Возможные клеточные и физиологические причины поблекшей листвы и снижения роста при нормальном освещении (кратко с пояснениями):
- Хлорофилловый дефицит (нарушение синтеза или повышенный разбор хлорофилла) — клетки перестают накапливать пигменты → бледные листья, пониженная фотосинтетическая способность. Частые причины: дефицит Fe/Mg/N, нарушение биосинтеза пигментов (ферменты HEMA, CHLH и т.д.), вирусы.
- Повреждение хлоропластов/тилакоидов (структурный дефект) — деградация гранак/тилакоидов снижает эффективность светозахвата и электронного транспорта.
- Нарушение фотосинтетического фосфорилирования / электронного транспорта — снижена фотохимическая эффективность PSII/PSI → пониженный $A$ и рост.
- Стоматальное/газообменное ограничение — закрытые устьица снижают $g_s$ → ограничение поступления $C{O}_2$ и рост.
- Ограничение по N или другим элементам (Mg, Fe, Mn, S) — влияет на синтез белков, хлорофилла и ферментов (Rubisco и др.).
- Нарушение транспорта углеводов (источник–сток), накопление крахмала в листьях → обратная регуляция фотосинтеза и замедление роста.
- Окислительный стресс / пигментная перекись — повышенные ROS → повреждение мембран и хлорофилла.
- Вирусные/бактериальные инфекции либо токсины (почвенные или химические) — системная хлорозность и замедление роста.
- Корневая недостаточность (плохо развитые/повреждённые корни, корневые патогены) — нарушен водо- и минеральный обмен → хлороз и стагнация роста.
Предлагаемые эксперименты/замеры (быстрые → целевые → подтверждающие), что измерять и что означает результат:
1) Быстрая диагностика (поле/лаборатория)
- SPAD/хлорофилл-метрия и экстракция хлорофиллов (ацетон): сравнить суммарный хлорофилл. Результат: низкий хлорофилл → подтверждение дефицита пигментов.
- Хлорофилловая флуоресценция: измерить $F_v/F_m$ (темновая адаптация). Норма $F_v/F_m\approx 0.83$. Сниженное значение указывает на фотохимическое повреждение PSII.
- Газообмен (листьевый): $A$ (скорость фиксации CO2), $g_s$ (проводимость устьиц). Низкий $A$ с нормальным $g_s$ → фотосинтетический аппарат ограничен; низкий $g_s$ → стоматорное ограничение.
- SPAD + цвет/распределение хлороза (межжилковый vs однородный): межжилковый тип часто указывает на микроэлементный (Fe, Mn) дефицит.
2) Питательные и химические анализы
- Анализ листовой ткани (ICP‑MS/атомная абсорбция) на Fe, Mg, N, S, Mn, Zn, Cu. Низкие уровни соответствующего элемента → дефицитная причина.
- Тест доступного железа в почве (DTPA‑экстракт) и pH почвы (высокий pH → хелаты Fe недоступны).
3) Пигментный/молекулярный анализ
- HPLC пигментов: соотношение хлорофилл a/b, каротиноиды. Отношение меняется при специфических нарушениях синтеза/деградации.
- RT‑qPCR или Western blot для ключевых генов/белков биосинтеза хлорофилла (HEMA1, CHLH), компонентов PSII и Rubisco — пониженная экспрессия/уровни → генет/регуляторная причина.
4) Структурные и клеточные тесты
- TEM хлоропластов: оценить тилакоидную структуру, граны — повреждение указывает на деградацию/стресс.
- Стаиннинг йодом (рициновый йод) и измерение крахмала: накопление крахмала в листе указывает на экспортное ограничение (sink limitation).
5) Метаболические и стрессовые маркеры
- Измерение ROS (DCF‑DA), пероксидной модификации липидов (MDA) — повышенные уровни → окислительный стресс.
- Анализ содержания сахаров/сорбитола, ATP/ADP — энергетический дефицит/блок фосфорилирования.
- Измерение гормонов (ABA, цитокинины) — повышенное ABA связано с закрытием устьиц/стрессом.
6) Патогены и корневая диагностика
- Серологические/PCR тесты на вирусы, посев корней на питательные среды, оценка корневых гнилей. Наличие патогена → биотическая причина.
- Прокопать корни: физические повреждения, дефицит корней, нематоды.
7) Функциональные (лечебные/проверочные) испытания
- Подкормки (контрольный эксперимент): отдельные группы — фолярный Fe‑хелат, MgSO4, полное N‑удобрение. Быстрое восстановление цвета после конкретной подкормки — подтверждение дефицита данного элемента.
- Временный темп‑/влаго‑контроль: восстановление при оптимизации гидратации/температуры → абиотическая причина.
- Градиентные эксперименты освещенности/питания и A/Ci‑кривые для оценки ограничений карбоксилирования и транспорта электронов.
Как интерпретировать результаты (кратко):
- Низкий суммарный хлорофилл + нормальный почвенный Fe → проблема синтеза (ген/вирус/стресс). Низкий Fe в листьях/высокий pH → железный дефицит.
- Сниженное $F_v/F_m$ → повреждение PSII (фотостресс/токсины/патоген).
- Низкий $A$ при нормальном $g_s$ и повреждённых хлоропластах → биохимическое/мембранное ограничение.
- Накопление крахмала + снижение экспорта углеводов → нарушение транспорта/ sink limitation.
- Быстрое улучшение после специфической подкормки → подтверждение дефицита элемента.
Резюме: сочетайте быстрые замеры (SPAD, $F_v/F_m$, газообмен), анализ питательных элементов и простые лечебные тесты (фолярный Fe/Mg/N) для первичной диагностики; при сомнении — HPLC пигментов, TEM, молекулярные тесты и патогенные анализы для подтверждения механизма.