Новости

28 Октября, 2019 17:36

Ученые ННГУ совершенствуют методы дистанционного мониторинга растений

В настоящее время сельское хозяйство остается одной из наиболее трудоемких и жизненно необходимых отраслей деятельности человека. Для ученых Университета Лобачевского увеличение его эффективности является одной из приоритетных задач развития и требует разработки новых методов и подходов, среди которых важную роль играют методы дистанционного мониторинга состояния сельскохозяйственных растений.
Источник: Пресс-служба Университета Лобачевского

«В частности, дистанционный мониторинг способствует раннему выявлению поражения растений стрессорами и локализации зоны такого поражения, что позволяет применять защитные меры только к пострадавшим растениям и делать это своевременно. Наиболее перспективным для анализа состояния растений является измерение отраженного света в видимом диапазоне, так как отражательная способность растений тесно связана с их физиологическими и биохимическими процессами, а само измерение отраженного света — является относительно простым с технической точки зрения методом, — констатирует заведующий лабораторией электрофизиологии растений Института биологии и биомедицины ННГУ Владимир Сухов.

Следует отметить, что анализ спектров отражения является довольно сложной задачей, для оптимизации которой используют анализ спектральных индексов отражения. В свою очередь, индексы отражения часто представляют собой отношение разности отражения на двух длинах волн (узких полос) к их сумме.

Одним из таких индексов является фотохимический индекс отражения (photochemical reflectance index, PRI), который рассчитывается на основе отражения света растением на длинах волн 531 и 570 нм. В основе применения такого индекса лежит относительно быстрое снижение отражения на длине волны 531 нм при действии на растения неблагоприятных факторов; это означает, что PRI должен снижаться при действии стрессоров и это может быть использовано в рамках дистанционного мониторинга. В то же время, механизмы изменений PRI в первые минуты освещения остаются недостаточно исследованными, а их выявление может иметь существенное фундаментальное и прикладное значение, так как полевые измерения фотохимического индекса происходят в условиях нестабильного солнечного освещения.

Целью работы аспиранта кафедры биофизики Института биологии и биомедицины ННГУ им. Н.И. Лобачевского Екатерины Суховой с соавторами, выполненной при поддержке Российского научного фонда и опубликованной в журнале Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, стал экспериментальный анализ механизмов, лежащих в основе снижения PRI после начала освещения. В частности, авторы анализировали связь изменений фотохимического индекса отражения и закисления люмена хлоропластов на свету.

«Такое закисление является ключевым шагом в протекании фотосинтеза и, тем самым, в продукционном процессе растений. Для оценки закисления люмена авторы использовали изменения светопропускания листа на длине волны 535 нм в минутном диапазоне, так как эти изменения являются показателем изменений рН в люмене хлоропластов», — подчеркивает Екатерина Сухова.

Фотохимический индекс отражения измеряли с использованием спектрометра. Для исследования были выбраны проростки гороха и взрослые растения герани, которые являются удобным объектом для анализа закисления люмена и изменений фотохимического индекса отражения.

Исследование показало, что включение света индуцировало одновременное закисление люмена хлоропластов и снижение PRI у листьев гороха и герани. Оба процесса развивались синхронно в течение первых 2 минут освещения, что подтверждалось высоким коэффициентом корреляции между обоими исследованными показателями.

Обратный процесс — возрастание рН люмена и увеличение фотохимического индекса отражения происходил при выключении света; коэффициент корреляции между исследованными величинами оставался высоким.

При использовании более длительных интервалов времени (до 10 минут) связь между изменениями фотохимического индекса отражения и светопропускания на длине волны 535 нм становилась слабой; т.е. именно связанные с рН изменения светопропускания были ответственны за изменения PRI.

«В целом, полученные результаты показывают, что именно быстрое закисление люмена хлоропластов при включении света участвует в развитии снижения фотохимического индекса тушения в минутном диапазоне. Такой результат имеет фундаментальное значение, уточняя механизмы развития изменений PRI в условиях нестабильного освещения. В частности, он показывает, что снижение фотохимического индекса отражения обусловлено не только развивающимися при действии стрессоров биохимическими изменениями фотосинтетических пигментов (такие изменения требуют от нескольких минут — до нескольких десятков минут), но и с более быстрыми процессами в фотосинтетическом аппарате; возможно, со сжатием хлоропластов, вызванным закислением люмена», — комментирует результаты исследования Владимир Сухов.

С прикладной точки зрения, полученный результат позволяет уточнить условия применения фотохимического индекса отражения для мониторинга состояния растений в нестабильных условиях естественного освещения или при заданных изменениях интенсивности освещения в условиях выращивания растений в защищенном грунте. В дальнейшем, он может быть использован для усовершенствования методик дистанционного мониторинга состояния сельскохозяйственных растений в полевых условиях и в условиях теплицы, а также для раннего диагностирования действия на них стрессоров.

26 Февраля, 2020
Российские ученые вычислили количество грязи на городских улицах
Российские ученые создали модель, которая позволяет оценить уровень грязи на улицах города по тому, ...
26 Февраля, 2020
В Новосибирске изобрели способ сжигания нефтяных отходов без вреда для экологии (видео)
В Новосибирске изобрели устройство для сжигания нефтяных отходов без вреда для экологии, передает ОТ...