Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів
В роботі розглянуті результати розробки елементів методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом стресових факторів.
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2016
|
| Назва видання: | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122863 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів / Г.В. Антонова, О.В. Ковирьова // Комп’ютерні засоби, мережі та системи.— 2016.— № 15.— С. 51-58.— Бібліогр.: 4 назв.— укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-122863 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1228632025-02-09T09:54:44Z Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів Elements of methodical support for testing biosensor prototypes on the test plants under influence of stress factors Антонова, Г.В. Ковирьова, О.В. В роботі розглянуті результати розробки елементів методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом стресових факторів. В работе рассмотрены результаты разработки элементов методики испытаний опытных образцов биосенсора на тестовых культурах под влиянием стрессовых факторов. The paper describes the elements of methodical support for biosensor prototypes on the test plants under influence of stress factors. 2016 Article Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів / Г.В. Антонова, О.В. Ковирьова // Комп’ютерні засоби, мережі та системи.— 2016.— № 15.— С. 51-58.— Бібліогр.: 4 назв.— укр. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122863 578.01+681.7.08+535.3+681.335.2 uk Комп’ютерні засоби, мережі та системи application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
В роботі розглянуті результати розробки елементів методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом стресових факторів. |
| format |
Article |
| author |
Антонова, Г.В. Ковирьова, О.В. |
| spellingShingle |
Антонова, Г.В. Ковирьова, О.В. Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| author_facet |
Антонова, Г.В. Ковирьова, О.В. |
| author_sort |
Антонова, Г.В. |
| title |
Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів |
| title_short |
Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів |
| title_full |
Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів |
| title_fullStr |
Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів |
| title_full_unstemmed |
Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів |
| title_sort |
елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122863 |
| citation_txt |
Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсора на тестових культурах під впливом дії стресових факторів / Г.В. Антонова, О.В. Ковирьова // Комп’ютерні засоби, мережі та системи.— 2016.— № 15.— С. 51-58.— Бібліогр.: 4 назв.— укр. |
| series |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| work_keys_str_mv |
AT antonovagv elementimetodikiviprobuvanʹdoslídnihzrazkívbíosensoranatestovihkulʹturahpídvplivomdíístresovihfaktorív AT kovirʹovaov elementimetodikiviprobuvanʹdoslídnihzrazkívbíosensoranatestovihkulʹturahpídvplivomdíístresovihfaktorív AT antonovagv elementsofmethodicalsupportfortestingbiosensorprototypesonthetestplantsunderinfluenceofstressfactors AT kovirʹovaov elementsofmethodicalsupportfortestingbiosensorprototypesonthetestplantsunderinfluenceofstressfactors |
| first_indexed |
2025-11-25T12:27:33Z |
| last_indexed |
2025-11-25T12:27:33Z |
| _version_ |
1849765296387129344 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 51
G. Antonova, O. Kovyrova
ELEMENTS OF METHODICAL
SUPPORT FOR TESTING
BIOSENSOR PROTOTYPES
ON THE TEST PLANTS
UNDER INFLUENCE
OF STRESS FACTORS
The paper describes the elements of
methodical support for biosensor
prototypes on the test plants under
influence of stress factors.
Key words: chlorophyll fluorescence
induction, biosensor, photosynthesis,
methodical support.
В работе рассмотрены резуль-
таты разработки элементов ме-
тодики испытаний опытных об-
разцов биосенсора на тестовых
культурах под влиянием стрессо-
вых факторов.
Ключевые слова: индукция флуо-
ресценции хлорофилла, биосенсор,
фотосинтез, методика испыта-
ний.
В роботі розглянуті результати
розробки елементів методики
випробувань дослідних зразків
біосенсора на тестових культу-
рах під впливом стресових фак-
торів.
Ключові слова: індукція флуорес-
ценції хлорофілу, біосенсор, фо-
тосинтез, методика випробувань.
Г.В. Антонова, О.В. Ковирьова,
2016
УДК 578.01+681.7.08+535.3+681.335.2
Г.В. АНТОНОВА, О.В. КОВИРЬОВА
ЕЛЕМЕНТИ МЕТОДИКИ
ВИПРОБУВАНЬ ДОСЛІДНИХ ЗРАЗКІВ
БІОСЕНСОРА НА ТЕСТОВИХ
КУЛЬТУРАХ ПІД ВПЛИВОМ ДІЇ
СТРЕСОВИХ ФАКТОРІВ
Вступ. Відповідно до Закону України "Про
охорону навколишнього природного середо-
вища" "Охорона навколишнього природного
середовища, раціональне використання при-
родних ресурсів, забезпечення екологічної
безпеки життєдіяльності людини – невід'єм-
на умова сталого економічного та соціально-
го розвитку України". Отже, на сьогодні оці-
нювання стану екології як в межах держави,
так і на окремих територіях є досить важли-
вим завданням. Чим скоріше ми отримаємо
інформацію про погіршення екологічного
стану на певній території, тим швидше мо-
жемо вжити певні міри для запобігання погі-
ршення екологічної ситуації, а в деяких ви-
падках передбачити та уникнути техноген-
них катастроф.
Погіршення екологічних умов може зумо-
влюватися багатьма причинами, серед яких
не останнє місце займають викиди шкідли-
вих речовин. У Постанові Кабінету Міністрів
України № 343 від 09.03.1999 визначено спи-
сок забруднюючих речовин, моніторинг яких
проводиться на регіональному (локальному)
рівні, серед яких такі важкі метали, як залізо,
кадмій, марганець, хром, мідь, цинк, миш'як
та їх сполуки. Одним із методів моніторингу
викидів шкідливих речовин є висадження
рослин-індикаторів у потенційних районах
забруднень. Оцінити їх стан можна кількома
способами, зокрема візуальним, мікробіоло-
гічним, за допомогою використання методу
індукції флуоресценції хлорофілу (ІФХ) то-
що. Метод ІФХ дозволяє визначити загаль-
Г.В. АНТОНОВА, О.В. КОВИРЬОВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи 2016, № 15 52
ний стан рослини в експресному режимі за допомогою оцінки основного проце-
су життєдіяльності рослини – фотосинтезу. Фотосинтетичні процеси є процеса-
ми, які забезпечують клітини рослини енергією. Хлорофіл є одним з основних
пігментів клітин рослини. Однією з характеристик молекули хлорофілу є здат-
ність флуоресціювати. Інтенсивність флуоресценції хлорофілу залежить від фо-
тосинтетичної активності рослини. Після освітлення листа рослини інтенсив-
ність флуоресценції хлорофілу спочатку швидко зростає, а потім повільно зме-
ншується. Цей ефект називається ефектом Каутського або ефектом індукції флу-
оресценції хлорофілу.
На світовому ринку існує велика кількість портативних приладів для вимі-
рювання ІФХ [1]. В Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України
створено і поставлено на серійне виробництво портативний прилад сімейства
"Флоратест" (спектральний діапазон вимірювання інтенсивності флуоресценції
від 670 до 770 нм), а також розроблені бездротові біосенсори [2], які дають
змогу одночасно вимірювати ІФХ в лісопарках, заповідниках, на великих пло-
щах сільськогосподарських угідь тощо. Для їх використання необхідно розроби-
ти методику випробувань на тестових культурах під впливом дії стресових фак-
торів, з цією метою в Інституті проведено серію натурних експериментів. Вико-
ристання даного методу вимагає розуміння процесів, які проходять в листях жи-
вих рослин.
Флуоресценція хлорофілу та процеси перетворення енергії в хлороплас-
тах вищих рослин. Характер зміни первинних стадій фотосинтезу безпосеред-
ньо відбивається в зміні флуоресценції хлорофілу у фотосинтетичних мембранах
клітин [3]. Поглинання кванта світла переводить молекулу хлорофілу в елект-
ронний збуджений стан, енергія якого при відсутності фотосинтезу переходить
або в тепло, або в флуоресценцію. Енергія електронного збудження хлорофілу у
фотосинтетичній мембрані використовується в реакційних центрах (РЦ) для ге-
нерації потоку електронів у первинних стадіях фотосинтезу, необхідних для від-
новлення НАДФ
1
і утворення АТФ
2
. Первинні процеси фотосинтезу вищих рос-
лин здійснюються за участю двох фотосистем, що функціонують послідовно.
Фотосистема два (ФС ІІ) розщеплює воду з виділенням вільного кисню і віддає
електрон через ланцюг переносників на фотосистему один (ФС І), яка відновлює
НАДФ. У клітині, в основному, флуоресціює хлорофіл, що належить ФС II, і
саме зміни цієї флуоресценції обумовлюють стан реакційних центрів ФС ІІ. У
процесі фотосинтезу, коли всі РЦ знаходяться у відкритому робочому стані, при
слабкому освітленні використовується майже вся поглинута енергія світла. Не-
велика частина енергії електронного збудження переходить в енергію світла
1
НАДФ (NADP, Никотинамидадениндинуклеотидфосфат) – кофермент деяких дегідро-
геназ – ферментів, які каталізують окисно-відновні реакції у живих клітинах. В хлоропластах
рослин НАДФ відновлюється в світлових реакціях фотосинтезу і далі забезпечує киснем син-
тез вуглеводів у темновій фазі фотосинтезу.
2
АТФ (ATP, адезинтрифосфат) – нуклеотид, що складається з аденіну, цукру рибози і
трьох фосфатних груп. Основне джерело хімічної енергії в обміні речовин.
ЕЛЕМЕНТИ МЕТОДИКИ ВИПРОБУВАНЬ ДОСЛІДНИХ ЗРАЗКІВ БІОСЕНСОРА …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 53
флуоресценції у вигляді фонової флуоресценції F0. В нормальних умовах вели-
чина F0 мала, що говорить про активне використання клітинами енергії погли-
нутого світла. Проте, якщо при наявності будь-якого впливу порушується стан
фотосинтетичних мембран, то РЦ переходять в неактивний (закритий) стан, тоб-
то такий стан, коли відбувається припинення потоку електронів у первинних
процесах фотосинтезу. В цих умовах поглинута енергія світла вже не може ви-
користовуватися у фотосинтезі й тому флуоресценція хлорофілу зростає. В про-
цесі флуоресціювання абсолютна величина та квантовий вихід досягають мак-
симальних значень (Fm) (рис. 1).
В 1961 р. Дьюсенс та співавтори
встановили, що зростання флуоресце-
нції від F0 до Fm обумовлене віднов-
ленням первинного хінонного акцеп-
тора QA. Різницю між інтенсивністю
флуоресценції хлорофілу при закритих
і відкритих РЦ називають змінною або
«варіабельною» флуоресценцією хло-
рофілу в клітинах (Fv=Fm–F0). Величи-
на Fv відповідає частині енергії світла,
яка використовується відкритими РЦ
у фотосинтезі, тобто характеризує
активність початкових стадій фото-
синтезу.
РИС. 1. Типова крива індукції флуоресценції
хлорофілу
Крім того, для аналізу використовуються наступні параметри та відношен-
ня: відношення Fv/F0 показником фотохімічної активності ФС ІІ; Fst – стаціонар-
ний рівень флуоресценції; Fm/Fst – розрахунковий параметр, який характеризує
ефективність темнової стадії фотосинтезу та ефективність поглинання вугле-
кислого газу; Ki = (Fm–Fst)/Fm – параметр ІФХ, який зменшується під дією стре-
сових чинників; Fv/Fm – параметр, який характеризує ефективності фотохіміч-
них реакцій та залежить від кількості активних комплексів ФС ІІ в рослині;
Rfd = (Fm–Fst)/Fst – індекс життєдіяльності рослини; параметр Area пропорційний
розміру пулу акцепторів електронів QA на відновній стороні ФС ІІ і може бути
використаний як маркер змін у формі кінетики ІФХ між F0 і Fm.
Аналіз параметрів флуоресценції хлорофілу є потужним та ефективним ін-
струментом вивчення дії різноманітних екологічних чинників на рослинні орга-
нізми. Хімічні чинники і кліматичні умови, які часто є інгібіторами та активато-
рами біоенергетичних процесів, що протікають у тилакоїдах рослинних клітин,
впливають на параметри кінетики і спектральні особливості флуоресценції, а
також на її стаціонарний рівень.
Вибір тестових культур та впливового чинника. Дослідну рослину необ-
хідно вибирати виходячи з впливового чинника та його концентрацій, які необ-
хідно зареєструвати флуоресцентним методом. Види рослин, які використову-
ються в дослідженнях, мають відповідати наступним вимогам: бути характер-
ними для природної зони, де розташовується даний об’єкт; рослини-індикатори
Г.В. АНТОНОВА, О.В. КОВИРЬОВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи 2016, № 15 54
мають бути розташовані на всій території; повинні мати чітко виражену кількіс-
ну і якісну реакцію на відхилення властивостей середовища життя від екологіч-
ної норми; біологія даних видів-індикаторів має бути добре вивчена.
При проведенні досліджень крім вищезгаданих критеріїв при виборі росли-
ни-індикатора слід дотримуватися додаткових рекомендацій: вивчати рослини
одного віку, відбирати середню пробу з декількох екземплярів рослин (8–10 ек-
земплярів), проводити відбір з однієї висоти і по всьому колу крони дерев.
Рослинами індикаторами можуть служити наступні рослини: деревні породи
– сосна звичайна, ялина, береза, липа, дуб, тополя; види трав’янисто-
чагарниковго ярусу – брусниця, чорниця, багно; види чагарникового ярусу – ве-
рба, шипшина, карликова береза; види трав’янистих рослин складноцвітові ро-
зові, губоцвіті, шавлія степова, вероніка сива, полин звичайний, тютюн, красоля,
кульбаба лікарська, соняшник звичайний, шпинат, горох, квасоля, соя, лобода.
Реакція рослин на надлишковий вміст елементів у ґрунті, яка спостерігаєть-
ся візуально, відрізняється для кожного елемента. Зокрема, ознакою надлишко-
вого вмісту цинку в ґрунті є знебарвлення і відмирання тканин листа, пожовтін-
ня молодого листя, відмирання бруньок, забарвлювання жилок в червоний або
чорний колір, перші ознаки з’являються на молодих рослинах; міді – хлороз мо-
лодого листя, при цьому жилки залишаються зеленими, гальмується розвиток,
на листях з'являються бурі плями і листи відмирають; марганцю – поява хлорозу
між жилками, некроз тканин, молоді листи викривляються та зморщуються; за-
ліза – на молодому листі з’являється хлороз між жилками, які залишаються зе-
леними, пізніше лист стає білуватим або жовтим; кобальту – вздовж основних
жилок листа з’являються заповнені водою прозорі ділянки; відбувається некроз
тканини, пізніше листя набуває коричневе забарвлення та опадає.
Для дослідження впливу важких металів на рослини елементи вносяться у
вигляді солей, доза внесення відповідає граничнодопустимим концентраціям
(ГДК) [4], наприклад, 5, 10, 20 ГДК.
Дослідження зміни індукції флуоресценції хлорофілу під впливом важ-
кого металу. Для напрацювання методичного забезпечення інтелектуальних
біосенсорів проведено два експерименти з дослідження впливу важких металів
на рослини. Як впливовий чинник обрано мідь, яка вносилася у формі мідного
купоросу (CuSO4). Мідь – поширений антропогенний полютант, оскільки мета-
лева мідь є одним з найбільш розповсюджених конструкційних металів. З іншо-
го боку, мідь – важливий мікроелемент, іони якого беруть участь у перенесенні
електронів в електрон транспортному ланцюгу мітохондрій і хлоропластів, син-
тезі пігментів і активації багатьох ферментів. При надлишку міді знижується
рівень біосинтезу хлорофілу, змінюється білковий склад хлоропластів, інгібу-
ється транспорт електронів по фотосинтетичному ланцюгу. Вимірювання про-
водились за допомогою біосенсора. Під час експериментів фіксувалися парамет-
ри оточуючого середовища, а саме: температура повітря та ґрунту, вологість по-
вітря та ґрунту тощо. Кожний дослід проводився мінімум 10 днів.
Для першого експерименту об’єктом дослідження обрано рослину лободу.
Вона має широкий ареал, росте в різних екологічних умовах. У ході експериме-
ЕЛЕМЕНТИ МЕТОДИКИ ВИПРОБУВАНЬ ДОСЛІДНИХ ЗРАЗКІВ БІОСЕНСОРА …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 55
нту досліджено вплив на флуоресценцію хлорофілу дослідних рослин різних доз
токсиканту. Для проведення експерименту рослини поділено на 4 групи з різни-
ми дозами внесення CuSO4, який розчинено у воді та внесено у ґрунт. Група V1 –
контрольна група без внесення CuSO4; група V2 – 1 г CuSO4/1 кг ґрунту; група
V3 – 3 г CuSO4/1 кг ґрунту; група V4 – 6 г CuSO4/1 кг ґрунту. На початку експе-
рименту заміряно ІФХ всіх груп рослин (рис. 2, а). В той же день було внесено
розчин мідного купоросу в ґрунт.
В другому експерименті проведено дослідження зміни індукції флуоресцен-
ції хлорофілу під впливом важкого металу (сульфату міді CuSO4) та відсутністю
поливу. Дослідження виконано за схемою повного двофакторного експеримен-
ту. Об’єктом дослідження обрано рослину Соя (лат. Glycine max), які вирощені в
кімнатних умовах з насіння. Рослини поділено на чотири групи: група W1 – без
впливу важкого металу, без поливу; група W2 (контрольна) – без CuSO4, з поли-
вом; група W3 – з впливом CuSO4, без поливу; група W4 – з впливом CuSO4, з
поливом. Доза CuSO4 становила 6 г на 1 кг ґрунту для рослин в групах W3 та W4.
Сульфат міді внесено в землю після першої серії вимірювання кривих ІФХ
(рис. 2, б). З наступного дня припинено полив в групах W1 та W3.
a б
РИС. 2. Криві ІФХ тестових рослин до внесення в ґрунт мідного купоросу всіх груп рослин:
а – лобода, б – соя
Аналіз отриманих кривих проводився наступним чином: в комп’ютер вне-
сені параметри оточуючого середовища та розраховані середні значення; збере-
жені криві ІФХ об’єднані в групи; виконана перевірка кривих щодо виникнення
технічних помилок; криві розділені на групи відповідно до схеми експерименту;
розраховані середні значення кривих у кожній групі для кожного дня експери-
менту; побудовані графіки ІФХ за групами. Далі в усіх групах розраховані зна-
чення параметрів ІФХ F0, Fst, Fm, Fv, Fv/Fm, Ki, Rfd, Area, побудовані графіки зна-
чень параметрів по дням та проаналізовані.
Вже на другий день після внесення у ґрунт мідного купоросу ІФХ знизилась
в усіх дослідних групах рослин лобода. На третій день значно знижується стаці-
онарний Fst та максимальний Fm рівні флуоресценції хлорофілу у рослин, які бу-
ли оброблені токсикантом. Зазначимо, що на шостий день впливу токсиканту
Г.В. АНТОНОВА, О.В. КОВИРЬОВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи 2016, № 15 56
залишилась тільки одна дослідна група рослин – V2, а дві інші дослідні групи
рослин загинули. Підвищення значення F0 (рис. 4, а) є результатом дії будь-
якого несприятливого фактору. У всіх дослідних групах рослин на другий день
експерименту відмічено зростання рівня F0 на 26 %, 27 % та 33 % відповідно, що
свідчить про негативну дію мідного купоросу на фотосинтетичну активність ро-
слин. Зростання параметра F0 спостерігається протягом експерименту до 10.08, а
після поступово знижується. У групі V2 показник в останній день експерименту
знизився на 17 %.
Варіабельна флуоресценція Fv (рис. 4, б) визначається окислювально-
відновним статусом QA, її рівень є індикатором фотохімічних окислювально-
відновних процесів. Коли транспорт електронів блоковано від QA до наступних
компонентів електрон-транспортного ланцюгу (ЕТЛ), Fv швидко досягає макси-
мально можливих значень. Отже, зовнішні умови, які впливають на процес елек-
тронного транспорту в ЕТЛ тилакоїдів, впливатимуть на величину Fv. Це дозво-
ляє використати Fv як показник, який відображає вплив екологічних факторів на
рослини.
a б
РИС. 4. Значення параметра: а – Fv та б – F0 в контрольній групі та в усіх дослідних групах
Відзначимо, що на другий день після внесення у ґрунт токсиканту рівень Fv
знизився в усіх дослідних групах рослин. На третій день впливу мідного купоро-
су у дослідних групах V3, V4 відбулося різке падіння значень Fv, яке складає
41 % та 92 % відповідно. Наступного дня всі рослини у групі V4 загинули. У до-
слідній групі V2 на другий день також спостерігалось падіння значень показника
Fv на 13 %, але протягом експерименту рівень Fv відновився до початкових зна-
чень, що може свідчити про пристосування рослин до впливу мідного купоросу.
На основі аналізу змін Fv можна зробити висновок про те, що важкі метали інгі-
бують фотосинтетичну активність рослин. Існує кореляція між впливом важкого
металу мідного купоросу та величиною відносної змінної флуоресценції.
Аналіз відношення Fv/Fm дозволяє отримати інформацію про фотохімічні
реакції, які є найбільш чутливими до факторів оточуючого середовища. Для ро-
слин у нормальному стані показник знаходиться в діапазоні 0,8–0,892. Максима-
льна різниця між значеннями показників Fv/Fm, які отримані в контрольній та
ЕЛЕМЕНТИ МЕТОДИКИ ВИПРОБУВАНЬ ДОСЛІДНИХ ЗРАЗКІВ БІОСЕНСОРА …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 57
дослідній групах рослин V4 (рослини з даної групи отримали максимальну дозу
мідного купоросу), становила 39 %. На початку дослідження цей показник мав
майже однакові значення в чотирьох групах V1, V2, V3, V4 – 0,907 в середньому.
За допомогою аналізу параметрів Fst та Fm було оцінено критичні дози мід-
ного купоросу при його впливі на рослину. Критичною дозою токсиканту вва-
жається така доза, що призводить до незворотних змін стану фотосинтезу рос-
лини. Визначимо та кількісно оцінимо критичну дозу впливу токсиканту на рос-
лини за допомогою співвідношення Fst > 0,5×Fm. Якщо виконується співвідно-
шення Fst > 0,5×Fm, то доза впливу вважається критичною і вимірювання припи-
няють. В нашому випадку під цей критерій підпадає доза дії у 6 г, яка впливає на
рослини групи V4, де Fst = 264, a 0,5×Fm=142. Таким чином, доза у 6 г мідного
купоросу була критичною для рослин лободи у групі V4. Різні дози мідного ку-
поросу по-різному вплинули на фотосинтетичний апарат рослин. Аналіз резуль-
татів впливу токсиканту показав, що доза в 3 г є критичною для рослин групи
V3, що викликає незворотні зміни. Фотосинтетичний апарат рослин, оброблених
дозою в 3 г, перестає функціонувати на 8 день впливу токсиканту. Доза в 6 г вже
на третій день порушує фотосинтетичні процеси в рослині. Але зазначимо, що
доза в 1 г, не тільки не призвела до зовнішніх змін рослини, але і не порушила
фотосинтез рослини.
Важливими вимогами до процесу вимірювання флуоресценції хлорофілу є
регулярність та підтримка однакових умов вимірювання. Дослідження над рос-
линою соя проводилися в лабораторних умовах. Перед вимірюваннями рослини
переносилися в тінь. Лабораторія охолоджувалася протягом однакового часу.
Однак під час вимірювання двічі виникала ситуація, коли вимірювання почина-
лися раніше, ніж в інші дні.
Відповідно температури повітря та ґрунту були вищими. В результаті зна-
чення параметра Fv/Fm в контрольній групі (W2) в ці два дні значно знизилося в
порівнянні з іншими днями. На рис. 5 чітко спостерігається кореляція між тем-
пературами ґрунту та повітря і значеннями параметра Fv/Fm, що слід врахувати
при розробці та застосуванні ме-
тодичного забезпечення. Отже,
підвищення температури впливає
на значення параметра Fv/Fm. Ві-
дповідно, під час проведення ек-
сперименту слід уникати різких
перепадів температури, які впли-
вають на результати вимірювань.
На шостий день експеримен-
ту проведено останнє вимірюван-
ня в групі W3, оскільки всі рос-
лини засохли, за винятком двох
пожовтілих листів. Надалі вимірю-
РИС. 5. Температури повітря і ґрунту та значення
параметра Fv/Fm в контрольній групі (W2)
Г.В. АНТОНОВА, О.В. КОВИРЬОВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи 2016, № 15 58
вання в цій групі не проводило-
ся. На рис. 6 показані значення
параметра Fv/Fm в групах W3
(без поливу, з впливом важкого
металу) та W2 (контрольна). На
другий день досліду значення
параметрів у групі W3 падає, що
свідчить про вплив важкого ме-
талу на рослину. На четвертий
день значення підвищилися, що
свідчить про пристосування фо-
тосинтетичного апарату рослини
до впливу важкого металу.
РИС. 6. Значення параметра Fv/Fm в контрольній
групі (W2) та дослідній групі (W3)
Отже, значення параметра Fv/Fm знижується при підвищенні температури
оточуючого середовища. Тому, під час вимірювання слід уникати різких перепа-
дів температури, оскільки це впливає на результати досліджень. При аналізі ре-
зультатів експериментів не можна обмежуватися лише аналізом параметрів флу-
оресценції хлорофілу, а слід враховувати форму кривих ІФХ.
Висновки.
1. Розглянуто результати розробки елементів методики випробувань дослід-
них зразків біосенсору на тестових культурах під впливом дії стресових факто-
рів, зокрема вибір рослин та впливового чинника для досліджень.
2. Розглянуто процеси перетворення енергії у хлоропластах вищих рослин,
що надалі дозволить правильно аналізувати параметри кінетики флуоресценції
хлорофілу даних, отриманих у результаті проведених експериментів.
3. Експериментально доведено, що параметри кінетики флуоресценції хло-
рофілу мають велику інформативність для оцінки стану первинних процесів фо-
тосинтезу рослин у реальному часі.
Робота виконана при підтримці Науково-технологічного центру в Україні,
проект № 6064.
1. http://www.dasd.com.ua/
2. Kryvonos Yu., Romanov V., Wojcik W., Galelyuka I., Voronenko A. Application of wireless
technologies in agriculture, ecological monitoring and defense. The 8th IEEE International
conference on "Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems", IDAACS'2015.
Warsaw, Poland. 2015, September 24–26.
3. Rubin A.B. Sorosovskiy obrazovatelniy zhurnal. 2000. Vol. 2. Р. 7–13.
4. Фітотоксичність важких металів та стійкість рослин до їх дії: Моногр. / Ж.З. Гуральчук;
Ін-т фізіології рослин і генетики НАН України. К.: Логос, 2006. 208 c.
Одержано 30.09.2016
http://www.dasd.com.ua/
|