Wpływ stresów abiotycznych na proces fotosyntezy

Zmiany klimatyczne wywołane w głównej mierze antropogennymi emisjami CO2 stanowią wyzwanie dla współczesnego rolnictwa. Wzrastające natężenie niekorzystnych warunków atmosferycznych wywołuje negatywne efekty wśród roślin. Celem pracy było zebranie informacji na temat wpływu stresów abiotycznych na fotosyntezę u roślin oraz próba opracowania metody z wykorzystaniem chromatografii cieczowej do oznaczania zawartości głównych pigmentów fotosyntetycznych w tkance roślinnej. Praca w pierwszej części skupia się na opisie negatywnych skutków najczęściej występujących stresów abiotycznych na przebieg fotosyntezy roślin. Opisuje zaburzenia działania całego łańcucha transportu elektronów pod wpływem stresu oksydacyjnego, suszy, nadmiernego natężenia światła, metali ciężkich oraz wysokiej i niskiej temperatury. Dodatkowo kładzie ona nacisk na możliwe zmiany stężenia barwników fotosyntetycznych w roślinach pod wpływem stresów abiotycznych. W drugiej części opisana została metoda mająca na celu określenie zawartości głównych barwników fotosyntetycznych w tylakoidach izolowanych z liści szpinaku warzywnego (Spinacia oleracea) za pomocą metod ultrasprawnej oraz wysokosprawnej chromatografii cieczowej. Pomyślnie przeprowadzono izolację oraz identyfikację pięciu głównych barwników fotosyntetycznych: neoksantyny, wiolaksantyny, luteiny, chlorofilu a oraz chlorofilu b. Określono również ich stężenie molowe w ekstraktach przy pomocy empirycznie obliczonych molowych współczynników absorbancji dla 3 różnych rozpuszczalników. Uzyskane wyniki potwierdzają możliwość wykorzystania metod chromatograficznych w diagnozowaniu wpływu różnych stresów abiotycznych na aparat fotosyntezy, poprzez analizowanie zmian ilości barwników fotosyntetycznych w liściach. Konieczne są jednak dalsze badania w celu oceny powtarzalności opracowanej metody, ponieważ liczba wykonanych prób pomiarów analitycznych była niewystarczająca.

Climate change, driven primarily by anthropogenic CO₂ emissions, poses a significant challenge to modern agriculture. The increasing frequency and intensity of adverse weather conditions have negative effects on plants. The aim of this study was to compile information on the impact of abiotic stresses on photosynthesis in plants and to develop a method based on liquid chromatography for determining the content of the main photosynthetic pigments in plant tissue. The first part of the thesis focuses on describing the negative effects of the most common abiotic stresses on the photosynthetic process in plants. It discusses disruptions in the entire electron transport chain caused by oxidative stress, drought, excessive light intensity, heavy metals, and high and low temperatures. In addition, particular emphasis is placed on potential changes in the concentrations of photosynthetic pigments in plants exposed to abiotic stress. The second part presents a method for determining the content of the major photosynthetic pigments in thylakoids isolated from spinach (Spinacia oleracea) leaves using ultra-high-performance liquid chromatography (UPLC) and high-performance liquid chromatography (HPLC). The isolation and identification of five major photosynthetic pigments were successfully carried out: neoxanthin, violaxanthin, lutein, chlorophyll a, and chlorophyll b. Their molar concentrations in the extracts were also determined using empirically calculated molar absorptivity coefficients for three different solvents. The obtained results confirm the potential applicability of chromatographic methods in diagnosing the effects of various abiotic stresses on the photosynthetic apparatus by analyzing changes in the quantities of photosynthetic pigments in leaves. However, further studies are required to assess the reproducibility of the developed method, as the number of analytical measurement trials conducted was insufficient.