Vliv fotoaklimace vyšších rostlin na nefotochemické zhášení fluorescence chlorofylu, fotoprotekci a fotoinaktivaci fotosystémů

Bc. Daniel DUDA

Master's thesis

Effect of photoacclimation on non-photochemical quenching of chlorophyll fluorescence, photoprotection and photoinactivation of photosystems in higher plants

Abstract:

Přestože je nefotochemické zhášení (NPQ) typicky považováno jako dobrý indikátor skutečné fyziologické fotoprotektivní kapacity organismu, byly kvantitativně odvozeny vztahy mezi NPQ a fotoprotekcí, které jsou nelineární. Tato práce se zabývá souvislostí mezi NPQ, fotoprotekcí, fotoinaktivací PSII a PSI. Byly zavedeny specifické protokoly na systému Dual-PAM pro stanovení fotoinaktivace fotosystému II a I. Byly zavedeny vhodné metody pro stanovení fotoprotektivní účinnosti NPQ, které byly využity při sledování změn fotoprotekce po fotoaklimaci na různou spektrální kvalitu světla a odlišnou intenzitu ozáření. V průběhu aklimace a reaklimace byl stanovován parametr FV/FM a množství fotosyntetických pigmentů. Arabidopsis thaliana byl aklimován po dobu 14 dnů na modré, červené, zelené a bílé světlo. Rostliny aklimované na zelené světlo byly následně reaklimovány na modré, červené, červenozelené a modrozelené světlo. Tento experimenty byl navržen tak, aby se mohla stanovit souvislost mezi fotoprotekcí a akumulací geranylgeranylovaných chlorofylů pravděpodobně způsobenou inaktivací geranylgeranyl reduktázy na zeleném světle. Geranylgeranylované chlorofyly snižují stabilitu pigment-proteinových komplexů a proto je nižší FV/FM u rostlin aklimovaných na zelené světlo. Výsledky potvrdili, snížené množství geranylgeranylovaných chlorofylů na modrém světle. Další experiment probíhal aklimací Arabidopsis thaliana, smrku ztepilého a modřínu opadavého na vyšší ozářenost za účelem posouzení podobnosti aklimační odezvy modřínu s ostatními použitými rostlinami. Výsledky ukazují, že modřín se spíše v některých parametrech podobá v aklimační odezvě smrku, ale má mnohem nižší NPQ než smrk.

Abstract:

Although non-photochemical quenching (NPQ) is typically considered as a good indicator of an actual physiological photoprotective capacity of plant organism, relationships between NPQ and photoprotection that are non-linear have been quantitatively derived. This work deals with the connection between NPQ, photoprotection and photoinactivation of photosystem II and I. Specific protocols have been established on Dual­PAM system to determine photoinactivation of photosystem II and I. Appropriate methods have been established to determine the photoprotective efficiancy of NPQ and their use in monitoring changes in photoprotection after photoaclimation to different spectral light quality and different radiation intensity. During acclimation and reacclimation, the FV/FM parameters and the amount of photosynthetic pigments were determined. Arabidopsis thaliana was acclimated for 14 days to blue, red, green and white light. The plants acclimated to green light was subsequently reaclimated to blue, red, red­green and blue-green light. This experiment was designed to determine a link between photoprotection and accumulation of geranylgeranyl chlorophylls, possibly caused by the inactivation of geranylgeranyl reductase in green light. Geranylgeranylated chlorophylls reduce the stability of pigment-protein complexes and are therefore lower FV/FM for plants acclimated to green light. The results confirmed a reduced amount of geranylgeranyl chlorophylls to blue light. Another experiment was conducted by acclimation Arabidopsis thaliana, spruce (Picea abies) and larch (Larix deciduous) to higher irradiance to assess the similarity of the acclimation response of larch to the other plants which where used. The results indicate that the larch is similar in the acclimation response of the spruce in some way, but has a much lower NPQ spruce.

Keywords

Fotoaklimace, chlorofyl, zelené světlo, fotoprotekce, fotoinaktivace, fotoinhibice, nefotochemické zhášení

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 5. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 17. 6. 2024
• Supervisor: Mgr. Václav Karlický, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Applied Physics / Biophysics