Primary and secondary processes of photosynthesis in chloroplasts of Lemna minor under the effect of pharmaceuticals

ZEZULKA, Štěpán, Marie KUMMEROVÁ, Markéta HÁJKOVÁ a Petr BABULA. Primary and secondary processes of photosynthesis in chloroplasts of Lemna minor under the effect of pharmaceuticals. In Plant Biology CS 2019 (Bulletin CSEBR 1/2019 - Book of Abstracts). 2019. ISSN 1213-6670.

Základní údaje

• Originální název: Primary and secondary processes of photosynthesis in chloroplasts of Lemna minor under the effect of pharmaceuticals
• Název česky: Primární a sekundární procesy fotosyntézy v chloroplastech Lemna minor pod vlivem léčiv
• Autoři: ZEZULKA, Štěpán (203 Česká republika, garant, domácí), Marie KUMMEROVÁ (203 Česká republika, domácí), Markéta HÁJKOVÁ (203 Česká republika, domácí) a Petr BABULA (203 Česká republika).
• Vydání: Plant Biology CS 2019 (Bulletin CSEBR 1/2019 - Book of Abstracts), 2019.

Další údaje

• Originální jazyk: angličtina
• Typ výsledku: Konferenční abstrakt
• Obor: 10611 Plant sciences, botany
• Stát vydavatele: Česká republika
• Utajení: není předmětem státního či obchodního tajemství
• Kód RIV: RIV/00216224:14310/19:00107654
• Organizační jednotka: Přírodovědecká fakulta
• ISSN: 1213-6670
• Klíčová slova česky: fotosyntéza; chloroplasty; okřehek; diklofenak
• Klíčová slova anglicky: photosynthesis; chloroplasts; duckweed; diclofenac
• Příznaky: Mezinárodní význam, Recenzováno

Anotace

As highly specific biologically active substances, pharmaceuticals contaminate mainly aquatic ecosystems. Non-steroidal anti-inflammatory drug diclofenac (DCF) is one of the most common pharmaceuticals detected and monitored worldwide. Mechanisms of pharmaceutical action on biochemical and physiological processes determining the growth and development of plants as non-target organisms are still mostly unknown. Photosynthesis represents a central anabolic pathway in plants, which results in the production of oxygen and energy-rich organic compounds necessary for growth. Possible direct effect of DCF (1, 10, 100, and 1000 uM) on primary and secondary photosynthetic processes was assessed in chloroplasts isolated from Lemna minor. After 10 min exposure, already 1 and 10 uM DCF induced elevated production of reactive oxygen and nitrogen species (by 116% and 157%, respectively) and lipid peroxidation (by nearly seven times compared to the control). Nevertheless, responses of photosystems I and II (decrease in quantum yields FV/FM by 21% and PhiII by 44% compared to control, changes in NPQ values or changes in the redox state of P700 reaction centres) and Hill reaction activity (drop by up to 73%) were not found until 100 uM DCF treatment. RuBisCO activity was only lowered by 30% under 1000 uM DCF. Results demonstrate the ability of environmentally relevant DCF concentrations to induce oxidative stress in isolated duckweed chloroplasts; however, photosynthetic processes were affected considerably only by the highest DCF treatments. Even though the markers of oxidative stress were already detectable, the capability of defence mechanisms in chloroplasts was probably sufficient to avoid negative impact under low DCF treatments, but acute high concentrations of drugs in the environment can participate in the inhibition of photosynthesis.

Anotace česky

Jako vysoce specifické biologicky aktivní látky, léčiva kontaminují hlavně vodní ekosystémy. Nesteroidní protizánětlivý lék diklofenak (DCF) je jedním z nejčastěji detekovaných a monitorovaných léčiv po celém světě. Mechanismy účinku na biochemické a fyziologické procesy určující růst a vývoj rostlin jako necílových organismů jsou stále víceméně neznámé. Fotosyntéza představuje ústřední anabolický proces v rostlinách, jehož výsledkem je produkce kyslíku a eneregeticky bohatých organických látek nezbytných pro růst. Možný přímý účinek DCF (1, 10, 100 a 1000 uM) na primární a sekundární procesy fotosyntézy byl studován u chloroplastů izolovaných z rostlin Lemna minor. Po 10 min expozice, již 1 a 10 uM DCF indukovaly zvýšenou produkci reaktivních forem kyslíku a dusíku (o 116%, resp. o 157%) a peroxidaci lipidů (téměř sedminásobně oproti kontrole). Nicméně, odpovědi fotosystémů I a II (pokles kvantových výtěžků FV/FM o 21% a PhiII o 44% oproti kontrole, změny v hodnotě NPQ nebo v redoxním stavu reakčních center P700) a aktivity Hillovy reakce (pokles až o 73%) nebyly zjištěny při nižším zatížení než 100 uM DCF. Aktivita RuBisCO byla dokonce snížena jen o 30% až při 1000 uM DCF. Výsledky ukazují schopnost environmentálně relevantních koncentrací DCF indukovat oxidativní stres v izolovaných chloroplastech okřehku; nicméně, fotosyntetické procesy byly výrazně ovlivněny jen při nejvyšších zatíženích DCF. Přesto, že markery oxidativního stresu jiz byly detekovatelné, kapacita obranných mechanismů v chloroplastech byla pravděpodobně dostatečná pro zabránění negativního dopadu nízkých koncentrací DCF, avšak akutní vysoké koncentrace léčiv v prostředí se mohou podílet na inhibici fotosyntézy.

Návaznosti

• GF17-33746L, projekt VaV: Název: Léčiva v životním prostředí a interakce s rostlinami (Akronym: Léčiva a rostliny)

Investor: Grantová agentura ČR, Léčiva v životním prostředí a interakce s rostlinami