Новые оптические подходы в исследовании фотофизиологических характеристик цианобактерий in situ

Рассматриваются новые подходы к определению фотофизических и фотофизиологических параметров фотосинтетических организмов, которые могут быть использованы для определения их физиологического состояния in situ, количественной оценки эффективности фотосинтеза и первичной продукции. На примере исследования физиологического состояния цианобактерий демонстрируются возможности метода индукции и релаксации флуоресценции и метода нелинейной лазерной флуорометрии. Показаны возможности совместного использования этих методов при исследовании механизмов защиты от избыточного освещения (нефотохимического тушения). В частности, приведены результаты, которые демонстрируют, что хлорофиллсодержащий светособирающий комплекс цианобактерий не принимает непосредственного участия в механизме нефотохимического тушения. Данные по исследованию влияния спектральных характеристик внешнего освещения на физиологическое состояние цианобактерий свидетельствуют о том, что спектральные свойства и интенсивность освещения, при котором выращивались культуры цианобактерий, существенным образом влияют на количество и соотношения фикобилин- и хлорофиллсодержащих комплексов, а также на содержание пигментов в этих комплексах. Эти изменения проявляются в измеряемых фотофизиологических параметрах, что говорит о возможности оценки световых условий, при которых росли клетки цианобактерий in situ при помощи методов флуорометрии.

1. Shaw B. P., Sahu S. K., Mishra R. K. Heavy Metal Induced Oxidative Damage in Terrestrial Plants // Heavy metal stress in plants: from biomolecules to ecosystems / Ed. by Prasad M. N. V. Berlin: Springer, 2004. P. 84–126.

2. Hallare A. V., Lasofin K. J. A., Magallanes J. R. Shift in Phytoplankton Community Structure in a Tropical Marine Reserve Before and After a Major oil Spill Event // J. of Environmental Research. 2011. V. 5, N 3. P. 651–660.

3. Gorbunov M. Y., Falkowski P. G. Fluorescence induction and relaxation (FIRe) technique and instrumentation for monitoring photosynthetic processes and primary production // Aquatic Ecosystems, Photosynthesis: Fundamental Aspects to Global Perspectives / Ed. by der Est, Van, Bruce, D. Lawrence: Alliance Communications Group, 2005. P. 1029–1031.

4. Rohacek K., Bartak M. Technique of the modulated chlorophyll fluorescence: basic concepts, useful parameters and some applications // Photosynthetica. 1990. V. 37. P. 339–363.

5. Fadeev V. V., Dolenko T. A., Filippova E. M., Chubarov V. V. Saturation spectroscopy as a method for determining the photophysical parameters of complicated organic compounds // Opt. Commun. 1999. V. 166. P. 25–33.

6. Schatz G. H., Brock H., Holzwarth A. R. Kinetic and Energetic Model for the Primary Processes in Photosystem II // Biophysical journal. 1988. V. 54, N 3. P. 397–405.

7. Fadeev V. V., Shirshin E. A. Nonlinear laser flurescence spectroscopy of natural organic compounds // Handbook of Coherent-Domain Optical Metods: Biomedical Diagnostics, Enviromental Monitoring, and Material Science / Ed. by V. V. Tuchin. New York: Springer Science+Business Media, 2013. P. 1255–1288.

8. Kuzminov F. I., Karapetyan N. V., Rakhimberdieva M. G., Elanskaya I. V., Gorbunov M. Y., Fadeev V. V. Investigation of OCP-Triggered Dissipation of Excitation Energy in PSI/PSII-less Synechocystis sp. PCC 6803 Mutant Using Non-Linear Fluorimetry // Biochim. Biophys. Acta. 2012. V. 1817. P. 1012–1021.

9. Gostev T. S., Kuzminov F. I., Gorbunov M. Y., Voronova E. N., Fadeev V. V. Effect of Variations in Salinity and Nitrogen Concentration on Photophysical Parameters of Phytoplankton Obtained with Fluorescence Spectroscopy // EARSEL eProceedings. 2012. V. 11, N 2. P. 1–10.

10. Gostev T. S., Fadeev V. V. Determination of photophysical parameters of chlorophyll a in photosynthetic organisms using the method of nonlinear laser fluorimetry // Quantum Electron. 2011. V. 41. P. 414–419.

11. Maslov D. V., Ostroumov E. E., Fadeev V. V. Saturation fluorimetry of complex organic compounds with high local concentration of fluorophores (by the example of phytoplankton) // Quantum Electron. 2006. V. 36. P. 163–168.

12. Gorbunov M. Y., Kuzminov F. I., Fadeev V. V., Kim J. D., Falkowski P. G. A kinetic model of non-photochemical quenching in cyanobacteria // Biochim. Biophys. Acta. 2011. V. 1807. P. 1591–1599.

13. Kirilovsky D., Kerfeld C. A. The Orange Carotenoid Protein: a blue-green light photoactive protein // Photochemical & Photobiological Sciences. 2013. V. 12, N 7. P. 1135–1143.