyšších rostlin v souvislosti s různými radiačními a teplotními podmínkami

Bc. Miroslav KOLOS

Master's thesis

Study of the mutual link of photosystem I and II function in higher plants in relation to different radiation and temperature conditions

Abstract:

V tylakoidních membránách chloroplastů jsou při přenosu elektronů mezi fotosystémem II (PS II) a fotosystémem I (PS I) v elektronovém transportním řetězci přenášeny vodíkové kationty přes tylakoidní membránu, a tím je vytvářen rozdíl pH na této membráně (?pH). ?pH je nezbytná ke spuštění ochranných procesů u rostlin, které se tak zbavují nadměrné absorbované energie v PS II. Regulaci velikosti ?pH může rostlina provádět aktivitou cyklického transportu elektronů kolem PS I (CET), který vrací elektrony z PS I na přenašeče mezi PS II a PS I. Vysokoteplotní stres způsobuje rozvolnění tylakoidních membrán rostlin a snižování míry ?pH. Pro zvýšení míry ?pH, je předpokládán právě nárůst CET vlivem vysoké teploty. V této diplomové práci byly vysokou teplotou a vysokou intenzitou světla stresovány rostliny ječmene setého (Hordeum vulgare L. cv. Bonus), huseníčku rolního (Arabidopsis thaliana, ekotyp Columbia), a semenáčky smrku ztepilého (Picea abies, L. Karst.) a byly u nich pomocí přístroje DUAL-PAM-100 měřeny výtěžky absorbované energie v PS II, PS I a poměr složek síly vodíkových kationtů na tylakoidní membráně (pmf) ?? a ?pH. Ječmen i smrk byly pěstovány ve dvou variantách, první při nízké intenzitě světla (J50 a S50), druhá při vysoké intenzitě světla (J1000 a S1000). Arabidopsis byl pěstován při nízké intenzitě světla a ve dvou typech, divoký typ (AWT) a mutant L17 (AL17). U obou variant ječmene a smrku a u obou typů Arabidopsis byla prokázána vyšší míra CET při vysoké teplotě, ovšem u AWT, AL17 a J1000 pouze v nižších intenzitách světla. Dále byly srovnány odolnosti mezi jednotlivými variantami, druhy a typy vůči kombinaci vysoké teploty a intenzivního světla. Největší odolnost prokázal S50, u kterého byla zjištěna i vysoká odolnost jeho tylakoidních membrán vůči vysoké teplotě. Přínos této práce spočívá v prokázání nevhodnosti metodiky výpočtu míry CET z poměru fotochemického výtěžku PS I Y (I) ku fotochemickému výtěžku PS II Y (II), a její nahrazení upravenou metodikou hodnocení míry CET.

Abstract:

The transfer of electrons between photosystem II (PSII) and photosystem I (PS I) in the electron transport chain in plant chloroplasts, is forming gradient of hydrogen cations across the thylakoid membrane (?pH). ?pH is necessary to start the protection process in plants, in which is dissipated the excess energy absorbed in PS II. Regulating the amount of ?pH can plant carry out with changing the activity of the cyclic electron transport around PS I (CET), which returns the electrons from PS I to transporters between PS II and PS I. High temperature stress causes disintegration of thylakoid membranes and reducing ?pH. Increasing the amount of ?pH is anticipated by increasing CET. In this thesis is measured response to the high temperature and high light intensity stress of barley plants (Hordeum vulgare L. cv. Bonus), Arabidopsis plants (Arabidopsis thaliana ecotype Columbia), and seedlings of Norway spruce (Picea abies L. Karst.) with device DUAL-PAM-100. We measured photochemical yields of PS II and PS I and the ratio of the proton motive force (PMF) components ?? and ?pH. Barley and spruce were cultivated in two versions, the first in low light intensity (J50 and S50), the second in high light intensity (J1000 and S1000). Arabidopsis was cultivated in low light and in two types: wild-type (AWT) and mutant L17 (AL17). For both variants of barley and spruce and in both types of Arabidopsis has been shown that the rate of CET increased at high temperature, but for AWT, AL17 and J1000 only at lower intensities of light. Furthermore, the resistance to the combination of high temperatures and intense light between the versions, kinds and types were compared. The plant with greatest resistance was S50, in which was found a high resistance of the thylakoid membranes to high temperature. Contribution of this work is to demonstrate the inappropriateness of the methodology of calculation of the CET by ratio of PS I photochemical yield Y (I) and PS II photochemical yield Y (II) and its replacement with a modified methodology of assessment of the CET.

Keywords

Y (I), Y(II), Y (NO), Y (NPQ), Y (NA), Y (ND), cyklický transport kolem PS I, protonmotivní síla, ??, ?pH, vysokoteplotní stres rostlin

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 4. 2016

Accessible from:: 25. 4. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 15. 6. 2016
• Supervisor: Mgr. Michal Štroch, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Applied Physics / Biophysics