Исследования показывают, что избыток света может оказывать более негативное влияние на растения, чем его нехватка, особенно в условиях низкой температуры. При похолодании обычный процесс фотосинтеза замедляется, однако листья продолжают активно поглощать свет. Ученые Южного федерального университета (ЮФУ) обнаружили, что в таких условиях растения активируют особый режим фотосинтеза, который помогает им защититься от повреждений. Подробности исследования можно найти на сайте Big-Rostov.Ru.
Поскольку при низкой температуре многие физиологические процессы у растений замедляются, ученые решили выяснить, как именно растения адаптируются к холоду. Для этого в качестве объекта исследования был выбран фикус Бенджамина, который способен расти как при слабом, так и при ярком освещении.
В ходе экспериментов исследователи охлаждали листья фикуса с помощью потока воздуха и наблюдали за работой различных этапов фотосинтеза. Активность световой фазы оценивалась методом импульсной флуориметрии, в то время как работа темновой фазы исследовалась по тому, как листья поглощают углекислый газ при освещении.
Фотосинтез включает две основные фазы: световую и темновую. Первая фаза использует солнечную энергию для синтеза веществ, необходимых для второй фазы, где растение из углекислого газа образует органические соединения. При понижении температуры темновая фаза замедляется, однако хлорофилл продолжает поглощать свет. Если света поступает больше, чем растение может использовать, это приводит к образованию активных форм кислорода, что может повредить фотосинтетический аппарат растения, вызывая фотоингибирование.
Чтобы избежать подобных повреждений, растение способно переключать работу фотосинтетического аппарата на альтернативный режим — аноксигенный фотосинтез. В отличие от обычного фотосинтеза, этот процесс не приводит к выделению кислорода и фиксации углекислого газа, но позволяет световой фазе продолжать свою работу и получать энергию в форме АТФ. Исследователи предполагают, что эта энергия может использоваться для восстановления поврежденных компонентов фотосинтетического аппарата.
«Мы заметили, что при охлаждении листьев обычный фотосинтез замедляется, тогда как аноксигенный, наоборот, активируется. Это дает понять, что растение не просто снижает свою активность в ответ на холод, а перераспределяет часть фотосинтетического аппарата на другой режим работы», — рассказала Анастасия Топтунова, студентка третьего курса Академии биологии и медицины ЮФУ.
Таким образом, холодовой стресс связан с механизмом, который помогает растению справляться с избытком световой энергии. «Мы давно предполагали, что аноксигенный фотосинтез может играть защитную роль. Теперь мы увидели, что его активность возрастает именно при охлаждении листьев, когда риск повреждения светом становится выше», — добавил доцент кафедры ботаники ЮФУ Владимир Лысенко.
Результаты данного исследования важны не только для понимания реакций растений на холод, но и могут быть полезны при создании сортов, устойчивых к низким температурам. Ученые предполагают, что при селекции следует учитывать не только способность растения переносить холод, но и его устойчивость к избытку света. Одним из показателей может стать уровень аноксигенного фотосинтеза.
Также результаты могут быть применены в агрономии, например, при выращивании растений в теплицах. Если в холодное время года невозможно обеспечить необходимое количество тепла, нагрузку на растения можно снизить, уменьшив интенсивность прямого света. Например, теплицу можно закрыть полупрозрачной пленкой, которая будет уменьшать поступление солнечных лучей.
Анастасия Топтунова представила результаты своей работы на Международном конгрессе молодых ученых по биологии растений, который прошел с 26 по 31 июля 2026 года в Минске. Она стала самой молодой участницей конгресса и выступила с докладом на тему «Холодовой стресс индуцирует аноксигенный фотосинтез в листьях Ficus benjamina».
Эта тематика продолжает развиваться в рамках других исследований ЮФУ. В 2026 году работа, в которой участвовали Владимир Лысенко и Анастасия Топтунова, о том, как растения перераспределяют световую энергию между различными путями фотосинтеза, была опубликована в журнале Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology. Этот журнал входит в первый квартиль Q1, что обозначает 25% наиболее цитируемых изданий в своей области, а само издание находится в топ-3% по этому показателю.
Данное исследование было выполнено в лаборатории экологии и физиологии растений Ботанического сада ЮФУ в рамках гранта Российского научного фонда № 22-14-00338, который направлен на изучение кинетических параметров флуоресценции и адсорбции света фотосинтезирующими растениями в условиях воздействия внешней среды. Руководителем проекта является доцент кафедры ботаники ЮФУ Владимир Лысенко.
Подготовила Юлия Сопрунова — специалист Центра общественных коммуникаций Южного федерального университета.