Научный взгляд: зимой хвоя потребляет, а не производит кислород

В процессе фотосинтеза растений, проходящего в мембранах тилакоидов внутри хлоропластов, в атмосферу выделяется кислород и образуются углеводы. В светлое время суток листья и хвоя деревьев являются настоящими «кислородными фабриками».

Тестируя новый прибор для измерения количества кислорода, выделяемого хвоей, исследователи из Университета Умео обнаружили, что зеленые тилакоидные мембраны хвои сосны и ели зимой ведут себя не так как летом, а именно на свету потребляют кислород. Измерения проводились в течение нескольких зим, но показатели для шотландской сосны и норвежской ели оставались одинаковыми.

Исследователи изучали данный феномен, используя комбинацию сложных методов, а также специализированный прибор, который позволил им различать производимый и потребляемый кислород. Было установлено, что потребление кислорода происходит вокруг фотосистемы I — одного из двух основных комплексов фотосинтеза — и связано с особым типом белков, называемых белками флаводирона.

Белки флаводирона используются водорослями и цианобактериями для защиты их фотосинтетического аппарата от повреждения избытком света. Цветковые растения потеряли эти белки в ходе своей эволюции, в отличие от хвойных. Результаты исследования показывают, что белки флаводирона вносят свой вклад в фотозащиту и у хвойных.

Таким образом, хвойные растения сохранили процесс, который присутствует у низших растений, но цветковые его утратили или не используют в той же степени, что делает хвойные деревья более конкурентоспособными в суровом климате.

Изучение биологических особенностей и фитопатогенов, поражающих лесные культуры, проводят в отделе лесного карантина Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР»). Исследования и разработки, осуществляемые в отделе, применяют при мониторинге карантинных организмов леса и для сохранения биологического разнообразия.

Источник: Pushan Bag et al, Flavodiiron-mediated O2 photoreduction at photosystem I acceptor-side provides photoprotection to conifer thylakoids in early spring, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38938-z