On the Influence of Wavelengths of Different Ranges of Photosynthetically Active Radiation on the Carbon Isotope Composition of Plant Biomass and Its Fractions (Using as the Example Lettuce ( Lactuca sativa  L.) of the Aficion Variety)

A. A. Ivlev; Ивлев А. А.; D. A. Tovstyko; Товстыко Д. А.; M. P. Lomakin; Ломакин М. П.; A. S. Shmakov; Шмаков А. С.; N. N. Sleptsov; Слепцов Н. Н.; V. A. Litvinsky; Литвинский В. А.; N. M. Prjevalsky; Пржевальский Н. М.; I. G. Tarakanov; Тараканов И. Г.

doi:10.31857/S1026347022600534

О влиянии длин волн разных диапазонов фотосинтетически активной радиации на изотопный состав углерода биомассы растений и ее фракций (на примере салата (Lactica sativa L.) сорта Афицион)

Авторы: Ивлев А.А.¹, Товстыко Д.А.¹, Ломакин М.П.¹, Шмаков А.С.¹, Слепцов Н.Н.¹, Литвинский В.А.², Пржевальский Н.М.¹, Тараканов И.Г.¹
Учреждения:
1. Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А. Тимирязева
2. Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка РАН
Выпуск: № 5 (2023)
Страницы: 499-506
Раздел: ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
URL: https://journals.rcsi.science/1026-3470/article/view/135555
DOI: https://doi.org/10.31857/S1026347022600534
EDN: https://elibrary.ru/WCVSMA
ID: 135555

Цитировать

Аннотация

Изучено влияние длин волн падающего света четырех диапазонов: коротковолнового красного (623–641 нм), длинноволнового красного (646–667 нм) дальнего красного (727–751 нм) и синего (452–477 нм) на изотопный состав углерода биомассы салата (Lactica sativa L.) сорта Афицион. Наиболее сильное разнонаправленное влияние оказывают монохроматические синий и красный свет. Радиация из синего диапазона смещает изотопный состав углерода биомассы салата в сторону обогащения изотопом ¹²С. Радиация из красного диапазона смещает изотопный состав углерода биомассы салата в сторону обогащения изотопом ¹³С. На основании разработанной ранее модели фракционирования изотопов углерода в фотосинтезирующей клетке проанализированы изотопные сдвиги углерода биомассы листа растения. Показано, что в темновой период биомасса обогащается “легким” изотопом ¹²C. Это является следствием темнового дыхания, во время которого растение теряет СО₂, обогащенный ¹³C. Показано, что причиной наблюдаемых изотопных различий водорастворимой и водонерастворимой фракций биомассы листа является разное участие в образовании этих фракций в процессе фотосинтеза, обогащенного изотопом ¹²С ассимиляционного углеродного потока и обогащенного изотопом ¹³С фотодыхательного углеродного потока.

Ключевые слова

длина волны оптического излучения, режим освещения, фракционирование изотопов углерода, фотосинтез, фотоассимиляционный и фотодыхательный углеродные потоки, Рубиско – ключевой фермент фотосинтеза

Список литературы

Бернфельд П. Биогенез углеводов // Биогенез природных соединений / Под ред. Гинодмана Л.М. М.: Мир, 1965. С. 207–289.
Ивлев А.А. О потоках “легкого” и “тяжелого” углерода при сопряжении фотосинтеза и фотодыхания // Физиология растений. 1993. Т. 40. С. 872–880.
Ивлев А.А. О дискретности процесса ассимиляции СО2 на свету С3-растениями // Биофизика. 1989. Т. 34. Вып. 5. С. 887–891.
Ивлев А.А., Тараканов И.Г. Интерпретация суточных вариаций изотопных характеристик углерода растений в рамках осцилляционной концепции фотосинтеза на примере клещевины (Ricinus communis L.). // Известия ТСХА. 2013. Вып. 1. С. 36–46.
Курсанов А.А. Транспорт ассимилятов в растении. М.: Наука, 1976. 644 с.
Craig H. Carbon-13 in plants and relation ships between carbon-13 and carbon-14 variations in nature // J. Geology 1954. V. 62. № 2. P. 53–92.
Degens E.T. Biogeochemistry of Stable Carbon Isotopes // Organic Geochemistry / Eds. G. Eglinton and M.T.J. Murphy. Berlin, N.Y.: Springer-Verlag, 1969. Ch. 7. P. 207–226.
Dubinsky A.Yu., Ivlev A.A. Computational analysis of the possibility of the oscillatory dynamics in the processes of CO2 assimilation and photorespiration // Biosystems 2011. V. 103. P. 285–290. https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2010.11.003
Igamberdiev A.U., Mikkelsen T.N., Ambus P., Bauwe H., Lea P.J., Gardeström P. Photorespiration contributes to stomatal regulation and carbon isotope fractionation: a study with barley, potato and Arabidopsis plants deficient in glycine decarboxylase // Photosynthesis Research. 2004. V. 81. P. 139–152.
Igamberdiev A.U., Ivlev A.A., Bykova N.V., Threlkeld Ch., Lea P.J., Gardestrom P. Decarboxylation of glycine contributes to carbon isotope fractionation in photosythetic organisms // Photosynthesis Research. 2001. V. 67. P. 177–184.
Igamberdiev A.U., Roussel M.R. Feedforward non-Michaelis mechanism for CO2 uptake by Rubisco: Contribution of carbonic anhydrases and photorespiration to optimization of photosynthetic carbon assimilation // BioSystems. 2013. V. 107 P. 158–166.
Ivlev A.A. Oscillatory nature of metabolism and carbon isotope distribution in photosynthesizing cells Oscillatory nature of metabolism and carbon isotope distribution in photosynthesizing cells // Photosynthesis – fundamental aspects / Ed. Najafpour M.M. Intech Publishers. Croatia. 2012. P. 341–366.
Gessler A., Tcherkez G., Peuke A.D., Ghashghaie J.G., Farquhar G.D. Experimental evidence for diel variations of the carbon isotope composition in leaf, stem and phloem sap organic matter in Ricinus communis // Plant, Cell Environ. 2008. V. 31. P. 941–953.
O’Leary M.H. Carbon isotope fractionation in plants // Phytochemistry. 1981. V. 20. P. 553–567.
Roussel M.R., Ivlev A.A., Igamberdiev A.Y. Oscillations of the internal CO2 concentration in tobacco leaves transferred to low CO2 // J. Plant Physiol. 2007. V. 164. P. 1188–1196.
Roussel M.R., Igamberdiev A.Y. Dynamics and mechanisms of oscillatory photosynthesis // BioSystems. 2011. V. 103. № 2. P. 230–238.
Sackett W.M., Eckelmann W.R., Bender M.M., Be A.W.H. Temperature dependence of carbon isotope composition in marine plankton and sediments // Science. 1965. V. 148. P. 235–237.
Smith B.N., Oliver J., McMillan C. Influence of carbon source, oxygen concentration, light intensity and temperature on 13C/12C ratios in plant tissue // Bot. Gaz. 1976. V. 137. № 2. P. 99–104.
Tarakanov I.G., Tovstyko D.A., Lomakin M.P., Shmakov A.S., Sleptsov N.N., Shmarev A.N., Litvinskiy V.A., Ivlev A.A. Effects of light spectral quality on the photosynthetic activity, biomass production, and carbon isotope fractionation in lettuce Lactuca sativa L., plants// Plants. 2022. V. 11. P. 441. https://doi.org/10.3390/plants11030441