Особенность преобразования световой энергии в биологических фотоэлементах

Исследование направлено на анализ преобразования световой энергии в биологических фотоэлементах, влияния структурных изменений тилакоидных мембран, индуцированных внекорневыми подкормками, на перенос энергии в фотосинтетическом аппарате с использованием методов флуоресцентной спектроскопии, что важно, в частности, для разработки моделей жизнеобеспечения в замкнутых космических системах. Для проведения исследований были сформированы контрольная и опытная группы растений. Структурный анализ проводился с использованием просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), что позволило получить изображения ультратонких срезов листовой пластинки с последующей количественной оценкой морфометрических параметров гран (стопок тилакоидных мембран) хлоропластов. Обработка микрофотографий и статистический анализ выполнялись с применением программного обеспечения на основе искусственного интеллекта (GRANA). Функциональное состояние фотосистем оценивалось по спектрам флуоресценции хлорофилла, зарегистрированным на спектрофлуориметре в режиме 90-градусной геометрии при возбуждении светом с длиной волны 425 нм. Результаты. Установлено, что применение внекорневой подкормки приводит к статистически значимой структурной перестройке тилакоидных мембран. У опытных образцов зафиксировано уменьшение медианной площади гран на ~ 38 %, а их периметра – на ~ 16 %, что свидетельствует о более плотной и упорядоченной упаковке. Одновременно с этим метод флуоресцентной спектроскопии выявил сужение полуширины пика, соответствующего фотосистеме II, на 1,8 нм (8 %) для обработанных растений. Это изменение указывает на снижение энергетической неоднородности антенных комплексов и повышение эффективности переноса энергии возбуждения. Заключение. На основании комплекса проведенных исследований сделан вывод о том, что основным механизмом воздействия внекорневых подкормок является оптимизация наноструктуры тилакоидных мембран, которая, в рамках концепции фотонных кристаллов, создает более благоприятные условия для преобразования световой энергии. Показано повышение регулярности ультраструктурной организации. Полученные результаты подтверждают перспективность использования флуоресцентной спектроскопии в качестве быстрого неинвазивного метода для диагностики физиологического состояния растений в замкнутых космических системах.