Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 9
1.1. Магнитное поле как фактор окружающей среды. Гипотезы воздействия магнитных полей на организмы 9
1.2. Эффекты воздействия магнитных полей на растения 12
1.2.1. Воздействие магнитных полей на про-антиоксидантный баланс и перекисное окисление липидов 12
1.2.2. Воздействие магнитных полей на фотосинтез и фотосинтетические параметры 16
1.2.3 Влияние магнитных полей на другие физиологические параметры растений, эффект комбинирования магнитного поля с различными факторами внешней среды 19
1.3. Гипертермия. Влияние гипертермии на растения 26
2. Объекты и методы исследования 30
2.1. Объект исследования и постановка эксперимента 30
2.1.1. Схема эксперимента при исследовании ростовых характеристик 31
2.1.2. Схема эксперимента при исследовании содержания гидроперекисей в хлоропластах листьев гороха 32
2.1.3. Схема эксперимента при исследовании продукции пероксида водорода тканями листьев гороха 32
2.1.4. Схема эксперимента при исследовании активности каталазы 33
2.1.5. Схема эксперимента при исследовании содержания пигментов 33
2.1.6. Схема эксперимента при исследовании скорости реакции Хилла 33
2.1.7. Схема эксперимента для оценки функционального состояния фотосистемы II 34
2.2. Методы исследования 35
2.2.1. Выделение суспензии хлоропластов 35
2.2.2 Определение содержания гидроперекисей в хлоропластах 36
2.2.3. Определение продукции H2O2 тканями листьев гороха 36
2.2.4. Определение содержания липидов 37
2.2.5. Определение активности каталазы 37
2.2.6. Определение содержания белка в пробе 38
2.2.7. Определение содержания фотосинтетических пигментов 38
2.2.8. Определение скорости реакции Хилла 39
2.2.9. Статистическая обработка результатов 39
3. Результаты и их обсуждение 40
3.1. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на ростовые реакции растений гороха 40
3.2. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на про-антиоксидантное равновесие 42
3.2.1. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на содержание гидроперекисей в хлоропластах листьев гороха 42
3.2.2. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на продукцию пероксида водорода тканями листьев гороха 44
3.2.3. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля на активность каталазы 47
3.3. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на фотосинтетические параметры 50
3.3.1. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на содержание фотосинтетических пигментов 50
3.3.2. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на скорость реакции Хилла 52
3.3.3. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на фоновую (F0) и максимальную (Fm) флуоресценцию хлорофилла, а также на максимальный квантовый выход фотохимических реакций фотосистемы II (Fv/Fm) 54
3.3.4. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на эффективный квантовый выход фотосистемы II (Y(II)) 59
3.3.5. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на скорость потока электронов (ETR) 60
3.3.6. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на коэффициент фотохимического (qP) и нефотохимического (NPQ) тушения 61
3.3.7. Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на квантовый выход контролируемого (Y(NPQ)) и неконтролируемого (Y(NO)) рассеивания энергии II фотосистемы 65
Заключение 70
Выводы 73
Использованная литература 75
- Влияние магнитных полей на другие физиологические параметры растений, эффект комбинирования магнитного поля с различными факторами внешней среды
- Влияние низкочастотного переменного магнитного поля на активность каталазы
- Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на фоновую (F0) и максимальную (Fm) флуоресценцию хлорофилла, а также на максимальный квантовый выход фотохимических реакций фотосистемы II (Fv/Fm)
- Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на квантовый выход контролируемого (Y(NPQ)) и неконтролируемого (Y(NO)) рассеивания энергии II фотосистемы
Влияние магнитных полей на другие физиологические параметры растений, эффект комбинирования магнитного поля с различными факторами внешней среды
Предварительная обработка МП широко используется в некоторых странах в качестве одного из физических способов предпосевной обработки семян, чтобы стимулировать рост и увеличить урожайность. Физиологический механизм малоизвестен, хотя многие исследователи полагают, что могут существовать «физиологические окна» предварительной обработки МП (Yinan et al, 2005). Ikeda et al. (2013) предполагают, что магнитные поля могут влиять на циркадные ритмы растений, с чем связано их влияние на прорастание семян и рост растений.
Стоит отметить, что для стимулирующей обработки используются как правило, низкоинтенсивные магнитные поля. Высокоинтенсивные и высокочастотные МП, могут замедлить ростовые реакции растений, как это было показано Grmiaux et al. (2016) на растениях розы гибридной с применением 900 МГц 5-200В м-1 ПеМП. В то же время, результаты исследований Насурлаевой показали, что воздействие ПеМП 1665 МГц и 1667 МГц приводило к лучшему, чем у контрольных растений формировании вегетативных органов и намного большей урожайности (Насурлаева, 2009).
Иногда используется обработка растений не самим магнитным полем, а намагниченной водой, что приводит к положительным результатам – увеличению роста и повышению урожайности, как это наблюдали Surendran et al. (2016). Авторы связывают этот эффект с изменениями свойств воды под действием МП. При использовании для полива земляники воды, обработанной МП, происходило увеличение концентрации N, K, Ca, Mg, Fe, Mn и Zn в клетках растений, при этом концентрация Cu и Na не изменялась. Также снижение Ca наряду с незначительным накоплением Fe наблюдалось у растений кукурузы (Radhakrishnan, Kumari, 2012).
Однако, чаще применяется обработка магнитным полем непосредственно семян и проростков растений. Katsenios et. al. (2016) обнаружили, что выдерживание семян твёрдой пшеницы в магнитном поле 12,5 мТл 3 Гц в течение 15, 30 и 45 мин усиливает прорастание семян, кущение растений, увеличивает сухой вес, площадь листа, скорость транспирации, устьичную проводимость, урожайность и изменяет активность -амилазы. Shine, Guruprasad (2012) было показано, что предпосевная обработка кукурузы приводила к увеличению площади листьев на 78%, а длины корня - на 40%
Обработка семян сои ПеМП (1000 нТл, 10 Гц) по 5 ч в течение 20 дней приводила к увеличению высоты 8-дневных растений, увеличению их сырой и сухой массы, увеличению содержания белка. Было показано увеличение активности таких ферментов как -амилаза, кислая фосфатаза, полифенолоксидаза и каталаза и снижение активности -амилазы, щелочной фосфатазы, протеазы и нитратредуктазы. Также было обнаружено повышенное содержание Fe, Cu, Mn, Zn, Mg, K и Na в клетках растений наряду со снижением содержания Ca. Наблюдалось увеличение количества листьев, стручков, длины стручков и количества семян в них (Radhakrishnan, Kumari, 2012).
Воздействие МП 50Гц 3,50±0,02 мТл не вызывало изменения прорастания пыльцы у киви, однако приводило к увеличению морфологических аномалий, связанных с геликоидальной формой пыльцевой трубки. Данное явление исследователи связывают с возможным изменением транспорта Ca2+, являющегося регулятором клеточного цикла (Dattilo et al., 2005).
В опытах Калинина и др. (2005) на семенах пшеницы, кукурузы подсолнечника и ячменя, обработанных ПеМП 1,5-797 Гц, 6-9 мТл, было показано также увеличение всхожести семян, повышение активности кислой фосфатазы, однако активность -амилазы была повышена. В экспериментах Vashisth, Nagarajan (2010) наблюдалось, что обработка семян подсолнечника МП 50-250 мТл приводила к увеличению всхожести семян, длины побегов и корней, их сухой массы, увеличению объема корневой системы и её проецируемой площади, повышению активности -амилазы, дегидрогеназы и протеазы. Повышение ростовых параметров растений авторы связывают с эффектом Ca2+ ион-циклоторонного резонанса. Исследования Vashisth, Joshi на кукурузе (2017) показали аналогичные результаты по улучшению физиологических параметров растений при обработке семян МП 50-250 мТл.
Магнитное поле интенсивностью 200 мТл оказывало благоприятное воздействие на сою – у растений повышалась активность нитратредуктазы, увеличивалось число корневых узелков и количество леггемоглобина в них, повышался углеродный и азотный обмен (Baghel et al., 2016, Kataria et al., 2017 (а), (b)) Эксперименты Chen et all. (2017) показали, что обработка семян пшеницы МП 800 мТл повышала устойчивость растений к кадмию и свинцу, снижая в них уровень малонового диальдегида и О2-, но одновременно увеличивала накопление этих элементов в растениях. В опытах Prashanth et al. (2008) обработка МП 50 Гц 0,5 мТл вызывала увеличение активности чистой -амилазы, не смещая оптимальную температуру и оптимальное значение pH среды. Такое же поле вызывало повышение активности чистой кислой фосфатазы (Prashanth et al, 2009).
В обзоре Albuquerque et al (2016) приводятся примеры влияния постоянных магнитных полей на активность ферментов. Авторами отмечается, что невозможно обнаружить линейную зависимость изменения ферментативной активности от интенсивности применяемого магнитного поля.
Выдерживание растений земляники в МП 0,096 и 0,192 Тл приводило к увеличению массы плодов, воздействие 0,384 Тл МП несколько снижало среднюю массу плодов. Однако в результате всех экспозициий увеличивалось число плодов на растениях и увеличивалось содержание в клетках N, K, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn, Na и Zn при снижении содержания фосфора и серы (Esitken and Turan, 2007). МП до 10 мТл способствовало усилению поглощения воды растениями салата (Reina et al., 2001). Саженцы конских бобов, обработанные в течение 40 мин 10 мкТл 50 Гц МП, вместе показали увеличение поглощение аминокислот корнями. Было показано увеличение электропроводности среды, в которую были погружены корни растений, это связывают с возможным увеличением оттока ионов из растений под воздействием МП (Stange, 2002).
У растений шалота, выдержанных в низкоинтенсивном МП (7 мТл) в течение 17 дней (с момента посадки луковицы в грунт) наблюдалось увеличение длины корней и листьев и увеличение сухой массы листьев. Содержание белка в симпласте увеличивалось на 8 день экспозиции, в апопласте – на 12 день (Cakmak et al., 2012). Обработка растений чечевицы МП 2-20Гц вызывала стимуляцию митоза в апикальной меристеме корня (Беляченко и др., 2014). Семена овса, ржи, пшеницы, бобов и других растений, обращенные зародышами к южному магнитному полюсу в МП прорастали быстрее неориентированных, наблюдалось ускорение роста проростков и повышение частоты митозов. В листе элодеи под действием МП ускорялось движение хлоропластов. У одуванчика, помещенного в соленоид с плотностью магнитного потока 280Гс (28 мТл), замедлялось раскрытие и закрытие соцветий. При длительном действии ЭМП ускорялось увядание растений (Еськов, Отбоев, 2008). Также было показано увеличение пролиферации каллусов фаленопсиса в южно-ориентированном МП интенсивностью от 0,1 до 0,2 Тл (Van et al, 2012). Обработка семян и молодых растений подсолнечника ПеМП 162/3 Гц 20 мкТл приводила к увеличению сырой массы корней и листьев; обработанные таким ПеМП семена и проростки пшеницы показали увеличение сырого и сухого веса растений и скорости прорастания (Fischer et al. 2004).
Обработка низкоинтенсивным магнитным полем семян дыни увеличивала всхожесть семян, длину корня и побега у растений, площадь их листьев, повышала активность каталазы, протеазы, -амилазы (Iqbal et al., 2016). Воздействие МП 2,5-11 мТл на семена Elaeis guineensis в экспериментах Sudsiri et al. (2017) улучшало всасывание ими воды и их прорастание. Обработка семян нута МП до 250мТл приводила к увеличению скорости прорастания, длины проростков, и сухого веса всходов. МП улучшало целостность мембранного слоя, поскольку было показано снижение электропроводности фильтрата семян (Vashisth, Nagarajan, 2008). Предварительная обработка МП (0,45 мТл) ускоряла процесс развития всходов и увеличивала общее количество листьев Cucumis sativus, аналогичные результаты были также зарегистрированы в цветной капусте и томатах. Саженцы огурцов, предварительно обработанные МП, прорастали лучше, чем необработанные и их надземная биомасса значительно увеличивалась. Этот эффект был показан на других садоводческих видах, обработанных МП, например, клубнике, ячмене, пшенице. Механизм стимулирующего влияния предварительной обработки МП на прорастание семян и рост проростков неизвестен, вероятно, происходит изменение внутриклеточного уровня Ca2+ и других ионных потоков через мембрану, что вызывает изменения в осмотическом давлении и способности тканей поглощать воду (Yinan et al, 2005).
Влияние низкочастотного переменного магнитного поля на активность каталазы
Каталаза - один из важнейших антиоксидантных ферментов, сосредоточенных в цитоплазме. Она разлагает перекись водорода на воду и молекулярный кислород (2H2O2 2H2O + O2). Каталаза является индуцибельным ферментом, увеличение субстрата ведёт к повышению её активности. Так как обработка ПеМП приводила к снижению продукции H2O2 (3.2.2.), то можно ожидать, что активность каталазы в этом случае, по крайней мере, не будет увеличена.
Несмотря на то, что статистическая обработка данных согласно параметру Крускала-Уоллиса не показала достоверных различий 30-мин. экспозиции с контролем (рис 7), в каждом из экпериментов наблюдалось снижение показателя (табл. 1). Поэтому далее в экспериментах в качестве предварительной (перед воздействием ГТ) была выбрана 30-минутная экспозиция в ПеМП.
30-минутная обработка гипертермией приводила к повышению активности каталазы на 32% (рис. 8). Каталаза – термоустойчивый фермент, поэтому высокая температура не приводит к ее ингибированию. Высокая активность каталазы, вероятно, связана с увеличением продукции H2O2 при гипертермии (3.2.2.). - статистически значимые различия с контролем по критерию Крускалла-Уоллиса Эксперименты Чжао и др. (2010) на обычном и трансгенном рисе показали увеличение активности каталазы при тепловом и солевом стрессе и при их сочетании. Опыты Суворова и др. (2009) на горохе также показали увеличение активности каталазы при воздействии гипертермии. В исследованиях Семеновой и Хайрулиной (2012) у сои сорта Лидия обработка гипертермией 45C в фазе тройчатого листа и цветения также приводила к увеличению активности фермента. Сочетание засухи и гипертермии приводило к увеличению активности каталазы и содержания H2O2 у Jatropha curcas (Silva et al., 2010) и Lotus japonica (Sainz et al., 2010).
Исследования Radhakrishnan et al. (2012) показали, что обработка семян сои ПеМП 1Гц 1,5мкТл резко снижало активность каталазы у каллусов, полученных из зародышей. Засоление питательной среды увеличивало активность фермента, применение ПеМП при засолении удерживало значение параметра на уровне ниже контрольного.
В наших исследованиях выдерживание гипертермированных растений в ПеМП не оказывало существенного влияния на активность каталазы и не отличалось по эффекту от выдерживания в нормальных условиях. В том и другом случаях происходило снижение активности фермента до контрольных значений, то есть организм возвращался к нормальным показателям, однако ПеМП не вносило существенный вклад в эти процессы.
Предваряющая гипертермию обработка ПеМП приводила к снижению активности каталазы на 33%, что сравнимо с обработкой одним ПеМП. Эти результаты перекликаются с данными Radhakrishnanet al. (2012) на сое при солевом стрессе. Снижение активности каталазы наряду с понижением содержания H2O2 говорит о том, что воздействие ПеМП не имело прооксидантного эффекта (3.2.2.).
Другими словами, исследуемое магнитное поле не влияло на растения, уже подвергнутые стрессирующему фактору, в противоположность тому, что интактные организмы оказались восприимчивы к магнитному полю. ПеМП не оказывало воздействие на растения, подвергшиеся обработке гипертермией, но предварительная обработка ПеМП не позволяла увеличиться количеству гидроперекисей при последующем воздействием гипертермии. Это можно связать с очень мягким действием ПеМП – при сильном изменении системы организма уже не могут ответить на обработку магнитным полем.
Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на фоновую (F0) и максимальную (Fm) флуоресценцию хлорофилла, а также на максимальный квантовый выход фотохимических реакций фотосистемы II (Fv/Fm)
В зависимости от состояния фотосинтетического аппарата интенсивность флуоресценции хлорофилла in vivo может меняться в значительных пределах, что особенно заметно при освещении предварительно адаптированного к темноте листа. Интенсивность сигнала флуоресценции сначала резко возрастает, затем постепенно снижается. Данное явление и носит название “индукция флуоресценции хлорофилла” или “эффект Каутского” (Корнеев, 2002).
Исходный (фоновый) уровень флуоресценции (F0) определяется флуоресценцией хлорофилла в условиях, когда все реакционые центры находятся в «открытом» рабочем состоянии и способны тушить флуоресценцию антенны, поскольку все молекулы первичного хинонного акцептора Q готовы принять электрон от Р680. Исходному уровню соответствует минимальный квантовый выход флуоресценции. Если все молекулы Q восстановлены (на ярком свету), реакционный центр «закрыт», т.к. перенос электронов от Р680 на феофитин невозможен в силу электростатического отталкивания. В этом случае энергия электронного возбуждения реализуется преимущественно в процессе испускания флуоресценции, абсолютная величина и квантовый выход которой достигают максимальных значений – Fm (Лысенко и др., 2013).
Согласно гипотезе Duysens и Sweers, уровень флуоресценции зависит от окислительно-восстановительного состояния первичного акцептора ФСII хинонной природы, QA. Поскольку процессы, модифицирующие уровень флуоресценции хлорофилла путем регуляции тепловой диссипации в комплексах ФСII, занимают больше времени, чем индуцированное действующим (актиничным) светом восстановление QA, изменения флуоресценции хлорофилла во время быстрой фазы определяются главным образом окислительно-восстановительным состоянием QA. (Корнеев, 2002).
Изменения интенсивности флуоресценции связанно с процессами в и около реакционного центра ФС II, приводящими к изменению окислительно-восстановительного состояния акцепторов и квантового выхода свечения. В темноте все фотосинтетические реакционные центры “открыты” и могут быть возбуждены, так как все электронные переносчики ФС II находятся в окисленном состоянии. На момент включения фотохимически активного (актиничного) освещения начинается быстрая фаза индукции флуоресценции. Интенсивность актиничного освещения, как правило, определяется на уровне от 200 до 500 мкмоль/м2 с (Гольцев и др., 2016)
Гипертермия повышала F0 (рис 10), это говорит о том, что происходили нарушения в фотосинтетическом аппарате. Высокие значения F0 указывают на менее эффективную передачу энергии возбуждения между пигментными молекулами в светособирающей антенне ФС II, например, при тепловом стрессе, когда наблюдается повреждение тилакоидов и инактивация ФС II. Увеличение F0 может быть также связано с понижением эффективности переноса энергии к реакционному центру ФС II, вызванной диссоциацией ССК II от ядра ФС II (Гольцев и др., 2016). Увеличение электронного потока может привести к увеличению продукции H2O2, и такой эффект наблюдался при действии гипертермии – содержание H2O2 было увеличено. Достоверного снижения Fm не наблюдалось, можно говорить только о тенденции к снижению показателя. Однако ряд исследователей наблюдал снижение Fm при воздействии стрессовых факторов. Снижение максимальной флуоресценции под воздействием высокой температуры (38-43С) наблюдалось в экспериментах Левыкина и Караваевой (2015) на растениях бобов. Интенсивный свет и водный дефицит снижали Fm и увеличивали F0 у Aloe vera (Hazrati et al, 2016), уменьшение освещённости и полив корректировали эти показатели.
Обработка магнитным полем не влияла на F0 и Fm. Это означает, что ПеМП не действовало ни на скорость закрытия, ни на открытия реакционных центров. При воздействии гипертермии на растения, обработанные ПеМП, наблюдалось повышение F0 и снижение Fm. Как можно видеть, существенное снижение Fm наблюдалось при комбинированном действии факторов. Это говорит о развитии сильных нарушений в фотосинтетическом аппарате, которые не наблюдались при действии этих факторов по отдельности и о том, что осуществлялся уход энергии при закрытых центрах, и происходила утечка электронов с QA. В свою очередь, в стрессовых условиях, пул пластохинонов, принимающий электроны с QA, может генерировать H2O2 (Mubarakshina, Ivanov, 2010, Kozuleva, Ivanov, 2010). Однако же мы не наблюдали такого процесса при комбинированном действии ПеМП и ГТ, напротив, количество H2O2 было понижено (3.2.2.). Такие разные реакции в плане повышения и понижения АФК на воздействие гипертермии у растений, не обработанных и не обработанных ПеМП, заслуживают внимания, поскольку в том и другом случае работа фотосинтетического аппарата была нарушена.
Максимальный квантовый выход фотохимических реакций (Fv/Fm) соответствует формуле:
Fv/Fm = (Fm - Fo)/Fm.
Он характеризует максимальную фотохимическую активность ФСII. Этот показатель может также использоваться как показатель устойчивости фотосистемы.
Для большинства растений при полном развитии в нестрессовых условиях, максимальное значение этого параметра равно 0,83. Его понижение означает, что перед измерением растение было подвержено влиянию стресса, который повредил фотосинтетические функции, что привело к снижению эффективности переноса электронов. Это часто наблюдается в растениях, которые подвергаются воздействию различных стрессовых факторов (Гольцев и др., 2016).
В наших экспериментах Fv/Fm контрольных растений составляла 0,77(±0,01), что ниже показателя, указанного Гольцевым и др. (2016). Скорее всего, это связано с особенностями сорта, поскольку никаких отклонений от физиологической нормы по другим параметрам у контрольных растений обнаружено не было. Трехминутная обработка гипертермией (50C) заметно снижала показатель Fv/Fm (рис 9). Обработка магнитным полем не оказывала существенного воздействия. Предварительное выдерживание в магнитном поле перед гипертермией не показало корректирующего эффекта на показатель.
Результаты исследований показали, что стрессовые условия действительно снижают Fv/Fm. Так, в исследованиях Юшкова и Борзых (2013) на растениях яблони условия засухи и гипертермии (2 ч, 35C) приводили к некоторому снижению Fv/Fm. Эксперименты Zhou et al. (2015) на томатах, а также Левыкина и Караваевой на бобах (2015) в условиях гипертермии показали аналогичный результат. Температура 44C приводила к снижению Fv/Fm у пшеницы (Головко и др., 2009). Температура 42C не изменяла Fv/Fm у лотоса японского, но добавление лейкомицина снижало параметр при действии высокой температуры (Sainz et al., 2010). УФ-излучение снижало показатель у картофеля как дикого типа, так и трансгенных форм (с избытком фитохрома B), но у последних – в меньшей степени (Креславский и др., 2015). Избыточное освещение и водный дефицит приводили к снижению Fv/Fm у Aloe vera (Hazrati et al., 2016) уменьшение освещённости и полив повышали показатель.
Различные магнитные поля в свою очередь, могут оказывать разный эффект на состояние фотосинтетической системы. В опытах Hakala-Yatkin et al. (2011) на растениях тыквы было показано, что постоянное магнитное поле 170мТл вызывает увеличение Fv/Fm и защищает ФС II от фотоингибирования при интенсивном освещении. При этом эффекты магнитного поля пропадали в присутствии линкомицина (ингибитора синтеза белка) и если тилакоидные мембраны были подвергнуты воздействию освещения. Kataria et al. (2017 (b)) показали, что обработка семян МП 200мТл повышает значение Fv/Fm у растений сои, подвергнутых УФ-излучению.
Влияние низкочастотного переменного магнитного поля и гипертермии на квантовый выход контролируемого (Y(NPQ)) и неконтролируемого (Y(NO)) рассеивания энергии II фотосистемы
Квантовый выход контролируемого рассеивания энергии ФС II рассчитывается согласно Kramer et al. (2004) по формуле:
Y(NPQ) = 1 - Y(II) - 1/(NPQ+1+qL(Fm/Fo-1)),
где qL – это доля «открытых» реакционных центров.
Для справедливости этого уравнения необходимо, чтобы пигменты ФС II исследуемого образца были организованы в соответствии с «моделью озера», которую можно принять для листьев большинства высших растений (Heinz Walz GmbH, 2014). Высокое значение Y(NPQ), с одной стороны показывает, что плотность потока фотонов является чрезмерной и, с другой стороны, показывает, что растение сохранило физиологические резервы, позволяющие защитить себя путём регулирования, т.е. диссипации избыточной энергии возбуждения в безвредное тепло. Без такого рассеивания начиналось бы формирование синглетного кислорода и активных радикалов, которые вызывают необратимые повреждения. (Heinz Walz GmbH, 2014).
В экспериментах Estrada et al. (2015) на растениях черники было показано, что разные сорта по-разному реагируют на условия водного дефицита: одни сорта показали повышение Y(NPQ), другие – снижение. Таким образом, этот параметр может являться индикатором адаптированности растений к различным факторам.
В наших опытах гипертермия вызывала повышение Y(NPQ) (рис. 15), причём показатель довольно быстро выходил на плато и ошибка среднего была весьма низкой – это говорит о том, что гипертермия приводила состояние фотосистем растений к практически одному уровню, и фотосистемы не могли адаптивно отвечать на воздействие света в течение измерения, изменяя показатель.
У растений, обработанных ПеМП, Y(NPQ) был ниже, чем у контрольных (рис 15). Можно заметить, что показатель у контрольных и обработанных ПеМП растений варьировался на протяжении измерения, но в итоге снижался – это свидетельствует о том, что фотосистемы адаптировались к вспышкам света на протяжении измерения. Воздействие гипертермии на растения, обработанные ПеМП, приводила к повышению Y(NPQ), сравнимому с действием гипертермии на необработанные растения.
Квантовый выход неконтролируемого рассеивания энергии ФС II рассчитывается согласно Kramer et al. (2004):
Y(NO) = 1/(NPQ+1+qL(Fm/Fo-1))
Высокое значение Y(NO) указывает, что и фотохимическое преобразование энергии, и защитные механизмы регулирования неэффективны. Это свидетельствует о том, что растение имеет серьезные нарушения, не позволяющие справляться с падающим излучением. Растение либо уже повреждено или будет повреждено при дальнейшем облучении. Слишком высокие значения Y(NO), например, могут быть вызваны ФСII гербицидами, которые не только блокируют реакционные центры ФСII, но и предотвращают накопление транстилакоидного протонного градиента. Последнее является важным условием для энергозависимого нефотохимического тушения (Heinz Walz GmbH, 2014).
Гипертермия не вызывала существенного повышения уровня неконтролируемого рассеивания энергии (рис 16). Можно было наблюдать только небольшую тенденцию к его увеличению. Воздействие переменного магнитного поля приводило к некоторому повышению данного показателя в начале измерения, однако далее наблюдалось его постепенное снижение, и к концу измерений он сравнивался с таковым у контрольных растений. Подобное наблюдение показывает, что магнитное поле оказывает влияние, сходное с влиянием гипертермии, но при этом растение с течением времени способно адаптироваться и вывести показатель на уровень нормы. Сочетанная обработка ПеМП и ГТ приводила к более выраженному увеличению Y(NO) по сравнению с обработкой только ГТ.
ПеМП снижало Y(NPQ) и практически не изменяло Y(NO), вызывая его увеличение только вначале измерения. Это говорит о том, что фотосинтетический аппарат воспринимает воздействие ПеМП, но серьёзных нарушений в нём не происходит. Однако воздействие гипертермии на растения, обработанные ПеМП, вызывало более сильное повышение Y(NO), чем воздействие на необработанные.
В свою очередь, предварительная обработка ПеМП несколько снижала негативный эффект гипертермии на показатель NPQ (3.3.5.) Мы видим неоднозначное действие ПеМП - как протекторное (на NPQ), так и повышающее чувствительность к негативным факторам (на Y(NO)).
В целом, ПеМП приводило к изменениям в фотосинтетическом аппарате, которые более явно проявлялись при воздействии гипертермии. Похожую картину мы видели при изучении воздействия ПеМП и гипертермии на реакцию Хилла (3.3.2), где предобработка ПеМП имела положительный эффект при отсутствии влияния обработки одним ПеМП.
Таким образом, наблюдалось существенное изменение ряда показателей фотосинтеза при сочетанном воздействии переменного магнитного поля и гипертермии (снижение Fm, повышение F0, и Y(NO) по сравнению с воздействием одной гипертермии). Ряд физиологических параметров, напротив, был скорректирован при предваряющей гипертермию обработке магнитным полем – показатель NPQ повышался не столь сильно, скорость реакции Хилла при таком воздействии была выше, чем при воздействии одной гипертермии, количество гидроперекисей оставалось ниже контроля, хотя гипертермия без предварительной обработки ПеМП вызвала их резкое накопление. Ингибирующее воздействие гипертермии на рост растений также было уменьшено с помощью ПеМП. В целом, можно сказать, что на биофизических процессах магнитное поле может восприниматься как стимулирующий фактор, что приводит к включению защитных механизмов, предотвращающих развитие стресса при воздействии негативных факторов, например, гипертермии.
Несмотря на то, что некоторое повышение квантового выхода неконтролируемого рассеивания энергии можно рассматривать как тревожный сигнал, у растений, обработанных ПеМП отдельно и сочетанным воздействием магнитного поля и гипертермии, не наблюдалось серьёзных нарушений на биохимическом и физиологическом уровнях. Напротив, можно отметить выраженное протекторное действие магнитного поля. Биофизические процессы являются быстрыми и сразу же реагируют на внешние воздействия. Возможно, их негативные изменения служат сигналом для включения защитных механизмов, предотвращающих серьёзные нарушения на уровне хлоропластов, клетки и организма в целом.