Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thay đổi trong quá trình quang hợp, thành phần sắc tố và hàm lượng glutathione ở hai loài địa y Nam Cực trong điều kiện căng thẳng ánh sáng và phục hồi
Tóm tắt
Trong những thập kỷ qua, một số nghiên cứu đã tập trung vào căng thẳng ánh sáng cao ngắn hạn ở địa y trong điều kiện phòng thí nghiệm. Các nghiên cứu như vậy đã báo cáo một sự suy giảm quang hợp mạnh mẽ đi kèm với sự phá hủy quang học một phần của PSII, sự tham gia của các cơ chế bảo vệ quang học và các quá trình tổng hợp trở lại trong quá trình phục hồi dần dần. Trong bài báo của chúng tôi, chúng tôi đã áp dụng căng thẳng ánh sáng vừa phải [800 μmol(photon) m−2 s−1] để gây ra những thay đổi tiêu cực trong chức năng của PSII cũng như hàm lượng sắc tố và glutathione (GSH) ở hai loài địa y dạng thân cây Nam Cực. Các tham số huỳnh quang diệp lục (Chl), chẳng hạn như năng suất lượng tử tiềm năng và hiệu quả của các quá trình quang hợp và các biến thể nhanh (OJIP) được ghi lại trong quá trình phơi sáng ánh sáng cao và phục hồi, cho thấy Usnea antarctica ít nhạy cảm hơn với sự suy giảm quang học hơn U. aurantiaco-atra. Điều này có thể được hỗ trợ bởi sự giảm đậm hơn về hàm lượng Chl a và b do ánh sáng mạnh được tạo ra trong U. aurantiaco-atra so với U. antarctica. Trong cả hai loài thí nghiệm, tổng hàm lượng GSH cho thấy sự gia tăng ban đầu trong 30–40 phút đầu tiên của điều trị ánh sáng cao, tiếp theo là sự giảm (60 phút) và tăng trong quá trình phục hồi tối. Tuy nhiên, quá trình phục hồi GSH hoàn toàn chưa kết thúc trong U. aurantiaco-atra ngay cả sau 5 giờ, cho thấy khả năng bảo vệ quang học thấp hơn ở loài này. Các đường cong OJIP cho thấy sự giảm do ánh sáng mạnh ở cả hai loài, tuy nhiên, sự phục hồi hình dạng OJIPs về các giá trị trước khi bị suy giảm quang xảy ra nhanh hơn và rõ ràng hơn ở U. antarctica so với U. aurantiaco-atra. Các kết quả được thảo luận theo khía cạnh độ nhạy của hai loài đối với sự suy giảm quang học và hiệu suất quang hợp của chúng trong môi trường tự nhiên.
Từ khóa
#địa y #quang hợp #sắc tố #glutathione #stress ánh sáng #phục hồi quang hợpTài liệu tham khảo
Barták, M.: Lichen photosynthesis. Scaling from the cellular to the organism level. — In: Hohmann-Marriott, M. (ed.): The Structural Basis of Biological Energy Generation. Advances in Photosynthesis and Respiration. Pp. 379–400. Springer, Dordrecht 2014.
Barták, M., Solhaug, K.-A., Vráblíková, H., Gauslaa, Y.: Curling during desiccation protects the foliose lichen Lobaria pulmonaria against photoinhibition. — Oecologia 149: 553–560, 2006.
Barták, M., Hájek, J., Očenášová, P.: Photoinhibition of photosynthesis in Antarctic lichen Usnea antarctica. I. Light intensity- and light duration-dependent changes in functioning of photosystem II. — Czech Polar Reports 2: 42–51, 2011.
Barták, M., Hájek, J., Vráblíková, H. et al.: High-light stress and photoprotection in Umbilicaria antarctica monitored by chlorophyll fluorescence imaging and changes in zeaxanthin and glutathione. — Plant Biol. 6: 333–341, 2004.
Barták, M., Vráblíková, H., Hájek, J.: Sensitivity of photosystem 2 of Antarctic lichens to high irradiance stress: Fluorometric study of fruticose (Usnea antarctica) and foliose (Umbilicaria decussata) species. — Photosynthetica 41: 497–504 2003.
Barták, M., Vráblíková-Cempírková, H., Štepigová, J. et al.: Duration of irradiation rather than quantity and frequency of high irradiance inhibits photosynthetic processes in the lichen Lasallia pustulata. — Photosynthetica 46: 161–169, 2008.
Bilger, W., Rimke, S., Schreiber, U. et al.: Inhibition of energytransfer to photosystem II in lichens by dehydration. — J. Plant Physiol. 134: 261–268, 1989.
Bjerke, J.W., Joly, D., Nilsen, L. et al.: Spatial trends in usnic acid concentrations of the lichen Flavocetraria nivalis along local climatic gradients in the Arctic (Kongsfjorden, Svalbard). — Polar Biol. 27: 409–417, 2004.
Bohuslavová, O.: Ecology of lichens on deglaciated parts of James Ross Island, the Antarctic. Ph.D. Thesis. Pp. 1–73. Masaryk University, Brno 2012.
Burrit, D.J., MacKenzie, S.: Antioxidant metabolism during acclimation of Begonia × erythrophylla to high light levels. — Ann. Bot. 91: 783–794, 2003.
Carreras, H.A., Wannaz, E.D., Perez, C.A. et al.: The role of urban air pollutants on the performance of heavy metal accumulation in Usnea amblyoclada. — Environ. Pollut. 97: 50–57, 2005.
Colville, L., Kranner, I.: Desiccation tolerant plants as model systems to study redox regulation of protein thiols. — Plant Growth Regul. 62: 241–255, 2010.
Davies, B.J., Glasser, N.F., Carrivick, J.L. et al.: Landscape evolution and ice-sheet behaviour in a semi-arid polar environment: James Ross Island, NE Antarctic Peninsula. — In: Hambrey, M.H., Barker, P.F., Barrett, P.J. et al. (ed.): Antarctic Palaeoenvironments and Earth-Surface Processes. Pp. 353–395. Geological Society, London 2013.
Del Hoyo, A., Álvarez, R., Del Campo, E.M. et al.: Oxidative stress induces distinct physiological responses in the two Trebouxia phycobionts of the lichen Ramalina farinacea. — Ann. Bot. 107: 109–118, 2011.
Demmig-Adams, B., Maguas, C., Adams, W.W. et al.: Effect of high light on the efficiency of photochemical energyconversion in a variety of lichen species with green and bluegreen phycobionts. — Planta 180: 400–409, 1990.
Hauck, M., Dulamsuren, C., Mühlenberg, M.: Lichen diversity on steppe slopes in the northern Mongolian mountain taiga and its dependence on microclimate. — Flora 202: 530–546, 2007.
Heber, U., Azarkovich, M., Shuvalov, V.: Activation of mechanisms of photoprotection by desiccation and by light: poikilohydric photoautotrophs. — J. Exp. Bot. 58: 2745–2759, 2007.
Holm, G.: Chlorophyll mutations in barley. — Acta Agr. Scand. 4: 457–471, 1954.
Huneck, S.: Progress in the chemistry of lichen substances, 2000–2005. — J. Hattori Bot. Lab. 100: 671–694, 2006.
Kappen L., Breuer M., Bölter M.: Ecological and physiological investigations in continental antarctic cryptogams. 3. Photosynthetic production of Usnea sphacelata: diurnal courses, models, and the effect of photoinhibition. — Polar Biol. 11: 393–402, 1991.
Košler, J., Magna, T., Mlčoch, B. et al.: Combined Sr, Nd, Pb, and Li isotope geochemistry of alkaline lavas from northern James Ross Island (Antarctic Peninsula) and implications for back-arc magma formation. — Chem. Geol. 258: 207–218, 2009.
Krábková, G.: [Content of UV-absorbing compounds and pigments in extracts from lichens from different Earth regions.] Pp. 1–67. Diploma Thesis. Masaryk University, Brno 2013. [In Czech]
Kranner, I.: Determination of glutathione, glutathione disulphide and two related enzymes, glutathione reductase and glucose-6-phosphate dehydrogenase, in fungal and plant cells. — In: Varma, A. (ed.): Mycorrhiza Manual. Pp. 227–241. Springer, Berlin 1998.
Kranner, I.: Glutathione status correlates with different degrees of desiccation tolerance in three lichens. — New Phytol. 154: 451–460, 2002.
Kranner, I., Birtić, S.: A modulating role for antioxidants in desiccation tolerance. — Integr. Comp. Biol. 45: 734–740, 2005.
Kranner, I., Cram, W.J., Zorn, M. et al.: Antioxidants and photoprotection in a lichen as compared with its isolated symbiotic partners. — P. Natl. Acad. Sci. USA 102: 3141–3146, 2005.
Láska, K., Barták, M., Hájek, J. et al.: Climatic and ecological characteristics of deglaciated area of James Ross Island, Antarctica, with a special respect to vegetation cover. — Czech Polar Reports 1: 49–62, 2011.
Manrique, E., Balaguer, L., Barnes, J. et al.: Photoinhibition studies in lichens using chlorophyll fluorescence analysis. — Bryologist 96: 443–449, 1993.
May, M.J., Vernoux, T., Leaver, C. et al.: Glutathione homeostasis in plants: implications for environmental sensing and plant development. — J. Exp. Bot. 49: 649–667, 1998.
Mrak, T., Jeran, Z., Batič, F. et al.: Arsenic accumulation and thiol status in lichens exposed to As(V) in controlled conditions. — Biometals 23: 207–219, 2010.
Müller, M., Zechmann, B., Zellnig, G.: Ultrastructural localization of glutathione in Cucurbita pepo plants. — Protoplasma 223: 213–219, 2004.
Noctor, G., Foyer, C.H.: Ascorbate and glutathione: Keeping active oxygen under control. — Annu. Rev. Plant Phys. 49: 249–279, 1998.
Noctor, G., Gomez, L., Vanacker, H. et al.: Interactions between biosynthesis, compartmentation and transport in the control of glutathione homeostasis and signalling. — J. Exp. Bot. 53: 1283–1304, 2002.
Onofri, S., Fenice, M., Cicalini, A.R. et al.: Ecology and biology of microfungi from Antarctic rocks and soils. — Ital. J. Zool. 67: 163–167, 2000.
Palmqvist, K., Dahlman, L., Valladares, F. et al.: CO2 exchange and thallus nitrogen across 75 contrasting lichen associations from different climate zones. — Oecologia 133: 295–306, 2002.
Rausch, T., Wachter, A.: Sulfur metabolism: a versatile platform for launching defence operations. — Trends Plant Sci. 10: 503–509, 2005.
Riddell, J., Padgett, P.E., Nash III, T.H.: Physiological responses of lichens to factorial fumigations with nitric acid and ozone. — Environ. Pollut. 170: 202–210, 2012.
Rikkinen, J.: What’s Behind the Pretty Colours. A Study on the Photobiology of Lichens. Edition 4: Bryobrothera. Pp. 239, The Finnish Bryological Society, Helsinki 1995.
Singh, J., Dubey, A.K., Singh, R.P.: Antarctic terrestrial ecosystem and role of pigments in enhanced UV-B radiations. — Rev. Environ. Sci. Biotechnol. 10: 63–77, 2011.
Singh, R., Ranjan, S., Nayaka, S. et al.: Functional characteristics of a fruticose type of lichen, Stereocaulon foliolosum Nyl., in response to light and water stress. — Acta Physiol. Plant. 35: 1605–1615, 2013.
Smellie, J.L., Johnson, J.S., McIntosh, W.C. et al.: Six million years of glacial history recorded in volcanic lithofacies of the James Ross Island Volcanic Group, Antarctic Peninsula. — Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 260: 122–148, 2008.
Štepigová, J., Vráblíková, H., Lang, J. et al.: Glutathione and zeaxanthin formation during high light stress in foliose lichens. — Plant Soil Environ. 53: 340–344, 2007.
Stirbet, A.: Excitonic connectivity between photosystem II units: what is it, and how to measure it? — Photosynth. Res. 116: 189–214, 2013.
Strasser, R.J., Shrivastava, A., Tsimilli-Michael, M.: The fluorescence transient as a tool to characterize and screen photosynthetic samples. — In: Yunus, M., Pathre, U., Mohanty, P. (ed): Probing Photosynthesis: Mechanisms, Regulation and Adaptation. Pp. 445–483. Taylor and Francis, London 2000.
Szalai, G., Kellös, T., Galiba, G. et al.: Glutathione as an antioxidant and regulatory molecule in plants under abiotic stress conditions. — Plant Growth Regul. 28: 66–80, 2009.
Tausz, M.: The role of glutathione in plant response and adaptation to natural stress. — In: Grill, D., Tausz, M., De Kok, L.J.: Significance of Glutathione to Plant Adaptation to the Environment. Pp. 101–122. Springer, Dordrecht 2001.
Terauds, A., Chown, S.L., Morgan, F. et al.: Conservation biogeography of the Antarctic. — Diversity Distrib. 18: 726–741, 2012.
Tretiach, M., Baruffo, L., Piccotto, M.: Effects of Mediterranean summer conditions on chlorophyll a fluorescence emission in the epiphytic lichen Flavoparmelia soredians: a field study. — Plant Biosyst. 146: 171–180, 2012.
Veerman, J., Vasil’ev, S., Paton, G.D. et al.: Photoprotection in the lichen Parmelia sulcata: The origins of desiccation-induced fluorescence quenching. — Plant Physiol. 145: 997–1005, 2007.
Vráblíková, H., Barták, M., Wönisch, A.: Changes in glutathione and xanthophyll cycle pigments in the high light-stressed lichens Umbilicaria antarctica and Lassalia pustulata. — J. Photoch. Photobiol. B 79: 35–41, 2005.
Wendler, J., Holzwarth, A.R.: State transitions in the green alga Scenedesmus obliquus probed by time-resolved chlorophyll fluorescence spectroscopy and global data analysis. — Biophys. J. 52: 717–728, 1987.