zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2023-90-1-67-73zhps-1123Research ArticleСтатьиНефотохимическое тушение флуоресценции хлорофилла а как индикатор состояния фотосинтетического аппарата растений при абиотическом стрессеNon-Photochemical Quenching of Chlorophyll a Fluorescence as an Indicator of the State of a Plant Photosynthetic Apparatus under Abiotic Stresshttps://orcid.org/0000-0003-3634-1889ПшибыткоН. Л.PshybytkoN. L.

кафедра клеточной биологии и биоинженерии растений, зам. декана биологического факультета БГУ,

Минск

Minsk

pshybytko@bsu.byБелорусский государственный университетBelarusian State University2023011220229016773Copyright © Пшибытко Н.Л., 20232023Пшибытко Н.Л.Pshybytko N.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1123

Исследованы параметры флуоресценции хлорофилла а (Хл а) первых листьев семидневных проростков ячменя при воздействии повышенной температуры (40 °С, 3 ч) и водного дефицита (45 ч на 3 % растворе ПЭГ 6000). Показано, что потенциальный и эффективный квантовые выходы фотохимических реакций фотосистемы 2, коэффициенты фотохимического (qP) и нефотохимического (qN) тушения флуоресценции Хл а существенно не изменяются при воздействии данных стрессовых факторов. Высокая стрессочувствительность обнаружена для коэффициента энергозависимого тушения флуоресценции Хл а (qE), линейно связанного с градиентом Н+ на тилакоидной мембране. Поскольку qE является интегральным показателем, зависящим от функционирования световой и темновой стадий фотосинтеза, данный параметр предложено использовать в качестве маркера стрессового состояния у растений на ранних стадиях. 

The parameters of chlorophyll a (Chl a) fluorescence of the primary leaves of 7-day-old barley seedlings under the impact of elevated temperature (40°C, 3 h) and water deficit (45 h in 3% PEG 6000) were studied. It was shown that the potential and effective quantum yields of photochemical reactions of photosystem II, the photochemical (qP) and non-photochemical (qN) quenching of Chl a fluorescence did not change significantly under these stress factors. High stress sensitivity was found for the coefficient of energydependent quenching of Chl a fluorescence (qE), related linearly with the magnitude of the H+ gradient across the thylakoid membrane. Since the qE value is an integral indicator dependent on the light and dark photosynthetic reaction, it is proposed to use this parameter as a marker of the stress state in the photosynthetic apparatus. 

флуоресценция хлорофилла анефотохимическое тушениепроростки Hordeum vulgareповышенная температураобезвоживаниеchlorophyll a fluorescencenon-photochemical quenchingHordeum vulgareelevated temperaturedehydrationReferencesB. Nowicka, J. Ciura, R. Szymanska, J. Kruk. J. Plant. Physiol., 231 (2018) 415—433B. Nowicka, J. Ciura, R. Szymanska, J. Kruk. J. Plant Physiol., 231 (2018), 415-433.F. Yang, S. Huang, R. Gao, W. Liu, T. Yong, X. Wang. Field. Crop. Res., 155 (2014) 245—253F. Yang, S. Huang, R. Gao, W. Liu, T. Yong, X. Wang. Field Crop Res., 155 (2014), 245–253.L. Feng, M. A. Raza, Z. Li, Y. Chen, M. H. B. Khalid, J. Du, W. Liu, X. Wu, C. Song, L. Yu, Z. Zhang, S. Yuan, W. Yang, F. Yang. Front. Plant. Sci., 9 (2019) 1952L. Feng, M.A. Raza, Z. Li, Y. Chen, M.H.B. Khalid, J. Du, W. Liu, X. Wu, C. Song, L. Yu, Z. Zhang, S. Yuan, W. Yang, F. Yang. Front. Plant Sci., 9 (2019), 1952.H. Griffiths, M. A. J. Parry. Annu. Bot., 89 (2002) 801—802H. Griffiths, M.A.J. Parry. Ann. Bot., 89 (2002), 801-802.M. M. Chaves, J. Flexas, C. Pinheiro. Annu. Bot., 103 (2009) 551—560 [6] M. C. Dias, W. Brüggemann. Photosynthetica, 48 (2011) 96—102M. M. Chaves, J. Flexas, C. Pinheiro. Ann. Bot., 103 (2009), 551–560.Z. Yang, J. L. Li, L. N. Liu, Q. Xie, N. Sui. Front. Plant. Sci., 10 (2020) 1722M. C. Dias, W. Brüggemann. Photosynthetica, 48 (2011), 96–102.Y. Yamane, Y. Kashino, H. Koike, K. Satoh. Photosynth. Res., 57 (1998) 51—59Z. Yang, J.L. Li, L.N. Liu, Q. Xie, N. Sui. Front. Plant Sci., 10 (2020), 1722.B. Barnabás, K. Jäger, A. Fehér. Plant. Cell. Environ., 31 (2008) 11—38Y. Yamane, Y. Kashino, H. Koike, K. Satoh. Photosynth. Res., 57 (1998), 51-59.C.E. Bita, T. Gerats. Front. Plant. Sci., 4 (2013) 273B. Barnabás, K. Jäger, A. Fehér. Plant Cell Environ., 31 (2008), 11–38B. C. Posch, B. C. Kariyawasam, H. Bramley, O. Coast, R. A. Richards, M. P. Reynolds, O. K. Atkin. J. Exp. Bot., 70, N 19 (2019) 5051—5069C.E. Bita, T. Gerats. Front. Plant Sci., 4 (2013), 273.A. Baryla, P. Carrier, F. Franck, C. Coulomb, C. Sahut, M. Havaux. Planta, 212 (2001) 696—709B.C. Posch, B.C. Kariyawasam, H. Bramley, O. Coast, R.A. Richards, M.P. Reynolds, O.K. Atkin. J. Exp. Bot., 70, N 19 (2019), 5051-5069.E. A. Lysenko, A. A. Klaus, N. L. Pshybytko, V. V. Kusnetsov. Photosynth. Res., 125 (2015) 291—303A. Baryla, P. Carrier, F. Franck, C. Coulomb, C. Sahut, M. Havaux. Planta, 212 (2001), 696–709.K. Yan, S. Zhao, M. Cui, G. Han, P. Wen. Plant. Physiol. Biochem., 125 (2018) 239—246E.A. Lysenko, A.A. Klaus, N.L. Pshybytko, V.V. Kusnetsov. Photosynth Res., 125 (2015), 291-303.J. Pan, R. Sharif, X. Xu, X. Chen. Front. Plant. Sci., 10 (2021) 627331K. Yan, S. Zhao, M. Cui, G. Han, P. Wen. Plant Physiol. Biochem., 125 (2018), 239–246.P. Häder, M. Köfferlein, H. K. Seidlitz, F. Ghetti. J. Photochem. Photobiol. B: Biology, 34, N 1 (1996) 21—28J. Pan, R. Sharif, X. Xu, X. Chen. Front. Plant Sci., 10 (2021), 627331.S. Kataria, A. Jajoo, K. N. Guruprasad. J. Photochem. Photobiol. B: Biology, 137 (2014) 55—66P. Häder, M. Köfferlein, H.K. Seidlitz, F. Ghetti. J. Photochem. Photobiol. B: Biology, 34, Issue 1 (1996), 21-28.K. Rohacek, M. Bartak. Photosynthetica, 37, N 3 (1999) 339—363S. Kataria, A. Jajoo, K.N. Guruprasad. J. Photochem. Photobiol. B: Biology, 137 (2014), 55-66.N. R. Baker. Annu. Rev. Plant. Biol., 59 (2008) 89—113K. Rohacek, M. Bartak. Photosynthetica, 37, N 3 (1999), P. 339-363.G. H. Krause, E. Weis. Annu. Rev. Plant. Physiol. Mol. Biol., 42 (1991) 313—349N.R. Baker. Annu. Rev. Plant Biol., 59 (2008), 89-113.T. Yamasaki, T. Yamakawa, Y. Yamane, H. Koike, K. Satoh, S. Katoh. Plant. Physiol., 128 (2002) 1087—1097G.H. Krause, E. Weis. Annu. Rev. Plant. Physiol. Mol. Biol., 42 (1991), 313-349.Y. Marutani, Y. Yamauchi, Y. Kimura. Planta, 236 (2012) 753—761T. Yamasaki, T. Yamakawa, Y. Yamane, H. Koike, K. Satoh, S. Katoh. Plant Physiol., 128 (2002), 1087-1097.Y. Yamamoto. Front. Plant. Sci., 7 (2016) 1136Y. Marutani, Y. Yamauchi, Y. Kimura. Planta, 236 (2012), 753-761.J. Essemine, M. Qu, H. Mi, X.-G. Zhu. Front. Plant. Sci., 7 (2016) 383Y. Yamamoto. Front. Plant Sci., 7 (2016), 1136.J. A. Lauriano, F. C. Lidos, C. A. Carvalho, P. S. Campos, M. C. Matos. Photosynthetica, 38, N 1 (2000) 7—12J. Essemine, M. Qu, H. Mi, X.-G. Zhu. Front Plant Sci., 7 (2016), 383.П. Ф. Рокицкий. Биологическая статистика, Минск, Вышэйшая школа (1973)J.A. Lauriano, F.C. Lidos, C.A. Carvalho, P.S. Campos, M.C. Matos. Photosynthetica, 38, N 1 (2000), 7-12.V. V. Klimov, V. A. Klevanik, V. A. Shuvalov, A. A. Krasnovsky. FEBS Lett., 82, N 3 (1977) 183—186P.F. Rokitskii. Biological statistics. Minsk (1973). 320 с.A. Laisk, V. Oja, B. Rasulov. Plant. Physiol., 115, N 2 (1997) 803—815V.V. Klimov, V.A. Klevanik, V.A. Shuvalov, A.A. Krasnovsky. FEBS Lett., 82, N 3 (1977), 183-186.P. H. Lambrev, Y. Miloslavina, P. Jahns, A. R. Holzwarth. Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Bioenergetics, 1817, N 5 (2012) 760—769A. Laisk, V. Oja, B. Rasulov. Plant Physiol., 115, N 2 (1997), 803-815.A. V. Ruban. Plant. Physiol., 170, N 4 (2016) 1903—1916P.H. Lambrev, Y. Miloslavina, P. Jahns, A.R. Holzwarth. Biochim. Biophys. Acta (BBA) - Bioenergetics, 1817, Issue 5 (2012), 760-769.P. Pospisil. Photosynthetica, 34, N 3 (1997) 343—355A.V. Ruban. Plant Physiol., 170, N 4 (2016), 1903-1916.C. Külheim, J. Ågren, S. Jansson. Science, 297 (2002) 91—93P. Pospisil. Photosynthetica, 34, N 3 (1997), 343-355.R. G. Walters, P. Horton. Photosynth. Res., 27, N 2 (1991) 121—133C. Külheim, J. Ågren, S. Jansson. Science, 297 (2002), 91-93.P. Jahns, A. R. Holzwarth. Biochim. Biophys. Acta, 1817, N 1 (2012) 182—193R.G. Walters, P. Horton. Photosynth. Res., 27, N 2 (1991), 121-133.A. V. Ruban, E. H. Murchie. Biochim. Biophys. Acta, 1817, N 7 (2012) 977—982P. Jahns, A.R. Holzwarth. Biochim. Biophys. Acta, 1817, N 1 (2012), 182-193.J. D. Rochaix. Annu. Rev. Plant. Biol., 65 (2014) 287—309A.V. Ruban, E.H. Murchie. Biochim Biophys Acta, 1817, N 7 (2012), 977-982.N. Pshybytko, J. Kruk, L. Kabashnikova, K. Strzalka. Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Bioenergetics, 1777, N 11 (2008) 1393—1399J.D. Rochaix. Annu Rev Plant Biol., 65 (2014), 287-309.Н. Л. Пшибытко, Л. Н. Калитухо, Л. Ф. Кабашникова. Физиол. растений, 50, № 1 (2003) 51—58N. Pshybytko, J. Kruk, L. Kabashnikova, K. Strzalka. Bioch. Bioph. Acta (BBA) – Bioenergetics, 1777, N 11 (2008), 1393-1399.Н. Л. Пшибытко, Л. Н. Калитухо, Н. Б. Жаворонкова, Л. Ф. Кабашникова. Биол. мембраны, 20, N 2 (2003) 121—127N. L. Pshibytko, L. N. Kalitukho, L. F. Kabashnikova. Russian Journal of Plant Physiology, 50, N 1 (2003), 44-51.N. G. Bukhov, U. Heber, C. Wiese, V. A. Shuvalov. Planta, 212, N 5-6 (2001) 749—758N. L. Pshibytko, L. N. Kalitukho, N.B. Zhavaronkova, L. F. Kabashnikova. Russian Journal of Biological Membranes, 20, N 2 (2003), 121-127.D. V. Yanykin, A. A. Khorobrykh, S. A. Khorobrykh, N. L. Pshybytko, V. V. Klimov. Photosynthesis Res., 117, N 1-3 (2013) 367—374N.G. Bukhov, U. Heber, C. Wiese, V.A. Shuvalov. Planta, 212, N 5-6 (2001), 749-758.U. Schreiber, C. Neubauer. Photosynth. Res., 25, N 3 (1990) 279—293A. Yamagishi, K. Satoh, S. Katoh. Biochim. Biophys. Acta. 637, N 2 (1981), 264-271.A. V. Ruban, D. Rees, A. A. Pascal, P. Horton. Biochim. Biophys. Acta, 1102, N 1 (1992) 39—44U. Schreiber, C. Neubauer. Photosynth. Res., 25, N 3 (1990), 279-293.P. Muller, X. P. Li, K. K. Niyogi. Plant. Physiol., 125, N 4 (2001) 1558—1566A.V. Ruban, D. Rees, A.A. Pascal, P. Horton. Biochim. Biophys. Acta, 1102, N 1 (1992), 39-44.P. Muller, X.P. Li, K.K. Niyogi. Plant Physiol., 125, N 4 (2001), 1558-1566.P. Muller, X.P. Li, K.K. Niyogi. Plant Physiol., 125, N 4 (2001), 1558-1566.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.