Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ПОТЕНЦИАЛЫ ДЕЙСТВИЯ СТЕБЛЯ ТЫКВЫ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "ПОТЕНЦИАЛЫ ДЕЙСТВИЯ СТЕБЛЯ ТЫКВЫ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

/ МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА

С • И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

Иа правах рукописи Клара Ивановна КАМЕНСКАЯ

ПОТЕНЦИАЛЫ ДЕЙСТВИЯ СТЕБЛЯ ТЫКВЫ

(Специальность 03.00.12 — физиология растений)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА—1978

'/оыНы о и Асьц 4 '.рсииишлш

в/6-

Работа выполнена на кафедре физиологии растений Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Научные руководители: заслуженный деятель науки РСФСР кандидат сельскохозяйственных наук профессор И. И. Гунар, доктор биологических наук профессор Н. П. Соколова.

Официальные оппоненты:,

— член-корреспондент АН УССР Д. М. Гродзинский;

— кандидат биологических наук О. О. Лялин.

'Ведущее предприятие —Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР. А

Защита состоится «*у&'. »

^&ио.О/ОАИ ..1978. года' на заседании Специализированного совета К-120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 47. • Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан «#>£>. » Р/.<Б.<20д,Л&(. 1978

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат биологических наук ^{/Ь

В.Т. МАРЬЕНКО.

ОЗЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• Актуальность работ. Проведение возбуждения является универсаль-. ныи свойством биологических систем. Оно развилось в процессе эволюции • для интеграция многоклеточных систем, срочной передачи информации и координации внутренних процессов организма в условиях-непрерывно меняющейся внесшей среды.

Согласно существующим о настоящее время представлениям ОДНИМ из механизмов передачи возбуждения н° расстояние в растительном организме является генерация потенциалов действия ( Гунар, 1959; Курсаиов, 1972; Ргеаге/ ,1973,1574). В связи с этим изучение природы потенциа-- лов действия представляет не только теоретический, но и большой практически. интерес для редения вопросов управления питанием и-раавитн--" ем растений. ( •' < ' • •

Целесообразность изучения передачи возбуждения у растения была отмечено в "Основных направлениях естественных и общественных наук на 1976-1980 г.Р.".

Исследования последних лет показали, что регистрация потеяцка-" доз действии коде; быть использована для различных диагностических 'целеп: определения>аростоЯкос13, зимостойкости, комбинационной цен-носта и т.д. ,(Гунар, Поничкин, Цаслов, 1570,1971; Гунар, Маслов, Пя-ничкин, 1971; Зубкус, Новоселова, Сезрова, 1973).

* Учитывай ряд преимуществ эдоктрофиаиологичоеккх методов (но' повреждаемость растений, быструю переработку информации) перед другими методами исследования-устойчивости растоний, кажется вероятным, что регистрация потенциалов действия моьот занять достойное место 1 • среди различных диагностических и селекционных методов.

-.Ограниченность применения регистрации ЦД в практических цолях обусловлена в настоящей время недостаточными энанилин природы потен-циалоэ действия. М>" не знаем механизма генерации потенциалов-дейст-вия,' водиАванил и использования передаваемой информации;

*

О/цествует большая неопредзле(ШОсть относительно каналов, по которым передается потенциалы действия и рада других вопросов', -насею-".-.", щахся различных аспектов генерации растениями потенциалов действия.

Цель и аадачи исследований. в связи с вышесказанным основная цель насой работы состояла в получении шг$ормвциа о каналах, по- которым распрострвняотся потенциалы действия. Применяемая в экспериментах методика позволила изучить, кроме того, влияние на параметры потенциалов действия одно-и поливаленхьнх ионов. ".-"".'•'..-"

Кроме того, была поставлена задача изучить влияние вн*нних факторов на параметры ПД, так как работ в этом направлении в настоя.ца9 время выполнено крайне мало. . • . .

Научная новизна. Подучены данные, подтаерлдеацие гипотезу об участии всех тканей стебля в передача воэбу&дония.-Предложены некоторые варианты механизмов, посредством которых может быть реализована такая передача. •.-•-;":„/•':

На основе экспериментальных данных высказано предположение, что действие полвввдентных ионов на растительную мембрану во время воэ-булдения осуществляется теми *е механизмами, которые функционируют ' ив животных мембранах.

Изучено влияние различных факторов внешней среды (температуры, сезона выращивания, состава питательного раствора) на перзмогры ПД. Подученные результаты свидетельствуют о вэаимосвлаа функционального состояния растений и генерации потенциалов действия.

Объем к апробация работы. Диссертация иэлодана на 143 страницах машинописи, состоит иэ 4 глав, введения и обцкх выводов. Экспе-рамзнтальные данные представлены в виде 5 таблиц и 25 рисунков. Список цитируемой литература вклочвет 223 наименования, в том числе 109 на кностраг.ных языках.

- з -

'", Результат исследований были дололены на конференциях молодых ученых ТСХА в 1S76,1©7S годах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

1 * Условия и цртодзвв исследований

ОПЫТЫ проводились с растениями тыквы {CucuzBiia, реро л сорт Грабовская куоховая ц подорожника (PCantaxjO majoz L ). -щд.. • ву выращивала D лаборатории искусственного климата под дпчинесценз-

- ныма лампами ДС при круглосуточной температуре воадухэ *20в на 18-(часовом совхозом дна. Интенсавность осаоЛсняя 7000 лк. Для ЕыраЛава-

ная рзехонва использовали 1/2 нормы патахольно;го раствора Кнспа ала Прдиаанакова. В качество обгоата исследования на изолированны: пуч-

- ках бил использован подороюшк. Для иссяодованг.1 отбирала неповревдон-ние листья одного раомора, вврадэннае в естественных условиях.

\ " Отведение бкоэзектрачосках похенцааяоз осуществляла кнтра- в окстракяоточно. Для внутриклеточных аоыеронад потенциалов била аспояь-

- оовайа установка, смонтированная на баао иакроманвпуляхорз УИ-1. Уем-брапныз потенциалы измеряла обычными макроэлектродамз, которые представляли собоз солевые мастака с дзомотрои кончика 1 их, заполненные раствором SM KC1 4-0,2 UgClg. Какроэдекхроды соединяла с Ая/Аа C1

\ поду ал ом он хама (стандартные хлорсеребрявые пояуэлемэнхи типа Э2Л-Ш). "С подуэлеменхов сагаад поступал на иамератсльний прибор рЯ-340 с ре-гистраровзяся с\ саиопалуцеи милливольтметре EPS- ST ала КСП-4. 'Лзк-роздектрод вводили при визуальном контроле'под ц-дрроскрпом !SK-1 с бинокулярной насадкой АУ-12, при увеличении х 240* ,

- При экстракяехочном отзедэнаа потенциалов контакт'с расгзгаль-

- вой тканье осуществляли чероа, хлопчатобумажный 1а таль. ', , "

В бодьаанехзе опытов генерацию потонцаадов доЯсхакя вызывала 'перерезанием стебля в зона корневой аеакв иди воздействием 0,1 Ы..,,

Дяя исследования влияния ионов К, Be, Ma ,Са, Лл напарамахры потенциалов действия была разработана оригинальная методикаперфуэии . сосудов. Пер;|>узируемый раствор по соотношению ионов К,За,Ма,Са, осмо-' тичоскому давлению и рН был аналогичен пасоке. 3 растворе варьировали концентрацию какого-либо одного иона при неизменной концентрации всех.» остальных.

Определение скорости радиального распространения Си'-*' проводили ; с помощью радиоактивного индикатора Са . Удельная активность Са*"*л 7 составляла 16 мкК/мл. Активность проб определяли в диоксановом стин-тилляторе на асидкостно- стинти'лляционном спектрометре Марк-П. • •'.•-•'"

2. Намерение мембранных потенциалов -клеток стебля тыквы

/.амерэнив мембранных потенциалов может дать бодыаую информацию ', о самых раанэобрааных процессах, происходящих в клетка. В частности,. . релениа вопроса о величинах мембранных потенциалов клеток высшего растения имеет принципиальное аначение для ранения проблемы транспорта ионов, аминокислот, углеводов и других метаболитов. (мы имеем в виду , сопряженный транспорт) в мембранных структурах клетки.

Согласно существующим в настоящее время представлениям, величина мембранного потенциала играет определенную роль и в процессах передачи возбуждения в высших растениях. По мнению некоторых ивюров потенциалы действия генерируют только клетки, имаюцае высокие значения мембранного потенциала (от 100 до 180 мВ), клетка ъе с низкими значениями мембранных потенциалов .'{около Z0 tin) воабу*дсуио но проводят. ( Sceae/icv ] 1£б2; Синюхнн, 1S64).

Учитывая сказанное выле, и в евнаи с тем, что основной вадачеЯ работы являлось изучение путей.проведения зоабуддзния (здесь и далее под термином передача возбуждения подразумевается передача посредством ДД), эксперименты были начаты с измерения маг.Лранных потенциалов различных тканей стебля тыквы.-

Для измерения" мембранных потенциалов у растений тыквы в пята си 08 корневой аейки-делали продольную высечку, проходящую черев серади- ; ну проводящего пучке (про такой способе препаровки было достаточно • легко ивдентнйицирсшать клетки различных' тканой); Препарированный участок помечали в пдексагдвсовую квмеру, наполненную раствором: 1 ыУ КС1 *• 1 П.'. СаС12 *• 1иМ БаС1 • Электрод вводили под углем 80° к поверхности срееа при увеличении х 240. -

Пра вычислении средних величия 1С! учитывались только те значения, которые подцердивались не менее 25 минут на стационарном уровне.

Результаты измерения мембранных потенциалов клеток различные тканей представлены в таблице 1.

Таблице 1

Значения мембранных потемцаалов клеток различных тканей стебля тыквы

пмп ,»оН« - '.Значения мембранно-: Прабяиоатмышо размеры

вид ткани , . го поаеццяада'сиэ) : меток (мк.)

Эпидермис . 161.* 2,5(16) 180x17

Осиозная парзпхима от 69 до 135 (43) . от 60x50 до 2с0х50

Паренхима ксилемы 162 + 2,© (10) 90 х 11 -

, Сзтосадние трубка 100 + 1,9 (16) 4С0 х 30

Паренхима фаоэыа • 160 „ 1,6 (10) ' 133x11

Примечание: и скобках указано число измерений.

Кок видно .!з -таблицы, мембранные потенциалы клеток стебля тькви имеют различную величину. Значения мембранных потенциалов мелких, оы-тянутых клеток эпидермиса, паренхимы, ксмыт и рясош составляли 161-189 мЗ. !1смбронны2 потенциал ситовидных труоЪа •.!эоЛш составлял 100 мЗ. Однако вслздетвиз бользоя тургесцонтяоехи этих кгогох судоог-вуот вероятность почроддения их при введении микроЛлектрода, и в езя-ви с отим гарантировать, что изаордамад величина мгибрвипого потен-

*

циояа представляет.собой истинную величину, ватруднихельно» ;, ;

Праызчвтельно, что значения иемАнных потенциалов' клеток основ-. ' ной паренхимы в отличие от маток других тканей варьируют от 68 до , 133 иЗ. Возможно, что вариабельность в. значениях мембранных потенциалов связана с полажунациональностью,этой.ткани. Клетки основной парен-хииы, кок;известно, выполняют сакыа разнообразные Анкцаи - ох веси-/ милиции до секреции.'По всзй видимости, уровень фотосинтеза и дыхания; клеток, выполняющих различную функциональную нагрузку, различен.'Фотосинтез и дыхание, в свооочорздь, оказывают влияние на;меаАраннвЯ.потенциал (электрогеннка транспорт) 1 По-вид'имоцу, рвауино предподсииитьА что цетаболическая компонента потенциала в клетках различных тканей будет различ"о. ••!♦. ='•,.>' • •,,;'.•"-';."'•"'.'••"• '; •' ;• >": ***".--А'

Такай образом,- как показали наши исследования, -клетки стебля Ч-тыквы неэкзипотенцавлыш. Однако вследствие того, что ца»ду клетками существует электрическая силаь (хотя коэффициент ЭдокграчеокоЙ. связи для тыква и на велик - 0,7)/СооЫи/см , 1970/,по всей ВИДИМОСТИ, , при регистрация неубранного потенциола конкретной клетка иа регистрируем аддитивную величину ыембропных потенциалов группы рядом расположенных клеток. ' , '

♦ ПростсПАая олектрическая схема тканой стебля представляет собой параллельное соединение некоторого числа'гальванических эдсиоктез, сопротивление которых соответствуем сопротивлению мо»ду внутриклеточный содержимый в наружной средой, а ЭДЗ соотзотствуех мембранному потенциалу каадоа клетка. Межклеточные контакти осуществляются через определенное сопротивление {отрицательные полоса гальванических эло-цепюв).

Теми образом, величина измеряемой разности потенциала зевает от соотношения внутреннего и внешнего сопротивления и от соотношения числа КЛОГОЙ с рагдичными мембранными потенциале)...).

РисЛе Влияние Сз на амплитуду Щ, а-со стороны

эпвдеомиеа/эпдарнкс нарушен; б-при пр опускании раствора по сосудам ксклепаи.

МИН»

Pvrc.2. Влкяниз рН паствора на ашлитуду ЦД.

а~при 0,7 мй концентрации конов С а в растворе, б-влкянке рН в растворе не содержащем ионов Са»

3.. Каучвние путей проведения возбуждения

Большинство исследователей, изучеодих процессы возбуждения придерживайся мнения, чхо анатомическим субстратом для проведения нвял-, юхся ткани проводящих пучков (Бос, 1С64; МЯаоЛа^ 1962; Скнкаска, 1Р64; Опрзтов, 1977). Однако к настоящей? времени накопилось иного фактов, но укладцвакцсхся в эту концепцко. Например, необъясним факт синхронизации деятельности отдельных пучков. Предположение о тс», чхо синхронизация осуществляется .с* помощью локальных токов, высказанное Сабаокоа (Беоао/1е1. г 1©68>, По всаЯ ВИДИМОСТИ, мсловсрояхао,' так как коэффициенты электрической связи в клетках выслпх растений невелики, а пучка отделены друг от друга бодьхкы количеством мелких пвренхлуных клеток. Вследствие нсбольаьх коэффициентов электрической" свя&и трудно объяснить и одинаковые параметры ЦД, отводимых иптра- в акстровлеточно* #

Возникает, кроне того,, вопрос, деким оЗраоом передается воабух-денна от опадермаса до дроводяАас пучков при нанесении раздражения на ападериас и почецу параметры ТТД, обводимых от пучков и от эсадер-ииса, идентичны? Необъясним также в то; факт, что удаление проводя-цвх пучков па расстоянии до одного сантиметра не приводит к ПОДЕЛО-НЕО исвоабудимостя ХМамулаавилп, 1973)..

Такси обраооц, лоцроо о путях проведения возбуждения, на наз вагяяд, далек от своего .окончательного розенвя.

; ЦдонткЛиьаЦив тканц, проводящую воабу*донао, трудно осуществить методически, так как клетки различных тканеа свяаавы иехду собоЛ пдавмодесыаыа, и лоОая флуктуация рооиооти потенциалов, воаиикзая в какой-либо клетке, ырамг быть оардгяс:фврап.ака ч о"соовдпах клот-ках. N I - ; - - .

В сваан с этим, доя решения вопроса о -зокализЕцаа ткана,, про- • водядеа возбуждение; мы использовали различные методические приемы. -' , -Пре*де всего,была предпринята попытка зарегистрировать ТТД в

интактных эпидермиса и паренхима, гак как эти ткани, "согласно общепринятому мнекио, невоабудамы.

Рзвуяывты нааих опытов покавали, что а в паренхиме, ив эпидермисе можно оарегистрировать в ответ на раздражение флуктуации • мембранного потенциала по параметрам, • аналогичные параметрам ДЦ, Далее ота Флуктуации ма рассматривали как потенциалы действия (табл.2).

Таблица 2

. . И&рамстры потенциалов действия, зарегистрированные в клетках пнронхиуы я эпидермиса в ответ на срезание в аоне корневой.аейки

Вид :Амшшту-:Времд на- : Время :Скорость на- : Скорость'.. ткани : да :расхания : спада :расханая : спада

Ппидермис 49*3,7 2,35*0,18 6,03+0,10 20,9+2^ 11,4 л 1.» Паренхима 53*2,в 1,67*0,88 3,24л,12 43,8*3,© 20,С 3,6 '

Ревность излду величииамя амплитуд ПД, варегисхрирсвенных о впидермисе а передние, недостоверна. Увеличение.временных параиея- ' ров ДЦ аарагистрированных я эпидермисе, происходило главный обрааои аа счет фааы восстановительной раполяриаациа.

иохио предположить, что ра'истрвруемые флуктуации продставляюх-собой эдекгротонвческов-изменение мембранного потенциала клеток .ахах тканей вследствие прохождения ПД по пучкам. Однако пра бдижаалем рассмотрении такое предположение кажется маловероятным. Всдедсхвие небольших величин коэффициентов электрической св'яаи (цапомаим, что для тыквы эта величина равна 0,7), потеря в величина амплитуды флуктуации должна была составлять около 30Б на клетку. Проводящие пучки отделаны ох эпидеринса десятками клеток, во па смотря на ото аопла-ту да ГЩ пареахнмныж клеток,, находящихся в непосредственной близости от проводящих; . пучков в эпидермиса, быка Идентична.

Таким обрывом, результаты оватов по АЦухрйкаоточному отведению

; потенциалов позволила сделать два предаодолеыия: в проведении • 'вЬэбузден1Ш участвуюх.нв только проводящие* пучки, а -ив существует ;; связи м о А величиной "мембранного потенциала и способность» к гене-

■ .рацииПД. '.''*;:;•; ;..'.';.' ',,'.. ""•.....,' '.'.'.'

_•; . Предположение о том, что ПД могут распространяться и по эпидер-i, мису, выскооиввлось и ранеа (Мацулазвкли, 1973). Однако прямых до-/• коааюльсгв об участии эпидермиса в передаче возбуждения проведано : ; so било. В связи с ахим били проведены эксперименты по выяснен;») воа-" нежности проведения"возбуждения изолированным эпидермисом.' В опытах v' использовали интракяехочиэо а вкстракдехочнов отведение. Тщательно " подбиралась среда в которуопогружали опздэрмза. Как покооаяи реэуль--:А1гаш''иалих'опмхоаА'80рвГЕО1?'ировагь-квА|АлиЗ|О флуптувцао меыбракно- \ • го потенциала по параметрам нааоминакадю ЦД не представляется воз- • : ::}"иажти..\/;СУ~:У.у'л-у.у:у .,:•: :"v;.v*:'v,;',"f..!.>. ; •

••>д а :• Примечательно,Ачто нам также но удалось аарегастргросзть ОД на иаолкроааналйс пучках. Опыты проводили с пучками подорожника (Р£лп.-' T\-irA99 'yty' АолирЪваш!ы"а пучка вздерживали D течение'часа а и более в каморес искусственной прудовой водой или во влажной камере. ;

Раадрахоииа проводила ртаячными способами -периреэанаем,воздеЯсг-; вием 0,1 М JfaCt»-. нагретой до 50°водоа.Известно, что* аналогячныз

одспер;шоат на' взодированаом проводящем пучке папортвика удалось оа-А\регистрировать только 5bicy.(5oo, 1964). Впоследствии предпринимались •ЭД попытка повторить опыты Боса»; но никому это не удалось (Карманов в Civ др.,1972; Панйчкин-персон.сообченив).-А • \. V

•: ; , Безусловно, полученные данные но дают,однозначного ответа о не-,:способностиизолированных проводящих пучков и осидермиса.проводить •; возбуждение, так кал варогистрированная невоабудимоать можот быть ; следствием неудачного срепарированияА Однако,; вследствие того, что '-• условия проведения опыта'широш вврьиро8влисАА''Ачдтывая'рв8уяьта-;. Чгты'окаиАимеА

•••': ' - ' ' - ' I O , - .;••• /.'_... ......•...'•■.

будзмость изолированных проводящих пучков,' квхахся более верояхныы, что изолированные проводящие цучяи я эпвдврмяс не способны самоохоЯ'-.хельно проводить возбуждение.

Примечательно, что не проводах возбуждение, наряду с вволпро- ', /' ванными пучкаии, стебель с удаленнаыя прозодяс;аца цучкаия. Аналогичные данные били полутоны и ранее Шацудозввяи и др;,Л972). •;'•„

Такиц образон, подученные результаты прзводяшг сдеяаяь предпо-: -ложеенив о том, что разъеданетше iJparuoHxu с*0бяя не а состоянаа самостоятельно проводить возбуждение а что для проведёная необходимо < интактность. Необходимость свяай иезду различными клетками была про» дсмонстрзрована ранее на ыамоае я «ыква (HouufLnfL ,1938; Карманов а -ф., 1972). Раеъедкнеаные частя стебля гонервровала лазь некоторые нерегулярные флуктуация мембранного потонцаада. • ' ',. ;•/.••«£ .Анаяаи полученных результатов в цитируемых работ делает предпо-. ложение о необходимости интектяосхи.отебяя для прозеденая воабухде-ния вполне реальный. Т-\у.'-

Дяя подтверждения о той гипотезы был проведоа следущаЗ эксперя-иент. Было обнаружено, что Се"**, воздействуя на Мембрану возбудимых клеток, подавляет амплитуду ЦД. Пропускала по сосудои ксадеш под давлением 0,1 бар раствор, по соотношение йонсз, осмохаческону дав-. ; дении а рН првблихйщийся к составу: пасока» Зато! увеличивала в растворе концентрацию Cat* в наблвдапи червя какое время поете начала пропускания раотвора нвменится амплитуда ЦД. Скорость распространения са*"|* в радиальной направлении определяли с поморье радноавгав-ных аддакаьсроз. зная,, что.радиальная скорость "CaA* равна 2 сц/суя-ки я учитывая время ва которое ороавооля иомэненая а амплитуде ЦД, определяли местонахождение тканей» прсяодядвх возбуждённа.

Как покаааяа ревуяьтахы нвяях вкейсримштсв, время, наоохода-;; мое для реалявацая маясамадышх ваюншаа в амплитуде, сосхавднет '

'около 60 минух. Амплитуда ЦД во эхо время-уыеньлоотся с 46 до 8 мЗ •:.".-,(рисиа).'- • ','

♦Аналогично, при погружении охроака схабля в раствор, содарао-

, щЩ Са'..... ( Са**.в эхом случав поронзлаахся ох опидерыяса к прсеодя-

циц пучкам) марсяиааьнио изменения в амплитуде набяодэотся так аса в течение 60 манух (рис. 1С). Амплиауда ПД ов охо время'возрастает с 11 до 66 мЗ. Так как радаальная скоросгь Са+* "составляет окояо 2 см/сухки, то 60 минут - эхо ишпио хо время, которое необходимо,

. чхоби СаЛ, распросхраняясь от пучков, досхаг зпидермаса. </"•", Таким обравои, как показали цела эксперимента, для максамсшыюЯ > реализации изменений в вмшшхуда ПД необходимо, чхоЗы изменения в иоином сосхаре произойди в свободном пространстве всех клеток стебт

V. л а . ; -,'';'••' ; ***

Итак, подучешше дашше свидетельствует в польву предположений об участии всех тканей стзбяя в передаче возбуждения. Однако, в силу сяохноегги вопроса далагь какие-либо конкратннэ вывода на основа пра- 1 / деланныгвксаврвмеяхов ми считаем праядезремонным. Тем но менеэ, со- ; вокупиосхь пацучензвх нами рзэудьхатов и анализ-денных, вмеодихся в литературе, позволяет считать воамокносс. участия всех тканей стебля в передача вовбу'адввия вполне реальной, хотя имооЛвося к сегод-1клвязайу дао оксперимоатадыше даиаыв не позволяют высказаться сксль-дибо определенно относительно механизма такого проведения.

V Тем на мзисм, для того, чтобы показать прииципиаяьыуо воаио*.-восхь учаехдя всех тдацей в проведении вовбуьдения, полно привести. . по крайней мара, два механизма перэдычк, посредством которых мозех бнть реализована хавая вовиожность. .

В првродв сучесгвухп; факхы, когда совокупность различных хка-аоЗ обяадаих хами 80 свойствам'.!, что а мембрана конкретной кяохкк (ми шпви'в виду, кожу, эпителия мочевого пузыря, эндотелия роговицы глава и многие другие ткани). Эха ткани обнаруживают обичвуо для

биологнческих меиброл вависимость трвнсткеневого потенциала ос кон- . центрчциа электролитов", омываоших ёо внутреннюю я вц&зкш поверхность (.ZLetttAvt. , 1977), осуществляет; трансткаиевой' транспорт $&* -(oUnc/emasin. ,ЧЭге1&сЯе.% 1977). НатряП-иэбпротелышо каналы предстивляат собоа пори, имешдо высокую скорость отрицания bALnctc~ таппсго£( 1977). На основе биохимических и 3«оико-химачоских исследования било высказано предположение о структурном сходство меж-' ду нервными каналами в ьообудикых мембранах и эпителии Sir)ti£(btiies , 1976), И бодоэ того, покавана способность эпптели- л альноЛ .ткани, состояца;ц ка& адА У»о. отыечал'и, на многих компонент, .к генерации потенциалов действия (СсипреСС ,1976).

Таким образом, но исключена возможность, что в растительных тзашос, так же как и в коде, суцеотвуют специфические каналы ионной проводимости, которые в какой-то мэра являются аналогами каналов, _ Функционирующих на отдельно.! мембране. ' '-. , , '

Для объяснения исханизна участия всех ткапсЯ в передача возбуждения могно привлечь, 'кроме того, интересные данные о "иегеболачос- • ' ких" потенциалах действия. 3 поел од п «о время в ряде работ, выполнен-' 1 ных на ацотабудярпи и иеЗроспоре, появились сведения о сулествоваааа .гмета5оличоских" потенциалов действия (СгасСтсиг \ Я&ирпап, , '\97Ь;Ыос^та.а , 1976). По мнению авторов, осцилляция,ыембранно- • >о потеициала является следстэиои осцилляции ионного тока через мои-браку, генерируемого одоктрогеиаой помпоа. Во многих отнозениях нвб-д<одасше иаиенеяся мембранного потенциале подобны осцияляцияи потоков Н*" в иихоховдраях, которые происходят при сдвиге иетабодиаыа. .-'

В связи с тем, что исследование механизмов генерации потенциалов действия в выезих растениях па клеточном и молекулярной уровне- _ но проводилось, иельгя исключать возможности, что наблюдаемые ей-, пульсы.представляет собой именно метаболические потенциалы.действия.,

В таком стучав веоЗходимоохь Акционирования специализированных воа-. будимых схрукхур в передача вообу&дения отсутсхвуех.

В ваклочение нам е-"е ров хотелось бы подчеркнуть, что полученные нами результаты, экспериментов на дает прямого охв&ха охносахель-но каналов, по который распространяйся потенциалы действия. Виеста с хем, подученные резульхаты етивях на повестку дня соверяенио новые вопросы о передаче сигнала в вышей растении» Й чаотносхи, воаниааов ' вопрос об электрических свойствах ц;аиёа "схобля, о воаможносха пря- ; мого вклада метаболических процессов в генерациилЦД ( в данном еду-. чае вопрос схавихся о. хочка сопряжения . м&аду пассивными свойсхаамц клетка и вдектрогенной помпой) и ряд других, более чвохннх вопросов.

Л.' Изучение влияния одно- и поливалентных ионов на импяихуду ГЩ

Цреаде,чем осхановяхь.выбор на Са*"% как на наиболее физиологи- ,' чосхсм и эйекхавно вовдеЛствуацец на амплитуду ЦД ионе, помимо Са*,,к j было исследовано влияние ив процессы возбуждения ионов К, К а, На, 1л,'

Безусловно, рассматривавши вопрос имеет и самосхояхалыша интерес. Влияние охах ионов на. преда ecu возбуждения животных объектов изучен достаточно хоровд, а на растительных объектах практически иа / изучался, хотя в имеет важное вначеииа для понимания процессов, происходящих на мембране во время возбуждения.

РевульхОхи окспорименхов показали; чхо одновалоихныо иоии К и За ие вдияох па парамехри потенциалов действия.

Пв одновалентных ионов на омшшхуду ЦД большое влияние окавы-вадц ионы водорода. На растительных объектах вопрос о роли 11 *" в одектричоскс*» поведении плавмахических мембран привлекает особое внимание исследователей в свяеа о выяснением роям елечтрачеокого ио-хепциала а градиенха' водороде на сопрнгаыаих ыемЗранах» Имеехся в

виду хеииоосцотическая теория фоо$оридировения. Однако о роди Н* в генераций ILL то есть о рели электрогенных noun в генерация ТТД в воэ-_ будакых клетках растительного происхождения практически ничего не -иовветно. Имеется одиночное сооЗцения об изменении рН в клохко при генерации ТТД хвровш/а водорослями (Денеа а др., 1975). Однако этот вопрос даЛа для клоток водорослей практически не исследован. ,

, В нааих опытах обнаружена колоколобравиая вависииость еиздитуды ТТД от концонтрацаа Н*" пропускаемого по сосудом раствора (рас. 2).> Характер зависимости но ««аняяся при намерении концентрации Са** а раствора, однако рыпяитуда ТТД аааиселв ох концентрации Са** при одинаковой рН. Максимальная амплитуда нвбявдвлась при пор$уава раох-

вора , не содерладаго Са (рис. 26). ___ " , , • j>

Говорить о роля градиента рН в генерации ЦД -ввиду отсутствия достоверных данных с виачениях внухрикдехочиого рН в тканях высших растеии.1, по-видимому, ног основания. Скорее всего, влияние рН на" сыплитуду Т Д косвенное и отображает вавасимость структуры И функции мембран от рЯ. '...•''

' 3 отличив ох одновалентных ионов калия,а натрия, поливалентные со (И оказывает сильное влияние на амплитуду ЦД. Как показали ваяв-'-% исследования, амплитуда ТТД находится в сильной в&виезиоста от концвнг-роциа Са** з пер4узнруеыои растворе (рис. За). Максимальная в шита ту-" да наблюдалась в растворе но содержащей Са** (43 ыЗ), юиимальнвя -при 5 iU Са**'(8 ыЗ). Влияние Са** па ацаяитуду ТТД ыо*ат осущвсх- ш ' влиться по двум ыоханиаиаи. Во-порвых, в ряде работ было высказано , , предположение, что Са является деподяриаувцны вовоы при генерация -импульса (Горчаков, 1971; Тогс^лтсь ,' 1972}. Во-вторых,' Са** мо- * * вот'влиять на параметры ЦД косвенный обравои," изызняя структуру кси-\.-поиент цембран. Характер аавасаиостя ашйктуды ЦД от концентраций , .. Са*"* в раехчоро свидетельствует," на неа загляд, в пользу второго '

s

иеханигиа. . -- л

'ч

нЗ

Рис43а Влкянш ионов Ca и Щ на азшлитуду ПД.

а-влиянив ионов Са,б-влияние ионов МЛ.

«8

50

30

ю-

,001 0,01 1 Л

Рис «4, Влияние ионов лантана на амплитуду 11111-

/—/-/*- '/о

'." • Но животных тканях показано, что Са***" является активатором ионных каналов во время воабулдения (Ходоров, 1575). Роль Са**" заключа-втся.во взаимодействии его Р.фиксированными поверхностными варядами, вносящими определенныйвклад в мембранный потенциал. Экранирование кальцием поверхностных отрицательных зарядов приводит к изменение пронивдемостей для/определенных1 ионсп (ЗьсшЛеЛозе-ь %Ноо(-

gAin., ice?). //. •-:/•/.

' Помимо рассмотренного, возможся еще один механизм влияния Са*"" не ПД. Известно, что Са*"!" моает действовать на .электрические характеристики клеток через систему циклических нуклеотидов. На клетках А/еигоЗрогабьто показано, что мембранный потенциал оказывает влияние на активность аденилатцаклазы на плаэмалема (eAla.r.tcn. , Pa.CC , 1977). Авторы полагают, что стимуляциявденилатциклазноа активности при деполяризации клетки обусловлена изменением локальной концентрации ионов в примембравнои слое;/-//«.' ,-/ . / • ;

Ивгний, при варьировании его в растворе от 1 до 5 Ш, оказывает ] хзльцаевоиодобный аффект (рис&б). При концентрациях ценила 1 iii маг- \ ниЯ практически не влияет на амплитуду ПД. Возможно,, что ток*.е как.и кальция, магнии способен к взаимодействие с поверхностными ил ем он тема структуры момбран. Различия в эффективности воздействия кальция а магния ив амплитуду ПД могут быть обусловлены различной способностью отих ионов связываться структурами мембран.

Значительным подтверждением рассматриваемой нами гипотезы являются данпко, полученные в опытах по влияние., ионсв #£ я на амплитуду ПД. Кок показали нааа спьты , </-в*** наиболее оЗДектавно.подавляет амплитуду ПД.(рис.4). При концентрации Л-а?**, равной 0,5 ULJ, амплитуда ПД снижается до б мЗ. Механизм такого влияния\ Ы.а*** во амплитуду ПД молот аеключиться ао взвакодеДсхвии ого с '$оо{'одипндами. известно. что сродство ионов ciu к '£осфолнпвд9м,в сотни раз превшем сродство к двухралентным катионам {R-<>/a.2> с£о<£ , \$Я6). На глет-

кох нигедяы и вихеллопсиса было хакке обнаружено блокирование ионами ' вСа кальциевых каналов (Восхриков, 1076). (- >'.

Таким оорввси, по эффективности воздействия на амплитуду ЦД наученные ионы рьсподагаотся в ряд ёа*** >• лСа** ** Мо"*", известный

ранее для животных объектов. ' а . '

» *

5. Влияние факторов внсдней. среды на ВД_ -

а) влияние температуры ' .

Температура является одниа гз воЛнейзих факторов, вдиящих на . физиологические а биохимические процессы, протсвакциа о растениях. Однако оксперкментолЬные данные о влиянии температуры на эдектричес-; кое поведение (на потенциал действия) высших растений практически ( отсутствует (исключение составляю! лвяь единичные работы). . •

В ноаих опытах варьирование "теипературы от 5 до £5° не приводило х изменение анализу ды. Продолжительность импульсов же при этой.' • увеличивалось. Существенно,' что понижение температуры-до 5° С0ир0808-'далось подавлением генерации потенциалов действия па 50Д. При увели- , \ ченаи температуры до 80° иеблодалось уменшение амплитуды.с 28 до • И ИБ. ;, - - / '' . •••\Ч- •" \

Очевидно, указать не единствевиуо причину, вызыэвпцуо изменение некоторых параметров ЦД при изменении температуры не представляется возио*ным. По все?, видимости, изыепенио температуры о опытах с вис- •' май растениями приводит к тси «о процессам, которые набяодвются при , изменении температуры на хоревых водорослях. Известно, '"'что на.уров-не клетки сшшенне температура вызывает молекулярные перестройки биологических цакбрвн (фазовые переходы айПпдов из хндко-крйстаяли-, „ чоского состояния в состояние геля, образование кластеров аипндоа, их лаюрольноо рьзделонио, а так ко конфериациоанве изменения ывШч > репных белков и т.д.). '- •••'.•'."• • * •

. С) Зависимость параметров ПД ох воарасха растений и сеаоаа

v Параметры потенциалов действия теснейшим образом связаны с функциональным состоянием растений. 8 связи с этим зависимость пари-метров ПД ох воврвста растений и сезона не является неожиданной. Как показали наши исследования, амплитуда и продолжительность ПД ва-висях от возраста растевий (табл.З).

Таблица 3

Зависимость параметров ПД от возраста '. • '.'' ♦ . • , .растений

Возраст растений ?даи)

Амплитуда ПД : Продолжительность ПД

•V

ЛУ '

• '•'.':•'•".'88

,«.„*• з, г.

46 + 2,5 43*3,2 39 ж 2,9

3,6 > 0,6 4,2 1 0,4 4,2 ± 0,7 5,4 ]г 0,3

- № -

(

г о

Максимальная электрическая активность наблюдается у 15-20-дневных растений.

Уменьшение электрической активности при старонии иокет бить связано с уменьшением.РИХ-схрукхур, пршшмащгас участке в ответной реакции клехоз на раздраконив (Гоголева, 1966).

Параметры потенциалов действия зависят от сезона. Увеличение электрической активности, выражающееся в увеличении амплитуды и уменьаенин'продол*ихедыюсхи вмлульсо, наблюдается в пае, по сравнению с декабрем. Обиаруленние различия, по-видимому, можно шнер-прехаровахь как следствие различного уровня мохаболиама в зимний в весенний сезона. '

. ., в) Влияние содержания к* и Са** в питательном растворе иа ОД

•Калбций Л один га наиболее ваьньсс ионов, окавываицих влияние . , на процессы, протекающие на мембране как в соотолнии покоя, так и при вообуьдени.1(Юрвн( 1074). Не менее важен для электрических процессов растительная клетки калий. Калий является основным потенций-, • лопредеяякщика ионом растительных клеток. При* дефиците калия в пи-, ютодьном растворе ростения не способны поддергивать свойственный ,' им потенциал покоя (Синюхкн, Выскребенцева, 1С67). Калии обеспечи- ,, вает 'ьаоу восстановительной рополяривациз на мембране во время генерации ДЦ l7hziyasr?<z., 1972), ' ' " , " .

' В связи с том, что роль калия и кальция в электрических процессах на мембрсно велика, била постамена оедача определить влия- .-ние калиевой и кальциевой недостаточности на генерацию растениями

Растения выращивали на питательных растворах Кнопа ( в случае изучения влияния Са**1") ила Прянишникова (при исследовании"влияния /' • К*). Раствор Прянкзниково был выбран в свяои с тем, что К* в состав' этого рествора входит в виде одного компонента н исключение его из питательного раствора ее приводит к больному дисбалансу по'другим. •. ионом. РёципрокноЯ оамоны исключенных ио питательного раствора во- „ ~ нов другими'ионами но проводили. "*<"'' * . - - > -

Результаты исследования, полученные на растениях. ,- выраженных г '

без кальция, показали, что у*е 'у 5-дневиых растений наблюдается ч

-- " .'.<-, ^ достоверная розница в величинах амплитуд по сравнению с контролем

(гаол.4/., • „- 1 -о > Л , ,>- - .•»..ч'ч ',<• *

С увеличением возраста растений ровница ,'в амплитудах уменьшав •* ется, и у 15-дпсвных растения становится недостоверной. 1£одояхи- ' тсльность потенциалов действия, вырешенных с-кальцием а бее него, . идентичнал Одного" 15-диевные растения генерируют ОД только-а 20р. • г ; В противоположность данным,'полученным"на1 растениях, выращен- „

них без кальция, наиболее характерной чертой потенциалов действия,вь-раценных без калия, является реэкое увеличение продолжительности км-пулься (рис.5). Если у десятидневных растений, выращенных на полной

... Таблица 4

Зависимость амплитуда ПД от содержания Са*"+ в растениях

. Дни :;: »Са"' ~ . 1""'_-Сатг

' • 5 ; 10 : 15 ; ♦ ♦ 5 ;- 10 : 15 Ампди- "•

туда 41,3*7,5 55,5.+10,0 39,0,+5,в 58,0*5,3 48,1+11,4 42,0.+11 Содер- ,

с|?2в 1,59+р, 1 2,00+0,2 2,29+0,1 0,96*0,2 0,53_+0,15 0,4640,1

питательной смеси, продолжительность составляет 4,6 сек., то у растений, вырашрнных без калия - 12,8 сек. Разность потенциалов после прохождения импульса нигогда не возращается на прежний стационарной уровень. Амплитуда ПД растений, вира-ценных без калия, была, как правило, меньше по сравнению с контролем.(табл. 5).

Таблица 5

Влияние содержания К+ в питательном растворе на ПД

и I < + . У

дни :------ЙТ-ГП----—<

Амплиту- •.•'•.'--.'.•..'•:•-•

да 30,1+9,0 29,7+7,6 25,4+8,2 12,5+4,8 23,4*0,1 16,5+11

Содержа- ~ . ~ • . . * , . ~ - ~

Ние БТ 1,19+0,4 1,66+0,3 1,28+0,4 1,3640,8 0,36+0,4 0,32]р,3

Дать детальный анализ изменениям в параметрах 11Д набдедвомых у растений, выраженных бев калия.и без кальция, по-видкыому, не представляется ВОЕМОЖЕЬМ - доя этого необходимых специальные исследования. Не исключено, что махышзм влияния на параметры ПД оаклочается в специфических изменениях структуры мембран под влиянием дефицита этих ионов в питательном раствори.

- ао -

Выводы. А - ..

1. Установлена вависимость параметров потенциалов действия от' условий внешней среда. Показано, что при варьировании температура .,-амплитуда ДД не меняется. Продолжительность импульсов при понижения 5,' температуры увеличивается. Обнаружено увеличение биоэлектрической вк-" тивносхи (выражающееся в увеличении амплитуды в уменьшении продолжительности импульса) майских растений по сравнению с декабрьскими. -Установлена зависимость параметров ПД ох содержания К1* а Сс*"*"- а питательней растворе. ' '* - ;

2. С помощью разработанной методики пер$увии сосудов неучено '," влияние ионов К, Ка,Н,Са,Мл,<Аа на параметры ПД. Показано, что одно- " валентные ионы К и На ве вызываю'".изменения в амплитуде ПД. Зависимость амплитуды ЦД ох рН представляет собой кривую, имжщю купояооб-равную форму с экстремальной точкой при рЯ - 5,8. '-• • '-

" ' Поливалентные ионы Са,1Ь, Лв, оказывают подавляющее влияние " • на амплитуду ПД. бученные ионы по эффекхзвноста воздействия располагаются в ряд с1в > Са >М<з , известный ранее для животных тканей.

3. Измерены мембранные потенциалы клеток различных тканей стебля тыквы. Показано, что ткани стебля пеэквкпотенциалыш. ' ....

- 4. Получены данные, содтверБдаюцие гвпотеоу об участии всех - тканей стебля в генерации потенциалов действия выегЕмя растениями.

По материалом диссертации были опубликованы следующие" работы.

1. МемЗранкыо потенциалы клеток равличных тканей стебля тыквы. ;" ГдеесхТСХА вьп.2,1©77. с.209-213. '. '\ к\ ' ^ ",'

" 2. Биоэлектрическая активность паренхимных и эпидермаяьных - л . тквней. Иавостая ТСХА, вып.4, 1977. с.10-13.\ '' '

3._ Влияние сонного состава среды на параметры потенциалов -' ; действияА известил ТСХЛ, вып.2,. 197В. с. 16-20.' ' ; " "'

Рис« 5« Форна ДД растений,выращенных на различных питательных средахАа-скалкзм/ б-без калия»'

Л 100751 17/Х—78 Б. Объем 1'Д п. л. Заказ 1719. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44