Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСТЬИЧНОГО КОМПЛЕКСА ТРАДЕСКАНЦИИ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСТЬИЧНОГО КОМПЛЕКСА ТРАДЕСКАНЦИИ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ нмени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

~ &/3 правах РУкописи

Ирина Федоровна ЗЛОТНИКОВА

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСТЬИЧНОГО КОМПЛЕКСА ТРАДЕСКАНЦИИ

(03.00.12 — физиология растений)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1978

Диссертационная работа выполнена при кафедре физиологии растений Московской сельскохозяйственной академии им, К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — заслуженный деятель наук РСФСР лауреат Государственной премии профессор И. И. Гун ар.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Д. Б. Вахмистров, кандидат биологических наук Л. Г. Яглова.

Ведущее учреждение — Горьковский государственный университет, кафедра биофизики.

Защита диссертации состоится «$» . .1978 г.

в «/&» часов на заседании Специализированного совета К-120.35.06 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49, сектор защиты диссертаций ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА,

Автореферат разослан «$» . . . 1978 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доцент

Через устьица в листья растений проникают С02, 02 и происходит транспирация. Поэтому важная роль устьиц в жизнедеятельности растений не вызывает сомнения. За почти столетний период изучения устьичного аппарата' твердо установлено, что движения устьиц основаны на изменении тургора замыкающих и окружающих клеток вследствие изменения осмотического давления. Однако объяснение непосредственного механизма движения было найдено сравнительно недавно: лишь в конце 60-х годов возникла гипотеза, связывающая устьичиые движения с изменением содержания калия в замыкающих клетках.

Имеется сравнительно немного работ, в которых было проведено количественное исследование накопления ионов калия в замыкающих клетках устьиц. Что же касается клеток, окружающих замыкающие (как клеток устьичного комплекса, так и обычных эпидермальиых клеток), то их отношение к процессу устьичного движения почти неисследовано, Поэтому следующим этапом в изучении устьичных механизмов должно явиться изучение динамики содержания калия не только в замыкающих клетках, но и в соседних клетках, взаимоотношений клеток, н на основе этого выяснение вопросов регуляции ионного транспорта в механизме устьичных движений.

Целью данной работы было исследование электрохимических параметров {активности калия и мембранных потенциалов) у всех типов клеток эпидермиса листа в зависимости от состояния устьиц. На основании этой информации могли быть выявлены взаимосвязи клеток, характер ионного транспорта в замыкающие клетки устьиц и источники калия, и тем самым получена более полная картина регуляции ионного транспорта в устьичном комплексе по сравнению с существующей в настоящее время.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на XII Международном Ботаническом конгрессе, Ленинград, 1975 г.; и на конференции молодых ученых Института физиологии растений АН СССР, Москва, 1977 год.

Публикация результатов : исследований. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объекта и методов исследования, изложения результатов (6 глав), обсуждения, выводов и списка литературы (167 источников, из них 152 иностранных). Работа изложена на 83 страницах машинописного текста и включает 6 таблиц и 18 рисунков.

Объект к методы

Объектом исследования служили клетки абаксиального эпидермиса листьев Tradescanlia albiílora Kurtlh, var. albo-vit-tata hort. ссм. Commelinaeeae. Растения выращивали в водной культуре на t/2 нормы смеси Кнопа в факторостатных условиях (освещенность 8000 лк, световой день 16 часов, температура 20±0,5°). Питательный раствор меняли еженедельно. В опытах использовали срезанные листья {срезание под водой как закрывающая устьица обработка (Darwin, 1889; Laidlaw, Knißht, 1916). Устьица на срезанном листе перестают открываться, поэтому открытые устьица исследовали на листьях укорененного побега. Б этом случае устьица легко открывались через час после начала освещения до стабильной апертуры 10ä:I мкм. Для сравнения результатов измерений на срезанном и неотделенном листе была проведена дополнительная серия опытов при закрытом состоянии устьиц на неотделенном листе.

Основание срезанного листа (или корни черенка) помешали в камеру с раствором (1/10 нормы смеси Кнопа для листа и 1/2 нормы смеси Кнопа для побега) на столике микроскопа. JIjict, повернутый абаксиальиой стороной вверх, освещался через отверстие в столике микроскопа (лампа ДРЛФ-400, освещенность листа 6000 лк). Температура и камере была от 25 до 28°.

Исследовали четыре типа клеток эпидермиса листа (рис. 1): замыкающие клетки устьиц (ЗК), сопутствующие латеральные клетки устьичного комплекса (СКЛ), сопутствующие терминальные клетки устьичного комплекса (СК,)( обычные эпидермальные клетки (ЭК) (примерный размер в плане: 60X13 мкм, 60x39 мкм, 110X36 мкм и 150X150 мкм соответственно). Размеры клеток устанавливали при измерении микрофотографий устьичных комплексов.

Мембранный потенциал (Ем ) измеряли обычными микроэлектродами— солевыми мостиками с диаметром кончика не более 1 мкм. Сигнал поступал на вход высокоомного милливольтметра (рН-340) и регистрировался на ленте самописца EPR-3T, За стационарный уровень мембранного потенциала принимали такие значения, которые поддерживались не менее

30 минут с колебаниями потенциала для замыкающих клеток =t8 мВ и для остальных клеток ±5 мВ.

Механическая часть установки для микроэлектродных измерений была смонтирована на базе мнкроманипулятора ММ-1. Введение микроэлектродов контролировали визуально при 384-кратном увеличении.

При измерении разности потенциалов (РП) микроэлектрод вводили в клетку эпидермиса листа, а электрод сравнения помещали в раствор на дне камеры, который омывал черешок листа (или корни побега). Поэтому цепь между копчиком микроэлектрода и электродом сравнения во внешнем растворе состояла из следующих элементов; мембрана исследуемой клетки — апоплзст листа — раствор в камере/Вклад мембранного потенциала в измеряемую РП значительно превосходит все остальные. Об этом свидетельствует тот факт, что срезание части листа, т. е. уменьшение пути по апопласту (и соответственно сопротивления этого участка) не.изменяло в опытах сколько-нибудь величину регистрируемой РП, При измерениях па укорененных побегах луть по апопласту удлинялся за счет участка стебля и корня (2—3 см). Однако и в этом случае величины РП не отличались от полученных для срезанного листа. Кроме того, измерения на высечках листа давали ту же РП клеток эпидермиса, что и измерения на целых листьях (около 130 мВ). Хигинботам в своем обзоре сообщает о таком же способе измерения мембранного потенциала Джефферсом и говорит, что при этом исследователи не испытывали каких-либо методических трудностей (Higinbotham, 1973).

О локализации кончика микроэлектрода в клетках судили на основании косвенных данных. ЭК имеют большую центральную вакуоль и тонкий пристеночный слой цитоплазмы (Эсау, 11)68; Кубичск, 1973). Мы полагали, что при введении микроэлектрода на 3/4 глубины клетки его копчик по крайней мере с течение первых СО минут (Walker, 1955) находился в вакуоли. У СК устьичпого комплекса традесканции центральная вакуоль отсутствует (Кубнчск, 1973), в данном случае кончик микроэлектрода находился в цитоплазме.

Визуальный контроль за микроэлсктродом при введении в ЗК при закрытом состоянии устьиц затруднен зернистостью цитоплазмы и малыми размерами клеток. О локализации кончика трудно сказать в этом случае что-либо определенное. Можно лишь предполагать, что локализация его в цитоплазме более вероятна, чем в вакуоли. При открывании устьиц вакуоли ЗК набухают, сливаются, оттесняя цитоплазму к стенкам замыкающей клетки. В данном случае кончик микроэлектрода был локализован, по-видимому, в вакуоли.

Активность ионов калия (Ак) измеряли с помощью Нечувствительного и обыкновенного мнкроэлсктродов. Нечувствительные микроэлектроды точечные, осадочного типа (Воробьев, Хнтров, 1971) отбирали с функцией не менее 35 мВ на десятикратное изменение концентрации калия и К—Na — специфичностью не более 0,3.

При измерении осмотического давления содержимого клеток в качестве плазмолитика использовали сахарозу. Полоски эпидермиса с открытыми (апертура 10 мкм) пли закрытыми устьицами помешали в каплю раствора сахарозы на предметное стекло и просматривали под микроскопом в течение первых 30 секунд (Fischer, 1973). С помощью фазово-констраст-ного устройства КФ--1 определяли ту концентрацию сахарозы, при которой 50% замыкающих клеток показывали начальный плазмолиз (Imamura, 1943). Эту концентрацию считали изото-ничной клеточному содержимому.

РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Мембранные потенциалы клеток.

Из табл. 1 видно, что при закрытом состоянии устьиц значения клеток для срезанного и нсотделенного листа не различаются. В обоих случаях наибольшая величина Е„ найдена у ЗК, наименьшая — у ЭК.

Таблица 1

Мембраны потенциалы (мВ) клеток устьнчного комплекса и парекхнмных клеток эпидермиса при закрытом и открытом состоянии устьиц, измеренные на срезанном и неотделенном листе

Еи (мВ)

Условия опыта ЗК СКл СКг эк

Устьица закр. (срезании Л лнет) Устьица зэкр. (неотделенный лист) Устьица откр. (неотделенный лист) ~171:t7(8) —170±5 (9) — 87± 1 (10) —165*8(9) —IG3±4<10) —1С1±10(10) —100±7(9) —1<60±3(3) ~166±8(18) —137-3(8) —143±С(8) —152±8(18)

'Примечание. Здесь и далее значения даны как среднее ± стандартная ошибка, в скобках число измсреьнЯ.

Мембранные потенциалы одних и тех же типов клеток для открытого и закрытого состояния устьиц достоверно не отличаются, исключение составляют только ЗК, Е„ которых при открывании устьиц уменьшается приблизительно на 80 мВ.

Рис. !. Устьичный комплекс традесканции. ЗК — замыкающие клетки, СКл —сопутствующие латеральные клетки, СКТ — сопутствующие терминальные клетки, ЭК — обычные эпидермальные клетки

jctmüi. Здесь н далее іначснмя дани как среднее і стандартная ошибка, в скобках число m wc рений.

Pire, 3. Величины градиентов электрохимического потенциала калия {кдж • моль-') между клетками листового эпидермиса при закрытом (а) и открытом (б) состоянии устьиц. Стрелка указывает направления градиента.

^^"—направление чистого притока калия

Рис. 4, Фотонкдуцнроватгые изменения мембранного потенциала клеток листового эпидермиса. а —сопутствующие клетки, 6 — обычные эпидермальные клетки, в — замыкающие клетки, т —момент выключения, с —

момент включении света

Эта особенность поведения ЗК позволяет предполагать, что контакт между ними и симпластом листа, видимо, ограничен, несмотря на наличие ллазмодесмсипых связей. В таком случае уменьшение величины ЕМЗК при открывании устьиц может быть вызвано каким-либо воздействием непосредственно на мембрану замыкающей клетки. Таким воздействием может оказаться, например, увеличение концентрации калия в пространстве между ЗК и СКл при открывании устьиц. 3 единственной известной о литературе работе по измерению Ем замыкающих клеток устьиц Палладжи (Pallaphy, 1968) зарегистрировал уменьшение Ем ЗК устьиц табака при увеличении концентрации калия в наружной среде. Это, конечно, не является доказательством, но указывает на возможность такой ситуации,

2. Внутриклеточная активность калия

В настоящее время большинство исследователей отводят калию важную роль в устьичных движениях (Sawhney, Ze-lUcli, 1009; Humble, Hsiao, 1969; Raschke, Fellows, 1971). Однако данные, имеющиеся в литературе о концентрации калня п замыкающих клетках устьиц, в большинстве случаев весьма приблизительные. Прямое измерение активности калия в клетках устьичного комплекса и зависимости от состояния устьиц известно только для Commelina communis (Penny, Bowling, 1974).

Мы измерили внутриклеточную активность калня по всех четырех типах клеток листового эпидермиса традесканции.

При закрытых устьицах все исследованные типы клеток можно расположить в ряд по мере уменьшения Ак :СКЯ>ЗК >СК,>ЭК (рис. 2а). Таким образом, для клеток устьичного комплекса найдены достоверно большие величины А«, чем для клеток окружающего эпидермиса. Особый интерес представляет то обстоятельство, что А* в ЗК оказалась примерно на 40 мм ниже, чем СКл . Это соответствует представлению о механизме устьичных движений, так как СКЛ должны иметь большее тургорное давление, чем ЗК, чтобы устьнчная пора была закрыта.

При-открытом же состоянии устьиц положение меняется. А« в ЗК в несколько раз превышает значения А„ других клеток эпидермиса (рис. 26). В ближайших соседних с замыкающими СКд величина Ак , наоборот, резко уменьшается, более чем в 2 раза. А„ СКГ и ЭК не изменяется по сравнению с закрытым состоянием усгьнц.

Таким образом, изменения Л„ при устьичном открывании -касаются только двух типов клеток устьичного комплекса —

замыкающих и соседних с ними СК л , Поскольку в СКТ и ЭК изменений Ак не происходит, можно предположить, что калия, содержащегося в СК л > достаточно, чтобы обеспечить увеличение А* в'ЗК при открывании устьиц. Зная объемы клеток усть-ичного комплекса и величины Л„ в них, можно определить абсолютное содержание калия во всех типах клеток при открытом и закрытом состоянии устьиц.

3. Содержание калия в. клетках при открытых и закрытых

устьицах

Для расчета содержания калия в клетке необходимо знать ее объем и концентрацию п ней калия. Измерения клеток устьичного комплекса показали, что при открывании устьиц объем ЗК увеличивается более чем в 2 раза (с 5,6 * 10'9 до 14,8.10-® см3), объем СК* уменьшается {с 61,9-10~9 до 36,1-Ю-9 см3), обьем СКт при устьичных движениях не изменяется. Концентрацию калия в клетках рассчитывали с помощью Ак и коэффициента активности.

Таблица 2

Содержание калия в клетках устьичного комплекса (тшкоэкв, на клетку)

Состояние устьиц ЗК СКл СКт

Закрыты ..... 1,22 ±0,15 15.56 ±1,23 17,30 ±1.59 . 3,43 ±0,33 19.М±1,84 17.74 ±1,50

При открывании устьиц количество калия в ЗК увеличивается на 14,3 пнкоэкв (табл. 2). Содержание калия в СКл уменьшается на 13,9 пикоэкв. Таким образом, изменения количества калия в замыкающих _и сопутствующих латеральных метках, как мы видим, статистически одинаковы (разность между ними недостоверна) и обратны по направлению. Это свидетельствует о том, что перемещение основной массы калия происходит только между ЗК и СКл, которые содержат достаточно калия для обеспечения открывания устьиц.

4. Измерение осмотического давления в замыкающих клетках

Величина осмотического давления в ЗК одинаково открытых устьиц одного и того же вида растений может быть весьма различной в зависимости от используемого плазмолитика я времени экспозиции эпидермальных полосок в растворе,

б

Показано, что полупериод уравновешивания водного потенциала ЗК с водным потенциалом окружающего раствора очень мал и составляет 6—10 секунд (Fischer, 1973). Если экспозиция длится дольше 5 минут и если водный потенциал раствора меньше 7 атм„ устьица начинают быстро терять растворенные вещества (Raschke, 1975а). Однако, когда определение ведется не более 2 минут, то осмотическое давление в ЗК открытых устьиц может иметь большую величину■—до 45 атм. у Vicia faba {Raschke, 1975а). Эту величину нельзя отнести за счет погрешностей осмотического метода, поскольку измерение осмотического давления в ЗК Chrisanthemum и Pelargonium крноскопическим методом обнаружили значения от 21 до 50 атм. (Веагсе, Khole, 1970), что вполне сравнимо с найденным для Vicia faba, если учесть возможную разницу в апертуре.

При определении осмотического давления в 3К устьиц традесканции мы учитывали возможность быстрой потери осмотически активных веществ из устьичных клеток и проводили опыты при коротких экспозициях. Расчеты сделаны по формуле, предложенной Имамура (Imamura, 1943). Результаты опытов представлены в табл. 3.

При закрытом состоянии устьиц традесканции в ЗК содержится 152 мМ К. Это количество способно обеспечить около 7,4 атмосфер осмотического давления клеточного содержимого, т. е. примерно половину найденной величины.

Таблица 3

Осмотическое давленнев замыкающих клетках устьиц традескании (атм.)

Состояние устьиц а а f— 1 ■S S ^ о га < Cl-^ JS n S 3 CL ô § g £ I- n ^ « * 3 s 2 § E о г: a- s û 3 о 3: s . . о s r: r» О tl * 5 gW Г* ь я "S О-S S i— 4 £ - к Hi ■¿■•S

Закрыты 1 0.4 42i4 11,2 12.2 12.2*2,0 7,4

2 0,5 rose 14.5

Открыты 1 1,9» 105.5 112,5 43,0±5,I 30.2

2 2,00 53 i2 117,5

Ое —значение осмотического давления внешнего раствора, при котором 50% ЗК показывают начальный плазмолиз; ?! —осмотическое давление в ЗК;

Р Ьс1 — осмотическое давление растворов КС1, имеющих А к 152 ч 633 мм, что соответствует Ак в ЗК закрытых и открытых устьицах. . ...

При открывании устьиц активность калия и ЗК увеличивается до 633 мМ. что соответствует осмотическому давлению 30 атм. (расчет на КС1), а осмотическое давление в ЗК увеличивается до 43 атм. Таким образом, можно сделать вывод, что основным осмотически активным веществом в ЗК является -К+ и зарегистрированные в данной работе величины А„ соответствуют найденным величинам осмотического давления для закрытого и открытого состояния устьиц.

5. - Градиенты электрохимического потенциала калия между клетками

Обнаруженные в данной работе градиенты концентрации калия между ЗК и другими клетками устьнчного комплекса сами по себе не позволяют судить о пассивном или активном характере движения ионов между клетками. Только знание электрохимических градиентов между ними может дать представление о движущих силах, которые действуют па попы. (Нобел, 1973).

Единственная известная работа подобного типа проведена Пенни и Боулингом (Penny, Bowling, 1974), которые показали наличие градиента электрохимического потенциала калия между ЗК и ЭК Commelina communis при любом состоянии устьиц, направление которого изменялось на противоположное при переходе устьиц кз закрытого состояния в открытое. Ингибиторы метаболизма (салнцнлальдокснм, днурон, 2,4-ди-нитрофенол) блокируют движение калия в замыкающие клетки при открывании (Wilimer, Mansfield, 1970; Pallaghy, Fischer, 1974). Это подтверждает предположение о необходимости затрат энергии метаболизма при накоплении калия.

Расчеты, сделанные по уравнению Периста на основании полученных в настоящей работе иеличии Ё„ и'А», показали, что разности калиевого электрохимического потенциала при закрытом состоянии устьиц между ЗК и СКл , ЭК и СКЛ и СКт л СКД недостоверны (рис. За). Можно предполагать, что закрытое состояние устьиц не требует для своего поддержания постоянного переноса калия между клетками и, следовательно, затрат энергии на транспорт против градиента электрохимического потенциала. По-видимому, при закрытых устьицах калнй находится в пассивном равновесии между клетками листового эпидермиса.

При открывании устьиц калий поступает из СК* в ЗК, против градиента электрохимического потенциала (рис. 36).

На основании этих данных можно предполагать, что транспорт ионов при открывании устьиц энергозависим, н 8

поддержание открытого состояния требует постоянных зйтрат энергии.

Однако накопление ионов с помощью насоса в ЗК может оказаться малоэффективным вследствие наличия плазмодесм между ЗК и СК. (Esau, 1941; Pallas, Mollenhauer, 1972). Плазмодесменные связи имеют низкое сопротивление . по сравнению с сопротивлением плазматической мембраны, что было показано для клеток колеоптилей овса, кукурузы и листа элодеи (Spanswick, 1972). Калий, поступающий в ЗК против электрохимического градиента, будет перемещаться обратно в СКд по плазмодесмам, и существование значительного экектрохимического градиента между этими клетками в такой ситуации вряд ли возможно. Это наводит на мысль о необходимости ограничения симпластнческого контакта между ними.

Данное предположение находит косвенное подтверждение, во-первых, в изменении Е* при открывании устьиц только в ЗК, и во-вторых, в отличии фотонндуцированных изменений Е и и ЗК от других клеток эпидермиса листа, чему посвящен следующий раздел.

6. Фотоиндуцнрованные изменения мембранного потенциала

Влияние изменения освещенности на мембранный потенциал замыкающих клеток устьиц почти не исслсдовано. Пал-ладжи (Pallaghy, 1968) попытался зарегистрировать на изолированном эпидермисе Nicotiana tabacum изменения мембранного потенциала замыкающих клеток при затемненнн и освещении и не обнаружил фотонндуцированных изменений ихЕм.

Мы исследовали фотоиндуцнрованные изменения Ем клеток эпидермиса на иптактном листе, т. е. в присутствии зеленых клеток мезофилла. Все клетки листового эпидермиса, за исключением ЗК устьиц, лишены хлоропластов..Поэтому фотоиндуцнрованные изменения их Еи могли в этом случае являться только сигналом, распространяющимся от зеленых клеток мезофилла, или ЗК устьиц, имеющих хлоропласты (Вппс-kmann, Lüttge, 1974), Фотоиндуцнрованные изменения Ем ризоидов Nitella (Андрианов, 1969) и бесцветных клеток мезофилла у мутанта Oenothera (Brinckmann, Lütlge, 1974) наблюдали только пока они находились в контакте с зелеными фотосинтезирукнцими клетками.

Реакция СКд и СКт была однотипной (рис. 4а). При затемнении Ем этих клеток несколько увеличивался, а при включении света происходило его значительное падение с после-

дуюшей гиперполяризацией. Формы кривых для ЭК (рис. 46) подобны наблюдавшимся для сопутствующих клеток.

Фотоиндуцированные изменения Ем ЗК отличались от изменений в остальных клетках (рис, 4в). При затемнении Еи падал на 10—15 мВ, а при освещении наступал немедленный подъем с гиперполяризацией.

У интернодальных клеток Г-ШсНа (Андрианов, 1969; Аверьянова, 1973) освещение вызывает уменьшение мембранного потенциала с последующей гиперполяриэацией. Такой же тип реакции зарегистрирован в настоящей работе для сопутствующих клеток устьичного комплекса и ЭК. Это позволяет предполагать, что фотоиндуцированные изменения Ем этих клеток передаются от мезофилла (Вппсктапп, 1974).

Важно отмстить отличие изменений ЕМЗК от изменений Е м других клеток эпидермиса. При ннзкоомном симпластп-ческом контакте наблюдается единообразие фотоиндуцироваи-ных изменений Ем клеток данной ткани (Зрапзичск, 1976). В данном случае наблюдалась иная картина, что свидетельствует о специфичности связи 3К с симпластом листа. Видимо, электрический контакт между протопластами ЗК и СК л имеет очень высокое сопротивление. Это может объясняться или крайне малым числом плазмодссм, или особенностями их структуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При закрытом состоянии устьиц величины А« в клетках устьичного комплекса соответствуют представлениям о принципе устьичных движений за счет разницы тургора клеток. А* больше в СКл . чем в ЗК, поэтому более тургорные СК сжимают замыкающие клетки, и устьичная пора закрыта.

Калий находится в электрохимическом равновесии между клетками, и поддержание закрытого состояния не требует затрат энергии на транспорт ионов.

При открывании устьиц изменения в состоянии клеток касаются только ЗК и СКЛ. Ая в ЗК увеличивается почти в 4 раза, а в СКд уменьшается примерно вдвое. Измерение осмотического давления подтвердило, что поступивший в ЗК калий обеспечивает основную часть осмотического давления (30 атм. из 43) и является основным осмотически активным веществом в ЗК.

Расчет изменений абсолютного количества калия в ЗК в СКЛ подтвердил предположение о том, что источником калия для открывания устьиц служат СКЛ > и основное перемещение калия при устьичных движениях происходит между ними и • 10

ЗК. Содержание калия в СК, не изменялось. Видимо, эти клетки выполняют опорную функцию в устьичном комплексе.

Измерение величин Ем н А„ клеток позволило рассчитать градиенты электрохимического потенциала калия между клетками. В результате показано, что если при закрытом состоянии устьиц калий находится в равновесии между клетками листового эпидермиса, то при открывании устьиц происходит чистый приток калия в ЗК из СКЛ против градиента электрохимического потенциала. Это дает основание предполагать активный характер переноса ионов при открывании.

Мембранный потенциал ЗК при открытом состоянии устьиц, несмотря на увеличение А» в ЗК и активизации метаболических процессов (Кубичек, 1973), уменьшается почти вдвое (от —170 до —87 мВ). Уменьшение Ем только замыкающих клеток позволяет предполагать, что контакт между ЗК и окружающими клетками ограничен. Это подтверждается и отличием фотонндуцированных изменений Е„ ЗК от изменений Ем других клеток эпидермиса. Снмпластическнй контакт ЗК и СКл . видимо, имеет очень высокое сопротивление. Это предположение подтверждается и сведениями о различной динамике метаболитов в этих клетках (Кубичек, 1973).

Уменьшение Ем ЗК при открывании устьиц, возможно происходит вследствие движения калия из СКЯ в ЗК. Можно предполагать, что при открывании происходит увеличение концентрации калия в пространстве между этими клетками, что будет вызывать уменьшение Еи ЗК.

Таким образом, транспорт калия из СК* в ЗК происходит, по всей видимости, с преодолением двух плазматических мембран— мембраны СКЛ и мембраны ЗК.

При закрывании устьиц происходит выключение насоса, калий пассивно движется по электрохимическому градиенту из ЗК в СКЛ .

В заключение можно сказать, что устьичиые движения происходят на основе регуляции ионных потоков между ЗК И СКл и устьнчный комплекс может служить хорошей модельной системой для изучения регуляции ионного транспорта.

Выводы

1. При закрытом состоянии устьиц калий находится в электрохимическом равновесии между клетками листового эпидермиса.

2. При открытом состоянии устьиц зарегистрировано изменение мембранного потенциала только у замыкающих клеток, а изменения активности калия касаются и замыкающих и сопутствующих латеральных клеток устьичного комплекса. Пере-

нос калия в замыкающие клетки из сопутствующих латеральных происходят против градиента электрохимического потенциала.

3. Увеличение содержания калия при открывании устьиц в за мыкающих клетках (14,3 пикоэкв) хорошо совпадает с уменьшением его содержания в сопутствующих латеральных клетках' (13,9 пикоэкв). Следовательно, основной перенос калия при уетьичных движениях происходит между этими двумя клетками устьнчного комплекса.

4. Форма фотоиндуцированных изменений мембранного потенциала замыкающих клеток отличается от изменений -мембранного потенциала всех остальных клеток листового эпидермиса. Это позволяет предполагать, что симпластический контакт между замыкающими и окружающими их клетками ограничен.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Паничкин Л. А., Злотникова И. Ф. Гунар, И. И. Разность электрических потенциалов клеток устьнчного комплекса ТгайеэсагШа а1ЫПоЕа. Тезисы докладов XII Международного

. Ботанического конгресса, т. II, стр. 337. Л. 1975.

2. Гунар И. И., Злотникова И. Ф„ Паничкин Л. А. Электро-ф и экологическое исследование клеток устьнчного комплекса традесканции. Физиол. растений, т. 22, стр. 810—813, 1975.

3. Злотникова VI. Ф„ Паничкин Л. А„ Гунар И. И. Мемб-анные потенциалы клеток эпидермиса листа традесканции. 1зв. ТСХА, вып. I. 1977 г.

4. Злотникова И. Ф„ Гунар И. И., Паничкин Л. А. Измерение внутриклеточной активности калия в клетках эпидермиса листа традесканции. Изв. ТСХА, вып. 2, 1977.

5. Злотникова И. Ф.,"Гунар И. И., Паничкин Л. А. Фотоин-дуцнровакные изменения мембранного потенциала клеток эпидермиса листа Тгайезсапиа, Изв. ТСХА, вып. 3, 1977 г.

Л 107285 10/Ш—78 г. Объем п. л. Заказ 413. Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии нм. К. А. Тимирязева

• • 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44