Modification of flavonoid content and photosynthesis by ultraviolet-B radiation. Atrazine-tolerant and -sensitive ultivars of Brassica napus

Abstract: Popular Abstract in Swedish Ozonförtunning och UV-B strålning Livet på jorden är beroende av ozonlagret, som finns i ett område 10-50 km upp i atmosfären som kallas stratosfären. Ozonmolekylerna (O3) absorberar bland annat ultraviolettstrålning-B (UV-B), som är en osynlig och skadlig komponent i solljuset. De senaste tjugo åren har ozonlagret tunnats ut därför att ozonförstörande ämnen, t.ex. freoner, har släppts ut i atmosfären. Detta leder till att mängden UV-B som når jorden ökar. UV-B, som är en mycket energirik strålning, absorberas av många biologiska molekyler, t.ex. DNA och proteiner. Detta kan orsaka hudcancer och ögonskador hos människor och andra djur. Växter, som utnyttjar solljuset som energikälla, skadas också. Förutom direkta skador i DNA och proteiner påverkas en del molekyler och processer i fotosyntesen. Fotosyntes Forskare har länge försökt efterlikna fotosyntesens unika energiomvandling. I växter finns särskilda pigment, klorofyller, vilka fungerar som solfångare och leder ljusenergin till de reaktioncentra där ljuset omvandlas till den energi människor och djur lever av. Råvarorna är koldioxid, vatten och ljus och produkten energirika kolhydrater. Den enda biprodukten är det syre som vi andas och som ozonlagret består av. UV-absorberande pigment Både växter och djur har pigment som skyddar mot UV-B strålning genom att absorbera den. Eftersom dessa pigment ligger i det yttersta cellagret hindrar de att underliggande vävnad skadas. Hos människor är det pigmentet melanin som absorberar UV strålning och som gör oss bruna. Växter har istället pigment som kallas flavonoider i bladen. Flavonoider har många andra egenskaper utöver den UV absorberande t.ex. ger de färg åt blommor och skyddar växten mot en del sjukdomar. Forskningsprojekt Jag har studerat hur flavonoidinnehållet och fotosyntesen påverkas i raps som bestrålats med förhöjda nivåer UV-B strålning. Jag har använt en vanlig rapssort (Paroll) och en som är muterad (Stallion) så att den tål herbiciden atrazin (ett bekämpningsmedel som dödar växter) för att se om UV-B strålning påverkade dem olika. Växterna utsattes för UV-B i två veckor under uppodlingen för studier av anpassningsförmågan, eller endast några timmar för försök där den omedelbara effekten på fotosyntesen undersöktes. Resultat: flavonoider Efter två veckor med förhöjd UV-B strålning hade mängden flavonoider ökat i bladen. Det var framförallt en viss sorts flavonoider som ökade, quercetin, som det fanns väldigt lite av i blad som inte utsatts för UV-B strålning. Andra undersökningar har visat att den tar bort fria radikaler (se nedan) mycket effektivare än kämpferol, som fanns i kontrollbladen. Fria radikaler är mycket reaktiva och kan skada många andra molekyler i sin närhet. De bildas bland annat när växten utsätts för mycket ljusenergi, t.ex. UV-B strålning. Därför tror man att quercetin skyddar mot UV-B strålning dels genom att direkt absorbera den, dels indirekt genom att ta bort fria radikaler. Medicinska effeker av flavonoider Intresset för flavonoider, särskilt quercetin, har ökat också inom den medicinska forskningen. Man har föreslagit att de till exempel motverkar hjärtkärlsjukdomar, inflammationer, allergier, cancertumörer och till och med AIDS. De flesta grönsaker och frukter innehåller mycket flavonoider, t.ex. lök, olika kålsorter och äpplen, men mest flavonoider får vi i oss när vi dricker te, kaffe, coca cola, öl och vin. Resultat:fotosyntes Fotosyntesen fungerade normalt eller bättre efter två veckors odling med UV-B strålning. Det kan bero på den ökade mängden flavonoider i det yttersta cellagret, som hindrade att UV-B ljus trängde in i bladen. Den ändrade bladanatomin kan också ha ökat genomträngningen av det ljus som används i fotosyntesen. Dessutom var de UV-B behandlade växterna mer köldtåliga, förmodligen därför att de hade mer flavonoider som kunde ta hand om de fria radikaler som bildas i kyla vid höga ljusintensiteter. I försöken där växterna inte hade anpassat sig till UV strålningen minskade fotosyntesens effektivitet, men när UV behandlingen slutade återhämtade de sig snabbt. Dock var mutanten känsligare än den normala sorten för höga ljusintensiteter och UV-B strålning. Slutsatser Studien visade att raps anpassar sig till ökad UV-B strålning vid ozonförtunning genom att bladanatomin och innehållet av olika ämnen, t. ex. UV absorberande flavonoider, ändras. Fotosyntesen fungerade normalt eller bättre efter två veckors behandling och växterna var mer köldtåliga. Den fotosyntetiska effektiviteten minskade bara efter korta tider med UV-B strålning i växter som inte var anpassade, men de återhämtade sig efter behandlingen. Resultaten tydde dock på att den atrazintoleranta mutanten var känsligare för höga ljusintensiteter och UV-B strålning än den normala sorten. Längre tider under förhöjd UV-B strålning, t.ex. en hel växtsäsong, skulle kanske visa ytterligare UV-B effekter, såsom lägre produktion därför att energin går till skyddsmekanismer istället.