Regulace využití radiace ve fotosystému II v důsledku změn radiace a teploty

Bc. Zdeněk NOSEK

Master's thesis

Regulation of light utilization within photosystem II as a result of radiation and temperature changes.

Abstract:

V rámci Subprojektu 1 byl studován vliv ozářenosti a teploty na termostabilitu fotosyntetického aparátu modelových rostlin smrku ztepilého a ječmene jarního adaptovaných na tmu i mírnou úroveň fotosynteticky aktivní radiace, a které byly vystaveny režimu lineárního ohřevu (20°C- 46°C). V rámci tohoto výzkumu jsem zavedl metodu detailní analýzy kontinuálního záznamu teplotní závislosti fluorescence, což mi umožnilo zjistit vliv aklimačních podmínek na odolnost fotosystému II (PS II) vůči zvýšené teplotě a stanovit rozdíly v termostabilitě PS II a účinnosti indukce ochraných mechanismů mezi různými druhy rostlin. Překvapivě bylo zjištěno, že vzorky smrku vykazovaly vyšší termostabilitu PS II vzorky ječmene. Z analýzy odezvy fluorescence na saturační pulz a na krátkodobé vypnutí aktinické ozářenosti jsme zjistili, že pouze u smrku přispívají zvýšené teploty k velmi rychlé indukci a relaxaci nezářivé disipace (NRD), což pravděpodobně souvisí s výraznou závislostí fluidity thylakoidní membrány na teplotě. Subprojekt 2 je zaměřen na výzkum vlivu zvýšené koncentrace CO2 na termostabilitu PS II jehlic smrku ztepilého a listů buku lesního dlouhodobě pěstovaných v lamelárních sférách s okolní (380 ppm) a zvýšenou (700ppm) koncentrací CO2 na EEP Bílý Kříž (Moravskoslezské Beskydy). Tento vliv byl rovněž zkoumán pomocí detailní analýzy kontinuálních záznamů teplotní závislosti fluorescence. Z měření teplotní závislosti FV/FM na teplotě vyplývá, že ani u smrku, ani u buku kultivovaného v EC podmínkách nebylo potvrzeno zvýšení termostability funkčního stavu PS II ve srovnání s rostlinami kultivovanými v AC podmínkách. Toto zjištění je překvapivé, protože zvýšení termostability PS II je obvyklým projevem aklimace fotosyntetického aparátu na zvýšené teploty. Navíc je zřejmé, že při lineárním ohřevu asimilačního aparátu je PS II buku lesního méně odolný vůči vysokým teplotám než PS II smrku ztepilého, což je způsobeno větší účinnosti ochranných procesů (NRD) smrku při vysokoteplotnímu stresu.

Abstract:

In Subproject 1 effects of irradiance and temperature on thermostability of Norway spruce and spring barley photosynthetic apparatus were studied. A rapid chlorophyll fluorescence method, based on the analysis of quenching dynamics in leaves exposed to linear heating (20-46 °C), was developed and used to estimate the thermostability of photosystem (PS) II and the efficiency of heat-induced protective processes in spring barley and Norway spruce. Surprisingly it was found that Norway spruce needles revealed higher photosystem II (PS II) thermostability than barley leaves. It is suggested that the greater thermostability of PS II in spruce needles as compared to barley leaves is caused by the accelerated regulation of non-radiative dissipation (NRD) that could be related to the increasing fluidity of the thylakoid membrane at elevated temperatures. Subproject 2 is focussed on effect of elevated CO2 concentration on thermostability of Norway spruce and European beech cultivated for three growing seasons at ambient (AC; 380 ?mol(CO2) mol-1) and elevated (700 ?mol(CO2) mol-1) concentration of CO2 in glass domes at the experimental research site Bílý Kříž in the Beskydy Mts. A rapid chlorophyll fluorescence method, developed within the solution of suproject 1 and described therein, was used again. It was found no increase of thermostability neither Norway spruce or European beech cultivated at elevated CO2 concentration. European beech PS II is slightly less resistant to heat stress than Norway spruce, which is caused by higher efficiency of protective mechanisms induction (particularly NRD) in Norway spruce needles.

Keywords

smrk ztepilý, ječmen jarní, buk lesní, termostabilita, fluorescence, zvýšená koncentrace CO2

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 6. 2011

Accessible from:: 24. 6. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 23. 8. 2011
• Supervisor: Doc. RNDr. Vladimír Špunda, CSc.

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Applied Physics / Biophysics