Význam fenolových látek pro odolnost fotosyntetického aparátu vůči působení vysokoteplotního stresu

Sára PETŘÍKOVÁ

Bachelor's thesis

The importance of phenolic compounds for the resistance of the photosynthetic apparatus to high-temperature stress

Abstract:

Tato práce se zabývá dopady akutního vysokoteplotního stresu na stav fotosyntetického aparátu ječmene setého (Hordeum vulgare L.) a zhodnocení ochranné role fenolových látek vůči působení tohoto abiotického stresového faktoru. Motivací k?provedení této práce jsou stále častěji pozorované extrémní změny počasí, jež pravděpodobně souvisí se změnou klimatu. Kultivace rostlin v?kontrolovaných podmínkách byla prováděna v?růstových komorách, tyto boxy také umožnily manipulaci spektrálních vlastností světla v?průběhu kultivace. Množství fenolových látek v rostlinách bylo sledováno měřením obsahu epidermálních flavonoidů v listech. Stav fotosyntetického aparátu byl sledován jednak na základě studia rychlé indukce fluorescence chlorofylu (Fv/Fm, OJIP), tak i biochemickým sledováním změn zastoupení pigment - proteinových komplexů separovaných pomocí nativní elektroforézy (CN-PAGE). V?rámci této práce byly provedeny dva experimenty. Experiment 1 byl proveden za účelem odhadu rozsahu poškození fotosyntetického aparátu vysokou teplotou bez interakce s?dalšími stresovými faktory. Z výsledků experimentu vyplynulo že působení teploty 38 °C vede k narušení funkce PSII, rozpadu superkomplexů a LHCII - "assembly" (CN-PAGE). Ve?druhém experimentu byl pomocí zvýšení podílu modré složky světla ve spektru (při celkové ozářenosti 550 ?mol?m-2s-1) navýšen obsah epidermálních fenolových látek v?rostlinách oproti kontrole. Rostliny byly následně vystaveny teplotám (20 °C, 30 °C a 38 °C). Oproti Experimentu 1 byl pozorován menší, ale stále patrný pokles Fv/Fm při 38 °C. Vysoká teplota také vedla k?nárůstu obsahu megakomplexů fotosystému I a II i volných pigmentů, a naopak k poklesu obsahu superkomplexů PSII. Výsledky naznačují, že ani nejvyšší použitá teplota nevede za daných podmínek k?narušení funkce kyslík vyvíjecího komplexu. Zdá se také, že navýšení obsahu fenolových látek nemá významný pozitivní vliv na stav fotosyntetického aparátu (v kontextu sledovaných parametrů).

Abstract:

The study focuses on the impacts of acute high-temperature stress on the photosynthetic apparatus of barley (Hordeum vulgare L.) and evaluates the protective role of phenolic compounds against this abiotic stress factor. The motivation for conducting this study stems from the more frequent observation of extreme weather changes, which are associated with climate change. Plant cultivation under controlled conditions was carried out in growth chambers, which also allowed manipulation of the spectral properties of light during cultivation. The amount of phenolic compounds in the plants was monitored by measuring the content of epidermal flavonoids in the leaves. The state of the photosynthetic apparatus was monitored based on the study of rapid chlorophyll fluorescence induction (Fv/Fm, OJIP) and biochemically monitoring of changes in the presence of pigment-protein complexes separated by native electrophoresis (CN-PAGE). Two experiments were conducted were performed in this study. Experiment 1 aimed to estimate the extent of damage to the photosynthetic apparatus by high temperature without interaction with other stress factors. The results of the experiment indicated that exposure to a temperature of 38 °C leads to disruption of the function of PSII, degradation of supercomplexes, and LHCII assembly (CN-PAGE). In the second experiment, by increasing the proportion of blue component of light (at a total irradiance of 550 ?mol?m-2s-1), the content of epidermal phenolic compounds in the plants was increased compared to the control. The plants were then exposed to temperatures of 20 °C, 30 °C, and 38 °C. Compared to Experiment 1, a smaller but still noticeable decrease in Fv/Fm at 38°C was observed. High temperature also led to an increase in the content of megacomplexes of PSI and PSII and free pigments, and conversely, to a decrease in the content of PSII supercomplexes. The results suggest that even the highest temperature used under these conditions does not lead to disruption of the function of the oxygen-evolving complex. It also seems that increasing the content of phenolic compounds does not have a significant positive effect on the status of the photosynthetic apparatus (in the context of the parameters studied).

Keywords

vysokoteplotní stres, ječmen setý, fenolové látky, pigment, proteinové komplexy, fluorescenční parametry, CN-PAGE

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 5. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 22. 5. 2024
• Supervisor: Mgr. Jakub Nezval, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Physics / Biofyzika