Міжвидові відмінності кріорезистентності автотрофних організмів полярних регіонів, визначені за флуоресценцією хлорофілу
DOI:
https://doi.org/10.15407/cryo33.01.025Ключові слова:
флуоресценція хлорофілу, охолодження, кріорезистентність, лишайники, ціанобактерії, полярні регіони, фотосистема II, фотосинтезАнотація
Для побудови температурних кривих флуоресценції хлорофілу в експерименті з охолодженням при постійній швидкості від 20 до –45°C було обрано три види лишайників (Xanthoria elegans, Umbilicaria cylindrica, Usnea sphacelata) та представника екстремофільних ціанобактерій Nostoc commune. За допомогою модульованого флуориметра вимірювали два параметри флуоресценції хлорофілу (потенційний вихід фотосинтетичних процесів у фотосистемі II FV/FM та ефективний квантовий вихід ΦPSIІ. Температурна відповідь II FV/FM і ΦPSII мала S-подібну криву, яка складалася з плато (зниження температури від 20 до –5°C), спаду і плеча, що досягає критичної точки, та відповідала трьом фазам лінійного охолодження. Для всіх експериментальних зразків залежно від виду та параметра флуоресценції хлорофілу криві мали різну форму. Лишайник U. cylindrica виявився найбільш кріорезистентним відповідно до фотосинтетичних процесів, які відбуваються в тилакоїдній мембрані хлоропласта за від’ємної температури.
Probl Cryobiol Cryomed 2023; 33(1):025–037
Посилання
Bacior M, Harańczyk H, Nowak P, et al. Low-temperature immobilization of water in Antarctic Turgidosculum complicatulum and in Prasiola crispa. Part I. Turgidosculum complicatulum. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2019; 173: 869-75. CrossRef
Backhaus T, de la Torre R, Lyhme K, et al. Desiccation and low temperature attenuate the eff ect of UVC254 nm in the photobiont of the astrobiologically relevant lichens Circinaria gyrosa and Buellia frigida. Int J Astrobiol. 2015; 14(3): 479-88. CrossRef
Barták M, Váczi P, Hájek J, Smykla J. Low-temperature limitation of primary photosynthetic processes in Antarctic lichens Umbilicaria antarctica and Xanthoria elegans. Polar Biol. 2007; 31(1): 47-51. CrossRef
Barták M, Vráblíková H, Hájek J. Sensitivity of photosystem 2 of Antarctic lichens to high irradiance stress: Fluorometric study of fruticose (Usnea antarctica) and foliose (Umbilicaria decussata) species. Photosynthetica. 2003; 41(4): 497-504. CrossRef
Bjerke JW, Bokhorst S, Zielke M, et al. Contrasting sensitivity to extreme winter warming events of dominant sub-Arctic heathland bryophyte and lichen species. J Ecol. 2011; 99(6): 1481-8. CrossRef
Bjerke JW. Ice encapsulation protects rather than disturbs the freezing lichen. Plant Biol. 2009; 11(2): 227-35. CrossRef
Buriak I, Fleck RA, Goltsev A, et al. Translation of cryobiological techniques to socially economically deprived populations. Part 1: Cryogenic preservation strategies. J. Med. Devices. 2020; 14(1): 010801 EN. CrossRef
Colesie C, Büdel B, Hurry V, Green TG. Can Antarctic lichens acclimatize to changes in temperature? Global Change Biol. 2018; 24(3): 1123-35. CrossRef
Ensminger I, Busch F, Huner NP. Photostasis and cold acclimation: sensing low temperature through photosynthesis. Physiol Plant. 2006; 126(1): 28-44. CrossRef
Folgar-Cameán Y, Barták M. Evaluation of photosynthetic processes in Antarctic mosses and lichens exposed to controlled rate cooling: Species-specific responses. Czech Polar Reports. 2019; 9(1): 114-24. CrossRef
Hájek J, Barták M, Dubová J. Inhibition of photosynthetic processes in foliose lichens induced by temperature and osmotic stress. Biol Plant. 2006; 50(4): 624-34. CrossRef
Hájek J, Barták M, Hazdrová J, Forbelská M. Sensitivity of photosynthetic processes to freezing temperature in extremophilic lichens evaluated by linear cooling and chlorophyll fluorescence. Cryobiology. 2016; 73(3): 329-34. CrossRef
Hájek J, Hojdová A, Trnková K, et al. Responses of thallus anatomy and chlorophyll fluorescence-based photosynthetic characteristics of two Antarctic species of genus Usnea to low temperature. Photosynthetica. 2021; 59(1): 95-105. CrossRef
Hájek J, Váczi P, Barták M, Jahnová L. Interspecific differences in cryoresistance of lichen symbiotic algae of genus Trebouxia assessed by cell viability and chlorophyll fluorescence. Cryobiology. 2012; 64(3): 215-22. CrossRef
Hájek J, Váczi P, Barták M. Photosynthetic electron transport at low temperatures in the green algal foliose lichens Lasallia pustulata and Umbilicaria hirsuta affected by manipulated levels of ribitol. Photosynthetica. 2009; 47(2): 199-205. CrossRef
Harańczyk H, Casanova-Katny A, Olech M, Strzalka K. Dehydration and freezing resistance of lichenized fungi. In: Shukla V, Kumar S, Kumar N, editors. Plant adaptation strategies in changing environment. Singapore: Springer; 2017. p. 77-102. CrossRef
Harańczyk H, Grandjean J, Olech M. Low temperature effect in D2O-hydrated Antarctic lichen Himantormia lugubris as observed by 1H NMR. Molec Phys Rep. 2001; 33: 220-24.
Harańczyk H, Grandjean J, Olech M, Michalik M. Freezing of water bound in lichen thallus as observed by 1H NMR. II. Freezing protection mechanisms in a cosmopolitan lichen Cladonia mitis and in Antarctic lichen species at different hydration levels. Colloids Surf B Biointerfaces. 2003; 28(4): 251-60. CrossRef
Harańczyk H, Nowak P, Bacior M, et al. Bound water freezing in Umbilicaria aprina from continental Antarctica. Antarct Sci. 2012; 24(4): 342-52. CrossRef
Hüner NP, Smith DR, Cvetkovska M, et al. Photosynthetic adaptation to polar life: Energy balance, photoprotection and genetic redundancy. J Plant Physiol [Internet]. 2022 Jan 1 [cited 2022Nov 25]; 268: 153557. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0176161721001966. CrossRef
Marečková M, Barták M, Hájek J. Temperature effects on photosynthetic performance of Antarctic lichen Dermatocarpon polyphyllizum: a chlorophyll fluorescence study. Polar Biol. 2019; 42(4): 685-701. CrossRef
Míguez F, Schiefelbein U, Karsten U, et al. Unraveling the photoprotective response of lichenized and free-living green algae (Trebouxiophyceae, Chlorophyta) to photochilling stress. Front Plant Sci [Internet]. 2017 Jul 4 [cited 2022 Nov 25]; 8: 1144. Available from: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2017.01144/full CrossRef
Mishra A, Hájek J, Tuháčková T, et al. Features of chlorophyll fluorescence transients can be used to investigate low temperature induced effects on photosystem II of algal lichens from polar regions. Czech Polar Reports. 2015; 5(1): 99-111. CrossRef
Noetzel RD, Sancho LG. Lichens as astrobiological models: experiments to fathom the limits of life in extraterrestrial environments. Extremophiles as Astrobiological Models. 2020; 20: 197-220. CrossRef
Ȍquist, G, Huner NPA. Photosynthesis of overwintering evergreen plants. Annu Rev Plant Biol. 2003; 54: 329-55. CrossRef
Pannewitz S, Green TA, Schlensog M, et al. Photosynthetic performance of Xanthoria mawsonii CW Dodge in coastal habitats, Ross Sea region, continental Antarctica. Lichenologist. 2006; 38(1): 67-81. CrossRef
Paoli L, Munzi S, Pisani T, et al. Freezing of air-dried samples of the lichen Evernia prunastri (L.) Ach. ensures that thalli remain healthy for later physiological measurements. Plant Biosyst - Intl J Dealing Aspects Plant Biol. 2013; 147(1): 141-4. CrossRef
Puhovkin A, Bezsmertna O, Parnikoza I. Interspecific differences in desiccation tolerance of selected Antarctic lichens: Analysis of photosystem II effectivity and quenching mechanisms. Czech Polar Reports. 2022; 12(1): 31-43. CrossRef
Šabacká, M., Elster, J. Response of cyanobacteria and algae from Antarctic wetland habitats to freezing and desiccation stress. Polar Biol. 2006; 30: 31-7. CrossRef
Sadowsky A, Ott S. Photosynthetic symbionts in Antarctic terrestrial ecosystems: the physiological response of lichen photobionts to drought and cold. Symbiosis. 2012; 58(1): 81-90. CrossRef
Sancho LG, de la Torre R, Pintado A. Lichens, new and promising material from experiments in astrobiology. Fungal Biol Rev. 2008; 22(3-4): 103-9. CrossRef
Sancho LG, Pintado A, Green TA. Antarctic studies show lichens to be excellent biomonitors of climate change. Diversity [Internet]. 2019 Mar 19 [cited 2022 Nov 25]; 11(3): 42. Available from: https://www.mdpi.com/1424-2818/11/3/42 CrossRef
Sancho LG, Pintado A, Navarro F, et al. Recent warming and cooling in the Antarctic Peninsula region has rapid and large effects on lichen vegetation. Sci Rep [Internet]. 2017 Jul 24 [cited 2022Nov 25]; 7(1): 1-8. Available from: https://www.nature.com/articles/s41598-017-05989-4 CrossRef
Schofield SC, Campbell DA, Funk C, MacKenzie TD. Changes in macromolecular allocation in nondividing algal symbionts allow for photosynthetic acclimation in the lichen Lobaria pulmonaria. New Phytol. 2003; 159(3): 709-18. CrossRef
Solhaug KA, Chowdhury DP, Gauslaa Y. Short-and longterm freezing effects in a coastal (Lobaria virens) versus a widespread lichen (L. pulmonaria). Cryobiology. 2018; 82: 124-9. CrossRef
de Vera JP, Schulze-Makuch D, Khan A, et al. Adaptation of an Antarctic lichen to Martian niche conditions can occur within 34 days. Planet Space Sci. 2014; 98: 182-90. CrossRef
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
