Aktivita fotosyntetických procesů kolonií Nostoc sp. ovlivněných zvýšenými dávkami záření

Bc. Michaela Chlachulová

Master's thesis

The activity of photosynthetic processes of colonies Nostoc sp. as affected by increased radiation doses

Abstract:

Antarktické polární klima se vyznačuje extrémně nízkými teplotami, suchem a občasnou silnou intenzitou slunečního záření, které je navíc obohaceno o fotony UV-B, které mají kvůli ztenčení ozonové díry v tamních oblastech vyšší propustnost atmosférou. Cyanobakterie obývající polární oblasti disponují mechanismy, které jim umožňují v extrémních podmínkách tamního prostředí přežít. Cyanobakterie Nostoc je kosmopolitně rozšířeným rodem, který se hojně vyskytuje i v Antarktických oblastech. Nostoc sp. tvoří makroskopické, konzistentní kolonie s hustou extracelulární matrix, jejíž složení poskytuje koloniím pevnost a odolnost vůči vysokým mrazům, suchu i silnému slunečnímu záření včetně UV-B složky. Mimo to, mají i další mechanismy, kterým mohou odolávat stresorům na vnitrobuněčné úrovni a dokážou si udržet fotosyntetickou aktivitu i v extrémních podmínkách prostředí. Vzhledem k celosvětovému areálu výskytu, je u Nostoc sp. velmi vysoká variabilita. V této práci byly použity vzorky Nostoc sp. sesbírané z ostrova Jamese Rosse v jižní polární oblasti a vzorky ze střední Evropy v severním mírném pásmu. Vzorky byly očištěny a byla měřena jejich fotosyntetická aktivita při revitalizaci ze suchého stavu a po ovlivnění vysokou dávkou fotosynteticky aktivního (PAR) a UV-B záření, v kombinaci s dvěma různými teplotami. Bylo zjištěno, že fotosyntetická aktivita u obou vzorků Nostoc sp. se ustálí do několika málo hodin od navlhčení suchých kolonií. Krátce po ovlivnění PAR a UV-B byl zaznamenán pokles maximálního kvantového výtěžku fotosyntézy. Vzorky kolonií obou původů pod různou délkou ovlivnění a teploty měly odlišnou odpověď a délku zotavení. Zároveň byl zaznamenám i rozdíl mezi vzorky v reakci na revitalizaci, záření, a to nejen ve fotosyntetické aktivitě, ale i ve složení pigmentů po vystavení.

Abstract:

The Antarctic polar climate is characterized by extremely low temperatures, dryness and occasional strong intensity of solar radiation, which is additionally enriched with UV-B photons, which have a higher permeability through the atmosphere due to the thinning of the ozone hole in those regions. Cyanobacteria inhabiting polar regions have mechanisms that enable them to survive in the extreme conditions of such environment. The cyanobacterium Nostoc is a cosmopolitan genus that is also abundant in Antarctic regions. Nostoc sp. forms macroscopic, consistent colonies with a dense extracellular matrix, which provides the colonies with strength and resistance to low temperature, drought and strong sunlight, including the UV-B radiation. In addition, they also have other mechanisms by which they can resist stressors at the intracellular level and can maintain their photosynthetic activity even in extreme environmental conditions. Due to the worldwide range of occurrence, Nostoc sp. has very high variability. In this thesis, samples of Nostoc sp. were collected from James Ross Island in the South Polar Region and from Central Europe in the North Temperate Zone. The samples were cleaned, and their photosynthetic activity was measured during revitalization from a dry state and after exposure to a high dose of photosynthetically active radiation (PAR) and UV-B radiation, in combination with two different temperatures. It was found that the photosynthetic activity of both samples of Nostoc sp. settles down within a few hours of moistening dry colonies. Shortly after the influence of PAR and UV-B, a decrease in the maximum quantum yield of photosynthesis was recorded. Samples of colonies of both origins under different duration of exposure and temperature had different response and length of recovery. At the same time, the difference between the samples in response to revitalization and radiation was perceived, not only in photosynthetic activity, but also in the composition of pigments after exposure.

Keywords

Nostoc, Cyanobakterie, Fotosyntéza, Radiační stres, UV-B stres, Cyanobacteria, Photosynthesis, Radiation stress, UV-B stress

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 26. 6. 2024
• Supervisor: Mgr. Peter Váczi, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Plant Biology / Experimental Plant Biology