Термодинамичен модел на воден стрес при растенията
Увреждащото действие на засушаването и екологическата стабилност при растения, изследвани в рамките на термодинамиката на отворените системи и модел, базиращ се на неинвазивни биофизични методи
Биологичните системи съществуват в съгласие със законите на термодинамиката на отворените системи. В условията на стрес растенията, като отворени системи променят своите кинетични характеристики и структура за да оптимизират възможността за оцеляване (означаващо максимална енергетична ефективност на биологичните процеси) при новите условия на средата. Анализирайки динамичното поведение на фотосинтетичния апарат по време на прехода между различни стационарни състояния (тъмно-светло, различни температури и др.) може да се изследва приноса на двата компонента – структурния и функционалния в стресовата реакция и за постигането на оптималното състояние.
На базата на количествени характеристики на стресовия отговор, оценявани по луминесцентните характеристики, ще се предсказва устойчивост или чувствителност на растението към светлинен или топлинен стрес и от там – адаптивната способност и буферен капацитет на растението да понесе стреса. Основната цел на проекта е да се анализира ролята на водата за формиране и установяване на оптималната функционална структура на фотосинтетичния апарат при условията на светлинен о топлинен стрес. Ще се анализира хода на параметрите на бързата и забавената хлорофилна флуоресценция при промяна на условията на средата, т.е. светлинния интензитет или температурата в растения подложени на различна степен на засушаването. Ще бъдат проучени четири вида растения, различаващи се по отношение на фотосинтетичния им апарат към стреса – два чувствителни хомеохидридни вида (Phaseolus vulgaris и Plantago lancealata) и два толерантни, пойкилохидридни – Haberlea rodopensis и една моделна Екосистема каквато са лишеи с пределно висока способност за оцеляване при високи температури, висок светлинен интензитет и в практически изсушено състояние. За резистентните видове ще се проучи стресовото поведение при изсушаването и ре-овлажняването. При реализацията на проекта ще се изяснят фундаменталните закономерности, определящи промяната на състоянието на растението в отговор на единичен или комбиниран стрес, в посоката към ново, оптимално състояние.
Desiccation induced damages and ecological sustainability of plants evaluated in terms of open system thermodynamics model derived from noninvasive biophysical tests
Biological systems are working according to the laws of open system thermodynamics. In stress conditions, plants, as open thermodynamic systems, alter their kinetic characteristics and structure so that an optimal survival chance (that means maximal energetic efficiency of the biological processes) is provided for the existing environmental conditions. Analyzing the dynamic behavior of the photosynthetic apparatus during its transition between different stationary states (dark-light, different temperatures etc), the share of the two components of the stress condition and optimal functional and structural states – can be investigated.
On the basis of a quantification of the stress response, estimated by the luminescent characteristics of Photosystem 2, the tolerance or sensitivity of the plant to light and temperature stress will be predicted, along with its adaptative and buffer capacity for stress resistance. The main goal of the project is to analyze the role of water for the formation and maintenance of the optimal functional structure of the photosynthetic apparatus under the conditions of heat and light stress.
The course of the parameters of prompt and delayed fluorescence during the changes of any environmental parameter e.g. light intensity or temperature in plants subjected to different degrees of drought will be analyzed. Four different plant species will be studied that have different attitude of the photosynthetic apparatus to drought – two sensitive homoihydric plants (Phaseolus vulgaris and Plantago lancealata) and two tolerant, poikilohydric – Haberlea rodopensis and one model Ecosystem such as Lichens with an extreme high survival chance at high temperature, high light in a completely dry state. For the resistant species, the course of the stress behavior in the process of drying and re-hydration will be analyzed. As a result of the project, the fundamental laws of stress response initiating a state change towards a new optimal state in plants exposed to single and combined stress will be investigated.