Analiza kumulacji metali ciężkich w organizmach III

Uszkodzenia aparatu fotosyntetycznego roślin w warunkach stresu wywołanego nadmiarem metali ciężkich II.

Ćwiczenie nr 1.

Wpływ metali ciężkich na uszkodzenia fotosystemu PSII, na podstawie wyników obrazowania fluorescencji chlorofilu a (przyrządem FluorCam)

W ćwiczeniu wykorzystujemy gatunki roślin Phaseolus vulgaris, Zea mays które były narażone na nadmiar ołowiu, oraz rośliny które były przetrzymywane w warunkach kontrolnych.

Wizualizacja przestrzennego rozkładu F_V/F_M w liściach roślin narażonych na nadmiar ołowiu oraz kontrolnych będzie rejestrowana przy użyciu systemu do wizualizacji parametrów fotosyntezy (Open FluorCam, Photon System Instruments), na podstawie fluorescencji chlorofilu, przy wysycającym świetle czerwonym (600-660 nm, 1800 μmol m^-2·s^-1).

Barwna skala odpowiada wartości parametru F_V/F_M - od wartości 0,4 oznaczonej kolorem granatowym do wartości 0,9 oznaczonej kolorem czerwonym. Standardowo F_V/F_M wynosi 0,83 i oznacza rośliny w optymalnej kondycji fizjologicznej

Panele LED w FluorCam zapewniają równomierne natężenie promieniowania na powierzchni 13 x 13 cm - odpowiednie do obrazowania małych roślin, pojedynczych liści, mchów, porostów, koloni glonów, itp.

Będą analizowane następujące parametry fluorescencji.

F_v/F_m - potencjalna wydajność kwantowa fotosystemu II (PS II). Wartość tego parametru jest często stosowanym wskaźnikiem uszkodzeń wywołanych różnymi czynnikami stresowymi,

F₀ - minimalna wydajność fluorescencji, która określa stałą fluorescencję charakterystyczną dla otwartych centrów reakcji. Wartość F₀ nie jest stała i może rosnąć lub obniżać się kiedy uszkodzone są centra PS II, albo jeśli przekazywanie energii z anten do centrów rekcji jest hamowane,

Rośliny traktowano 3mM Pb w Pb(NO₃)₂ doglebowo poprzez podlewanie odpowiednim roztworem. Ponad to część roślin fasoli i kukurydzy traktowano dolistnie tym samym roztworem .

		F0	Fm	Fv/Fm	Fv
Phaseolus vulgaris	Kontrola
		traktowane doglebowo 3mM Pb w Pb(NO3)2
		traktowane dolistnie 3mM Pb w Pb(NO3)2
	Zea mays	Kontrola
		traktowane doglebowo 3mM Pb w Pb(NO3)2
		traktowane dolistnie 3mM Pb w Pb(NO3)2

Ćwiczenie nr 2.

Wpływ zawartości metali ciężkich w środowisku na natężenie fotosyntezy i oddychania mierzonego na podstawie zmian stężenia dwutlenku węgla.

Natężenie fotosyntezy (P_n), i oddychania (R), w roślinach Phaseolus vulgaris (roślina C₃), Zea mays (roślina C₄) (kontrola) oraz tych które traktowano 3mM Pb w Pb(NO₃)₂ dolistnie zostanie wyznaczone przy użyciu analizatora gazowego podczerwieni ADC MK-3 (Wielka Brytania) na podstawie zmian stężenia dwutlenku węgla, stężenie tego gazu w powietrzu w czasie pomiarów będzie wynosiło 400-300 µmol ^. mol^-1.

W tkankach roślinnych metale ciężkie mają duży wpływ na działanie aparatu fotosyntetycznego. Zaburzenia cyklu Calvina wywołują nadmierną akumulację ATP i NADPH, skutkujące hamowaniem fotosystemu II. Reakcje fazy ciemnej fotosyntezy w których wiązany jest CO₂ w cyklu Calvina, są bezpośrednio hamowane przez ołów. Stwierdzono, że ołów obniżał aktywność karboksylazy/oksygenazy rybulozo-1,5-bisfosforanowej u roślin C₃ i karboksylazy fosfoenolopirogronianowej u roślin C₄.

Wszystkie etapy procesu oddychania mogą znaleźć się pod negatywnym wpływem metali ciężkich. Metale mają szczególnie toksyczny wpływ na oddychanie mitochondrialne. Ołów wywołuje zmniejszenie liczby grzebieni mitochondrialnych, co powoduje obniżenie wydajności fosforylacji oksydacyjnej. Ołów zaburza także utlenianie bursztynianu poprzez hamowanie aktywności dehydrogenazy bursztynianowej

Natężenie fotosyntezy (P_n) i oddychania (R) roślin kontrolnych i traktowanych ołowiu wyrażamy w µmol CO₂ ^. g śm^{-1 .} h^-1

	Phaseolus vulgaris		Zea mays
		kontrola	ołów	kontrola	ołów
Natężenie (Pn) 400-300 µmol
Natężenie (R) 300-400 µmol

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej ul. Podchorążych 2, 30-084 KRAKÓW www.up.krakow.pl

---