Využití kinetik fluorescence chlorofylu k detekci nízkoteplotního stresu ve fotosyntetickém aparátu lišejníků

Mgr. Michaela Bednaříková, Ph.D.

Doctoral thesis

The use of chlorophyll fluorescence kinetics for a low temperature stress detection in photosynthetic apparatus of lichens

Abstract:

Tématem dizertační práce je využití různých metod měření fluorescence chlorofylu k detekci nízkoteplotního stresu. Nízká teplota přímo ovlivňuje strukturu a funkci fotosyntetického aparátu vegetace v polárních oblastech. Dominantní složkou antarktické vegetace jsou lišejníky, velmi dobře adaptované nejen na nízkoteplotní stres, ale také na silné ozáření a rychlé dehydratační cykly. Přesto jsou reakce fotosyntetického aparátu antarktických lišejníků a stresem indukované ochranné mechanismy relativně málo prozkoumány. Z těchto důvodů byly předmětem mého výzkumu právě antarktické lišejníky - Dermatocarpon polyphyllizum, Xanthoria elegans a Usnea antarctica. Mezi použitými fluorescenční metodami byla rychlá indukční kinetika fluorescence chlorofylu (OJIP), pomalá Kautského kinetika fluorescence chlorofylu (KK) a metoda měření fluorescenčních parametrů v průběhu lineárního ochlazování vzorků z +22 na -40 °C. Dizertační práce shrnuje výsledky tří odborných článků zaměřených na kombinaci různých metod při měření (1) stresu nízkou teplotou (Marečková et al. 2019), (2) stresu nízkou a vysokou teplotou (Bednaříková et al. 2020a) a (3) stresu nízkou teplotou v kombinaci s dehydratací stélky (Bednaříková et al. 2020b). Byly využity i další doplňkové metody studia projevů stresu ve stélce lišejníků: měření termostability buněčných membrán a měření změn spektrální odrazivosti v průběhu jejich vysychání.

Abstract:

This dissertation thesis is focused on the use of different chlorophyll fluorescence methods to analyze the effect of low-temperature stress on photosynthetic processes. The low temperature stress directly affects the structure and functioning of photosynthetic apparatus in polar vegetation. The major part of Antarctic vegetation are lichens, well-adapted not only to the low temperature stress, but high irradiation stress and fast dehydration-rehydration cycles as well. Despite this, there is very little information about the responses of photosynthetic apparatus and stress-induced protective mechanisms activated in Antarctic lichens when exposed to the stress conditions. For all these reasons, three different Antarctic lichens (Dermatocarpon polyphyllizum, Xanthoria elegans and Usnea antarctica) were used as experimental species in my research. The methods applied in the experiments were: fast chlorophyll fluorescence induction (OJIP), slow Kautsky kinetics of chlorophyll fluorescence (KK), and linear cooling from +22 to -40 °C. The dissertation thesis summarizes the results and discussion of the below-specified three research papers focused on the combination of different methods used to evaluate lichen responses to the (1) low temperature stress (Marečková et al. 2019), (2) low temperature and high temperature stress (Bednaříková et al.2020a), and (3) low temperature and dehydration stress (Bednaříková et al. 2020b). Other supplementary methods were used to analyse the effect on cell and thallus level, such as membrane thermostability analysis by the ion leakage measurements, and the measurements of the spectral reflectance changes during gradual dehydration of lichen thalli.

Keywords

Antarktida, fotosyntéza, fotosystém II, lišejníky, OJIP, pomalá Kautského kinetika, spektrální odrazivost, stres

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 1. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 5. 3. 2021
• Supervisor: prof. Ing. Miloš Barták, CSc.
• Reader: prof. RNDr. Martin Bačkor, DrSc., doc. Ing. Josef Elster, Ph.D., prof. RNDr. Petr Ilík, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Plant Anatomy and Physiology / Plant Physiology and Anatomy