Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние нейротрансмиттера адреналина на водонагнетающую деятельность корня
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений
Автореферат диссертации по теме "Влияние нейротрансмиттера адреналина на водонагнетающую деятельность корня"
На правах рукописи
и и-*
ЖУКОВСКАЯ Наталья Валерьевна
ВЛИЯНИЕ НЕИРОТРАНСМИТТЕРА АДРЕНАЛИНА НА ВОДОНАГНЕТАЮЩУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КОРНЯ
03.00.12 - физиология и биохимия растений
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук
О О Л Г О Т"0 Н III ¿1и У
Москва - 2009
003466218
Работа выполнена в лаборатории регуляции водного обмена и засухоустойчивост и группе регуляции водного обмена Учреждения Российской академии нау Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, г. Москва
Научные руководители:
доктор биологических наук, профессор рКолкевич Владимир Николаевич) кандидат биологических наук Дустмаматов Азиз Гуломович
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор Балнокин Юрий Владимирович
доктор биологических наук Рощина Виктория Владимировна
Ведущая организация: Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева (РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева)
Защита диссертации состоится 21 апреля 2009 года в 11 часов на заседании совета п защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.210.01 при Учреждении Российской академии наук Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН по адресу: 127276, Москва, ул. Ботаническая, 35.
Факс: (495) 977 8018, электронная почта: ¡fr@ippras.ru; m-azarkovich@ippras.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН
Автореферат разослан « 1! » марта 2009 г.
Учёный секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций кандидат биологических наук
М.И. Азаркович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования.
У растений передвижение воды осуществляется благодаря функционирова-) верхнего (транспирация) и нижнего (корневое давление) концевых двигате-водного тока. В отсутствие транспирации корневое давление является единст-ной движущей силой, под действием которой вода перемещается из почвенно-раствора в сосуды ксилемы корня. Корневое давление имеет сложную природу кладывается из двух составляющих, условно называемых осмотической и не-отической (гидростатической). Механизм формирования корневого давления гш его эндогенной регуляции всё ещё не ясны. Наряду с классическими пред-влениями о ведущей роли градиента осмотического давления, как движущей ы воды в корне (Слейчер, 1970; Kramer, 1983; Kramer, Boyer, 1995; Steudle, 2) в отношении природы корневого давления существует ряд нетрадиционных ек зрения. Среди них наиболее обоснованной является гипотеза о транспорте а в радиальном направлении корня против градиента осмотического потен-ала за счёт сокращения элементов цитоскелета в паренхимных клетках коры олкевич и др., 1989; Жолкевич, 2001). Предполагается, что в эндогенной регу-ии создаваемого таким образом корневого давления могут принимать участие тогормоны и нейротрансмиттеры (химические передатчики (медиаторы) нерв-го возбуждения у животных) (Skoog, 1938; Wallace, Meyer, 1941; Tal, Imber, 70, 1971; Glinka, 1973; Collins, Kerrigan, 1974; Ionenko, Zyalalov, 1999; Жолке-,2001; Жолкевич и др., 2003). Интерес к нейротрансмиттерам возник в связи с наружением в растениях ацетилхолина (Emmelin, Feldberg, 1947), дофамина, радреналина (Waakes et al., 1958), адреналина (Askar et al., 1972) и серотонина ollier et al., 1956). Было обнаружено, что нейротрансмиттеры у растений обла-т высокой биологической активностью (Рощина, 1991; Roshchina, 2001; rch, 2005; Brenner et al. 2006). Они могут выполнять роль хемосигнализаторов, гуляторов роста и развития. На клеточном уровне они выполняют функцию ре-торов проницаемости мембран. В ряде работ было показано действие ней-трансмиттеров на водонагнетающую деятельность корня (Жолкевич и др., 1995,
1997, 2001, 2003). Нейротрансмиттеры норадреналин, адреналин и серотон стимулировали экссудацию у отделённых корней Zea mays L. Таким образо изучение механизма регулирующего действия нейротрансмиттеров на корнев давление и на водообмен растения в целом представляет большой интерес.
Цель и задачи работы. Цель работы заключалась в исследовании влиян нейротрансмиггера адреналина на водонагнетающую деятельность корня и вы лении возможных путей трансдукции сигнала от адреналина.
В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:
1) изучить влияние адреналина на интенсивность экссудации, определи корневое давление, температурную чувствительность экссудации, осмот ческое давление экссудата, а также рН экссудата;
2) исследовать влияние блокаторов адренорецепторов на интенсивность экссудации;
3) изучить роль G-белков в водонагнетающей деятельности корня и при п редаче сигнала от адреналина;
4) выявить участие протеинкиназ и протеинфосфатаз в создании корнево давления и при передаче сигнала от адреналина;
5) изучить совместное действие фитогормонов (индолилуксусной или аб цизовой кислот) и адреналина на интенсивность экссудации.
Научная новизна работы.
Показан стимулирующий эффект нейротрансмиггера адреналина на эксс дацию. Определён ряд параметров экссудации на двух модельных системах «целых» корнях и «рукавичках». Впервые показано, что в трансдукции сигна. при стимулирующем действии адреналина могут быть задействованы гетеротр мерные G-белки и кальций-зависимые серин-треониновые протеинкиназы. Впе вые испытано действие ряда блокаторов адренорецепторов на водонагнетаюи ■ деятельность корня.
Практическая значимость исследований.
Полученные данные имеют определённое значение в понимании механиз-
ов транспорта воды в корне, создании корневого давления, сигнальной системы егуляции деятельности корня. Вместе с тем, фундаментальные исследования ме-низмов реакций растений с участием нейротрансмиттеров могут найти применив в прикладных целях. Во-первых, данные о содержании и метаболизме ней-трансмитгеров в растениях имеют практическое значение для медицины и фар-акологии как основа получения новых лекарственных препаратов растительного оисхождения. Во-вторых, чувствительность растений к нейротрансмитгерам еобходимо учитывать при разработке и использовании средств защиты растений, -третьих, накопление в растениях некоторых нейротрансмиттеров приводит к кислительно-восстановительным реакциях с образованием ядовитых продуктов, акие растения можно использовать как тесты на антинейромедиаторные яды. атериалы диссертации могут быть также использованы при чтении лекций по изиологии растений для студентов биологических факультетов.
Апробация работы.
Материалы диссертации были представлены на II международном симпо-уме «Сигнальные системы клеток растений: роль в адаптации и иммунитете» азань, 27-30 июня 2006 г.); на годичном собрании общества физиологов расте-ий России - конференции «Физиология растений - фундаментальная основа со-ременной фитобиотехнологии» (Ростов-на-Дону, 2-6 октября 2006 г.); на годич-ом собрании общества физиологов растений России - конференции «Современ-ая физиология растений: от молекулы до экосистемы» (Сыктывкар, 18-24 июня 007 г.); на годичном собрании общества физиологов растений России - конфе-енции «Физико-химические основы структурно-функциональной организации астений» (Екатеринбург, 6-11 октября, 2008 г.).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 2 статьи в ецензируемом журнале.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объекта и етодов исследования, результатов и обсуждения, заключения, выводов, списка
литературы и приложений. Работа изложена на 120 страницах машинописно текста, включая 7 таблиц, 43 рисунка. Список литературы включает 212 источи ков, из которых 132 на иностранном языке.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объект исследования. Объектом исследования были корни 5-7-дневнь этиолированных проростков кукурузы (Zea mays L.) гибрида СТК-175. Семе] проращивали в кювете при температуре 22±3°С. Для опыта отбирали проростки прямым главным зародышевым корнем длиной 10 - 15 см. Лезвием бритвы в ка! ле воды отсекали апикальную часть корня длиной 5 см, с которой в дальнейше проводили эксперимент. В опытах использовали «целые» корни и полученные них «рукавички». «Рукавички» - корни проростков, лишенные центрального ц линдра, при удалении которого разрыв происходит по клеткам эндодермы (Gin burg, Ginzburg, 1971). Для приготовления «рукавичек» корень изгибали, что пр водило к разрыву коры, после этого осторожно вытягивали центральный цилинд Таким образом, использовавшиеся в экспериментах «рукавички» состояли из р зодермы, клеток коры, остатков клеток разорванной эндодермы. Внутри «рук вички» вместо удалённого центрального цилиндра находилась полость, диаме ром приблизительно 0,2 мм.
Интенсивность экссудации (Jv) «целых» корней и «рукавичек» определял по методике Андерсена и Хауса (Anderesen, House, 1967). Установка для опыто включала в себя сосуд с испытуемым раствором и приемники для сбора экссудат - отрезки пипеток длиной 10 см, с ценой деления 1 мкл. Отделённые корни пр ростков кукурузы вставляли в пипетки таким образом, чтобы корни входили в н на 2 мм. Предварительно в пипетки набирали небольшое количество воды для о легчения наблюдений за перемещением менисков. Места соединения корней пипетками заклеивали расплавленной смесью канифоли и парафина, чтобы пре дотвратать вытекание экссудата из пипеток. Присоединённые к пипеткам корн предварительно выдерживали в течение 10 мин во влажной марле, чтобы предот вратить их высыхание и снизить раневой эффект. После этого корни с пипетка
оставляли в сосуде с испытуемым раствором в вертикальном положении. Сосуд омещали в термостат 410 при температуре 30°С (при определении температурою коэффициента также ещё и при 20°С) и определяли интенсивность экссуда-ии. Интенсивность экссудации (1у) рассчитывали как объём жидкости, проте-ющей за единицу времени через единицу площади поверхности «целого» корня и «рукавички» по формуле (1):
^-УэвДв-йгде (1)
экс- объём выделившегося экссудата, мкл; - площадь поверхности корня, см2; время наблюдений, ч
лощадь поверхности корня (Б) рассчитывали по формуле (2):
Б = 2л-Я-1, где (2)
= 3,14; Я-радиус корня, см;
длина поверхности «целого» корня или «рукавички», см
Температурный коэффициент ((^о, 20° - 30°С) интенсивности экссудации ассчитывали как отношение ^ при 30° к 1у при 20°С.
Осмотическое давление экссудата (ОД) определяли микрокриоскопиче-лы методом, используя осмометр «Оэтота! 030» (фирма «Оопо1ес», Германия), кссудат для определения осмотического давления (ОД) собирали при 30°С течение 30 мин. Одновременно использовали 30 - 50 корней, экссудат которых бъединяли в одну - две пробы по 50 мкл.
Корневое давление (КД) определяли компенсационным методом. Из не-колышх растворов полиэтиленгликоля (ПЭГ-6000), осмотическое давление кото-ых было заранее измерено, выбирали такой раствор, в котором у отрезанных орней в течение пяти-десяти минут не наблюдалось экссудации. Осмотическое авление такого раствора принимали равным корневому давлению (КД).
Гидростатическую составляющую корневого давления (ГД) рассчитывали ак разницу между корневым давлением и осмотическим давлением экссудата (3):
ГД = КД - ОД, где (3)
ГД - гидростатическая составляющая корневого давления;
КД - корневое давление;
ОД - осмотическое давление экссудата
Гидравлическую проводимость (Lp) корней определяли с помощью кам
ры давления Шоландера (Scholander et al., 1964,1965). Принцип метода заключ:
ся в измерении скорости экссудации при наложении внешнего давления на ра
твор, в котором находились корни. Прилагаемое давление составляло 0,02 МП
Гидравлическую проводимость (Lp) рассчитывали по формуле (4):
Lp = V3KC / (S-t-P), где (4)
V3KC- объём выделившегося экссудата, мкл; S - площадь поверхности корня, см2; t - время наблюдений, ч; Р - давление в камере, МПа
Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета пр ложений для статистической обработки данных - Microsoft Excel. На рисунках и таблицах приведены средние арифметические и их стандартные отклонения. Р личия между вариантами опытов оценивали по критерию Стьюдента для вероя ности 0.95. Каждый опыт проводился в 5-10 биологических повторностях, пр этом в каждом варианте опыта было по 6-8 образцов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Влияние адреналина на параметры водного обмена «целых» корней и «рукавичек»
Более 20 лет назад было обнаружено стимулирующее действие ацетилхол на и других химических передатчиков нервного возбуждения (нейротрансмитте ров адреналина, норадреналина, серотонина) на экссудацию у растений (Жолке вич, 1979; Жолкевич и др., 1995, 1997, 1998). Мы подобрали концентрацию адре налина (Ю'М), в которой он стабильно стимулировал экссудацию приблизитель но на 25 - 40 % по сравнению с контролем. Адреналин, стимулировавший экссу
ацию «целых» корней (до 131% от контроля) и «рукавичек» (до 142% от контро-я), несколько увеличивал корневое давление и снижал осмотическое давление ссудата (табл. 1.). В результате этого возрастала гидростатическая составляю-ая корневого давления (определяемая как разница между корневым давлением и смотическим давлением экссудата). Объяснить усиление интенсивности экссу-ации при действии адреналина можно было бы увеличением проницаемости кле-к корня для воды, однако, гидравлическая проводимость корней при действии реналина у «целых» корней не изменялась, а у «рукавичек» даже уменьшалась абл. 1.).
Для понимания природы происходящих явлений может помочь такой пока-тель, как температурный коэффициент. У простых физических процессов Q)0 блик к единице (например, при диффузии и осмосе), у химических реакций Qio ен 2-3, у сложных процессов цепного характера превышает 3 (Zimmermann, Mil-um, 1975). Увеличение Qio интенсивности экссудации при действии адреналина у целых» корней (до 3,3) и «рукавичек» (до 5,0) указывает на возрастание роли ложных ферментативных процессов, вероятно, связанных с изменением движу-ей силы экссудации (табл. 1.).
Таким образом, при действии адреналина происходит увеличение гидроста-ической составляющей корневого давления. Ранее было сделано предположение том, что это увеличение связано с сокращением элементов цитоскелета в парен-мных клетках коры (Жолкевич, 2001).
Следует отметить, что интенсивность экссудации, как в контроле, так и при ействии адреналина у «рукавичек» была существенно выше, чем у «целых» Корей (табл. 1.). Можно видеть, что усиление интенсивности экссудации у «рукави-ек» происходило как при увеличении гидравлической проводимости корней, так возрастании корневого давления. При этом корневое давление увеличивалось в сновном за счёт его гидростатической составляющей (ГД). Увеличение движу-ей силы экссудации могло происходить и вследствие локального возрастания смотического давления отдельных клеток коры, поскольку у «рукавичек» осмо-ическое давление экссудата также повышалось.
Влияние адреналина на параметры водного обмена «целых» корней и «рукавичек»
- интенсивность экссудации; ОД - осмотическое давление экссудата; КД — корневое давление; ГД — гидростатическая составляющая; <3ю- температурный коэффициент интенсивности экссудации; Ьр- гидравлическая проводимость корня
Вариант -2 -1 мкл-см ч ОД, кПа КД, кПа ГС, СЬ -2 -1 мкл-см ч 0,02МПа -1 рН экссудата
кПа %от КД
«Целые» корни Контроль, вода 3,9±0,3 200±20 420±20 220±20 52 3,0±0,2 210±30 5,0
100 100 100 100 100
Адреналин, 10"6М 5,1±0,3 НСРо5=0,32 160±10 НСР05=15 450±10 НСР05=15 290±10 НСРО5=15 64 3,3±0,2 НСР05=0,2 195±12 НСР05=21 5,0
131 80 107 132 92
«Рукавички» Контроль, вода 9,3±0,9 250±30 700±30 450±30 65 4,0±0,2 510±60 5,2
100 100 100 100 100
Адреналин, 10-6М 13,2±0,9 НСР05=1,3 210±30 НСР05=28 820±10 НСР05=21 610±30 НСР05=28 74 5,0±0,3 НСР05=О,3 420±42 НСРо5=48 5,2
142 84 117 135 82
* Прим. Ьр определяли в камере Шоландера при внешнем давлении 0,02 МПа
Влияние блокаторов адренорецепторов на экссудацию
Действие блокаторов адренорецепторов на экссудацию могло бы свидетель-вовать о вовлечении последних в регуляцию водонагнетающей деятельности рня. В связи с этим было испытано влияние различных блокаторов а- и (3-ренорецепторов животных на экссудацию «целых» корней. Известно, что а-реноблокаторы у животных снижают кровяное давление, применяются в каче-ве лекарственных средств при обезвоживании организма, (3-адреноблокаторы 1зывают сужение периферических сосудов, усиливают сердечные сокращения, риведённые сведения указывают на то, что все адреноблокаторы прямо или кос-нно воздействуют на гидростатическую составляющую и сопротивляемость аней кровяному току у животных.
Нами были испытаны р-адреноблокаторы (надолол, тимолол), селективные 1-адреноблокаторы (атенолол, ацебутолол, метапролол), а-адреноблокаторы (ин-орамин, кетансерин, ницерголин, дигидроэргокристин, дигидроэрготамин), а,-реноблокаторы (празозин), аг и |3- адреноблокатор (лабеталол). Каждый препа-ат применялся в диапазоне концентраций от 10'9М до 10'2М.
Большинство адреноблокаторов не оказывали существенного влияния на кссудацию (табл. 2.). Через два часа наблюдений отмечалось ингибирование экс-удации под влиянием дигидроэргокристина в концентрациях б'Ю^М и 10"4М, ди-идроэрготамина в концентрациях 10"5, 10'4 и 5-10"4М, тимолола в концентрациях О и атенолола в концентрациях и 10"2М, лабетолола в концентра-
иях 10-3М и 10'2М.
Вместе с тем обнаружено мощное стимулирующее действие на экссудацию -адреноблокатора ницерголина (табл. 2.). Ницерголин в концентрациях 5-Ю"3 кривая 5), 10"3 (кривая 4) и 5-1(Г4М (кривая 3) увеличивал интенсивность экссу-ации в 5 - 8 раз по сравнению с той, которая наблюдалась в контроле (рис. 1.). ри более низких концентрациях эффект ницерголина практически отсутствовал, ледует отметить, что осмотическое давление экссудата при действии ницерго-ина в момент наибольшего стимулирования экссудации не изменялось по срав-ению с контролем (вода).
Влияние блокаторов адренорецепторов на экссудацию __корней кукурузы Zea mays L._
Адренорецепторы Вещество Концентрация, М Влияние на экссудацию, экспозиция 2 ч (% от контроля)
неселективные а-адренорецепторы индорамин Ю-4... К)'6 Отсутствие статистически достоверного эффекта
кетансерин 5-Ю-4... 10"" Отсутствие статистически достоверного эффекта
ницерголин Ю"4 5-104 ю-3 5-Ю"3 143 514 392 350
дигидроэр-гокристин 5-10"4 К)"3 61 15
дигидроэр-готамин 10° 5-Ю'5 104 5 10"4 41 47 53 47
селективные а|-адренорецепторы празозин 10*... 10"6 Отсутствие статистически достоверного эффекта
неселективные Р-адренорецепторы тимолол ю-6 Ю-5 33 33
надолол 10°... 10* Отсутствие статистически достоверного эффекта
селективные рг адренорецепторы атенолол 10* 10"2 33 11
ацебутолол 10*... 10-* Отсутствие статистически достоверного эффекта
метапролол Ю"*... 10-" Отсутствие статистически достоверного эффекта
а, + р-адренорецепторы лабеталол 10* Ю-2 33 11
Ингибирование экссудации при действии некоторых адреноблокаторов (ди гидроэргокристина, дигидроэрготамина, тимолола, атенолола, лабетолола ) в не которой степени может указывать на вероятность присутствия а- и (3-подобны адренорецепторов в клетках растений и о специфичности процесса. Мощный сти мулирующий эффект ницерголина на экссудацию, вероятно, связан с иным меха низмом действия. Скорее всего, при действии ницерголина либо сильно возраста ла гидравлическая проницаемость корней для воды, либо ницерголин оказыв разрушающее действие на мембраны, поскольку экссудация через некоторое вре мя прекращалась.
f 8,0 п
¡2- 7,0 -
1 6,0 -
¿ 5,0 -
4,0 -3,0 -2,0 -1,0 -0,0 -■ -1,0 -
2
3
4
5
6
Время, ч
Рис. 1. Влияние ницерголина в разных концентрациях на интенсивность экссудации отделённой корневой системы Zea mays L. при 30°С. 1 - контроль, вода; Ницерголин: 2 - 10"4М; 3 - 5-10"4М; 4 - 10"3М; 5 - 5-10"3М
Влияние гуанозинтиодифосфата и гуанозинтиотрифосфата на экссудацию
С целью выяснения участия в-белков в регуляции транспорта воды в корне в трансдукции сигнала при стимулирующем действии адреналина на экссуда-ию были испытаны ингибитор ГТФ-связывающей активности в-белков - гуано-нтиодифосфат (ГДФ) и стимулятор этой активности гуанозинтиотрифосфат ГФ). в-белки рассматриваются как первое звено в сигналинге (Тарчевский, 002). Опытным путём были подобраны концентрации, при которых экссудация одавлялась и стимулировалась этими веществами приблизительно на 30 - 50%. я обоих веществ она составила
Гуанозинтиодифосфат у «целых» корней ингибировал экссудацию (до 69% т контроля) (рис. 2.), а гуанозинтиотрифосфат в той же концентрации стимули-овал (до 131% от контроля) (рис. 3.). У «рукавичек» ингибирование экссудации анозинтиодифосфатом и стимуляция экссудации гуанозинтиотрифосфатом бы-и выражены более отчётливо, чем у «целых» корней (рис. 4, 5.). Прямо противо-оложный эффект при действии гуанозинтиодифосфата и гуанозинтиотрифосфата
корней по отдельности и совместно с адреналином
на экссудацию указывает на то, что в-белки принимают участие в регулящ транспорта воды в корне и создании корневого давления.
При совместном присутствии в инкубационной среде адреналина и гуат зинтиодифосфата происходило ингибирование экссудации, однако это ингибир* вание было выражено в меньшей степени, чем при действии одного гуанозинти< дифосфата (до 92% от контроля у «целых» корней (рис. 2.), до 86% у «рукавичек^ (рис. 4.). При совместном же использовании гуанозинтиотрифосфата и адренаш на наблюдалась тенденция к усилению стимуляции экссудации (до 146% у «Ц1 лых» корней (рис. 3.), до 171% у «рукавичек» (рис. 5.), т.е. была неполная а; дитивность стимулирующих эффектов. Полученные данные свидетельствуют о участии в-белков в передаче сигнала от адреналина, и в то же время, сигнал, т дуцируемый адреналином и приводящий к стимуляции им водонагнетающей де! тельности корня, может, по-видимому, передаваться и без участия в-белков, т.<|
Г
какими-то другими путями (иначе бы стимулирование экссудации адреналино' полностью снималось при совместном использовании гуанозинтиодифосфата адреналина).
Рис. 2. Влияние адреналина и гуанозинтиодифосфата по отдельности и совместно на интенсивность экссудации «целых» корней. 1 - контроль (вода); 2 - адреналин (10" М); 3 - гуанозинтиодифосфат (2-10"5М); 4 - адреналин (10"бМ) + гуанозинтиодифосфат (2-10"5М)
г. О
"Ж о
2,0 -
1,5
1,0
0,5
0,0
131%
100% 1т
69%
92%
гЬ
12 3 4
Рис. 3. Влияние адреналина и гуанозинтиотрифосфата по отдельности и совместно на интенсивность экссудации «целых» корней. 1 - контроль (вода); 2 - адреналин (10" М); 3 - гуанозинтиотрифосфат (2-10"5М);4 - адреналин (10"6М) + гуанозинтиотрифосфат (2-10'5М)
X
s s
о
"s о
86%
158%
171%
Рис. 4. Влияние адреналина и гуанозинтио-дифосфата по отдельности и совместно на интенсивность экссудации «рукавичек». 1 - контроль (вода); 2 - адреналин (10"6М); 3 - гуанозинтиодифосфат (2-10"5М); 4 - адреналин (10"6М) + гуанозинтиодифосфат (2-10"5М)
Рис. 5. Влияние адреналина и гуанозинтио-трифосфата по отдельности и совместно на интенсивность экссудации «рукавичек». 1 - контроль (вода); 2 - адреналин (10'6М); 3 - гуанозинтиотрифосфат (2-10"5М); 4 - ад-
реналин (2-10'5М)
(10"6М) + гуанозинтиотрифосфат
Влияние стауроспорина и окадаевой кислоты на экссудацию корней по отдельности и совместно с адреналином
Протеинкиназы и протеинфосфатазы являются звеньями сигнальных систем. Протеинкиназы катализируют реакции фосфорилирования белков, а протеинфосфатазы - обратные им реакции дефосфорилирования, возвращающие активность белков-субстратов в исходное состояние (Тарчевский, 2002; Hunter, |1995). Для выяснения роли протеинкиназ и протеинфосфатаз в регуляции водона-ггнетающей деятельности корня и в трансдукции сигнала при стимулирующем действии адреналина на экссудацию были испытаны ингибитор протеинкиназ -стауроспорин и ингибитор протеинфосфатаз - окадаевая кислота
(2'10"9М).
Стауроспорин подавлял экссудацию («целых» корней до 77% (рис. 6), к<рукавичек» до 55% от контроля (рис. 8.), а окадаевая кислота, напротив, стимулировала («целых» корней до 131% (рис. 7.), «рукавичек» до 145% (рис. 9.). Это обстоятельство может свидетельствовать в пользу участия серин-треонино-
вых протеинкиназ и протеинфосфатаз в регуляции водонагнетающей деятельности корня.
При совместном присутствии в среде стауроспорина и адреналина интенсивность экссудации тормозилась, однако, в меньшей степени, чем в одном растворе стауроспорина (до 85% у «целых» корней (рис. 6.), до 68% от контроля у «рукавичек» (рис. 8.). При совместном применении окадаевой кислоты и адреналина происходило усиление стимуляции экссудации по сравнению с той, которая наблюдалась при действии адреналина и окадаевой кислоты по отдельности (до 146% от контроля у «целых» корней (рис. 7.), до 161% у «рукавичек» (рис. 9.). Таким образом, полученные данные показывают, что протеинкиназы и протеинфос-; фатазы принимают участие в трансдукции сигнала при стимулирующем действии адреналина на экссудацию.
О-белки, протеинкиназы и протеинфосфатазы принимают участие в регуляции водонагнетающей деятельности корня в норме. При этом сигнал, индуцируемый адреналином и приводящий к стимуляции им водонагнетающей деятельности корня, вероятно, передается через О-белки и протеинкиназы, что, однако, не исключает привлечения других интермедиатов, например, вызывающих открывание и закрывание ионных каналов.
/—V Я 2,5 -1
О Г-) 2,0 -
о 1,5 -
^ 1,0 -
0,5 -
0,0 -1
131%
100% £-1
77%
85% Зг
Рис. 6. Влияние адреналина и стауроспорина по отдельности и совместно на интенсивность экссудации «целых» корней. 1 - контроль (вода); 2 - адреналин (10"6М); 3 - стауроспорин (5-10"7М); 4 - адреналин (10"6М) + стауроспорин (5-10"7М)
о сч
2 о
О ся
2,5 2,0 1.5 1,0 0,5 0,0
6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0
131% 131%
100% 5-1
шш
142%
161%
142% 145%
100%
Рис. 7. Влияние адреналина и окадаевой кислоты по отдельности и совместно на интенсивность экссудации «целых» корней. 1 - контроль (вода); 2 - адреналин (10"6М); 3 - окадаевая кислота (2-10'9М); 4 - адреналин (10'6М) + окадаевая кислота (2-10" М)
Рис. 8. Влияние адреналина и стауроспорина по отдельности и совместно на интенсивность экссудации «рукавичек». 1 - контроль, (вода); 2 - адреналин (10"6М); 3 - стауроспорин (5-10"7М); 4 - адреналин, (10'6М) + стауроспорин (5-10"7М)
Рис. 9. Влияние адреналина и окадаевой кислоты по отдельности и совместно на интенсивность экссудации «рукавичек». 1 - контроль (вода); 2 - адреналин (10"6 М);
3 - окадаевая кислота (2-10"9М);
4 - адреналин (10'6М) + окадаевая кислота (2'10'9М)
Все испытуемые химические агенты (гуанозинтиодифосфат, гуанозинтио-[грифосфат, стауроспорин и окадаевая кислота) существенно меняли величину температурного коэффициента интенсивности экссудации как у «целых» корней, так и у «рукавичек» (табл. 3.). Более значительные изменения величины СЫ, отмеченные у «рукавичек», свидетельствуют об особенно существенной роли сложных ферментативных процессов, вероятно, связанных с формированием движущей силы водонагнетающей деятельности корня.
Температурный коэффициент интенсивности экссудации (<2,0, (20 - 30°С), экспозиция 20 мин)
Вариант контроль, вода адреналин, 10-41 ГДФ, 2-10"5М ГТФ, 2-10"5М стаурос-порин, 5'10"7М окадаевая кислота 2'10"9М
«целые» корни 3,0±0,3 3,3±0,2 1,7±0,2 3,6±0,2 2,0±0,3 3,3±0,2
«рукавички» 4,0±0,3 5,0±0,3 1,3±0,2 5,8±0,3 2,1±0,3 5,5±0,3
Совместное действие адреналина и фитогормонов (ИУК и АБК*)
на экссудацию
В связи с тем, что механизм регуляции водонагнетающей деятельности корня фитогормонами и нейротрансмиттерами всё ещё остаётся неизвестным, мы1 исследовали действие этих веществ на экссудацию. Влияние фитогормонов было" изучено по отдельности и совместно с адреналином. Из рисунков 10 и 11 видно, что адреналин, ИУК и АБК стимулировали экссудацию. Вместе с тем видно, что при совместном присутствии в среде адреналина с ИУК или АБК аддитивности в действии двух веществ не было и даже происходило некоторое снижение стиму-; ляции экссудации, по сравнению с той, которая наблюдалась при действии этих веществ по отдельности. Стимулирование экссудации адреналином, как в присутствии ИУК, так и в присутствии АБК составило до 118% от контроля. Получен-^ ные результаты дают основание полагать, что действие адреналина, ИУК и АБК! нацелено на одну и ту же мишень, иначе можно было бы ожидать проявления в| той или иной степени аддитивности их действия. Снижение интенсивности экссудации (хотя оно статистически недостоверно) при совместном присутствии в сре-1 де адреналина с ИУК или адреналина с АБК может свидетельствовать о возможных конкурентных взаимоотношениях между адреналином и фитогормонами[ (Рощина, 1991; Кулаева, 1995; КоэЬсЫпа, 2001).
* АБК - абсцизовая кислота;
ИУК - индолилуксусная кислота
3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0
131% 125% П8%
100% -I-
I
Рис. 10. Влияние адреналина и ИУК по отдельности и совместно на интенсивность экссудации «целых» корней. 1 - контроль, (вода); 2 - адреналин (10'6М); 3 - ИУК (10"6М); 4 - адреналин (10"6М) + ИУК (10"6М)
3,5
3,0 -
2,5 -
2,0 -
1,5 "
1,0 -
0,5 -
0,0 1
100% ■3-
131%
131%
iifel
118%
Рис. 11. Влияние адреналина и АБК по отдельности и совместно на интенсивность экссудации «целых» корней. 1 - контроль, (вода); 2 - адреналин (10"бМ); 3 - АБК (4-10"7М); 4 - адреналин (10"6М) + АБК (4-10"7М)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Адреналин и другие нейротрансмиттеры (ацетилхолин, норадреналин, серо-¡гонин), обнаруженные не только у животных, но и у растений, позволяют говорить об их универсальности в живом мире. Учитывая то, что адреналин оказывает анесинаптическое действие на органы у животных, можно предположить, что он а в организме растения выступает как регулятор внутриклеточных процессов, в гам числе водонагнетающей деятельности корня (что подтверждается достаточно гизкой концентрацией, в которой действует адреналин (10"6М). Помимо сигнальной функции накопление адреналина в высоких концентрациях (>10"4М) может рыть связано со стрессовой ситуацией, где адреналин выступает в роли оксиданта Рощина, 2000; ЯозЬсЫпа, 2001).
Адреналин, оказывая стимулирующие действие на экссудацию «целых» корней и «рукавичек», влияет не на гидравлическую проводимость корней, а, главным образом, на движущую силу экссудации (корневое давление). Возрастание движущей силы при действии адреналина является результатом увеличения
19
гидростатической составляющей корневого давления, формируемой паренхим ными клетками коры. В качестве движущей силы водонагнетающей деятельност корня при действии адреналина нельзя исключить и локальное возрастание осмо тического давления в тканях коры.
Нами исследовано возможное участие G-белков, протеинкиназ и протеин фосфатаз на передачу сигнала внутри клетки при стимулирующем действии адрс налина на экссудацию. Впервые было испытано воздействие на экссудацию гуа нозинтиотрифосфата - стимулятора ГТФ-связывающей активности G-белков i гуанозинтиодифосфата - ингибитора этой активности; окадаевой кислоты - инги битора активности серин-треониновых протеинфосфатаз и стауроспорина - инги битора серин-треониновых протеинкиназ. Действие этих веществ испытано, ка на «целых» корнях так и на «рукавичках». Полученные результаты укладывают« в гипотетическую схему действия адреналина у Zea mays:
адреналин —» рецептор -> G-белок —* протеинкиназы (протеинфосфатазы —► физиологический ответ
Более детально схема представлена на рисунке 12 (модифицированная схема пе редачи сигнала от адреналина у животных). В тканях коры адреналин (лиганд может связываться с рецепторами на внешней поверхности плазматической мем браны. На возможное присутствие в клетках растений а- и (3-подобных рецепте ров указывают данные, полученные в опытах с адреноблокаторами. Связывани гормона с рецептором может приводить к передаче сигнала на внутреннюю по верхность мембраны (G-белки) и тем самым запускать синтез вторичных мес сенджеров. К таким вторичным мессенджерам, возможно, относится цАМФ, ко торый в свою очередь активируют протеинкиназы, фосфорилирующие соответст вующие белки. Открытие в растительной клетке и её органеллах вторичных мес сенджеров (цАМФ, цГМФ, ионов Са2+), а также фермента аденилатциклазы под тверждают возможность локальной медиации адреналином. Кроме передачи сиг нала через вторичные мессенджеры, адреналин, возможно, влияет на ионные ка налы, изменяя проницаемость мембран для ионов Na+, К+ и Са2+, что приводит
20
Изменению мембранного потенциала и возникновению распространяющегося потенциала действия. В итоге активация тех или иных ферментов вызывает изменение параметров водонагнетающей деятельности корня в целом.
лиганд (адреналин)
ионныи канал
рецептор
G-б елок «О
ГДФ
изменение концентрации ионов CaztNa+, К*. СГ
вторичные мессенджеры
i
Протеинкиназы/ Протеинфосфатазы
АТФ^АДФ су Белок Белок -Р = О Ó"
изменение параметров водонагнетающей деятельности корня
Рис. 12. Модифицированная схема передачи сигнала от адреналина у Zea mays
В экспериментах при совместном присутствии в среде адреналина и фито-'ормонов (ИУК и АБК) интенсивность экссудации не усиливалась. Это позволило делать предположение о том, что действие адреналина, ИУК и АБК нацелено на
одну и ту же мишень, иначе можно было бы ожидать проявления в той или ино степени аддитивности их действия.
Таким образом, водонагнетающая деятельность корня подвергается мног ступенчатой эндогенной регуляции. Все приведённые факты свидетельствуют сложной природе движущей силы экссудации - корневого давления, создаваемог осмотическими и гидростатическими системами, вероятно, при участии сокрап тельных элементов цитоскелета паренхимных клеток коры (Жолкевич, 2001).
ВЫВОДЫ
1) Адреналин, оказывая стимулирующие действие на экссудацию, влияет не н гидравлическую проводимость корней, а, главным образом, на движущую сил экссудации (корневое давление). Увеличение движущей силы экссудации «це лых» корней и «рукавичек» является результатом возрастания гидростатическо составляющей корневого давления.
2) Усиление интенсивности экссудации у «рукавичек» как в контроле, так и пр действии адреналина связано с увеличением гидравлической проводимости кор ней и возрастанием корневого давления (либо за счёт увеличения его гидростати ческой составляющей, формируемой паренхимными клетками коры, либо за счё локального возрастания осмотического давления отдельных клеток коры).
3) Стимулирующий эффект адреналина на экссудацию и ингибирование экссуда ции некоторыми адреноблокаторами свидетельствует в пользу существования а и Р-подобных адренорецепторов в растениях.
4) Результаты опытов по совместному влиянию на экссудацию адреналина с ин гибитором активности в-белков - гуанозинтиодифосфатом и стимулятором ак тивности в-белков - гуанозинтиотрифосфатом могут свидетельствовать об уча стии й-белков в регуляции транспорта воды в корне и в трансдукции сигнала пр стимулирующем действии адреналина на экссудацию.
5) Данные, полученные в опытах по совместному воздействию на экссудацию ад реналина с ингибитором протеинкиназ - стауроспорином и ингибитором проте инфоефатаз - окадаевой кислотой, свидетельствуют в пользу участия протеинки
22
наз и протеинфосфатаз в регуляции водонагнетающей деятельности корня и в трансдукции сигнала от адреналина.
6) Результаты опытов по совместному влиянию на экссудацию адреналина и фи-огормонов (ИУК или АБК) позволяют заключить о том, что действие адренали-а, ИУК и АБК нацелено на одну и ту же мишень.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССРЕТАЦИИ
1. Жолкевич В.Н., Дустмаматов А.Г., Эрлих Н.Т., Жуковская Н.В., Попова М.С., узнецова Н.А. Сигнальные пути фитогормональной и нейромедиаторной стиму-• ции нагнетающей активности корня. Тезисы докладов II международного сим-озиума «Сигнальные системы клеток растений: роль в адаптации и иммунитете» Казань, 27-30 июня 2006 г.). Казань. 2006. С. 39.
. Жуковская Н. В. Влияние нейротрансмиттера адреналина на водонагнетающую еятельность корня // Тезисы докладов годичного собрания общества физиологов астений России - конференции «Физиология растений - фундаментальная осно-а современной фитобиотехнологии» (Ростов-на-Дону, 2-6 октября 2006 г.). Рос-ов-на-Дону. 2006. С. 89.
. Жуковская Н.В. Участие О-белков при стимулирующем воздействии адренали-а на водонагнетающую деятельность корня. Тезисы докладов годичного собра-ия общества физиологов растений России - конференции «Современная физио-огия растений: от молекулы до экосистемы. Часть I. (Сыктывкар, 18-24 июня 007 г.). Сыктывкар. 2007. С. 79.
. Жуковская Н.В. Участие протеинкиназ и протеинфосфатаз в трансдукции сигала, связанного с водонагнетающим действием адреналина на корни. Тезисы окладов годичного собрания общества физиологов растений России - конферен-ии «Современная физиология растений: от молекулы до экосистемы. Часть I. Сыктывкар, 18-24 июня 2007 г.). Сыктывкар. 2007. С. 81.
. Жолкевич В.Н., Жуковская Н.В., Попова М.С. Участие протеинкиназ и проте-нфосфатаз в трансдукции сигналов при стимулирующем действии нейротранс-
23
митгеров на водонагнетающую деятельность корня. // Физиология растений. 2007 Т. 54. №4. С. 550-554.
6. Жолкевич В.Н., Жуковская Н.В., Попова М.С. Стимулирующее воздействие ад реналина и норадреналина на водонагнетающую деятельность корня и участие С белков. // Физиология растений. 2007. Т. 54. № 6. С. 885 - 892.
7. Жуковская Н.В., Попова М.С., Дустмаматов А.Г. Влияние адреноблокаторов н водонагнетающую деятельность корня. Тезисы докладов годичного собрания об щества физиологов растений России - конференции «Физико-химические основь структурно-функциональной организации растений». (Екатеринбург, 6-11 октября, 2008 г.). Екатеринбург. 2008. С. 175 - 176.
Напечатано с готового оригинал-макета
Подписано в печать 16.03.2009 г. Заказ № 3983 Объём 1 п.л. Тираж 100 экз. Отпечено в типографии ООО «Постатор» Москва, ул. Палиха, 2А, тел. (495) 250-92-06 www.postator.ru
Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Жуковская, Наталья Валерьевна
Список сокращений.
Введение.
Глава 1. Обзор литературы.
1.1. История изучения водного обмена в растениях.
1.2. Транспорт воды в растении.
1.3. Пути транспорта воды в растении.
1. 4. Механизмы транспорта воды в растении.
1.5. Корневое давление - природа и значение.
1. 6. Нейротрансмиттеры.
1.6. 1. Нейротрансмиттеры у животных.
1. 6. 2. Нейротрансмиттеры в растениях.
1. 6. 3. Участие нейротрансмитгеров в регуляции водонагнетающей деятельности корня.
1. 6. 4. Особенности химических регуляторов, используемых для изучения природы экссудации.
Глава 2. Объект и методы исследования.
2. 1. Объект и условия проведения опыта.
2. 2. Две модельные системы: «целые» корни и «рукавички».
2. 3. Методы исследования.
2. 3. 1. Определение интенсивности экссудации.
2. 3. 2. Определение температурного коэффициента интенсивности экссудации.
2. 3. 3. Определение осмотического давления экссудата и наружных растворов.
2. 3. 4. Определение корневого давления.
2. 3. 5. Определение гидростатической составляющей корневого давления.
2. 3. 6. Определение гидравлической проводимости корней.
2. 3. 7. Измерение дыхательного газообмена корней.
2. 3. 8. Определение рН экссудата.
2. 3. 9. Исследование различных химических агентов на экссудацию «целых» корней и «рукавичек».
Глава 3. Результаты и обсуждение.
3.1. Влияние адреналина на параметры водного обмена целых» корней и «рукавичек».
3. 2. Влияние блокаторов адренорецепторов на экссудацию.
3.3. Влияние гуанозинтиодифосфата и гуанозинтиотрифосфата на экссудацию корней по отдельности и совместно с адреналином
3.4. Влияние стауроспорина и окадаевой кислоты на экссудацию корней по отдельности и совместно с адреналином.
3.5. Совместное действие адреналина и фитогормонов на экссудацию.
Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние нейротрансмиттера адреналина на водонагнетающую деятельность корня"
Актуальность темы исследования
У растений передвижение воды осуществляется благодаря функционированию верхнего (транспирация) и нижнего (корневое давление) концевых двигателей водного тока. В отсутствие транспирации корневое давление является единственной движущей силой, под действием которой вода перемещается из почвенного раствора в сосуды ксилемы корня. Корневое давление имеет сложную природу и складывается из двух составляющих, условно называемых осмотической и неосмотической (гидростатической). Механизм формирования корневого давления и пути его эндогенной регуляции всё ещё не ясны. Наряду с классическими представлениями о ведущей роли градиента осмотического давления, как движущей силы воды в корне (Слейчер, 1970; Kramer, 1983; Kramer, Boyer, 1995; Steudle, 2002) в отношении природы корневого давления существует ряд неградиционных точек зрения. Среди них наиболее обоснованной является гипотеза о транспорте воды в радиальном направлении корня против градиента осмотического потенциала за счёт сокращения элементов цитоскеле-та в паренхимных клетках коры (Жолкевич и др., 1989; Жолкевич, 2001). Предполагается, что в эндогенной регуляции создаваемого таким образом корневогс-давления могут принимать участие фитогормоны и нейротрансмитгеры (химические передатчики (медиаторы) нервного возбуждения у животных) (Skoog, 1938: Wallace, Meyer, 1941; Tal, Imber, 1970, 1971; Glinka, 1973; Collins, Kerrigan, 1974; Ionenko, Zyalalov, 1999; Жолкевич, 2001; Жолкевич и др., 2003).
Интерес к нейротрансмитгерам возник в связи с обнаружением в растениях ацетилхолина (Emmelin, Feldberg, 1947), дофамина, норадреналина (Waakes et al., 1958), адреналина (Askar et al., 1972) и серотонина (Collier et al., 1956). Было обнаружено, что нейротрансмитгеры у растений обладают высокой биологической активностью (Рощина, 1991; Roshchina, 2001; Murch, 2005; Brenner et al. 2006). Они могут выполнять роль хемосигнализаторов, регуляторов роста и развития. На клеточном уровне они выполняют функцию регуляторов проницаемости мембран. Принимая во внимание общебиологическую роль нейротрансмиттеров как сигнальных веществ и посредников данные соединения было предложено называть биомедиаторами (Рощина, 1989, 1991; Rosh-china, 1989). В ряде работ было показано действие нейротрансмиттеров на во-донагнетающую деятельность корня (Жолкевич и др., 1995, 1997, 2001, 2003). Нейротрансмиттеры норадреналин, адреналин и серотонин стимулировали экссудацию у отделённых корней Zea mays L. Таким образом, изучение механизма регулирующего воздействия нейротрансмиттеров на корневое давление и на водообмен растения в целом представляет большой интерес.
Цель и задачи работы. Цель работы заключалась в исследовании влияния нейротрансмиттера адреналина на водонагнетающую деятельность корня и выявлении возможных путей трансдукции сигнала от адреналина.
В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:
1) изучить влияние адреналина на интенсивность экссудации, определить корневое давление, температурную чувствительность экссудации, осмотическое давление экссудата, интенсивность дыхания корней, а также рН экссудата;
2) исследовать влияние блокаторов адренорецепторов на интенсивность экссудации;
3) выявить участие протеинкиназ и протеинфосфатаз в создании корневого давления и при передаче сигнала от адреналина;
4) изучить роль G-белков в водонагнетающей деятельности корня и при передаче сигнала от адреналина;
5) изучить совместное действие фитогормонов (индолилуксусной и абсцизовой кислот) и адреналина на интенсивность экссудации.
Научная новизна работы.
Показан стимулирующий эффект нейротрансмиттера адреналина на экссудацию. Определён ряд параметров экссудации на двух модельных системах -«целых» корнях и «рукавичках». Впервые показано, что в трансдукции сигнала при стимулирующем действии адреналина могут быть задействованы гетеро-тримерные G-белки и кальций-зависимые серин-треониновые протеинкиназы.
Впервые испытано действие ряда блокаторов адренорецепторов на водонагне-тающую деятельность корня.
Практическая значимость исследований.
Полученные данные имеют определённое значение в понимании механизмов транспорта воды в корне, создании корневого давления, сигнальной системы регуляции деятельности корня. Вместе с тем, фундаментальные исследования механизмов реакций растений с участием нейротрансмиттеров могут найти применение в прикладных целях. Во-первых, данные о содержании и метаболизме нейротрансмиттеров в растениях имеют практическое значение для-медицины и фармакологии как основа получения новых лекарственных препаратов растительного происхождения, обогащенных нейротрансмитгерами. Во-вторых, чувствительность растений к нейротрансмиттерам необходимо учитывать при разработке и использовании средств защиты растений. Например, одг ной из причин повреждения растений при обработке инсектицидами является присутствие в растениях холинэстеразы (фермент гидролиза ацетилхолина). В-третьих, накопление в растениях некоторых нейротрансмиттеров приводит к окислительно-восстановительным реакциям с образованием ядовитых продуктов. Такие растения можно использовать как тесты на антинейромедиаторные яды.
Материалы диссертации могут быть также использованы при чтении лекций по физиологии растений для студентов биологических и сельскохозяйственных факультетов.
Апробация работы.
Материалы диссертации были представлены на II международном симпозиуме «Сигнальные системы клеток растений: роль в адаптации и иммунитете» (Казань, 27-30 июня 2006 г.); на годичном собрании общества физиологов растений России - конференции «Физиология растений - фундаментальная основа современной фитобиотехнологии» (Ростов-на-Дону, 2-6 октября 2006 г.); на годичном собрании общества физиологов растений России - конференции
Современная физиология растений: от молекулы до экосистемы» (Сыктывкар, 18-24 июня 2007 г.); на годичном собрании общества физиологов растений России - конференции «Физико-химические основы структурно-функциональной организации растений» (Екатеринбург, 6-11 октября, 2008 г.).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемом журнале.
Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Жуковская, Наталья Валерьевна
ВЫВОДЫ
1) Адреналин, оказывая стимулирующие действие на экссудацию, влияет не на гидравлическую проводимость корней, а, главным образом, на движущую силу экссудации (корневое давление). Увеличение движущей силы экссудации «целых» корней и «рукавичек» является результатом возрастания гидростатической составляющей корневого давления.
2) Усиление интенсивности экссудации у «рукавичек» как в контроле, так и при действии адреналина связано с увеличением гидравлической проводимости корней и возрастанием корневого давления (либо за счёт увеличения его гидростатической составляющей, формируемой паренхимными клетками коры, либо за счёт локального возрастания осмотического давления отдельных клеток коры).
3) Стимулирующий эффект адреналина на экссудацию и ингибирование экссудации некоторыми адреноблокаторами свидетельствует в пользу существования а- и подобных адренорецепторов в растениях.
4) Результаты опытов по совместному влиянию на экссудацию адреналина с ингибитором активности й-белков — гуанозинтиодифосфатом и стимулятором активности в-белков - гуанозинтиотрифосфатом могут свидетельствовать об участии О-белков в регуляции транспорта воды в корне и в трансдукции сигнала при стимулирующем действии адреналина на экссудацию.
5) Данные, полученные в опытах по совместному воздействию на экссудацию адреналина с ингибитором протеинкиназ - стауроспорином и ингибитором протеинфос-фатаз - окадаевой кислотой свидетельствуют в пользу участия протеинкиназ и про-теинфосфатаз в регуляции водонагнетающей деятельности корня и в трансдукции сигнала от адреналина.
6) Результаты опытов по совместному влиянию на экссудацию адреналина и фито-гормонов (ИУК или АБК) позволяют заключить о том, что действие адреналина, ПУК и АБК нацелено на одну и ту же мишень.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Адреналин и другие нейротрансмиттеры (ацетилхолин, норадреналин, серото-нин), обнаруженные не только у животных, но и у растений, позволяют говорить об их универсальности в принципах сигнализации и передачи информации в виде электрических и химических стимулов у всех живых организмов. Различия в этой сигнализации в основном касаются частных механизмов межклеточного и внутриклеточного сигналинга у животных и растений, обусловленные структурной организацией и особенностями энергетических и метаболических процессов.
Учитывая то, что адреналин оказывает внесинаптическое действие на органы у животных, можно предположить, что он и в организме растения выступает как регулятор внутриклеточных процессов, в том числе водонагнетающей деятельности корня (что подтверждается достаточно низкой концентрацией, в которой действует адреналин (10"6М). Накопление же адреналина в высоких концентрациях (>10"4М) может быть связано со стрессовой ситуацией (например, при засухе, засолении или действии тяжёлых металлов), где адреналин выступает в роли оксиданта (Рощина, 2000; КозЬсЫпа, 2001).
В наших экспериментах было показано, что адреналин, оказывая стимулирующие действие на экссудацию, влияет не на гидравлическую проводимость корней, а, главным образом, на движущую силу экссудации (корневое давление). Возрастание движущей силы при действии адреналина в «целых» корнях и «рукавичках» является результатом увеличения гидростатической составляющей корневого давления. Ранее было сделано предположение о том, что это увеличение может быть связано с сокращением элементов цитоскелета в паренхимных клетках коры (Жол-кевич, 2001). При этом усиление интенсивности экссудации у «рукавичек» как в контроле, так и при действии адреналина происходит при увеличении гидравлической проводимости корней и возрастании корневого давления. Корневое давление возрастает либо за счёт его гидростатической составляющей, формируемой исключительно паренхимными клетками коры (так как у «рукавичек» отсутствует центральный цилиндр) либо вследствие локального возрастания осмотического давления отдельных клеток коры, поскольку осмотическое давление экссудата у «рукавичек» повышается.
С накоплением экспериментальных данных о действии адреналина на водона-гнетающую деятельность корня необходимо обосновать механизм трансдукции сигнала от адреналина в клетке. Нами исследовано возможное участие G-белков, про-теинкиназ и протеинфосфатаз на передачу сигнала внутри клетки при стимулирующем действии адреналина на экссудацию. Впервые было испытано воздействие на экссудацию гуанозинтиотрифосфата - стимулятора ГТФ-связывающей активности G-белков и гуанозинтиодифосфата - ингибитора этой активности; окадаевой кислоты - ингибитора активности серин-треониновых протеинфосфатаз и стауроспорина -ингибитора серин-треониновых протеинкиназ. Действие этих веществ испытано, как на «целых» корнях так и на «рукавичках». Полученные результаты укладываются в гипотетическую схему действия адреналина у Zea mays: адреналин —>■ рецептор —> G-белок —» протеинкиназы (протеинфосфатазы) —» физиологический ответ
Более детально схема представлена на рисунке 43 (модифицированная схема передачи сигнала от адреналина у животных). В тканях коры адреналин (лиганд) может связываться с рецепторами на внешней поверхности плазматической мембраны. На возможное существование а- и Р-подобных адренорецепторов в растении указывают данные, полученные в опытах с адреноблокаторами. Некоторые адреноб-локаторы (дигидроэрготамин, дигидроэргокристин, тимолол) ингибировали экссудацию. Связывание гормона с рецептором может передавать сигнал на внутреннюю поверхность мембраны (G-белки) и тем самым запускать синтез вторичных мес-сенджеров. К таким вторичным мессенджерам, возможно, относится цАМФ, который в свою очередь активируют протеинкиназы, фосфорилирующие соответствующие белки. Открытие в растительной клетке и её органеллах вторичных мессендже-ров (цАМФ, цГМФ, Са ), а также фермента аденилатциклазы подтверждают возможность локальной медиации адреналином. В итоге активация тех или иных ферментов вызывает изменение параметров водонагнетающей деятельности корня в целом. Кроме передачи сигнала через вторичные мессенджеры, адреналин, возможно, влияет на ионные каналы, изменяя проницаемость мембран для ионов Ыа+, К+ и Са2+, что приводит к изменению мембранного потенциала и возникновению распространяющегося потенциала действия (ПД). Вполне вероятно, что распространяющийся ПД инициирует различные неспецифические функциональные изменения (например, усиление водонагнетающей деятельности корня, усиление дыхания, угнетение фотосинтеза, биосинтез ряда гормонов стресса) при этом происходят, концентрационных сдвигов, которые возникают в клетках как следствие ионных потоков, участвующих
2+ 4в генерации ПД (потоки Са~ , СГ, К ). лиганд (адреналин) ионныи канал рецептор
TOtftfwfTJ п nlwwwttwtf щ г V J изменение концентрации ионов Ca^Na+, К+, СГ о
ГДФ i р f вторичные мессенджеры
Протеинкиназы/ Протеинфосфатазы
АТФ^АДФ (у Белок Белок -Р = О изменение параметров водонагнетающей деятельности корня
Рис. 43. Модифицированная схема передачи сигнала от адреналина у Zea mays
В экспериментах при совместном присутствии в среде адреналина и фитогор-монов (ИУК и АБК) интенсивность экссудации не усиливалась. Это позволило сделать предположение о том, что действие адреналина, ИУК и АБК нацелено на одну и ту же мишень, иначе можно было бы ожидать проявления в той или иной степени аддитивности их действия. По-видимому, при идентичности мишеней, на которые нацелено действие исследуемых агентов, при их совместном применении наблюдается лишь неполная аддитивность или её вообще может не быть, поскольку конечный эффект действия одного агента частично или полностью перекрывается влиянием другого. В работах (Жолкевич, Чугунова, 1995; Жолкевич, Анискин, Дустмама-тов, 2003) было показано, что такой мишенью могут быть сократительные элементы паренхимных клеток. Вместе с тем снижение стимуляции экссудации (хотя оно статистически недостоверно), по сравнению с той, которая наблюдалась при действии адреналина, ИУК и АБК по отдельности может свидетельствовать о возможных конкурентных взаимоотношениях между адреналином и фитогормонами (Рощина, 1991; Кулаева, 1995; ЯозЬсЫпа, 2001). .
Таким образом, водонагнетающая деятельность корня подвергается многоступенчатой эндогенной регуляции. Все приведённые факты свидетельствуют о сложной природе движущей силы экссудации - корневого давления, создаваемого осмотическими и гидростатическими системами, вероятно, при участии сократительных элементов цитоскелета паренхимных клеток коры (Жолкевич. 2001).
Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Жуковская, Наталья Валерьевна, Москва
1.Абуталыбов В.Ф., Жолкевич В.Н. Выделение аюгомиозинподобного белка из корней подсолнечника. // Докл. АН СССР. 1979. Т. 244. № 5. С. 1275 1277.
2. Абуталыбов В.Ф., Жолкевич В.Н. Влияние ионов Са2+, Mg2+, Na2+ на активность агсгомиозинподобной АТФазы, выделенной из корней подсолнечника. // Физиология растений. 1981. Т. 28. Вып. 2. С. 442 443.
3. Алексеев A.M. К вопросу о показателях, могущих характеризовать состояние воды в растении. // Тезисы докладов совещания по физиологии растений 2 января — 3 февраля 1940г. М. Л.: АН СССР. 1940. С. 119 - 120.
4. Алексеев A.M. Водный режим растений и влияние на него засухи. Казань: Татгосиздат. 1948. 355 с.
5. Анисимов A.B., Радкович С. Транспорт воды в растениях. Исследование импульсным ЯМР. М.: Наука. 1992. 144 с.
6. Анисимов A.B., Егоров А.Г. Плазмодесмы как модулятор осмотических потоков воды в растениях. // Физиология растений. 2002. Т. 49. № 5.1. С. 758-766.
7. Анисимов A.B., Ионенко И. Ф., Романов A.B. Метод спин-эхо ЯМР в исследованиях трансляционной диффузии воды селективно по апопласту, цитоплаз-матическому и вакуолярному симпласту растений. //Биофизика. 2000. Т. 49. №5. С. 891 896.
8. Бернар К. Жизненные явления, общие для животных и растений. Спб.: И. И. Би-либина. 1878. 316 с.
9. Бузников Г.А. Нейротрансмиттеры в эмбриогенезе. М.: Наука. 1987. 232 с.
10. Бузников Г.А., Турпаев Т.М. Особенности внутри- и межклеточной сигнализации на биологических моделях ооцит-ранний зародыш-нейрон. // Внутр. сигнал. М.:1. Наука. 1988. С. 7-15.
11. Великанов Г.А., Волобуева О.В., Белова Л.П., Гапоненко Е.М. Вакуолярный сим-пласт регулируемое русло для водообмена у растений. // Физиология растений. 2005. Т. 52. №3. С. 372.
12. Вотчал Е.Ф. О движении пасоки (воды) в растении. Критическое и экспериментальное исследование. Москва. Тип. И. М. Кушнеревичь и К°. 1897. 390 с.
13. Гамалей Ю.В. Надклеточная организация растений. // Физиология растений. 1977. Т. 44. №6. С. 819-846.
14. Гамалей Ю.В., Пахомова М.В. Динамика транспорта и запасания углеводов в листьях растений с симпластной и апопластной загрузкой флоэмы в норме и при экспериментальных воздействиях. // Физиология растений. 2000. Т. 47.1. С. 120-141.
15. Доман Н.Г., Феденко Е.П. Биологическая роль циклического АМФ. // Усп. биол. хим. 1976. Т. 20. № 3. С. 13 16.
16. Жолкевич В.Н. Транспорт воды в растении и его эндогенная регуляция. LXI Тимирязевское чтение. М.: Наука. 2001. 73 с.
17. Жолкевич В.Н., Синицина З.А., Пейсахзон Б.И., Абуталыбов В. Ф., Дьяченко И.В. О природе корневого давления. // Физиология растений. 1979. Т. 26. № 5. С. 978-993.
18. Жолкевич В.Н., Гусев H.A., Капля A.B., Пахомова Т.Н., Пилыцикова Н.В., Самуилов Д.Д., Славный П. С., Шматъко Н. Г. Водный обмен растений. М.: Наука. 1989.256 с.
19. Жолкевич В.Н., Чугунова Т.В. О взаимодействии белков цитоскелета, биомедиаторов и фитогормонов при регуляции транспорта воды в растении. // Докл. АН. 1995. Т. 341. № 1. С. 122 125.
20. Жолкевич В.Н., Анискин Д.Н., Дустмаматов А.Г. О стимулирующем действии нейромедиаторов на нагнетающую деятельность корня. // Докл. АН. 2003. Т. 392. № 1.С. 138-141.
21. Жолкевич В.Н., Жуковская Н.В., Попова М.С. Участие протеинкиназ и проте-инфосфатаз в транедукции сигналов при стимулирующем действии ней-ротрансмитгеров на водонагнетающую деятельность корня. // Физиология растений. 2007а. Т. 54. № 4. С. 550 554.
22. Жолкевич В.Н., Жуковская Н.В., Попова М.С. Стимулирующее воздействие адреналина и норадреналина на водонагнетающую деятельность корня и участие G-белков. // Физиология растений. 20076. Т. 54. № 6. С. 885 892.
23. Жуковская Н.В. Участие протеинкиназ и протеинфосфатаз в трансдукции сигнала, связанного с водонагнетающим действием адреналина на корни.
24. VI Съезд общества физиологов растений России. Материалы докл. международной конференции «Современная физиология растений: от молекулы до экосистемы». (в трёх частях). Часть I. Сыктывкар. 2007. С. 81.
25. Зялалое A.A. Физиолого-термодинамический аспект транспорта воды по растению. М.:Наука. 1984. 135 с.
26. Зялалое A.A. Транспорт воды в системе стебель лист - атмосфера и его регуляция. Автореферат дисс. доктора биол. наук. М.: ИФР РАН. 1987. 40 с.
27. Зялалое A.A. Водный ток в высших растениях: физиология, эволюционное становление, системный анализ. // Физиология растений. 2004. Т. 51. № 4.1. С. 607-617.
28. Козловский Т. Водный обмен растений. М.: Колос. 1969. 247 с.
29. Королёв A.B. Влияние химических агентов на нагнетающую деятельность корня Автореферат дисс. канд. биол. наук. М.: ИФР РАН. 1990. 24 с.
30. Коштоянц X. С. Проблемы энзимохимии процессов возбуждения и торможения и эволюции функций нервной системы. 17 Баховское чтение. М.: АН СССР. 1963.31 с.
31. Кулаева О.Н. Восприятие и преобразование гормонального сигнала у растений. // Физиология растений. 1995. Т. 42. № 1. С. 661 671.
32. Лазарева Н.П., Борисова Т.А., Жолкевич В.Н. Об автоколебательном характере нагнетающей деятельности корневой системы Zea mays L. //
33. Докл. АН СССР. 1986. Т. 289. № 3. С. 761 764.
34. Люттге У., Хигинботам Н. Передвижение веществ в растениях. М.: Колос. 1984. 408 с.
35. Лялин О. О. К теории трансклеточного осмоса: обратноосмотическая модель экссудации. // Физиология растений. 1989. Т. 38. № 3. С. 421 434.
36. Максимов Н.А. Развитие учения о водном режиме от Тимирязева до наших дней. 4-е Тимирязевское чтение. М.: Изд-во АН СССР. 1944. 48 с.
37. Мелегценко С.Н. Система водного транспорта высшего растения и её элементы. 4. О механизме возникновения корневого давления в интактном растении.
38. Физиология растений. 1998. Т. 45. С. 795-800.
39. Можаева Л.В., Пильщикова Н.В. К вопросу об активном нагнетании воды . корневой системы растений. // Изв. ТСХА. 1969. Вып. 4. С. 183 190.
40. Можаева Л.В., Булычева Е.М. Свойства сократительного белка,, выделенного из корней тыквы. // Изв. ТСХА. 1971. Вып. 2. С. 3 9.
41. Можаева Л.В., Пилыцикова Н.В. О природе нагнетания воды корнями растений. // Изв. ТСХА. 1972. Вып. 3. С. 3 15.
42. Моэ/саева Л.В., Пилыцикова Н.В., Зайцева Н.В. Изучение сократительных свойств клеток корня в связи с ритмичностью плача растений. // Изв. ТСХА. 1975. Вып. 1. С. 3- 11.
43. Можаева Л.В., Пилыцикова Н.В. О неомотическом поступлении воды в сосуды корня. // Изв. ТСХА. 1976. Вып. 6. С. 3 11.
44. Можаева Л. В., Пильщикова Н. В. Соотношение между величиной компонентов корневого давления и скоростью нагнетания воды корнями. // Докл. АН СССР. 1978. Т. 239. № 4. С. 1005 1008.
45. Можаева Л.В., Пшыцикова Н.В., Кузина В.И. Изучение природы движущей силы плача растений с использованием химических воздействий. // Изв. ТСХА. 1979. Вып. 1.С. 1.
46. Наточин Ю.В. Новое о природе регуляций в организме человека. // Вестник РАН. 2000. № 1. С. 21-35.
47. Ничипоренко Г.А., Рыбалова Б.А. Применение различных осмотически действующих агентов для исследования водного обмена растительных тканей. // Физиология растений. 1980. Т. 27. № 1. С. 203-208.
48. Ониани Д.А. Исследование влияния физиологически активных веществ на регуляцию скорости движения протоплазмы и мембранного потенциала в клеткахИЫеПа. Автореферат дисс. канд. биол. наук. Тбилиси: ТГУ.1975. 24 с.
49. Ониани Д. А., Кудрин А.Н., Ломсадзе Б. А., Воробьёв Л.Н. Исследование биоэлектрических потенциалов и скорости движения протоплазмы в клетках ИЫеПа Бупсагра при действии адреналина и норадреналина. // Сообщ. АН ГрузССР. 1977. Т. 86. № 2. С. 457-460.
50. Пахомова Г.И. Словарь терминов по водному режиму растений. Казань. Изд-во Казанск. ун-та. 1984. 32 с.
51. Пшьщикова Н.В., Пильщиков Ф.Н. Рост и водообмен яблони при частичной подрезке корней. //Изв. ТСХА. 1982. Вып. 2. С. 126 131.
52. Пшьщикова Н.В. Ультраструктура клеток стелярной паренхимы в связи с нагнетающей деятельностью корня. // Изв. ТСХА. 1988. Вып. 4. С. 66-73.
53. Полевой В.В. Физиология растений. Учеб. Для биол. спец. вузов. М.: Высш. шк. 1989. 464 с.
54. Пузаков М.М. Участие энергозависимых контрактильных систем паренхимных клеток в создании корневого давления. Автореферат дисс. канд. биол. наук. М.: ИФР РАН. 2002. 26 с.
55. Реуцкий В.Г., Родионов П. А. Движущие силы транспорта влаги в растении. //Докл. АН БССР. 1982. Т. 26. № 5. С. 450-453.
56. Рощина В. В. Реакции мембран хлоропластов с биомедиаторами. // Биофизика. 1989. Т.34. № 4. С.602-605.
57. Рощина В.В. Нейротрансмиттеры катехоламины и серотонин в растениях. // Успехи соврем, биологии. 1991. Т. 11. № 4. С. 622 - 636.
58. Рощина В.В. Биомедиаторы в растениях. Ацетилхолин и биогенные', амины. Пущино. 1991. 193 с.
59. Рощина В.В. Функции нейромедиаторных веществ у растения. // Российский Физиологический журнал им. И. М. Сеченова. 2000. Т. 86. С. 1300 1307.
60. Рощина В.В. Сократительные белки в транедукции хемосигнала растительных микроспор. // Изв. РАН. Сер. Биол. 2005. № 3. С. 281-286.
61. Рощина В.В. .Хемосигнализация в клетках растительных микроспор. // Изв. РАН. Сер. Биол. 2006. Т.ЗЗ. № 4. С. 414-420.
62. Рощина В.В. Растительные микроспоры как биосенсоры. // Усп. соврем, биол. 2006. Т. 126. №4. С. 366-378.
63. Рощина В.В., Мухин E.H. Ацетилхолин в жизнедеятельности растений. // Усп. соврем, биол. 1986. Т. 101. № 2. С. 265 274.
64. Рощина В.В., Попов В.И.,Новоселов В.И., Мельникова Е.В., Гордон Р.Я., Пе-шенко И.В., Фесенко Е.Е. Трансдукция хемосигнала у пыльцы. // Цитология. 1998. Т. 40. № 11. С.964-971.
65. Рощина В.В., Безуглов В.В., Маркова Л.Н., Сахарова Н.Ю., Бузников Г.А., Карнаухов В.Н. , Чашахян Л.М. Взаимодействие живых клеток с флуоресцентными производными биогенных аминов. // Докл. РАН. 2003. Т. 393. № 6. С. 832-835.
66. Сабинин Д.А. О способе определения движущей силы плача растений. // Изв. Биол. НИИ при Пермск. ун-те. 1923. Вып. 5. С. 195 206.
67. Сабинин Д. А. О корневой системе как осмотическом аппарате. //Изв. Биол. НИИ при Пермск. ун-те. 1925. Вып. 4. С. 1 136.
68. Савельев В.А., Мелехов Е.И., Алибасов P.C. Измерение сопротивления корней току воды с помощью камеры давления. // Водный режим растений в связи-с разными экологическими условиями. Из-во Казанского университета. 1978. С. 384-388.
69. Сапин М.Р., Никитюк Д.Б. Анатомия человека. В 3 томах. Т. 3. М. 1998.
70. Слейчер Р. Водный режим растений. М.: Мир. 1970. 365 с.
71. Синюхин A.M. Джагдиш Чандра Бос и значение его исследований в развитие материалистической теории раздражимости растений. М.: Мир. 1964. Т. 2.1. С.342 374.
72. Тараканова Г.А., Серова Е.М., Жолкевич В.Н. // Исследование электрической по-ляризованности гигантских клеток Pilobolus путём внеклеточных микроэлектродных измерений. // Физиология растений. 1991. Т. 38. № 1. С. 176 180.
73. Тарчевский H.A. Элиситор-индуцируемые сигнальные системы и их взаимодействие. // Физиология растений. 2000. Т. 47. №2. С. 321 331.
74. Тарчевский И.А. Сигнальные системы растений. М: Наука. 2002. 264 с.
75. Умпелов В.Л., Андреев КМ. Модель кажущегося неосмотического потока воды в корнях растений. // Физиология растений. 1982. Т. 29. № 5. С. 1002 1005.
76. Ушаков В.Ю., Колтунова И.Р. О пульсирующем характере транспирации и поступлении воды в листья растений. // Докл. АН СССР. 1982. Т. 266. № 3. С. 766 -768.
77. Шмидт Р., Тевс Г. Физиология человека. Кровь. Кровообращение. Дыхание. Т. 3. М.: Мир. 1986. 288 с
78. Agre P., Sasak S., Chrispeels J. Aquaporins: a family of water channel proteins. // Am. J. Physiol. Renal Physiol. 1993. V. 265. P. 461.
79. AlpiA., AmrheinN., BertlA., Bllatt M.R. Plant neurobiology: no brain, no gain? // Plant Sci. 2007. V. 12. № 4. P. 135 136.
80. Anderson W.P., House C.R. A correlation between structure and function in the root of Zea mays L. // J. Exp. Bot. 1967. V. 18. № 56. P. 544.
81. Arisz W.H. Significance of the Symplasm Theory for transport across the root. //Protoplasma. 1956. V. 46. P. 5-62.
82. Askar A., Rubach K., Schormuller J. Dunnschichtchromatograpische trennung der in bananen vorkommenden amin-fraktion. // Chem. Microbiol. Technol. Lebensm. 1972. V. 1. № l.P. 187-190.
83. Askenasy E. Uber das Saftsteigen. // Bot. Zent. 1895. V. 62. P. Til 238.
84. Baluska F., Hlavacka A., Volkmann D., MenzelD. Getting connected: actin-based cell-to-cell channels in plants and animals. // Trends Cell Biol. 2004. V. 14.8. P. 404-408.
85. Baluska F., Mancuso S., Volkmann D., Barlow P. Root apices as plant command centers: the unique "brain-like" status of the apex transition zone. // Biol. 2004. V. 59. P. 7- 19.
86. Baluska F., Volkmann D., Menzel D. Plant synapses: aetin-based domains for cell-to-cell communication. // Trends Plant Sci. 2005. V. 10. P. 106 111.
87. Battey N.H. Plant culture: thirteen seasonal pieces. April — watching sap flow. // J. Exp. Bot. V. 54. № 385. P. 1121 1124.
88. Berlin J., Rugenhagen C., GreidziakN., Kuzovkina I.N., White L., Wray V. Hairy root cultures of Peganum harmala. 3. Biosynthesis of serotonin and B-carboline alkaloids in hairy root cultures of Peganum harmala. Phytochem. V. 33. P. 593 — 599.
89. Bleckman V.H. II NewPhytol. 1921. V. 20. № 3. P. 106 115.
90. Blackman L. M., Overall R. L. Immunolocalisation of the cytoskeleton to plasmodesmata of Chara corallina. II The Plant J. 1998. V. 14. № 6. P. 733 -741.
91. Brenner F., Stahlberg R., Mancuso S., VivancoJ., Baluska F. Van Volkenburgh E. Plant neurobiology: an integrated view of plant Signaling. // Trends Plant Sci. 2006. Y. 11. P. 413-419.
92. Brown E. G., Newton R. P. // Phytochem. 1981. V. 20. P. 2453-2463.
93. Calixto M., Dai Y., Eldrin F., Flores L. Growth stimulation by catecholamines in plant tissue/organ cultures. // Plant Physiol. 1992. V. 98. P. 89 96.
94. Canny M. J. A new theory for the ascent of sap-cohesion by tissue pressure. 11 Ann. Bot. 1995. V. 75. P. 343 357.
95. Canny M. J. Applications of the compensating pressure theory of water transport.
96. Am. J. Bot. 1998. V. 85. № 7. P. 897 909.
97. CarrD. J. Historical perspectives on plasmodesmata. In intercellular communication in plants: studies on plasmodesmata. // Springer Verlag. Gunning. B.E.S. and Ro-bards, A.W. eds. 1976. P. 291-295.
98. Chasan B., Lukacovich M.F., Toon M.R., Solomon A.K. Effect of thiourea on PCMBS inhibition of osmotic water transport in human red cells. // Bioch. Et Bioph. Act. 1984. V. 778. P. 185- 190.
99. Collier H., Chester G. Identification of 5-hydrotryptamine in the sting of the nettle (Urtica dioicd). II Brit. J. Pharmacol. 1956. V. 11. № 1. P. 53 106.
100. Collins J.C., Kerrigan A.P. The effect of kinetin and abscisic acid on water and ion transport in isolated maize roots. // New Phytol. 1974. V. 73. P. 309-314.
101. Cowan D.S., Hall J.L., Clarkson D.T. Characterization of the stellar H+-ATPase: some aspects of its involvement in the release of ions into the xylem. // J. Exp.
102. Bot. 1990. V. 41. P. 1012.
103. Csaba G., Midler W.E.G. Signalling mechanisms in Protozoa and Invertebrates. Berlin. Springer. 1996.
104. Curran P.F., Macintosh J.R. A model system to biological water transport. // Nature. 1962. V. 193. P. 347-348.
105. Dixon H. Transpiration and ascent of sap. London. 1914. P. 216.
106. Dixon H.H., Joly J. On the ascent of sap. // Philosophical transactions of the Royal Society. London. 1895. V. 186. P. 563 576.
107. Emmelin N., Feldberg W. The mechanism of the sting of the common nettle (Urtica urens). II J. Physiol. 1947. V. 106. № 2. P. 68 95.
108. Endress R., Jager A., Kreis W. Catecholamine biosynthesis dependent on thedark in betacyanin-forming Portulaca callus L. // J. Plant Physiol. 1984. V. 115. P. 291 -295.
109. Ewins A.J. Acetylcholine, a new active principle of ergot. // Biochem. J. 1914. V/ 8. № l.P. 44-49.
110. Feldman J.M., Lee M., Castleberry C.A. Catecholamine and serotonin content of foods: effect on urinary excretion of homovanillic and 5-hydroxyindoleacetic acid.
111. J. Am. Diet. Assoc. 1987. V. 87. P. 1031 1035.
112. FluckR.A., Jaffe M.J. The acetylcholine system in plants. // In: Current advances in plant sciences. Ed. Smith. Oxford. Science ehgineering, medical and data Ltd. 1974. V. 5. P. 1-22.
113. FluckR.A., Jaffe M.J. The acetylcholine system in plants. // Commentaries in Plant Science. 1976. P. 119-136.
114. Freestone P.P., Haigh R.D., Lyte M. Blokade of catecholamine-induced growth by adrenergic and dopaminergic receptor antagonists in Escherichia coli 0157:H7, Salmonella enterica and Yersinia enterocolitica. II BMC Microbiol. 2007. V. 7-8.1. P. 1-3.
115. Freestone P.P., Williams P.H., Haigh R.D., Maggs A.F., Neal C.P., Lyte M. Growth stimulation of intestinal commensal Escherichia coli by catecholamines: a possible contributory factor in traumainduced sepsis. // Shock. 2002. V. 12. P. 14 20.
116. Ginsburg H., Ginzburg B. Z. Radial water and solute flow in roots of Zea mays L. // J. Exp. Bot. 1971. V. 22. P. 337 341.
117. Glinka Z. Abscisic acid effect on root exudation related to increased permeability to water.//Plant Physiol. 1973. V. 5 LP. 217-219.
118. Grosse W. Function of serotonin in seeds of walnuts. // Phytochem. 1982. V. 21. P. 819-822.
119. Harrison J.K. Molecular characterization of alphar and alpha2- adrenoceptors. // Trends Pharmacol Sci. 1991. V. 12. P.62.
120. Hartman E., Gupta R. Acetylcholine as signaling system in plants. // Sec. mess, plants growth and development. 1989. P. 257 287.
121. House C. R. Water transport in cells and tissues. L.: Arnold. 1974. 562 p.
122. House C. R., Findlay N. Water transport in isolated maize roots. // J. Exp. Bot. 1966. V. 17. №51. P. 344.
123. Hunter N. Protein kinases and fhosphatases: The Yin and Yang of Protein Phosphorylation and Signaling 11 Cell. 1995. V. 80. P. 225 236.
124. Jaffe M. J. Evidence for regulation of phitochrome mediated processes in bean roots by neurohumor acetylcholine. I I Plant. Physiol. 1970. V. 46. № 6. P. 768 - 777.
125. KaldenhoffR., Eckert M. Features and function of plant aquaporins. // J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 1999. V. 52. P. 1 6.
126. Kamisaka S. Catecholamine stimulation of the gibberellin action that induced lettuce hypocotyl elongation. // Plant Cell Physiol. 1979. V. 20. № 7. P. 1199 1207.
127. Kanta J., Sichova E., Pejskovd I., Bartos F. Inhibitory effect of adrenaline and hydrocortisone on the growth of Allium cepa roots. I I Acta Biol. 1977. V. 28. № 2.1. P. 191-194.
128. Katou K., Taura T., Furumoto M. A model for water transport in the stele of plant roots. // Protoplasma. 1987. V. 140. P. 123-132.
129. Katou K., Taura T. Mechanism of pressure-induced water flow across plant roots. //Protoplasma. 1989. V.150.P. 124-130.
130. Kochenberger W., Pope J.M., Xia Y., Jeffrey K.R., Komor E., Callaghan P.T. A noninvasitive measurement of phloem and xylem water flow in castor beanseedlings by nuclear magnetic resonance microimaging. // Planta. 1977. V. 201. № l.P. 53-63.
131. Kramer P. J. Plant a. soil water relationships: a modern synthesis. McGrow Hill Book Company. New York. 1969. 482. p.
132. Kramer P. J. Water relations of plants. N. Y.: Acad, press. 1983. 489 p.
133. Kramer P. J., BoyerJ.S. Water relations of plants and soils. Orlando: Academic Press. 1995. 465. p.
134. Kuklin A.I., Conger B. V. Catecholamines in plants. // J. Plant Growth Regul. 1995. V. 14. P. 91-97.
135. Kutchan T.M., RushM., Coscia C.J. Subcellular localization of alkaloids and dofamine in different vacuolar compartment of Papaver bracteatum L. // Plant Physiol. 1986. V. 81. № 1. P. 161 166.
136. Ladror U.S., Zielinskii R.E. Protein kinase activities in tonoplast and plasmalemma membranes from corn roots. // Plant Physiol. 1989. V. 89. № 1. P. 151 158.
137. Levy J. V. Beta-adrenergic blocking drugs in spontaneous hypertension. // Am. J. Med. 1976. V. 61. P. 77.
138. Lyte M., Ernst S. Catecholamine induced growth of gram negative bacteria. // Life Sci. 1992. V. 50. P. 203-212.
139. Mancuso S., Barlow P. IV., Volkmann D., Baluska F. Actin turnover mediated gravity response in maize root apices: gravitropism of decapped roots implicates gravisensing outside of the root cap. // Plant Signal Behav. 2006. V. 1. P. 52 58.
140. Maurel C. Aquaporins and water permeability of plant membranes. // Ann. Rev. Plant Physiol, and Plant Mol. Biol. 1997. V. 48. P. 399 429.
141. Milburn J.A., McLaughlin M.E. Studies of cavitation in isolated vascular bundles and whole leaves of Plantago major L. The New Phytol. 1974. V. 73. P. 861 871.
142. Millner P.A. Heterotrimeric G-proteins in plant cell signaling. // Plant Biol. 2001. V. 54. № l.P. 691.
143. Murch S. The brain of plants: neurotransmitters, neuroregulators and neurotoxins // Abst. 1st Symp. Plant Neurobiology (May 17-20, 2005, Florence, Italy).
144. Ente cassa di resparmio di Firenze. 2005. P. 21.
145. Newman E. I. Water movement through root systems. Phil. Trans. Royal Soc. London. Series B. Biol. Sci. 1976. V. 273. № 927. P. 463 478.
146. Odjakova M., Hadjiivanova C. Animal neurotransmitter substances in plants. // Bulg. J. Plant Physiol. 1997. V. 23. P. 94 102.
147. Oparka K.J. Getting the message across: how do plant cells exchange macro-molecular complexes? // Trends Plant Sci. 2004. V. 9. P. 33-34.
148. Oparka J. J., Roberts A.G. Plasmodesmata. A non so open-and-shut case. // Plant Physiol. 2001. V. 125. P. 123 126.
149. Parups E. V. Acetylcholine and synthesis of ethylene in etiolated bean tissue. // Physiol. Plant. 1976. V. 36. № 2. P. 154 156.
150. Parsons L.R., Kramer P.J. Diurnal cycling in root resistance to water movement. // Physiol. Plant. 1974. V. 30. № i. p. 19-23.
151. Pedersen O. Long-Distance Water Transport in Aquatic Plants. // Plant Physiol. 1993. V. 103. P. 1369 1375.
152. RanjevaR., Boudet A.M. Phosphorylation of proteins 1 plants: regulatory effects and potential involvement in stimulus. // Ann. Rev. Plant Physiol. 1987. V. 38.1. P. 73-93.
153. Priestly J.H. The mechanism of root pressure. //New Phytol. 1920. V. 19. P. 189-200.
154. Priestly J.H. Further observation upon the mechanism of root pressure. //Jbid. 1922. V. 21. P. 41 -48.
155. Roberts M.F. Paper latex and alkaloid storage vacuoles. // Plant Vac. Ed. By Martin N. Y. London. 1986. P. 513 528.
156. Roderick M. On the use of thermodynamic methods to describe water relations in plants and soil. // Austl. J. of Plant Physiol. 2001. V. 28. P. 729 742.
157. Roshchina V.V. Action of acetylcholine agonists and antagonists on reactions of pho-tosynthetic membranes. // Photosynthe. 1987. V. 21. № 3. P. 296 300.
158. Roshchina V.V Characterization of pea chloroplasts cholinesterase. Effect of inhibitors of animal enzymes. // Photosynth. 1988. V. 22. № 1. P. 20 26.
159. Roshchina V.V. Biomediators in chloroplasts of higher plants. 1. The interation with photosynthetic membranes // Photosynth. 1989. V.23. № 2. P.197-206.
160. Roshchina V.V. Neurotransmitters in Plant Life. Enfield. Plymouth. Science Publisher. 2001.283 pp.
161. Roshchina V. V. Involvement of contractile components in chemical signal transduction from the cell surface to the organelles was studied using unicellular systems. // J. Exp. Biol. 2006. V. 209. P. 2320 2327.
162. Roshchina V.V., Roshchina V.D. The excretory function of higher plants. // Springer-Verlag. 1993. P. 314.
163. Roshchina V.V, Vikhlyantsev I.M. Mechanisms of chemosignalling in allelopathy: role of ion cannels and cytoskeleton in development of plant microspores. // Allelopat. J. 2009. V. 23. № 1, P. 25-36.
164. Samaj J., Baluska F., Hirt H. From signal to cell polarity: mitogenactivatedprotein kinases as sensors and effectors of dynamic cytoskeleton and signaling endosomes. //J.Exp. Bot. 2004. V. 55. № 395. P. 189-198.
165. Samaj J., Baluska F., VoigtB., Schlicht M., Volkmann D., Menzel D. Endocytosis, actin cytoskeleton and signalling. // Plant Physiol. 2004.1. V. 135.P. 1150-1161.
166. Schaffer A. R. Aquaporin function, structure and expression: are there surprises to surface in water relations. // Planta. 1998. V. 204. P. 131 139.
167. Simons P.J. The role of electricity in plant movements. //New Phytol. 1981. V. 87. № l.P. 11-37.
168. Skinner R.H, Radin J. W. The effect of phosphorus nutrition on water flow through the apoplastic bypass in cotton roots. // J. Exp. Bot. 1994. V. 45. P. 423 428.
169. SkiryczA., Swiedrych A., Szopa J. Expression of human dopamine receptor in potato (Solanum tuberosum) results in altered tuber carbon metabolism. //
170. Plant Biol. 2005. Y. 5. P. 1.
171. Smith T.A. Plant amines. In: Secondary Plant Products. // Encyclopedia of Plant Physiol. New Series. Eds. I. A. Bell and В. V. Charlwood. Springer Verlag. Berlin. 1980. V. 8. P. 433-460.
172. Scholonder P.F., Hammel H.T., Hemmingsen E.A., Brandstrut E. // An instrument for non-destructive measurement of the pressure potential (turgor).//D. Proc. Nat. Acad. Sci of USA. 1964. V. 52. № l.P. 119-125.
173. SkoogF., Broyer T.C., Grossenbacher IC.A. Effects of auxin on rates, periodicity and osmotic relations in exudation. // A. J. Bot. 1938. V. 25. P. 749 759.
174. SperryJ.S, HolbrookN.M, ZimmermanM.H, Tyree M.T. Spring filling of xylem vessels in wild grapevine. // Plant Physiol. 1987. V. 83. P. 414 417.
175. Steudle E. Water uptake by plants roots: an integration of views. // Plant Soil. 2000. V. 226. P. 45-46.
176. Steudle E. The cohesion-tension mechanism and the acquisition of water by plant roots. // Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 2001. V. 52. P. 847 875.
177. Steudle E. Transport of water in plants. // Environ. Control in Biol. 2002. V. 40. № l.P. 29-37.
178. Steudle E. Aufname und transport des wassers in pflanzen. // Nova Acta Leopol. 2002. NF 85. № 323. P. 251 -278.
179. Steudle E., Or en R., Schulze E-D. Water transport in maize roots. // Plant Physiol. 1987. V. 84. P. 1220- 1232.
180. Tanner W., Beevers H. Does transpiration have an assential function in long-distanse ion transport in plant? // Plant Cell Environm. 1990. V. 13. P. 344 352.
181. Taura T., Iwarikawa Y., Furumoto M., Katou K. A model for radial water transport across plant roots. // Protoplasma. 1988. V. 144. P. 170 179. № 8. P. 745 - 750.
182. TalM., ImberD., Itai C. Abnormal stomatal behavior and hormonal imbalance in flacca, a wilty mutant of tomato. I. Root effect and kinetin-like activity. // Plant Physiol. 1970. V. 46. P. 367-372.
183. TalM., ImberD. Abnormal stomatal behavior and hormonal imbalance in flacca, a wilty mutant of tomato. II. Ausin- and abscisic acid-like activity. I I Plant Physiol. 1970. V. 46. P. 373 -378.
184. TalM., ImberD. Abnormal stomatal behavior and hormonal imbalance in Flacca, a wilty mutant of tomato. III. Hormonal effects on the water status in the plant // Plant Physiol. 1971. Y. 47. P. 849-850.
185. TelewskiF. W. A unified hypothesis of mechanoperception in plants. // Am. J. Bot. 2006. V. 93. P. 1466 1476.
186. Toriyama H. The effects of acetylcholine and noradrenaline upon theimmature sieve tube of root tip. // Abstracts of 12th Int. Botanical. Congress.M.: Nauka. 1975. P. 374.
187. Toriyama H. Observational and experimental studies of meristem of leguminous Plants. 1. Effects of acetylcholine, red light and far-red light on protoplasts of root tip meristem. // Cytologia. 1978. V. 43. № 2. P. 325 337.
188. TretynA., Kendrick R.E., Bossen M.E., Vredenberg W.J. Influence of acetylcholine agonists and antagonists on the swelling of etiolated wheat (Triticum aestivum L.) mesophyll protoplasts. // J. Plant Growth Regul. 1990. V. 182. № 4. P. 473 479.
189. Tretyn A., Kendrick R.E. Acetylcholine in plants: presence, metabolism and mechanism of action. // Bot. Rev. 1991. V. 57. P. 33.
190. Travis S. W., Harsh P.B., Erich G., Vivanco J.M. Root exudation and rhizosphere biology. // Plant Physiol. 2003. V. 132. P. 44 51.
191. Tyree M.T. The Symplast concept. A general theory of symplastic transport according to the thermodynamics of irreversible process. // J. Theor. Biol. 1970. V. 26. P. 181-214.
192. Tyree M.T. The Cohesion-Tension theory of sap ascent: current controversies. // J. of Exp. Bot. 1997. V. 48. № 315. P. 1753 1765.
193. Tyree M.T., Salleo S., Nardini A., Mosca R. Refilling of embolized vessels in yong stems of laurel. Do we need a new paradigm? I I Plant Physiol. 1999.1. V. 120. P. 11-21.
194. Ursprung A., Blum G. Zur methode der saugkraftmessung. // Ber. Deut. Bot. Ges. 1916. V. 34. P. 525.
195. Van Over bee k J. Water uptake by excised root systems of tomato due to nonosmotic forces. // Am. J. Bot. 1942. V. 29. № 8. P. 677 682.
196. Waakes T.P. Sjoerdsma A., Greveling C.R., Weissbach H., UdenfriendS. Serotonin, norepinephrine and related compounds in bananas. // Science. 1958. V. 127. № 3299. P. 648 650.
197. WangH., Zhang S., WangX., Lou C. Role of acetylcholine on plant root-shoot signal transduction. // Chin. sei. bull. 2003. V. 48. № 6. P. 570 573.
198. Wendler S., Zimmermann U. A new method for the determination of hydraulic conductivity and cell volume in plant cells of pressure clamp. // Plant Physiol. 1982.V. 69.1. P. 998-1003.
199. Werle E., Raub A. Uber vorkommen bildung und abbau biogener amine bei pflanzen unter besonderer beruck-sichtigung des histamines. // Biochemische Zeitschrift. 1948. Bd. 318. №4-5. S. 538-553.
200. White P.R. Root-pressure as a factor in the rise of sap. //Nature. 1938. V. 141. №3570. P. 581 -583.
201. Zhang J., Zhang X., Liang J. Exudation rate and hydraulic conductivity of maize roots are enhanced by soil drying and abscisic acid treatment. // New Phytol. 1995. V. 131. P. 329-336.
202. Zholkevich V. N., Chugunova T. V., Korolev A. V. New data on the nature of root pressure. // Studia biophysica. 1990. V. 136. № 2. P. 209 216.
203. Zholkevich V. N. Root pressure. // Plants roots. N. Y.: Marcel Dekker. 1991. P. 589-603.
204. Zimmermann H., Hartmann K., Schreiber L., Steudle E. Chemical compositionof apoplastic transport barriers in relation to radial hydraulic conductivity of corn roots {Zea mays L.). // Planta. 2000. V. 210. P. 302 311.
205. Zimmermann M.H., Milburn J.A. Encyclopedia of plant physiology. Transport in plants. 1975.
206. Zimmermann U. Physics of turgor and osmoregulation. // Plant Physiol. 1978. V. 29. P. 121-148.
207. Zimmermann U., Steudle E. Physical aspects of water relations of plant cells. // Adv. Bot. Res. 1978. V. 6. P. 45 117.
208. Zimmermann U., Meinzer F., Bentrup F-W. How does water ascend in tall trees and other vascular plants? // Ann. Bot. 1995. V. 76. P. 545 551.
209. Zimmermann U., Schneider H., Wegner L. H., Wagner H-J., Szimtenings M.,
210. Hasse A., Bentrup F-W. What are the driving forces for water lifting in the xylem conduit? // Physiol. Plantarum. 2002. V. 114. P. 327 335.
-
Жуковская, Наталья Валерьевна
-
кандидата биологических наук
-
Москва, 2008
-
ВАК 03.00.12
- Воздействие фитогормонов на водонагнетающую деятельность корня
- Физиологические аспекты активности холинэстеразы Triticum aestivum: в онтогенезе растения, при инфицировании корней Azospirillum brasilense sp245
- Аминокислоты и их метаболиты при неврологических заболеваниях у детей
- Цитофизиологическая характеристика паренхимы молочной железы в норме и при гипогалактии у овец
- Влияние нейротрансмиттера норадреналина на водонагнетающую деятельность корня
