Текущий выпуск Номер 2, 2025 Том 17

Все выпуски

[ Switch to English ]

Комплексный анализ воздействия ионов меди на первичные процессы фотосинтеза Scenedesmus quadricauda по результатам измерений флуоресценции хлорофилла a в суспензии и на одиночных клетках

Пирутин С.К., Шанк М.А., Цзя Ш., Конюхов И.В., Тодоренко Д.А., Червицов Р.Н., Фурсова П.В., Кабашникова Л.Ф., Плюснина Т.Ю., Хрущев С.С., Ризниченко Г.Ю., Рубин А.Б.
 pdf (806K)

С помощью комплекса биофизических и математических методов исследовано влияние ионов меди на первичные процессы фотосинтеза пресноводной микроводоросли Scenedesmus quadricauda. Проведена оценка воздействия меди (0,1–10 мкМ CuSO4) по индукционным кривым флуоресценции хлорофилла a, полученным как на суспензии клеток, так и на отдельных клетках водорослей после инкубации в световых и темных условиях. Установлено, что медь оказывает дозозависимое воздействие на фотосинтетический аппарат микроводорослей. Низкие (0,1 мкМ) концентрации CuSO4 по ряду параметров оказывают стимулирующие воздействие, тогда как концентрация 10 мкМ приводила к существенным нарушениям функционирования фотосистемы II. Анализ флуоресценции одиночных клеток оказался более чувствительным по сравнению с традиционными измерениями на суспензиях, позволив выявить гетерогенность реакции клеток на действие CuSO4. Анализ кинетики быстрой флуоресценции хлорофилла a (JIP-тест) показал, что наибольшую чувствительность к воздействию меди проявили параметры $\delta_{Ro}$ и $\varphi_{Ro}$, которые достоверно отличались от контроля при воздействии не только высокой, но и средней концентрации (1 мкМ). При инкубации с CuSO4 в световых условиях снижение фотохимической активности клеток было менее выражено, чем в условиях темновой инкубации. Нормирование данных по интенсивности начальной и максимальной флуоресценции на оптическую плотность суспензии при $\lambda = 455$ нм значительно повысило чувствительность метода и позволило более точно интерпретировать эти данные. Использование L1-регуляризации (LASSO) по методу наименьших углов (LARS) для спектральной мультиэкспоненциальной аппроксимации индукционной кривой позволило выявить ее временные характеристики. Результаты математической обработки полученных данных дают основание предположить, что действие ионов меди приводит к увеличению нефотохимического тушения флуоресценции, являющегося защитным механизмом рассеивания избыточной энергии возбуждения. Наблюдаемая гетерогенность реакций отдельных клеток водорослей на воздействие меди, по-видимому, является важным адаптационным механизмом, позволяющим популяции сохранять жизнеспособность в условиях стресса. Полученные данные подтверждают перспективность использования методов флуоресцентного анализа для ранней диагностики стрессовых воздействий тяжелых металлов на фотосинтезирующие организмы.

Ключевые слова: Scenedesmus quadricauda, ионы меди (Cu2+), флуоресценция хлорофилла a, фотосистема II (ФСII), JIP-тест, квантовый выход фотохимического преобразования энергии $\left(\frac{F_\nu}{F_m}\right)$, микрофлуориметрия, нефотохимическое тушение, нормировка данных, спектральная мультиэкспоненциальная аппроксимация
Цитата: Пирутин С.К., Шанк М.А., Цзя Ш., Конюхов И.В., Тодоренко Д.А., Червицов Р.Н., Фурсова П.В., Кабашникова Л.Ф., Плюснина Т.Ю., Хрущев С.С., Ризниченко Г.Ю., Рубин А.Б. Комплексный анализ воздействия ионов меди на первичные процессы фотосинтеза Scenedesmus quadricauda по результатам измерений флуоресценции хлорофилла a в суспензии и на одиночных клетках // Компьютерные исследования и моделирование, 2025, т. 17, № 2, с. 293-322
Citation in English: Pirutin S.K., Shank M.A., Jia S., Konuhov I.V., Todorenko D.A., Chervitsov R.N., Fursova P.V., Kabashnikova L.F., Plusnina T.Yu., Khruschev S.S., Riznichenko G.Yu., Rubin A.B. Comprehensive analysis of copper ions effect on the primary processes of photosynthesis in Scenedesmus quadricauda based on chlorophyll a fluorescence measurements in suspension and on single cells // Computer Research and Modeling, 2025, vol. 17, no. 2, pp. 293-322
DOI: 10.20537/2076-7633-2025-17-2-293-322
URL: http://crm.ics.org.ru/journal/article/3606/

 

Дополнительные материалы:

 

Спектральная мультиэкспоненциальная аппроксимация кривых индукции флуоресценции хлорофилла a культуры микроводорослей Scenedesmus quadricauda при инкубации с ионами меди в различных условиях

SI.pdf

 

Creative Commons License Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License.

Журнал индексируется в Scopus

Полнотекстовая версия журнала доступна также на сайте научной электронной библиотеки eLIBRARY.RU

Журнал входит в систему  Российского индекса научного цитирования.

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Международная Междисциплинарная Конференция "Математика. Компьютер. Образование"

Международная Междисциплинарная Конференция МАТЕМАТИКА. КОМПЬЮТЕР. ОБРАЗОВАНИЕ.

Copyright © 2009–2025 Институт компьютерных исследований