Определение фотофизических параметров хлорофилла α в фотосинтезирующих организмах методом нелинейной лазерной флуориметрии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Гостев, Тимофей Сергеевич

• Гостев, Тимофей Сергеевич
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Гостев, Тимофей Сергеевич

Принятые сокращения.

Введение.

Глава 1. — Решение многопараметрической обратной задачи нелинейной флуориметрии молекулярных систем с высокой локальной концентрацией флуорофоров (на примере молекул хлорофилла а в фотосинтези-рующих организмах).

1.1. Введение.

1.2. Нелинейная лазерная флуориметрия молекул хлорофилла а в фотосинте-зирующих организмах (по литературным данным).

1.2.1. Модель формирования флуоресцентного отклика хлорофилла а в фотосинтетическом аппарате на импульсное лазерное возбуждение.

1.2.2. Метод нелинейной флуориметрии.

1.2.3. Особенности нелинейной флуориметрии фотосинтезирующих организмов как представителей систем с высокой локальной концентрацией флуорофоров.

1.3. Теоретическое исследование прямой задачи нелинейной лазерной флуориметрии фотосинтезирующих организмов.

1.3.1. Анализ формирования кривых насыщения флуоресценции хлорофилла а в квазистационарном и нестационарном режимах возбуждения.

1.3.2. Исследование зависимости фотофизических параметров от характеристик лазерного возбуждения: границы применимости используемой модели.

1.3.3. Влияние пространственно-временного распределения лазерных импульсов на кривые насыщения флуоресценции в квазистационарном и нестационарном режимах возбуждения.

1.4. Двухэтапный алгоритм решения многопараметрической обратной задачи нелинейной лазерной флуориметрии.

1.4.1. Вариант I: квазистационарный режим возбуждения флуоресценции на обоих этапах. Исследование единственности и устойчивости решения обратной задачи к ошибкам входных данных.

1.4.2. Вариант П: последовательное применение квазистационарного и нестационарного режимов возбуждения флуоресценции. Исследование единственности и устойчивости решения обратной задачи к ошибкам входных данных.

1.4.3. Анализ источников ошибок в решении обратной задачи нелинейной флуориметрии по предложенному алгоритму.

1.5. Экспериментальная реализация предложенных алгоритмов определения фотофизических параметров хлорофилла а из кривых насыщения флуоресценции

1.5.1. Экспериментальная установка.

1.5.2. Методика измерения кривых насыщения флуоресценции.

1.5.3. Экспериментальная апробация лазерного спектрометра.

1.6. Обсуждение результатов.

Глава 2. — Исследование механизмов нефотохимического тушения возбужденных состояний хлорофилла а в фотосинтезирующих организмах.

2.1. Введение.

2.2. Механизмы нефотохимического тушения (по литературным данным).

2.2.1. Каналы дезактивации возбужденных состояний молекул хлорофилла а в фотосинтетическом аппарате.

2.2.2. Тушение возбужденных состояний хлорофилла а при светоиндуци-рованном превращении вспомогательных пигментов фотосинтетического аппарата (зеаксантин—зависимое тушение).

2.2.3. «Классические» флуоресцентные методы исследования фотосинте-зирующих организмов: метод индукции и релаксации флуоресценции.

2.3. Исследование механизмов зеаксантин-зависимого тушения на выделенных препаратах фотосинтетического аппарата.

2.3.1. Материалы исследования: препараты светособирающих комплексов фотосистемы 2.

2.3.2. Зависимость времени жизни возбужденных состояний хлорофилла а и скорости их синглет-синглетной аннигиляции от значения pH буферной среды.

2.4. Изучение механизмов нефотохимического тушения в нативных клетках микроводоросли Chlorella pyrenoidosa.

2.4.1. Протокол исследования нефотохимического тушения в нативных клетках Chlorella pyrenoidosa.

2.4.2. Определение кинетики нарастания и затухания нефотохимического тушения с использованием метода индукции и релаксации флуоресценции.

2.4.3. Связь значений фотофизических параметров хлорофилла а с эффективностью зеаксантин-зависимого нефотохимического тушения.

2.5. Обсуждение результатов.

Глава 3. — Изучение влияния факторов среды на фотофизические параметры хлорофилла а в микроводорослях.

3.1. Введение.

3.2. Влияние факторов среды на функциональное состояние фотосинтетического аппарата (по литературным данным).

3.2.1. Влияние условий роста фотосинтезирующих организмов на фотосинтетический аппарат и эффективность фотофизических процессов в нем.

3.2.2. Токсичность ионов тяжелых металлов (на примере Си ) в клетках фотосинтезирующих организмов.

3.3. Экспериментальное изучение влияния естественных факторов среды на фотофизические параметры хлорофилла а в фотосинтетическом аппарате.

3.4. Исследование возможности использования фотосинтезирующих организмов в качестве биоиндикаторов присутствия в среде тяжелых металлов.

3.5. Обсуждение результатов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение фотофизических параметров хлорофилла α в фотосинтезирующих организмах методом нелинейной лазерной флуориметрии»

Флуоресценция молекул хлорофилла а (Хл а) — основного пигмента фотосинтези-рующих организмов (ФСО) — является важным каналом получения информации о функциональном состоянии фотосинтетического аппарата и эффективности первичных процессов фотосинтеза, протекающих в нем [1].

Из всех методов флуоресцентной спектроскопии (флуориметрии) ФСО наиболее распространенными являются подходы, позволяющие измерять фотофизические параметры фотосинтетического аппарата как целого [2], то есть на уровне к леток.и клеточных органелл. В основе этих методов лежит зависимость квантового выхода флуоресценции молекул Хл а от эффективности остальных, конкурирующих с флуоресценцией процессов дезактивации их возбужденных состояний [3]. К заметным преимуществам подобных «классических» подходов« можно отнести однозначную биофизическую интерпретацию определяемых параметров и относительную простоту их технической реализации. Вместе с тем, эти методы не решают в полной мере задачу установления механизмов ряда фотофизических процессов * в ФСО, таких, например, как фотоадаптация к избыточному освещению [4] и изменения в фотосинтетическом аппарате под воздействием факторов окружающей среды [5]. Эти методы оказываются недостаточными и для флуоресцентной диагностики ФСО в режиме дистанционного зондирования [6] с характерным для этого режима дефицитом априорной информации об исследуемых объектах.

Возможности флуоресцентной диагностики существенно возрастают, если определение флуоресцентных параметров на клеточном уровне дополнено измерением параметров на молекулярном уровне [7] — параметров молекул Хл а т vivo. Наиболее перспективными из методов, позволяющих проводить подобные измерения, представляются методы, использующие для возбуждения флуоресценции импульсное лазерное излучение, в частности, развиваемый в диссертационной работе метод нелинейной лазерной флуориметрии [8].

Однако > к началу исследований по теме диссертации возможности этого метода были реализованы в ограниченном объеме: созданные ранее алгоритмы решения обратной задачи нелинейной лазерной флуориметрии ФСО, входными данными для которой являются кривые насыщения флуоресценции, позволяли определять, с приемлемой точностью, лишь два параметра, представляющих собой свертки нескольких фотофизических параметров молекул Хл а [9]. Установленная высокая чувствительность этих параметров к видовой принадлежности микроводорослей, составляющих фитопланктонное сообщество, и некоторым факторам среды [10], стала стимулом к исследованию путей увеличения числа раздельно определяемых фотофизических параметров до величины, принципиально ограниченной формой кривой насыщения флуоресценции. Это открыло бы новые возможности в исследовании механизмов фотофизических процессов в ФСО и использования их в качестве биоиндикаторов состояния среды. Такая задача и была поставлена в данной работе.

Светособирающие пигмент—белковые комплексы ФСО'являются представителями широкого класса систем с высокой локальной концентрацией содержащихся в них флуорофоров (локальная концентрация пигментов, в том числе Хл а, в свето-собирающих комплексах составляет п0~ 1019 см"3 [11]), что принципиальным образом* характеризует кривые насыщения флуоресценции таких объектов и, как следствие, подходы к разработке алгоритмов решения. обратной<задачи .нелинейной лазерной флуориметрии. Это определяет актуальность темы диссертации в развитии новых методик лазерной флуоресцентной спектроскопии. Актуальность темы диссертационной работы для лазерной биофотоники ФСО связана с отмеченными выше перспективами использования ее результатов в исследовании фотофизических процессов в ФСО на молекулярном уровне, а также в разработке новых подходов в создании флуоресцентных биоиндикаторов состояния среды на основе ФСО.

Целью диссертационной работы является дальнейшее развитие метода нелинейной лазерной флуориметрии ФСО как представителей класса систем с высокой локальной концентрацией флуорофоров и исследование новых возможностей применения его в изучении фотофизических процессов в ФСО. Для этого в диссертационной работе решаются следующие задачи:

Г. Путем математического моделирования исследовать возможность увеличения размерности обратной задачи нелинейной лазерной флуориметрии ФСО до величины, принципиально ограниченной формой кривой насыщения флуоресценции.

2. Создать лазерный спектрометр для экспериментальной реализации предложенных методических подходов к увеличению размерности обратной задачи нелинейной лазерной флуориметрии ФСО.

3. Исследовать возможности метода нелинейной лазерной флуориметрии в рамках разработанных подходов в изучении биофизических процессов в ФСО (на примере процессов фотоадаптации к избыточному освещению), в том числе, совместно с «классическими» флуоресцентными методиками.

4. С использованием метода нелинейной лазерной флуориметрии провести оценку чувствительности фотофизических параметров молекул Хл а в водных ФСО к различным факторам среды.

Научная новизна диссертационной работы связана со следующими положениями:

1. Предложен двухэтапный алгоритм решения обратной задачи нелинейной лазерной флуориметрии применительно к системам с высокой локальной концентрацией флуорофоров, существенно повышающий ее размерность и позволяющий- определить из экспериментальных кривых насыщения полный набор фотофизических параметров флуорофоров; используемых в-принятой математической модели флуоресцентного отклика.

2. Создан лазерный спектрометр для нелинейной флуориметрии ФСО, позволяющий реализовать как нестационарный (длительность лазерных импульсов — 0,3 не), так и квазистационарный (длительность импульсов-— 20 не) режимы возбуждения их флуоресценции.

3. Впервые из экспериментальных кривых насыщения флуоресценции пигмент-белковых комплексов микроводорослей определены четыре приоритетных фотофизических параметра-молекул Хл a in vivo — сечение возбуждения, эффективное время жизни возбужденного состояния, квантовый выход флуоресценции и максимальная скорость синглет-синглетной аннигиляции — причем на одном приборе, в рамках единого алгоритма.

4. С использованием предложенных подходов нелинейной флуориметрии исследованы процессы фотоадаптации в ФСО; полученные результаты позволяют сделать выводы об эффективности различных фотопротекгорных механизмов.

5. Экспериментально показана высокая чувствительность фотофизических параметров Хл а в водных ФСО к различным факторам среды — естественным (в частности, изменению солености и содержания азота в водной среде) и антропогенным (присутствию в среде тяжелых металлов). Научная и практическая значимость диссертационной работы обусловлена возможным применением полученных в ней результатов для решения фундаментальных и прикладных задач лазерной флуоресцентной спектроскопии, биофизики фотосинтеза и экологии: в исследованиях объектов, относящихся к классу систем с высокой локальной концентрацией флуорофоров; для получение новой информации о первичных процессах фотосинтеза и процессах фотоадаптации в ФСО (в частности, о конформационных изменениях в светособирающих пигмент-белковых комплексах); при»практической разработке лазерных (в том числе, дистанционных) методов биоиндикации состояния водных экосистем с использованием ФСО в качестве флуоресцентного сенсора; при разработке систем мониторинга влияния глобального изменения климата на состояние водной экосистемы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод нелинейной лазерной флуориметрии с использованием предложенных в работе алгоритмов позволяет определять из экспериментальной кривой насыщения флуоресценции комплексов с высокой локальной концентрацией флуорофоров четыре фотофизических параметра флуорофоров — сечение возбуждения, максимальную скорость синглет-синглетной аннигиляции, время дезактивации возбужденного состояния, учитывающее все каналы релаксации возбуждения за исключением синглет-синглетной аннигиляции, и квантовый выход флуоресценции.

2. Использование нестационарного режима возбуждения флуоресценции позволяет повысить точность решения обратной задачи нелинейной флуориметрии на величину, эквивалентную снижению амплитуды шума в экспериментальных кривых на 3 с1В при измерении их в квазистационарном режиме.

3. Предложенные в работе подходы позволяют определять константы скоростей фотохимического и нефотохимического тушения возбужденных состояний молекул хлорофилла а, а также регистрировать конформационные изменения в фотосинтетическом аппарате.

4. Анализ фотофизических параметров, определяемых методом нелинейной лазерной флуориметрии, позволяет установить влияние на функциональное состояние фотосинтетического аппарата ионов тяжелых металлов (на примере ионов меди Си2+ вплоть до концентраций ниже ПДК).

Обоснованность и достоверность полученных результатов определяется тщательной теоретической проработкой предложенных методических подходов, использованием для настройки и калибровки созданного в ходе выполнения работы лазерного спектрометра эталонных объектов, а также многократным повторением экспериментов с контролем воспроизводимости получаемых результатов. Полученные данные хорошо согласуются с результатами исследований других научных групп, приведенными-в цитируемой литературе.

Полученные в диссертационной работе результаты прошли апробацию на следующих российских и международных конференциях: 4th EARSeL Workshop on Remote Sensing of Coastal Zone (18-20 июня ?2009'года, Хания, о. Крит, Греция); Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики (25-30 октября 2009 года, Москва, Россия); SPIE Photonics Europe (1216 апреля 2010 года, Брюссель, Бельгия); ХП International Conference on Laser Applications in Life Sciences (9-11 июня 2010 года, Оулу, Финляндия); International Workshop "Mechanisms of Non-Photochemical Quenching" (6-10 апреля 2011 года, Пассау, Германия); 5th EARSeL Workshop on Remote Sensing of Coastal Zone (1-3 июня 2011 года, Прага, Чехия); XIX International' Conference on Advanced Laser Technologies (3-8 сентября 2011 года, Золотые пески, Болгария).

Автором опубликованы 14 научных работ, в том числе 10 работ по теме диссертации, из них 4 статьи в реферируемых журналах (3 из списка ВАК России) [30, 31, 91, 96] и 6 в трудах конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и библиографического списка использованной литературы, содержащего 98 наименований. Работа изложена на 120 страницах и содержит 28 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Гостев, Тимофей Сергеевич

Заключение

Сформулируем основные результаты, полученные в диссертационной работе:

1. Предложен двухэтапный алгоритм решения обратной задачи нелинейной лазер-нош флуориметрии применительно к системам с высокой локальной концентрацией флуорофоров, существенно повышающий ее размерность и: позволяющий определить из экспериментальных, кривых насыщения флуоресценции полный набор фотофизическихпараметров-флуорофоров« используемых в принятой;ма-тематическошмодели! флуоресцентного отклика;- . ••

2. Показано,«, что использование для. возбуждения» флуоресценции лазерных импульсов? длительностью^ не превышающей:: характерное: время» внутримолекулярной релаксации возбужденного состояния флуорофора (нестационарной режим) тюзволяет повысить точность.решенияюбратной задачи нелинейной.флуо-римегрии на величину,, эквивалентную снижсншо амплитуды шума в; экспериментальных кривых на 3 с1В при измерении их в квазистационарном режиме. Это-связано с тем; .что вшестационарномфежиме;сильнее проявляется«эффект насыщения.за счет динамического, обеднения; основного«состояния* флуорофоров. '*'., ' .- ; • . .:■■"".';.'. ■- , • , ■,".'.'

3. Создан лазерный спектрометр для нелинейной флуориметриигфотосинтезирую-щих организмов,, позволяющий реализовать как нестационарный«(длительность: лазерных-, импульсов; — 0;3 не), так и квазистационарный (длительность импульсов: — 20 нс):режймы возбужденияшх. флуоресценции и обеспечивающий; измерение кривых насыщениях погрешностью не более 5 % в диапазоне изменения плотности потока фотонов возбуждающего излучения 1022-1026 см"2-с"1.

4. С использованием определяемых методом нелинейной лазерной флуориметрии параметров; хлорофилла: а экспериментально исследованы механизмы, фото-адаитации в клетках микроводоросли С/г/оге//а/»угеА2о/^ол-а. Установленная'корреляция между фотофизическими параметрами1хлорофилла а и коэффициентом: нефотохймического тушения возбужденных состояний хлорофилла й в случае, когда основным механизмом является зеаксантин-зависимое тушение, подтверждает гипотезу о связи данного механизма с конформационными изменениями в фотосинтетическом аппарате.

5. Показана высокая чувствительность фотофизических параметров молекул хлорофилла а в водных фотосинтезирующих организмах к различным факторам среды, что открывает перспективы использования фотосинтезирующих организмов в качестве флуоресцентных биоиндикаторов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Гостев, Тимофей Сергеевич, 2011 год

1. Maxwell К., Johnson G. N. Chlorophyll fluorescence — a practical guide // J. Exp. Bot. 2000. 51(345). P. 659-668.

2. Antal Т., Rubin A. In vivo analysis of chlorophyll a fluorescence induction // Photo-synth. Res. 2008: 96(3). P. 217-226.

3. Shinkarev V., Govindjee P. Insight into; the relationship of chlorophyll a fluorescence yield to the concentration of its- natural quenchers; in1 oxygenic photosynthesis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993. 90(16). P. 7466-7469.

4. Hoge F. E. et al. Chlorophyll biomass in the global oceans. airborne lidar retrieval using fluorescence of both chlorophyll and chromophoric dissolved organic matter // Appl.

5. Opt. 2005. 44(14). P. 2857-2862.

6. Ostroumov E. E. et al; Fluorescence characteristics and; photophysical parameters of aggregates of light-harvesting chlorophyll a/b complexes // Biophysics: 2007. 52(5). P. 855-860.

7. Фадеев В; В., Бунин,Д. К., Венедиктов П. С. Методышазерного мониторинга фото-синтезирующих организмов; (обзор) 7/ Квантовая электроника. 1996. Т. 23. №11. С. 963-973.

8. Маслов Д. В., Остроумов Е. Е., Фадеев В. В: Флуориметрия насыщения сложных органических' соединений с высокой локальной • концентрацией- флуорофоров (нашримере фитопланктона) // Квантоваягэлектроника: 2006.^'.'Tv^ 36; № 2. С. 163— 168.

9. Маслов Д. В., Ильяш JI. В., Остроумов Е. Е., Могосян С. И., Фадеев В. В. О возможностях диагностики состояния фотосинтетического аппарата фитопланктонаметодом нелинейной лазерной флуориметрии // Биофизика. 2005. Т. 50. № 5. С. 843-850.

10. Wei X. et al. Two-dimensional crystallization and preliminary structure analysis of LHC-II from cucumber and spinach// Sci. China. C. Life. Sci. 1998. 41(3). P. 265-271.

11. Lakowicz J. R. Fluorescence spectroscopic investigations of the dynamic properties of proteins membranes and nucleic acids // J. Biochem. Biophys. Methods. 1980. 2(1). P. 91-119.

12. Бунин Д. К., Горбунов М. Ю., Фадеев В. В., Чекалюк А. М. Формирование флуоресценции хлорофилла a in vivo при наносекундном импульсном лазерном* возбуждении //Квантовая электроника. 1992. Т. 19. № 5. С. 421—423.

13. Govindjee G. R., Govindjee. The absorption of light in photosynthesis // Sci. Am. 1974. 231(6). P. 68-82.

14. Vredenberg W. J. A three-state model for energy trapping and chlorophyll fluorescence in photosystem II incorporating radical pair recombination // Biophys. J: 2000. 79(1). P. 26-38.

15. Barzda V. et al. Singlet-singlet annihilation kinetics in aggregates and trimers of LHCII //Biophys. Jt 2001. 80(5). P. 2409-2421.

16. Lakowicz J. R. et al. Fluorescence lifetime imaging // Anal. Biochem. 1992. 202(2). P. 316-330.

17. Croce R. et al. Carotenoid-to-chlorophyll energy transfer in recombinant major light-harvesting complex (LHCII) of higher plants I. Femtosecond transient absorption measurements //Biophys. J. 2001. 80(2). P. 901-915.l

18. Brown J. S. Absorption and fluorescence of chlorophyll a in particle fractions from different plants // Biophys. J. 1969. 9(12). P. 1542-1552.

19. Klimov V. V. et al. Reduction of pheophytin in the primary light reaction of photosystem II //FEBS Lett. 1977. 82(2). P. 183-186.

20. Klimov V. V., Krasnovskii A. A. Pheophytin participation in primary processes of electron transfer in photosystem II reaction centers // Biophysics. 1982. 27(1). P. 179-189.

21. Schatz G. H., Brock H., Holzwarth A. R. Kinetic and Energetic Model for the Primary Processes in Photosystem II // Biophys. J. 1988. 54(3). P. 397^05.

22. Allakhverdiev S. I., Recent progressvin the studies of structure and function1 of photosystem II// J. Photochem. Photobiol. B: 2011. 104(1-2). P. 1-8.

23. Paschenko V. Z. et al: Probing the kinetics of photosystem I and photosystem II fluorescence in pea chloroplasts on a picosecond pulse fluorometer // Biochim. Biophys. Acta. 1975.,408(2). P. 143-153.

24. Маслов Д. В., Фадеев В. В., Литвинов П. Н. Трехпараметрическая- модель формирования флуоресцентного отклика фотосинтезирующих организмов при импульсном лазерном возбуждении // Вестник Московского Университета физическая• серия. 2002. № 1.С. 34-37.

25. Фадеев В. В., Клышко Д. Н. Дистанционное определение концентрации примесей в воде методом лазерной спектроскопии, с калибровкой по комбинационному рассеянию // Докл. АН СССР. 1978. Т. 238. № 2. С. 320-323.

26. Ширшин Е. А., Петров' ВС Г., Будылин-Г. С., Обморошев Б. Л:, Калмыков С. Н-., Фадеев В. В. Лазерная флуориметрия уранила и его комплексов,в водной среде. // М.: Макс Пресс. Сб.: Физические проблемы экологии! (экологическая физика). 2009. С. 356-378.

27. Гостев Т. С., Фадеев В. В: Определение фотофизических параметров хлорофилла а в фотосинтезирующих организмах методом нелинейной лазерной флуоримет-рии // Квантовая электроника. 2011. Т. 4Г. № 5. С. 414-419.

28. Максимов:Е. Г., Гостев Т. С., Кузьминов Ф. И., Случанко Н: Н., Стадничук И. Н., Пащенко В. 3., Рубин А. Б. Гибридные системы из квантовых точек и-фоточувствительного белка фикоэритрина // Российские нанотехнологии. 2010. Т. 5. №7-8. С. 107-113.

29. Butler W. L., Norris K. H. Lifetime of the long-wavelength chlorophyll fluorescence // Biochim. Biophys. Acta. 1963. 66. P. 72-77.

30. Butler W. L. Energy distribution in the photosynthetic apparatus of plants // Brookhaven Symp. Biol. 1976(28). P. 338-346.

31. Grossman A.R. et al. Light-harvesting complexes in oxygenic photosynthesis, diversity control and evolution // Annu. Rev. Genet. 1995. 29. P. 231-288:

32. Amesz J. The function of plastoquinone in photosynthetic electron transport // Biochim. Biophys. Acta. 1973. 301(1). P. 35-51. . '

33. Arnon D. I., Tsujimoto H. Y., McSwain B. D. Photosynthetic phosphorylation and electron transport//Nature. 1965. 207(5004). P! 1367-1372.

34. Linnanto J. et all Excitation'energy transfer in the LHC-II trimer — a-model based on the new 2.72 A structure // Photosynth. Res. 2006. 87(3). P. 267-279.

35. ZankeFK. L., ReedD. W., Clayton R. K. Fluorescence and photochemical quenching in photosynthetic reaction centers // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1968. 61(4). P. 12431249:

36. Santabarbara S. et al. Chlorophyll triplet states associated with photosystem II of thyla-koids. Biochemistry. 2002. 41(25). P. 8184-8194.

37. Kato M. C. et al. The excess light energy that is neither utilized'in, photosynthesis nor dissipated by photoprotective mechanisms determines the rate of photoinactivation in photosystem II // Plant. Cell. Physiol. 2003. 44(3). P. 318-325.

38. Vass I. et al. Reversible and irreversible intermediates during photoinhibition of photosystem II: stable reduced QA species promote chlorophyll triplet formation // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992. 89(4). P. 1408-1412.

39. Hideg E. P., Kos B., Vass I. Photosystem II damage induced by chemically generated singlet oxygen in tobacco leaves // Physiol. Plant. 2007. 131(1). P. 33-40.

40. Muller P., Li X. P., Niyogi.K. K. Non-photochemical1 quenching. A response to.excess light energy //Plant. Physiol. 2001. 125(4). P. 1558-1566.v

41. Ruban A.V. et ah The Effects of Illumination^ on,the Xanthophyll Composition of the Photosystem II Light-Harvesting Complexes of-Spinach Thylakoid1 Membranes // Plant Physiol 1994*. 104(1). P.,227-234'.

42. Allen J: F. Protein phosphorylation^ regulation of photosynthesis// Biochirm Biophys.

43. Acta. 1992. 1098(3). P. 275-335.

44. Steinback K. E., Bose S., Kyle D. J. Phosphorylation of the light-harvesting chlorophyll-protein' regulates excitation energy distribution between photosystem II and photosystem I // Arch. Bi'ochem. Biophys. 1982. 216(1). P: 356-361.

45. Horton P., Ruban A. V., Walters R. G. Regulation of Light Harvesting in Green Plants // Annu. Rev. Plant. Physiol. Plant. Mol. Biol. 1996. 47. P. 655-684.

46. Ivanov A. G. et aL// Photosystem-IF reaction* centre quenching: mechanisms and phy. siological role. Photosynth: Res. 2008. 98(1-3). P. 565-574.

47. Depka B., Jahns P., Trebst A. Beta-carotene to zeaxanthin conversion in the rapid turnover of the D1 protein of photosystem II // FEBS Lett. ,1998. 424(3). P. 267-270.

48. Johnson M. P. et al. The zeaxanthin-independent and zeaxanthin-dependent qE components of nonphotochemical quenching involve common conformational changes withinthe photosystem II antenna in Arabidopsis II Plant. Physiol. 2009. 149(2). P. 1061— 1075.

49. Holt N. E. et al. Carotenoidcatiomformation ¡and;the regulation^ . harvesting //Science. 2005. 307(5708); P. 4331436;

50. Frank II. A. etal; The lifetimes and encrgies ofthe first excited singlet'states of diadinoxanthin-and' diatoxanthin. the; role ofi these; moliecules in; excess< energy dissipatiorii in; algae // Biochim; Biophys. Acta. 1996: 1277(3): P: 243-252.

51. Young A. J., Frank H. A. Energy transfer reactions involving carotenoids. quenching'of chlorophyll fluorescence II J. Photochem. Photobiol. B; 1996. 36(1). P. 3-15. .

52. Frank II. A. et al. Mechanism of nonphotocHemical quenching ingrcenplants: energies of the lowest excited4 singlet states of violaxanthin and zeaxanthin // Biochemistry . 2000. 39(1T). P. 2831-2837.

53. Crouchman S., Ruban A., I lorton P. PsbS enhances nonphotochemical fluorescence quenching in the absence of zeaxanthin// FEB STLett. 2006. 580(8). P. 2053-2058.

54. Bonente G. etal: Interactions between the photosystem II subunit PsbS and xanthophylls studiedi/n v/vo andim;v//ro //J: Biolf Ghem; 20081283(13): P: 8434-8445: • .

55. Kereiche S. et al. The PsbS protein controls the macro-organisation of photosystem II complexes in the grana membranes of higher plant chloroplasts // FEBS Lett. 2010. 584(4). P. 759-764.

56. Ishida S. et al. Allocation of absorbed light energy in PSII to thermal dissipations in the presence or absence of PsbS subunits of rice // Plant. Cell. Physiol. 2011. 52(10). P. 1822-1831.

57. Lakowicz J. R: Principles of Fluorescence Spectroscopy // 2006. XXVI. 954 P.

58. Garcia-Mendoza E. et al. Non-photochemical quenching of chlorophyll fluorescence in Chlorella fusca acclimated to constant and dynamic light conditions // Photosynth. Res. 2002. 74(3). P. 303-3151 ' •

59. Rohacek K. Method for resolution and quantification of components of the non-photo-chemical*quenching (q (N)) //Photosynth. Res. 2010. 105(2): P. 101-113:

60. Hungate B. A. et al: Atmospheric science. Nitrogen and climate change // Science. 2003. 302(5650).-P. 1512-1513.

61. Kerr R. A. Global change. A slowing cog in the North Atlantic ocean's climate machine // Science. 2004. 304(5669). P. 371-372.

62. Tazoe Y., Noguchi K., Terashima I. Effects of growth light and nitrogen nutrition on the organization of the photosynthetic apparatus in leaves of a C4 plant Amaranthus cru-entus II Plant. Cell. Environ. 2006. 29(4). P. 691-700.

63. Plumley F. G., Schmidt G.- W. Nitrogen-dependent regulation- of photosynthetic gene expression // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1989. 86(8). P. 2678-2682.

64. Moisander P., McClinton H. E., Paerl H. W. Salinity effects on growth photosynthetic parameters and nitrogenase activity in estuarine planktonic cyanobacteria // Microb. Ecol. 2002. 43(4). P. 432-442.

65. Kargul J. Photosynthetic acclimation: molecular mechanisms of short and long-term acclimation*//FEB S J. 2008. 275(6).-P. 1055.

66. Kolber Z., Zehr J., Falkowski P. Effects of1 Growth Irradiance and Nitrogen Limitation on Photosynthetic Energy Conversion in Photosystem II // Plant. Physiol.' 1988. 88(3). P. 923-929.

67. Cai. X. et all High-nitrogen and low-irradiance can restrict energy utilization in photosynthesis of successional tree species in low subtropical forest // Sci. China. C. Life. Sci. 2008. 51(7). P. 592-603.

68. Ziska L. H., Seemann.J. R., Dejong T. M. Salinity Induced Limitations on Photosynthesis in.Prunus salicina> a Deciduous Tree Species // Plant. Physiol. 1990. 93(3). P. 864-870.

69. Berkelmans R., van Oppen M. J. The role of zooxanthellae in the thermal tolerance of corals: a 'nugget of hope' for coral reefs in an era of climate change // Proc. Biol. Sci. 2006. 273(1599). PI 2305-2312.

70. La Fontaine S. et al. Copper-dependent iron assimilation pathway in the model photosynthetic eukaryote Chlamydomonas reinhardtii II Eukaryot. Cell. 2002. 1(5). P. 736757.

71. Trick C. G., Wilhelm S. W., Brown C. M. Alterations in cell pigmentation protein expression and photosynthetic capacity of the cyanobacterium Oscillatoria tenuis grown under low iron conditions // Can. J. Microbiol. 1995. 41(12). P.* 1117-1123.

72. Yruela I. et al. Photoinhibition of photosystem II from higher plants. Effect of copper inhibition // J. Biol. Chem. 1996. 271(44). P. 27408-27415.

73. Bernal M. et al. Copper effect on cytochrome b of photosystem II under photoinhibitory conditions //Physiol. Plant. 2004. 120(4). P. 686-694.

74. Patsikka E. E., Aro M., Tyystjarvi E. Increase in the quantum yield of photoinhibition contributes to copper toxicity in vivo // Plant. Physiol. 1998. 117(2). P. 619-627.

75. Jegerschold C. et al. Effects of copper and zinc ions on photosystem II studied1 by EPR spectroscopy//Biochemistry. 1999.38(38). P. 12439-12445.

76. Mohanty N., Vass I., Demeter S. Copper Toxicity Affects Photosystem II Electron-Transport at the Secondary Quinone Acceptor Q(B) >// Plant. Physiol 1989. 90(1). P. 175-179.

77. Гостев Т. С., Кузьминов Ф. И., Горбунов М. Ю., Фадеев В. В. Биофотоника водных фотосинтезирующих организмов: флуоресцентные методы диагностики // Фотоника. 2011. №2. С. 72^81.

78. Li Y. et al. Light-saturated photosynthetic rate in,high-nitrogen rice (Oryza sativa L.) leaves is related to chloroplastic CO2 concentration // J. Exp. Bot. 2009. 60(8). P. 23512360.

79. Khosravinejad F., Heydari R., Farboodnia T. Effects of salinity on photosynthetic pigments respiration and water content in two barley varieties // Pak. J. Biol. Sci. 2008. 11(20). P. 2438-2442.

80. Gostev Т., Kouzminov F., Gorbunov M., Fadeev V. Phytoplankton as a fluorescent bio-indicator of ecotoxicants in natural waters// SPIE Photonics Europe 12-16 April 2010 Brussels Belgium. Proceedings of SPIE. 2010.- V. 7715. P. 771520.

81. Гостев Т. С., Кузьминов Ф. И., Моисеев С. А. Лазерный сенсор загрязнений природных вод использующий фотосинтезирующие организмы в качестве флуоресцентных биоиндикаторов//Краткие сообщения по физике ФИАН. 2011. Т. 38. № 1. С. 19-22.

82. Brain R. A., Cedergreen N. Biomarkers in aquatic plants: selection and utility // Rev. Environ. Contam. Toxicol. 2009. V. 198. P. 49-109.

83. Lombardi А. Т., Maldonado M. T. The effects of copper on the photosynthetic response of Phaeocystis cordata II Photosynth. Res. 2011. V. 108(1). P. 77-87.