Fotochemiczne procesy w obrębie wiązek przewodzących a wzrost siewek pomidorów (Solanum lycopersicum L.)

Streszczenie

Liście to kluczowe organy większości roślin, wyspecjalizowane w wychwytywaniu energii świetlnej (w zakresie PhAR – promieniowania czynnego fotosyntetycznie), niezbędnej do przebiegu procesu fotosyntezy, a tym samym do rozwoju i funkcjonowania organizmu. Intensywne pochłanianie kwantów światła zachodzące głównie w komórkach mezofilowych liści możliwe jest dzięki obecności chloroplastów – organelli wyposażonych w fotosystemy PSI i PSII zawierające barwniki chlorofilowe. Komórki zawierające chloroplasty zlokalizowane są również w innych tkankach roślin m.in. w tkankach łodyg w obrębie tkanek naczyniowych. U większości roślin stosunkowo niewielka ilość aparatów szparkowych w obrębie łodyg, szereg tkanek otaczających komórki wyposażone w chloroplasty oraz niewielkie przestrzenie powietrzne wewnątrz tych tkanek w znacznym stopniu utrudniają dyfuzję dwutlenku węgla (CO₂), a w konsekwencji przebieg procesów fotochemicznych i fotosyntezę. Zachodzi więc pytanie, jaka jest funkcja tych tkanek, usprawiedliwiająca ponoszenie przez roślinę kosztów energetycznych związanych z obecnością "zielonych" komórek w łodygach. Tradycyjnie przypisuje się im rolę transportu wody i asymilatów wymagających nakładu energii, jednak w doświadczeniach na modelowych roślinach wykazano, że CO₂ po związaniu w postaci jabłczanu jest transportowany przez wiązki przewodzące (ksylem), a produkty przemian fotochemicznych wspomagają wzrost i rozwój nie tylko lokalnych tkanek, ale też m.in. przyrost korzeni. Warunki świetlne podczas wzrostu i rozwoju roślin mogą modulować skład, funkcję i organizację strukturalną sieci błon tylakoidów w chloroplastach. Sugeruje się, że te dynamiczne zmiany zależą od odwracalnej reorganizacji niektórych kompleksów odpowiedzialnych za absorpcję kwantów światła w sieci tylakoidów. Niewiele jednak wiadomo na temat przegrupowań zachodzących w architekturze sieci błony tylakoidów pod wpływem światła o zmiennym składzie spektralnym oraz wpływu tego procesu na przebieg procesów fotochemicznych w komórkach wyposażonych w chloroplasty.

W proponowanych badaniach obiekt badawczy stanowić będą wysokie odmiany pomidora (Solanum lycopersicum L.). Ze względu na szybki wzrost tych roślin oraz ich wartości użytkowe materiał ten spełnia warunki do zastosowania w planowanych pracach doświadczalnych. Można się spodziewać, że prowadzone analizy pomogą określić, czy i w jakim stopniu ograniczenie dostępu światła w rejonie łodyg wpływa na zahamowanie przyrostu biomasy systemu korzeniowego. Przetestowana zostanie również hipoteza zakładająca, że różnice w składzie spektralnym światła docierającego do rośliny wpływają na zmiany w budowie i organizacji tylakoidów chloroplastów obecnych w komórkach łodyg oraz na przebieg procesów fotochemicznych i fotosyntetycznych, a tym samym na oddziaływanie na wzrost i rozwój systemu korzeniowego i całych roślin pomidora. W ramach badań przeprowadzone zostaną m.in. analizy biometryczne, mikroskopowe obserwacje przekrojów poprzecznych łodyg, pomiary dotyczące fluorescencji chlorofilu a oraz wymiany gazowej, oznaczania zawartości izotopu ¹³C w różnych organach roślinnych, na podstawie których będzie można pośrednio oszacować wydajność wykorzystania wody. Oczekujemy, że uzyskane wyniki pozwolą wzbogacić dotychczasowy stan wiedzy dotyczący roli chloroplastów w komórkach zlokalizowanych w innych niż liście regionach rośliny, gdzie dostęp światła jest ograniczony. Sprawdzimy, czy oraz ewentualnie w jakim stopniu światło o zróżnicowanym składzie spektralnym wpływa na zmiany w przyroście biomasy korzeni, a tym samym całej rośliny.

Pomidory odmiany "Red Pear" rosnące przed budynkiem Laboratorium Ekochemii i Inżynierii Środowiska w Szarowie.
Foto: Cecylia Barańska.

Uprawa pomidorów odmiany "Krakus" oraz "Red Pear" w warunkach oświetlenia o zróżnicowanym składzie spektralnym w komorach wzrostowych; Laboratorium Ekochemii i Inżynierii Środowiska w Szarowie.
Foto: Miron Gieniec.