ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ И ИК СПЕКТРОСКОПИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВЫЗВАННОГО МЕДЬЮ СТРЕССА НА РАННИХ СТАДИЯХ РОСТА КУКУРУЗЫ (ZeamaysL.)

Использованы возможности лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ) и инфракрасной спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения с преобразованием Фурье (НПВО-ИКФ) для неразрушающего, безмаркерного и быстрого анализа влияния меди (25, 50 и 75 мкM) на рассаду кукурузы на ранней стадии до появления видимых изменений растения. Измерения методом ЛИФ позволили зарегистрировать изменения в фотосинтетическом пигменте. Отношение интегрированной по площади интенсивности и увеличения интенсивности флуоресценции показывает уменьшение фотосинтетических пигментов в листьях кукурузы под действием меди. Метод НПВО-ИКФ использован для оценки изменений, возникающих в клеточных стенках полисахаридов, аминокислоте, вторичной структуре белка и содержании липидов в листьях контрольных и подверженных воздействию меди образцов рассады кукурузы. Для усиления спектральных вариаций и количественной оценки изменений биохимического состояния, применены методы анализа второй производной и подгонки кривых. Результаты показывают увеличение содержания пектина, лигнина, аминокислоты и белка и уменьшение количества целлюлозы и липида в листьях рассады кукурузы вследствие воздействия меди. Проведенное исследование свидетельствует о токсическом влиянии меди, заключающемся в задержке роста и уменьшении фотосинтетических пигментов и биохимического содержания в рассаде кукурузы. Продемонстрирована возможность применения спектроскопических методов ЛИФ и НПВО-ИКФ в качестве быстрого, безмаркерного и неразрушающего зонда для оценки стресса и мониторинга посевов.

спектроскопия лазерно-индуцированной флуоресценции, ИК спектроскопия нарушенного полного внутреннего отражения с преобразованием Фурье, биохимический анализ, анализ подгонкой кривых, стресс под воздействием тяжелых металлов, laser-induced fluorescence spectroscopy, attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, biochemical analyses, curve fitting analyses, heavy metal stress

1. J. J. Liu, Z. Wei, J. H. Li, Bot. Stud., 55 (2014); doi:10.1186/s40529-014-0047-5.

2. S. Doncheva, Z. Stoyanova, K. Georgieva, D. Nedeva, R. Dikova, G. Zehirov, A. Nikolova. J. Plant Nutr. Soil Sci., 169, 247-254 (2014).

3. B. Printz, S. Lutts, J. Hausman, K. Sergeant, Front. Plant Sci., 7 (2016); doi: 10.3389/fpls.2016.00601.

4. K. Drzewiecka, M. Mleczek, M. Gąsecka, Z. Magdziak, A. Budka, T. Chadzinikolau, Z. Kaczmarek, P. Goliński, J. Plant Physiol., 216, 125-134 (2017).

5. A. S. Badr, G. Patricia, V. D. Florence, T. M-Laure, E. Daniel, B. Pierre-Marie, Plant Sci., 166, 1213-1218 (2004).

6. Y. Xu, W, Yu, Q. Ma, H. Zhou, C. Jiang, Ecotoxicol. Environ. Saf., 142, 250-256 (2017).

7. Z. T. Xiong, C. Liu, B. Geng, Rupr. Ecotoxicol. Environ. Saf., 64, 273-280 (2006).

8. S. Akhtar, A. Shoaib, N. Akhtar, R. Mehmood, J. Anim. Plant Sci., 26, 1339-1345 (2016)

9. K. Możdżeń, T. Wanic, G. Rut, T. Łaciak, A. Rzepka, Photosynthetica, 55, 193-200 (2017).

10. S. Khatuna, M. B. Ali, E. J. Hahna, K. Y. Paeka, Environ. Exp. Bot., 64, 279-285 (2008).

11. Y. V. Ivanov, A. V. Kartashov, A. I. Ivanova, Y. V. Savochkin, V. V. Kuznetsov, Environ. Sci. Pollut. Res., 23, 17332-17344 (2016).

12. R. Gopal, K. B. Mishra, M. Zeeshan, S. M. Prasad, M. M. Joshi, Curr. Sci. India, 83, 880-884 (2002).

13. S. Sharma, K. N. Uttam, Spectrosc. Lett., 49, 520-528 (2016).

14. S. Sharma, K. N. Uttam, Vib. Spectrosc., 92, 135-150 (2017).

15. S. Sharma, S. Srivastava, R. Singh, K. N. Uttam, Spectrosc. Lett., 50, 115-123 (2017).

16. H. K. Lichtenthaler, Method Enzymol., 148, 350-382 (1987).

17. A. Barth, Prog. Biophys. Mol. Biol., 74, 141-173 (2000).

18. P. Robert, M. Marquis, C. Barron, F. Guillon, L. Saulnier, J. Agric. Food Chem., 53, 7014-7018 (2005).

19. H. Schulz, M. Baranska, Vib. Spectrosc., 43, 13-25 (2007). 684-10

20. A. Alonso-Simon, A. E. Encina, P. Garcıa-Angulo, J. M. Alvarez, J. L. Acebes, Plant Sci., 167, 1273-1281 (2004).

21. N. Labbé, T. G. Rials, S. S. Kelley, Z. M. Cheng, J. Y. Kim, Y. Li, Wood Sci. Technol., 39, 61-76 (2005).

22. A. Barth, Biochim. Biophys. Acta, 1767, 1073-1101 (2007).

23. K. S. Bandekar, J. Adv. Protein Chem., 38, 181-364 (1986).

24. J. C. Fernandes, P. Garcia-Angulo, L. F. Goulao, J. L. Acebes, S. Amancio, Plant Sci., 205, 111-120 (2013).

25. J. Yang, H. E. Yen, Plant Physiol., 130, 1032-1042 (2002).

26. J. Heredia-Guerrero, J. Benítez, E. Domínguez, I. Bayer, R. Cingolani, A. Athanassiou, A. Heredia, Front. Plant Sci., 5 (2014); doi: 10.3389/fpls.2014.00305.

27. R. Lahlali, Y. Jiang, S. Kumar, C. Karunakaran, X. Liu, F. Borondics, E. Hallin, R. Bueckert, Front. Plant Sci., 5 (2004); doi: 10.3389/fpls.2014.00747.

28. Z. Li, L. Wu, P. Hu, Y. Luo, P. Christie, J. Hazard. Mater., 261, 332-341 (2003).

29. H. K. Lichtenthaler, U. Rinderle. C. R. C. Crit. Rev. Anal. Chem., 19, sup. 1, S29-S85 (1988); doi: 10.1080/15476510.1988.10401466.

30. D. Tanyolac, Y. Ekmekc, S. Unalan, Chemosphere, 67, 89-98 (2007).

31. M. Bernal, M. Roncel, J. M. Ortega, R. Picorel, I. Yruela, Physiol. Plant., 120, 686-694 (2004).

32. E. Patsikka, M. Kairavuo, F. Sersen, E. M. Aro, E. Tyystjarvi, Plant Physiol., 129, 1359-1367 (2002).

33. A. Vassilev, F. Lidon, J. C. Ramalho, C. Do, M. Matos, G. Da, J. Central Eur. Agric., 4, 225-236 (2003).

34. W. Maksymiec, T. Baszynsi, J. Plant Physiol., 149, 196-200 (1996).

35. F. Monnet, N. Vailant, P. Vernay, A. Coudret, H. Sallanon, A. Hitmi, J. Plant Physiol., 158, 1137-1144 (2001).

36. H. K. Lichtenthaler, J. Plant Physiol., 148, 4-14 (1996).

37. B. Nedjimi, Y. Daoud, Funct. Ecol. Plants, 204, 316-324 (2009).

38. J. E. J. Weckx, H. M. M. Clijsters, Physiol. Plant., 96, 506-512 (1996).

39. O. Quariti, N. Boussama, M. Zarrouk, A. Cherif, M. H. Ghorbal, Phytochemistry, 45, 1343-1350 (1997).

40. Ecological Responses to Environment Stresses, Kluwer Academic, Netherlands, pp. 22-30 (1981).

41. M. Krzeslowska, Acta Physiol. Plant., 33, 35-51 (2011).

42. M. Ovečka, T. Takáč, Biotechnol. Adv., 32, 73-86 (2014).

43. L. Parrotta, G. Guerriero, K. Sergeant, G. Cai, J. Hausman. Front. Plant Sci., 6 (2015); doi: 10.3389/fpls.2015.00133.

44. C. C. Lin, L. M. Chen, Z. H. Liu, Plant Sci., 168, 855-861 (2005).