Photochemical and photophosphorylation activity of chloroplastsm and leaf mesostructure of chinese cabbage (Brassica chinensis L.) plants grown under light-emitting diodes

• Published in: Физиология растений (Российская Федерация) no. 3; pp. 404 - 414
• Main Authors: Avercheva, O.V, Bassarskaya, E.M, Zhigalova, T.V, Leont'eva, M.R., Lomonosov Moscow State Univ. (Russian Federation), Berkovich, Yu.A, Smolyanina, S.O, Erokhin, A.N., Russian Academy of Sciences, Moscow Region (Russian Federation). Institute of Problems of Medicine and Biology
• Format: Journal Article
• Language: Russian
• Published: 2010
• Subjects: ANATOMIA DE LA PLANTA; ANATOMIE VEGETALE; ARTIFICIAL LIGHT; BRASSICA CHINENSIS; CHLOROPLASTE; CHLOROPLASTS; CLOROPLASTO; ECLAIRAGE; FEDERACION DE RUSIA; FEDERATION DE RUSSIE; FEUILLE; FOSFORILACION; HOJAS; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_1063; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_33240; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_4243; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_4326; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_5806; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_5954; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_639; http://www.fao.org/aos/agrovoc#c_9824; ILUMINACION; LEAVES; LIGHTING; LUMIERE ARTIFICIELLE; LUZ ARTIFICIAL; PHOSPHORYLATION; PLANT ANATOMY; RUSSIAN FEDERATION
• ISSN: 0015-3303

Leaf mesostructure (LM), photochemical activity (PA), and chloroplast photophosphorylation (PP) of the 4th true leaf of 28-day-old Chinese cabbage (Brassica chinensis L.) plants were investigated. A part of the plants was grown under a light source composed of red (650 nano meters) and blue (470 nm) light-emitting diodes (LED) with red/blue photon flux ratio of 7:1. The other part was done under a arc high-pressure sodium lamp (HPSL) at photon flux densities of 391±24 (normal irradiance-NI) and 107±9 micro mole/(square meter second) (low irradiance-LI) in photosynthetically active range. At NI the leaf area was twice higher than in the LED-illuminated plants. Other parameters of LM were little affected by spectral quality of light. A lowering of growth irradiance reduced the majority of LM parameters in the plants grown under illumination with HPSL, whereas in the LED-illuminated plants it reduced only specific leaf weight but increased a leaf thickness and dimensions of mesophyll cells and chloroplasts. PA of isolated chloroplasts was almost independent of growth irradiance and light spectral quality in contrast with PP. The highest activity of noncyclic PP in chloroplasts was in the plants grown under HPSL at normal light intensity and the highest rates of PP were noted for the plants grown under LED at low light intensity. Thus, the narrow-band spectrum of a light source had little influence on LM and electron transport rates. However, this spectrum significantly affected chloroplast PP activity. PP patterns at low and normal light intensities were opposite for plants grown under the LED and HPSL light sources. Growing plants under LED array at normal light intensity could change the chloroplast coupling system that prevented an effective use of light energy for ATP synthesis. PP activity was significantly higher under LED illumination at low light intensity, but plant growth was suppressed because of impaired adaptation to low light intensity. Проведен анализ мезоструктуры, фотохимической (ФХ) и фосфорилирующей (ФФ) активности хлоропластов четвертого настоящего листа 28-дневных растений китайской капусты (Brassica chinensis L.). Растения выращивали при освещении светильником, составленным из красных (650 нм) и синих (470 нм) светодиодов (СД) с соотношением красных и синих квантов 7 : 1, и дуговой натриевой лампой высокого давления (НЛ) при уровнях плотности потока фотонов ФАР 391 ± 24 мкмоль/(м2 с) ("нормальный" уровень освещения) и 107 ± 9 мкмоль/(м2 с) ("низкий" уровень освещения). Показано, что при нормальном уровне освещения площадь листа под НЛ была вдвое больше, чем под СД, остальные показатели мезоструктуры листа мало зависели от спектрального состава света. Понижение светопотока при освещении растений НЛ приводило к уменьшению большинства показателей мезоструктуры листа, тогда как при освещении СД происходило уменьшение только удельной поверхностной плотности, тогда как толщина листа, размер клеток мезофилла и хлоропластов увеличивались. ФХ активность хлоропластов практически не зависела от интенсивности освещения и спектрального состава света. Интенсивность и качество света, используемого для выращивания растений, оказывали значительное влияние на ФФ активность хлоропластов. При нормальном уровне освещения наибольшая активность нециклического ФФ достигалась в хлоропластах растений, выросших под НЛ, при низком уровне освещения – у растений под СД. Отношение Р/2е?, характеризующее степень сопряжения ФФ с потоком электронов в ЭТЦ хлоропластов, менялось аналогично. Таким образом, узкополосный спектр ФАР использованного светильника практически не повлиял на мезоструктуру листа и скорость транспорта электронов в ЭТЦ хлоропластов. Однако этот спектр оказал значительное влияние на ФФ активность хлоропластов. Изменился также ответ на интенсивность света в изученном диапазоне на уровне ФФ активности на противоположный по сравнению с НЛ. Возможно, выращивание растений под светодиодным светильником при нормальном уровне освещения приводит к изменениям в сопрягающей системе хлоропластов, препятствующим эффективному использованию энергии света для синтеза АТФ. При низком уровне освещения активность ФФ хлоропластов под СД значительно увеличивается, но в результате нарушения процессов адаптации к снижению уровня освещения происходит угнетение роста растений.