Oddziaływanie czynników stresowych na luminescencję chlorofilu w aparacie fotosyntetycznym roślin uprawnych

czynniki stresowe, ekofizjologia roślin, fluorescencja chlorofilu, fotosynteza, rośliny uprawne

W pracy przedstawiono przykłady zastosowania metod luminescencyjnych uzupełnionych innymi metodami instrumentalnymi do oceny reakcji roślin na niesprzyjające czynniki środowiska: chłód i światło, podwyższoną temperaturę, deficyt wody, niedobór azotu, herbicydy inhibitujące proces fotosyntezy oraz czynniki fotooksydacyjne. Spośród metod luminescencyjnych stosowano: indukcję fluorescencji chlorofilu, system PAM, termogramy oraz fotograficzną rejestrację fluorescencji chlorofilu. Wykonywano także pomiary opóźnionej luminescencji chlorofilu oraz ultrasłabej biochemiluminescencji tkanek roślinnych. Zarówno fluorescencja jak i opóźniona luminescencja chlorofilu są ściśle związane z reakcjami w fazie świetlnej fotosyntezy, a otrzymane parametry informują o wydajności tych reakcji. Badaniom poddano dziesięć gatunków roślin (kukurydza, pszenica, jęczmień, burak ćwikłowy, rzepak, tytoń, fasola, ogórek, pomidor, komosa) należących do 14 odmian lub rodów. Wyniki prezentowanych badań potwierdziły tezę, że większość czynników stresowych negatywnie oddziałuje na przebieg procesu fotosyntezy i może uszkadzać aparat fotosyntetyczny. Wykorzystywane parametry luminescencji chlorofilu pozwoliły na szybką i wnikliwą ocenę zróżnicowanej wrażliwości na wysoką i niską temperaturę wybranych odmian pomidora oraz ogórka, zarówno przy niskim jak i wysokim poziomie ich napromieniowania. Zaproponowano prosty test luminescencyjny do oceny wrażliwości zbóż na dehydratację, a także wykazano ochronny wpływ egzogennie wprowadzonej spermidyny na przebieg reakcji fotosyntezy w warunkach silnego odwodnienia oraz po restytucji. Stwierdzono bardzo niekorzystny wpływ jednoczesnego oddziaływania na rośliny dwóch i więcej czynników stresowych. Detekcja opozmonej luminescencji chlorofilu pozwoliła na ocenę fitotoksyczności środków chwastobójczych blokujących transport elektronów w aparacie fotosyntetycznym (herbicydów triazynowych, mocznikowych, diazynowych). Opracowana metoda pozwala w prosty i mało pracochłonny sposób określać wrażliwość zarówno ochranianych roślin, jak i chwastów na herbicydy – inhibitory fotosyntezy. Rośliny rzepaku rodu triazynoodpornego wykazały większą odporność na atrazynę i azyprotrynę w porównaniu z tradycyjnymi odmianami rzepaku, jednak okazały się bardziej wrażliwe na podwyższone napromieniowanie w zakresie PAR, oceniane poprzez pomiar indukcji fluorescencji chlorofilu. Biowskaźnikowe rośliny tytoniu odmiany Bel-W3 wrażliwej na smog fotochemiczny, poddane ekspozycji na zanieczyszczone spalinami powietrze miejskie miały obniżone wartości parametrów indukcji fluorescencji chlorofilu zanim jeszcze na liściach pojawiły się charakterystyczne nekrozy. Objawów takich nie stwierdzono w przypadku tolerancyjnej odmiany Bel-B, co można tłumaczyć większą (o ok. 40%) aktywnością enzymu antyoksydacyjnego – peroksydazy w liściach roślin tej odmiany. Biorąc pod uwagę zalety prezentowanych metod luminescencyjnych i zestawów pomiarowych (w większości zaprojektowanych przez autora), wykazano ich przydatność w hodowli i ekofizjologii roślin, badaniach procesu fotosyntezy oraz w monitoringu ekologicznym.