Как помочь растению пережить холод и яркий свет: ученые нашли механизм защиты от стресса

Растению скорее может навредить избыток света, чем его недостаток, особенно если становится холодно. При низкой температуре обычный фотосинтез замедляется, но листья продолжают поглощать свет. Ученые ЮФУ выяснили, что в такой ситуации растение включает особый режим фотосинтеза, который помогает защитить его от повреждений.

Если человеку холодно, он старается двигаться меньше и экономить энергию. У растений происходит нечто похожее: при снижении температуры многие процессы замедляются. Исследователи ЮФУ изучили, как растение справляется с такой ситуацией. В качестве объекта исследования выбрали фикус Бенджамина — растение, способное расти как при слабом, так и при сильном освещении.

Чтобы понять, как растение реагирует на холод, ученые охлаждали листья потоком воздуха и наблюдали за работой разных этапов фотосинтеза. Активность световой фазы оценивали с помощью метода импульсной флуориметрии, а работу темновой фазы — по тому, как листья поглощают углекислый газ на свету.

Фотосинтез можно условно разделить на два этапа — световую и темновую фазы. Первая использует энергию света и образует вещества, необходимые для второй фазы, где растение использует их для образования органических соединений из углекислого газа.

При холоде темновая фаза замедляется, но хлорофилл продолжает поглощать свет. Если энергии поступает больше, чем растение может использовать, это может привести к образованию активных форм кислорода. Они повреждают фотосинтетический аппарат — такой процесс называют фотоингибированием.

Чтобы избежать этих повреждений, растение может переключить работу фотосинтетического аппарата на другой режим — аноксигенный фотосинтез. В отличие от обычного, он не сопровождается выделением кислорода и фиксацией углекислого газа, но позволяет световой фазе продолжать работу и получать энергию в форме АТФ. Как предполагают исследователи, эта энергия может использоваться для восстановления компонентов фотосинтетического аппарата, поврежденных избытком света. «Мы увидели, что при охлаждении листьев обычный фотосинтез замедляется, а аноксигенный, наоборот, усиливается. Получается, растение не просто снижает свою активность в ответ на холод, а переключает часть фотосинтетического аппарата на другой режим работы», — рассказывает студентка третьего курса Академии биологии и медицины ЮФУ Анастасия Топтунова. Таким образом, холодовой стресс связан с включением механизма, который может помогать растению справляться с избытком световой энергии.

«Мы давно предполагали, что аноксигенный фотосинтез может иметь защитное значение. Теперь мы увидели, что его активность возрастает именно при охлаждении листьев, когда риск повреждения светом становится выше», — отметил доцент кафедры ботаники ЮФУ Владимир Лысенко.

Полученные результаты важны не только для понимания того, как растения реагируют на холод. Они могут быть полезны и при создании сортов, устойчивых к низким температурам. По мнению исследователей, при такой работе стоит учитывать не только способность растения переносить холод, но и его устойчивость к избытку света. Одним из показателей здесь может стать уровень аноксигенного фотосинтеза.

Еще одно возможное применение связано с выращиванием растений в теплицах. Если в холодное время года нет возможности обеспечить растениям необходимое количество тепла, снизить нагрузку на них можно за счет уменьшения интенсивности прямого света. Например, теплицу можно прикрыть полупрозрачной пленкой, которая уменьшит поступление солнечных лучей.

Результаты работы Анастасия Топтунова представила на Международном конгрессе молодых ученых по биологии растений, который прошел 26–31 июля 2026 года в Минске.

Эту тему ученые ЮФУ развивают и в других исследованиях. В 2026 году работа с участием Владимира Лысенко и Анастасии Топтуновой о том, как растения перераспределяют энергию света между разными путями фотосинтеза, вышла в журнале Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology.

Исследование выполнено в лаборатории экологии и физиологии растений Ботанического сада ЮФУ в рамках гранта Российского научного фонда № 22-14-00338 «Изучение кинетических параметров флуоресценции и адсорбции света фотосинтезирующими растениями в условиях воздействия естественных и искусственных факторов внешней среды». Руководитель проекта — доцент кафедры ботаники ЮФУ Владимир Лысенко.