Влияние света на люминесценцию растений

Для выбора оптимального спектрального состава излучения светодиодных
облучателей на разных стадиях роста и развития растений требуется
оперативный метод контроля их состояния. Это можно сделать на основе
информации о процессах, вызывающих и сопровождающих фотосинетез,
который является комплексным показателем физиологического состояния
растений. Такая информация позволит оперативно управлять процессом
выращивания растений, предотвращать нарушения роста, например, из-за
влияния факторов окружающей среды.
На ранней стадии роста определение состояния здоровья растений обычно
проводится путем субъективного визуального осмотра или химического
анализа. Визуальный осмотр не может обеспечить цифровое управление.
Методы химического анализа громоздки и неэффективны, а также уничтожают
живые растения.
В настоящее время основными неразрушающими методами определения
скорости фотосинтеза являются методы определения скорости поглощения
углекислого газа или скорости выделения кислорода. Это достаточно сложные
и длительные методы.
Эффективным и оперативным способами оценки процессов фотосинтеза
могут быть методы получения информация о начальных стадиях фотосинтеза.
Эти стадии определяются процессами диссипации поглощенной молекулами
хлорофилла энергии солнечной радиации. Поглощенные кванты в виде
первичных электронных возбуждений могут мигрировать в клетке и, в
конечном итоге, расходовать свою энергию на фотохимические процессы
(фотосинтез и др.), на нагрев (в тепло) или люминесценцию при переходе
хлорофилла в основное состояние.
Поэтому люминесценция может использоваться для получения
информации о процессах фотосинтеза и, следовательно, для оперативного
контроля процессов роста и развития растений.
Цель работы — разработка люминесцентных методов контроля состояния
растений и исследование влияния спектрального состава возбуждающего, в том
числе актиничного, излучения на кинетику замедленной флуоресценции
хлорофилла в модельных растениях.
Задачи:
1. Разработать установку для измерения переменной люминесценции
хлорофилла в листе растения.
2. Исследовать возможности установки и разработать методику
(последовательность, режимы) измерений переменной флюоресценции в
стационарном и РАМ режимах возбуждения.
3. Измерить переменную флюоресценцию листьев растения и определить
основные параметры первичной стадии фотосинтеза
1. Обзор литературы
1.1. Фотосинтез
Фотосинтез – преобразование зелёными растениями и некоторыми бакте-
риями энергии света в энергию химических связей органических веществ [1].
Фотосинтез является единственным способом для высших растений
получать энергию из внешнего мира и основой для осуществления
жизнедеятельности высших растений. Свет поглощается хлорофиллам а и b и
другими пигментами (каротиноиды, фикобилины) в хлоропластах и хроматофо-
рах клеток. Приведенный ниже анализ литературных источников сделан на
основе монографий и обзорных статей, представленных в [1-14].
Хлоропласты (рис.1.1) используют свой хлорофилл для преобразования
энергии света в химическую энергию, превращая CO2 в воду и сахар. У высших
растений хлоропласты представляют собой двояковыпуклые или
плосковыпуклые линзы. Клетки мезофилла высших растений обычно содержат
50-200 хлоропластов, которые могут составлять 40% цитоплазмы. Хлоропласт
содержит три разные мембраны: наружную мембрану, внутреннюю мембрану и
тилакоидную мембрану. Он обычно содержит около 1000 тилакоидов внутри
хлоропласта. Класс капсул имеет в среднем 200 цепей переноса электронов
(CET) и приблизительно 105 молекул пигмента. Пигментами в хлоропласте
являются хлорофилл а, хлорофилл b и каротиноиды.