Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Ионная и гормональная регуляция движущих сил транспорта калия в корне растений

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Ионная и гормональная регуляция движущих сил транспорта калия в корне растений"

РГб о

7 ' МАР ШП

Академия наук Азербайджанской Республики ИНСТИТУТ БОТАНИКИ

На правах рукописи

АЛИ-ЗАДЕ Валила Мовсум кызы

УДК 581.17:581.192.7:577.31

[ОННАЯ И ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖУЩИХ СИЛ ТРАНСПОРТА КАЛИЯ В КОРНЕ РАСТЕНИЙ

03.00.12—физиология растеннй

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

БАКУ—1994

Работа выполнена в Институте ботаники АН Азербайджанской Республики.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор, действительный член Академии Наук штата Иллинойс США Касумов Н. А. доктор биологических наук Касумов X. М. доктор биологических наук Алиев Р. Т.

Ведущая организация: ] Бакинский.Государственный.1 Университет им-. М; Э. Расул-заде' ' '

Защита состоится « 1994 г. в . « /У » часов на

заседании специализированного ' совета "Д 004.12.01 по защита диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Институте ботаники АН Азербайджанской Республики по адресу: 370073, Баку, Патамдарт-ское шоссе, 40.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института ботаники АН Азербайджанской Республики.

Автореферат разослан V » .1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

ДЖАВАДОВА Р. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы, Конный транспорт - одна из ваЕ-нейшпс функций мембран, тосно сЕязаяный с регуляцией клеточного метаболизма. ГГознание механизмов ого регуляции необходимо для разработки приемов оптимизация шшйральаого иитаниа» обеспечивающих шсояу» продуктивность растении.

Болео 20 лот нааад оыло высказано предположение о том, что интеграции направленного транспорта катионов а растительных, клетках осуцоствляэтсл липидноя катрицзй плазматической мембрана, ориентирующей и фиксируемой на клеточной поверхности особые' макромолокулярнно образования - кошша касосы, участвуете в трансформации химической энергия А1Ч> в кинетическую энергия транспорта ионов ( Вахмистров, I3ó9>. Сейчас у~о ясно, что ата мысль продвосяптпла даяькэйпзо на-коплоки-э данных-.з пользу существования з растительных клот-ках протонного насоса ( Половой, Саламатова. 1980) и Да* к+ ATíasii ( Тихая и др., 1976). Поиск рвгуляторпнх кохакизмов ионного транспорта привел к всеобщему признании гипотезы элэжтрогеннкх Н+-касосоз я их функциональной роли в генерации мембранного потенциала, используемого для транспорта конов ( Pool ,1978; Воробьев, 1930; Лялин, 1930; ГЬгге, 1982; Опритов, XS83; Ваягастров, 1935).

3 последние года в связи с открытием мембранных белков,. активируемых катионами и способных генерировать электрический ток, возникли новые подхода я этой проблема. Рогуллция избирательной проницаемости мембран в связи с функционированием электрогекннх насосов в настоящие время составляет одну из актуальных проблем электрофизиологии растений, направленную на поиск оптимальных условий для роста и поглотительной способности корневых клеток'. Несмотря на неоднозначность экспериментальных рэвений путь к управления мембранной системой транспорта через шгаэглалэдау связан как с варьированием ионного состава среди, так и с воздействием фзтогормонаши Одно из этих решений учитывает еоотноюегагэ проводпмостей активных и пассивных каяаясв для построения элвктрохззнпеской модели процесса Воробьев, 1988), другое, - ряд функциональных характеристик аа «эмбранах натквной клетки я в модельной система на везикулах влазмалемма ( Нак^шов, 1989). Однако корректное описание транспортного аппарата ка основе зна-

ний конных а элеатричесялх градиентов, опредолгацах силы ионного транспорта» практически отсутствуют.

йлэется значительное ^олэтоство данных, указкваицах на участие гктскияязоз, СЕКтеззруа'-ол: з гл-эрпстегге корня, на распределение и транспорт конов у растений ( кълга ct ¿1, 1575; Шрданов и др., 1375; С1е1га<1 , 1375; ¡¿аиаыов и др., 1979; Абуталибов к др.," 1980, 1582; ПолэвоЙ, 1532; ?лач п др., 1935). Однако остается Еогыяснвншы вопрос о кошере т-кюс кохакпз:лах дэйсгвия цзтокпгансв на гда^бранннн транспорт' калая в-клетках коркового эяпдзржса. Хотя очевидно, чго эффект цатокккиасз на олектрогеноз плаз:,:ахаг.:н корневпх клотохс к 2х АТ*азну» активность связан с изменением синтеза и об-* нозлзккд ¡.'.омбранних белков, транспорта" АТ©аз (Хаг^огйег , 1235; Тихая, Вазаагстроз, 1938), не доказано индуцируют ли они па-зпоння внутриклеточного о&ена пли дейстзуат непосредственно на мембрану. Поэтау впаивав? инторас вопрос о соотнопэкки двух типов" Золкогих структур плазматической и&ы-брззз: здектроганных касосоз, кег.брааных транспортных АМаз я сакоктиЕных каналов донкой прозодлмостп в элзктрофпзиологЕ-ческсйг эффекте эдтскинкноб. В свсол развитии работы в этой направлении ограничивается прадполокснпсм ей ахтивирутоем действа: цитскининоз на Я1"- насосн плаз.\:але:-:мы растительных клатсх по аналогии с ауксинами ( Шдавоа, 1282; Латтга, Хи-гпкбота^:, 1984). Изучение этих вопросов носит односторонний характер, так как но' охватывает всех возможных мест дзйствая гормона. Нересзнньк остается с вопрос о значении цитскинпноз в регуляции активности калия:, высокая ко;щвнтрация которого в клетках необходим для прстекаяия аизненно вазннх процессов. Крс~е того на рассмотримногие факторы, определяющие активность данного катиона в отдельной клатке корня при изменении солавого состава среда.

Анализ принципов регуляции мембранного транспорта поноз привел вас к необходимости комплексного изучения движущих сел ионного транспорта а ростовых процессов на основе современной электрохимической модели растительной клетки, учиты-важаэй сочетание адевтрогенннх Н+ -насосов к каналов утачки, . образованных интегральные белками наибранн.

Цн полагаем, что исследование участия цитскининов в ра-■ гудкщж дЕияуЕих сил мембранного транспорта К+ и Н+ в связи

с ярецрссака да^ерошсэдшЕ о з роота, оопров'оздагачх.^ £по-электрогепоз корпезнх глоте;;, -яри ¿арьароэашш ¿ззкко-язии--vbckbz параметров среди представляет реальные цуть вкяоне-нгя механизмов генно.": г гор^о::аяьно2 рзгухтциа транспорта йонов в знейкя растс:::1л;.

' Важность ::сследоза:пи ;.roxa:n:ci'Q2 бпоэлэхтрогенеза лсс-родсташ аяажза дзлптцп:: сил конеого тра:-:спорта, зат-зачана в связи л» с б^сэкергзта'-.ой, г.огерая, но ояр&дздешг: Ь.Д. Сиулачева, является-тоорзтдчес-.с^ осзозоГх водно-солевого о&зка в растениях п ¿^отсхпотолге: С Воробьев, IS88 ).

Б работе обобщен результаты цссяедозашй, знышен-нах в лаборатории ¿эр-ювого ютенпя Отдала бшзгалогап растений Икстиоута CcTDSuiz^i 12.1. З.Л.Коигроза АК АзарЗаЗдаанс-ко2 рзскубжкя за пор::сд с IS8Q по IE32 г.г.

Исследования велись з рекках координационного плана НИР АН СССР по проблема "Физиология и блскная растешь!" 2.28.5.4, Ja гос. регистрация - 8I0S5325; 01.86,0 080G56.

Цель тт задачи- Есследсвгяпя. Основная цель настоящей работ - злеглроапзпологЕчоciciii шалпз 5©«браш20С тгепнз-. мов ионной п гормояальноЛ рзхуляцяп дв:еудпс сяк транспорта калия в "клетках корневого опядар:.~са.

В работо били поставлены елздующйе эхсперЕлантальша задачз:

1. Исследовать заяоноглернсстя хазневой нзЗарателькоста корневих клеток при изменении солевого состава среда;-

2. Определять рехудятораую роль, 'цетогсшпйов, в частаоста, кинетика и его аналогов в накопгенкц и распродолэшш .калия,-

в срсшщааыоетя шыбран и ростовых процессах; "

3. Выявить природу действия кшетина в качества рогу-

■ дятора шкбраннкх процессов на зяактрогеназ корковых клеток-' через изменение актишостя работа Н1"- насосов; .'

4. Исследовать защитную роль гапютяна в развития К*"-двагуадзй силы при стрессовой нагрузкзх ( на основе харгхто- -ра-изменения электрогенеэа в присутствий хйорлдов в кидатина ).

раучная новизна,работы.Проведенная работа позволь. выявить новко закономерности, лемэдпе в основе регуляторнсго до ¿стойл нежного состава среды и цнтохешншов на двнцуцне силы Кь п Н* через нлазшяощу корневых клеток вислого растения.

Установлено, чаю рН и Са2+, регулирующие мембранную .про-кщаеыость, являится оскошшп ¿акторами, контролирующим раэвли1б>двщущ;к сил транспорта калия п ростовые процессы . при изменении солавогс релиза. Экспериментально доказано, что при повышении рН до 6,5 макепцуы К*'-электрахимкческого градиента соответствует отдельному росту корневых клеток.

Получены данные, указывшокрю на ванную роль копчжа корня з регуляции накоплен/я а мэшелеточиого транспорта калия во взаимодействии с фактдрзш внешен среда. Регуляция синтеза цитокпшшоэ в кончике корня обуславливает перераспределзшю калия а клетках и подчеркивает концентрационный градиент. Установлено, что степень изг^радотропного э£йекта различных по тшчоскому строению аналогов кинетлиа может характеризовать их цнтокининов^-ю активность.

Определена природа действия кшютина на электрогенез и двщуцие силы транспорта К+ н Н* через изменение эу^хэктив-ности работа Н*- насоса. Показано, что увеличение кшетшюм

лоноз калля езязгно с актиноиден работы К1"-А'К-'-аэи, оптимум которой нрпхсдится па рН 6,5. Отполирующее действий кц-ютипс. нагоняется, либо блс^груется при изменении интенс,скости б-элковы-о синтеза ц^логоксиэдш к элоктроген-цостя Н-АТ^ази »вдслогекс'.иа'.арсЗйдоадчогл, пзменйл соотношение транспортных каналов к парораспределение кал^л в плаз-¡лзлемме корневых моток.

Црл сведошш ;угорздов ;г среду ижинтт элек-

трическол сосгавляююи иоьйре лого потенциала ;сж;стпном, что увеличивает цотоацц&п д&кущ: сил Выявлена зави-

симость зацитного э.^иокта г.:::-;."' пла от концентрация, конного состава ерздо и длительности ...с.гу^е'лчи хлор:«ов.

Результаты исслодовйиай з.итчелул Tcs-.mT.ziii а „гдльция в рогуляпдо элоктрогелпол актишостк растительных клеток шелю-

чались в число ва-отейшнх достижений АН .СССР (I98T г. ) и АН Азербайджана (IS34, I9S0, T99I гг.).

Практическое и теоретическое значение работа. Приведенные в настоящая работе ношо данные вносят вклад в современные . представления о механизмах регуляции транспорта калия в корневых клетках висшего растения, направленной на поддержание высокой каляевоЗ избирательности при изменения факторов •среда. Результата исследования суцесгззшш для понимания роля и механизма действия фитегоряоноз■цитокипиновоЗ группа в регуляции мембранного транспорта ионов, что необходимо для разработки приемов оптимизации питания растений кадием п способов применения цитокишпоз з растениеводстве.

В ходе исследований бшга внедрена 3 рационализаторских предложения, связанных с модификацией л усовараокстзованиеи используемой методики.

Полученные''даннно могут найти применение з научно-исследовательских лабораториях для выявления принципов рзгуди» рованпя поступления калия в растительные клетки и ростовых процессов в неблагоприятных условиях среди ( при варьировании рН, Са2+, :га+,, соотношения хлоридов в среде;, а тахяе • для решешгя методических вопросов при изучении поглощения л распределения К+ з корневой системе растений а диагностика физиологически актант« соединений. ■ '

Апробация работы. ' Результаты исследований по тема дас-сертацки представлялись я обсуждались на П я Ш,Международных симпозиумах "Структура и (Тункция корней" ( Братислава, 1980; Нитра, 1987), П Международной симпозиуме молодах ученых по регуляции метаболизма растении ( Варка, Ï98I), П национальном симпозиуме "Физиологические аспекта питания растений" ( Прага, 1981), I Всесоюзном биофизическом съездо ( Москва, 198?.), республиканской конференции по проблема ."Физиология п биохимия растений" ( Баку, 1982), Международном симпозиуме по минеральному питанию ( Варна, 1983), Международном симпозиуме "Мембранный транспорт в растениях" ( Братислава, 1983), П Международном симпозиума "Саморегуляция метаболизма растений" (Варна, 1985), ТУ Международном симпозиуме по регуляторам роста растений ( Иармояо, 1986), Международном симпозиума по минеральному питанию и фотосинтезу { София,1938), Ш Мэаду-народном сов9ща! «и но -лвмфалюму транспорту растений ( Венэ-

йия, 1989), Национальной конференции по физиологии растений ( София, 1939), П съезде Всесоюзного общества физиологов «растений ( Минск, ISS0), П Маздуиародаал симпозиуме "Взаимо-дейстш£е растение - почва при низких pH" ( Бвхклей, США, 1990), XX Совещании ФЗБС ( Будапешт, 1990), Европейском совещании по структуре а функции мембран ( Италия, Маратеа, 1991)1* Всесоюзном совещании "Клеточные механизмы адаптации" ( Чернигов, 1991), Международном симпозиуме "Биохимические miä~ низми регуляции роста" (- Милан, Италия, 1991), симпозиуме "Биохимическая генетика растений 91" ( София, Болгария, Международном симпозиуме по физиологии, биохимии и генетике * устойчивости растений { Ташкент, 1992), Ш Международном симпозиуме "ВзаЕйодойолйггэ' растение - почва при низких pH" 1Брисбейн, Австралия, 1303), v

Публикации.. По рез/ЛьМтам исследований опубликованы 38 работ.

Структура и объем" -работы^ Диссертация состоит из 8 глав, в которых рассмотрены основные ¿Штературные данные и результаты собственных исследований и Выведено заключение; выводов и списка цитирует,шх работ, вюпЙ&тоего 251 наименований, в том числе 142 иностранных. Работа изложена на 200страни -цах машинописного текста, содержит 21 рисунок и 26 таблиц.

Объекты и методы исследования. В качестве объекта исследовали корни высшего водного растения Irlйаеа bogotensis Karat), и проростки подсолнечника Hell an thus etmvus Ь. Растения ввравдвали в факторостатной камере при 25° с лшинисцентным освещением на питательном растворе Хогланда-Арнона I (Х-А) 0,25 нормы при еженедельной смене раствора. В I норме Х-А содержатся: ife304 -I мМ, СнСКО^).^ иЫ, 2l<0? 5 MfJ,Eil2P0^ -I мМ, железо и микроэлементы, pH среда доводили до 6,0. Использовали такие растворы с pH от 4,0 до 8,0: кислые значения pH получали при помощи 0,1 М HCl, щелочные -100 мМ тркса ( "Baeaei Венгрия),

Для изучения влияния солевого состава среды опытные растения выращивали в одном из следующих питательных растворов: I) искусственная прудовая вода (ИПВ), содержащая в мМ: кд2Р04 -ФД» Са(ВО?)2-0,4, Нвасо5 - 1,0, as&2 -0,2; 2) 0,05 нории рйс'твора Х-А; 3) I норла рагтвора Х-А; 4) I норма раствора Х-А с заменой калия на натрий (натриевый раствор).

- 9 -

о.

Уменьшение концентрация Са провоста за счет внесения HaifOj , В серии экспериментов с варьированием рН питательных сред были предусмотрены варианты без Сав раствора Х-А 0,25 нормы.

Введение хлоридов в ПР проводили путем: I) замена КК05 ца эквивалентное количество KCJ с добавлением св(ио^)2 для сохранения постоянства но," =2,5 m?J; 2) дополнительного введения в ПР- и 0,6,1 раствора ifeCi . Одновременно с впадением понов СГ в ПР в спешгалытых опытах вносили 4,6-Ю""7М кипетак.

Сопоставлялись результата острых ( в опыте) и длительных ( выдеркивакяе 'не г.тэнее 5 суток) воздействий.

В опытах, с кичетином и его аналогами (6 - бензилачкно-рурия ( о ЕАП), 2 -бензилапшопурин (2-ЕАЛ), 2,6-дкбензид-амикопурин (2;6-ДБАП) и метилмеркаптопурин (ШШ в ПР (0,25 Нфрмы Х-А) добавляли растворы исследуемйх веществ в козцент-рациях 4,6*т.О"7 и 4,6* 10"^. М. Растворы цитоккнинов готовили по известной методике ( Кулаеза, 1973). -

В серии экспериментов растения выращивали 5 суток на среде с кинетлном (4,6>I0 М)и в той же концентрации юаяи тин вносили в питательную среду Х-А после выхода мембранного потенциала (МП) на стационарный уровень и установления плато ( величина МП поддерживается с точностью +3 мВ в течении 30 . минут). Опытные растворы с добавлением кинетина, хлорамфеш-кола <Х0>, циклогексимида (ЦТ) и дициклогексалкарбодапмида (ШЩ) получали разведением соответствующего объема концентрированного раствора их в ПР 0,25 нормы Х-А до получения используемых в опытах концентраций. Лишь в раствор с Д1Щ ( "Sigma 4 США) в концентрации 5* КГ5 М их помещали на 30 минут перед опытом.

Исследовали два типа клеток ( корневые волоски и безво--лосковне клетки) в 3-х участках зоны корневых волосков, кото рыв обозначены следующим образом: молодые, только начавшие рост в латеральном направлении корневые волоски (зона I), сформировавшиеся, растущие корневые волоски с отношением . длина:диаметр 10:1 (зона 2), старые, закончившие рост корневые волоски с отношением, длина:диаметр 30:1 (аона 3), а таксе безволосковые клетки этих трех зон.

Дая изучения локального действия кинетика на корневые

волоски била специально сконструирована трехсекционная камера, позволяющая воздействовать на различные зоны корня .одновременно разными раствор-.ли.

Мембранный потенциал Цл) измеряли обычными микроэлакт-род'зми - солевыми мостиками с диаметром кончика около I ¡.дал, катиоянзя фупкци я которых с г -халась введением SM KCl + 0,2 Мз&2 . Копчик вводимою мп:.х,оэл8ктрода у волосковых клеток был локализован в цитоплазме, у безволосковых - в вакуоли. Величину Ш определяли по отклонении пера самописца от нуля отсчета посла выхода Щ на стационарный уровень и установления "плато" в течонг I 30 минут, воело чего П? меняли на ела-дуюэдй, необходимый ¡.о ходу окспе ;ента. Сигналы от ыпкро--злектродов измерялись чикровольтм.. .рами рН-262 и регистрировались на лонто самогон ywsvo потенциометра КСП-4; Установка для мжроэлектродных измерений была смонтирована на базе иикрсманипулятора Ш-I и микроскопа МБИ-3 с 200-кратным увеличением.

Для измерения внутриклеточной активности калая (А^) использовали К+-чувствитзльныи точечный мпкрозлектрод осадочного типа, описанный ранее ( Воробьев, 1^/5). Расчет Л^ проводили на микро ЭЗ.М по специально разработанной программе с учетом калибровки К+-микроэлектрсд';1? до и посла экспериментов.

Движутцую силу иоков кади' , К4" - электрохимический гра-дконт ( &fiic+) рассчитывал;' но формуле: J^, - E^-t-, где ^ -мембранный потенцлач, -E^-f- - равновесный потенциал ионов калия ( потенциал Периста; в мВ: .

I Иср-= 58 l08 при 22°

Движущую силу Н+ -ионов, Н+ -электрохимический градиент ( äjk г г ) определяли по формуле: - , где Е^ -

Н* -равноаесный потенциал:

Е/ . 58 log = 53'(рНм<- PHcp) при 22°

Внутриклеточный pH ( рН^ ) рассчитывали по эмпирической формуле Уолкера-0,гата (■ см! Воробьев, 1980): Р^Л. = 6'28 - °'22 Рнср.

Длину клеток определяли с помощью окуляриякрометра. У торневих волосков учитывали длину вдоль выроста, у боззо-лосксвнх меток - вдоль оси корня.

В работе приведены средние значения и их стандартна 'ояибки, либо их среднекзадрагнческле отклонения,в скобках-' число определений.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

■ Исследование изменений калиевой избирательности корневых клеток при изменении солевого состава среды

Клетки корневого эпидермиса фушсдиокирувт пр:: широком' варьировании кокцентрэдшг попов в питательной среде; Однако фактора, определяющие внутрлклегочнуи активность ионов, далеко не однозначны. Можно думать, что активность исков калил, основного потекцкалобразугацэгэ кона, ica¡с и в цолс:д внутриклеточный состав, зависят' пая от условий срода, так и от свойств самой г-летхн.

3 последние годы- все больсее количество работ посвяща-отся влиянию иоиов_ водорода на ¿згнкцзокальнуя активность растительных клеток. Установлено, что активный транспорт протонов и создание протондвидущей силы играют суцостваннуо роль в поглощении катионов и анионов корнями ( Половой, Са-ламатова, 1930; Pool , 1982). Несмотря на многочисленные исследования в этой области на растительных объектах получены противоречивые результата ( Boiling , Anseri , 1971; Saith , Baven , 1976; Лялин, Ктиторова, 1976; isнет, Зурел-ла, 1978; Лялин, 1979). В связи с stem определенный интерес вызывает вопрос о природе взаимодействия транспорта калия и водорода и механизмах, лежащих в основа регулирования транспорта ионов в средах с различным pH.

Варьирование pH питательного раствора в широком диапазоне от 4,0 до 8,0 приводило к существенным и синхронным изменениям в накоплении катая и генерации корневых волосков

и базволоскозых глоток всех трах зон. Зависимости агнх параметров от рН гаепт максимумы, относящиеся к одному и тому же значения рН 6,5 (рисЛ). При изменении рН как в кислуи, так и в сслочную стороны снижается электрогенная активность и накопление калия. (Абуталыбов,Али-заяе .Ганиев, 1980).

Сильное закислониа среда значительно понижало Е^ до величины 101+1,6(6) мВ', практически но изменяя при атом А^+ по сравнению с контролем 102+2,0(14) мМ, рН 5,0 (рис.1, А). Переход в щелочную облас п. рН снижал поглощение К4" и его активность до £5^1,3(5) и!. Максимум накопления халия (увэ;тонне ка 140£ во второй зина и на 6С$ и 90£ в 1-ой и 3-ой зонах) и увеличение ^ на 5S% сличалось при рН 6,5.

Для клеток подсолнечника 2 и 3 роотовкх зон были характерны то же закономерности изменения А-г и хотя максимальные перепада Aj-+ были меньше, а'Е^ увеличивался при рН 6,5 на 80$ (рис.1, Б). '

Различия в накопления калия между функционально • различными клетками корневого »шдарыиса рассматриваются как проявление специфических транспортных функций корневых' волооко в, обэспечивавдах приток К+ в другие клетки корня по концентрационному градиенту ( ¿Iicin^othara ,1970). Эта законо-' морность часто проявляется при рН питательного раствора 4,0; 5,5; 6,5. В то же время распределение калия между различными зонами корневых волосхсв у растений подсолнечника и Crimea tosofbnsi3сохраняет 'идентичный характер. ■ • Анализ данных, приведенных в табл.1 показывает, что в растворах с рН 5,5; 6,5 и 8,0 измеренный по абсолютной величине выше К+-равновесного (Ек+) потенциала. Это указывает на то,чтоnJiK*направлен внутрь клетки и накопление этого катиона может происходить за счет его пассивного поступления из срады. При рН 4,0, напротив, потенциал Ек+ близок к измеренному i^, т.е. в клетках К+ находится со средой в электрохимическом равновосии.

Дальнейший анализ табл.1 показывает, что в растворах с рН 4,0; 5,5 и 6,5 происходит пассивное поступление водорода в клетка корневых волосков и лшь в растворе а рН 8,0 этот катион по электрохимическому градиенту выходит из клетки. Следовательно, в питательных растворах с рН 4,5; 5,5 и 6,5 гене-•радия Ej, и увеличение накопления К в клетках предполагает

Рис. I. Влияние рН питательного раствора 0,25 нормы Хоглавда-Арнона на мембранный потенциал, P^i к активность копсв К+, в корневых волосках и "безтзолосковнх клетках. А -Tríenos

bogoVaiale Karst., Б -Ueilnnthus e&ntma L.

Таблица I

Зависимость измеренного мембранного потенциала (1^) а рассчитанного равновосного потенциала по калию (%*-) я водороду корневых волосков 2г1апеа • ЪогоЬсаз1а от рН среды выращивания

Зона Параметры- рН.4,0 рН 5,5 рН 6,5 рн а.о

101+1,6(6) 153+1,9(5) 159+1,7(5) 125+1,5(5)

•9 105 III 93

I ф к+ -2,0 -48 -48 -32

+183 ' +115 +70 -2,3

Ф н+ -284 -263 -229 -123

ту» 107+1,6(6) 156+2,2(5) 164+1,4 (5) 132+1,9(5)

о -103 НО 117 ■ '95 .

А/ Ф к+ -4,0 -46 -47 ■ -37

-250 -271 -234 • -130

\ 93+2,0(5) 149+1,2(5) 152+1,7(5) 119+1,3(5)

96 104 112 90

3 , -2,0 -44 -40 -29

4 н+ -281 -264 -222 -117

активный отток конов Н+ из клетки в среду. Возмояно, что »тот процесс направлен на пэдцорхавне внутриклеточной концентрации 1Г* на постоянном уровне. Обнаруженная в наших опытах сопряженность направленности л^н+и накопления К+ свидетельствует, по-видимому, о функционировании протонного насо-оа, осуществляющего К+ - Н+ -обмен, который принято считать одним из основных механиачос поглощения ионов К+.

Для мембран растительных клеток низших и высших растений установлен первичный электрогенный отток протонов, расходующий анергив гидролиза АТ£ ( Ш.е1аЪо«1ат,1974; Лялин, 1930; Опритов, 1930; Зрбдзто-1с>: еь е1.Д982). С увеличением МП повышается л р.ц> (протондввдущая сила), расходуемая на

на транспорт анионов, Сахаров и др.* Ееиеетв, а такай движущая сила ионов К+, Д что относится к основным энергетическим преобразованиям, обеспечивающие сопряжение транспорта' и метаболизма, и находятся, как показывает наииэксперименты, под контрэлем как рН, тате я Са&"ЧАбуталнбов,Алл-эадз,Ганиев,198.2

По некоторым данным известен факт о полоаитель::оч действии кальция на стабилизацию цитоплазматической мембраны, устраняющем в определенной степени изменения МП клеток в сааза с увеличением концентрация конов катая и натрия в питательной среде С Сишохин, Вискребенцева, 1957; Зр-пз^о* сь я!..

,1967; ¡таза-ьо. ,1963; Лялин, Ктлторовз, 1969). ЗЧрэкт кальция объясняется главным образом снижением коэффициента пассивной проницаемости меток для этих'ионов ( Кларксон, 1972; Хилгаботам и др., 1969; Красавина, 1974; Воробьев и др., 1377). Однако, ограничение. Са~+ проницаемости плззмзлеммы ми может шеть двоякий эффект: как умзньсонке нагрузки на Н+~ насосы и увеличение МП-, так и торможение ионных потоков, прежде всего К+ из-за проницаемости к нему мембран корневых волосков ( ¡ипзоп., Недзоа ,1986).

Результаты исследования Ш клеток корневого эпидермиса в зависимости от изменения концентрации кальция в ПР представлены в табл.2.

Таблица 2

Мембранный потенциал Цл,мВ) клеток корневого эпидермиса при различной концентрация кальция в питательном растворе

Концентрация кальция в питательном раатзоу>е

типы ЗДТА п й клеток 0,9 1,25 1.5 2,0 2.5

Корневые -71 -100 -120 -145 -160 -133 -124

волоски +1,7 +1,9 +2,0 +1,6 +1,8 +1,5'

Безволос—60 -97 -112 -146 -152 -126 -117

новые клет-

ки ±1,5+1,9 ±1.7 ±1.7 ±2,0 ±1,6 ±1,5

число измерений во всех опытах - 5

'/'Г корневых волосков ТПагва Ъо<^еп.ч*з в ПР Х-А I

0,25 нормы обычно колеблется от -140 до -160 мВ. Исключение Са2+ нз среды с одновременным удалением его с клеточной по-.верхБости (1,5-2 час. обработка коркеьой системыКГ^М ЭДТА) приводило к резкому падения МП этих клеток до -71 - -60 мВ.

2+

Введение Са в концентрации от 0,6 до 2,5 и!Л способствовало достоверному увеличению МП обоих типов корневых клеток до максимума при концентрации 1,5 мМ. Однако дальнейшее , повышение концентрации в ПР несколько снижало МП. ,

Лш выяснения вклада электрогенной компоненты были использованы ингибиторы метаболизма ( 10~%» 2,4-дгшитрофонол, монойодацетат, 5-10""%' азид натрия к продувание N^j раствора), которые деполяризовали клетки'эпидермиса ухе в первые минуты после введения данного вещества в проточный раствор, омывающий:клетку до 60 мВ.

Таким образом, снижение рН среды, равно как и уменьшение Са^+ в среде подавляет электрогенную компоненту биоэлектрических потенциалов. Это свидетельствует, по-впдшому, о том, что значительная часть МП связана с активным злектроге-незом клеток, в основе которого лежит протонная помпа ( Marre ,1979; Воробьев, 1980; Pool ,1932). Мояно полагать, что индуцируемые повышением концентрации кальция яамзненкя МП корневых клеток связаны с активацией этими ионами электрогенных H+-nof-', логсазизованных на плазмалемме.

Для проверки связи действия Са^"1" на электрогенез клеток с работой прогонной помпы, растения выдерживали 5 суток в питательном растворе с различным рН. Из рис.2 видно, что б кислой среде при рН 5,0-6,5, т.е. в условиях при которых обеспечивается наиболее активная деятельность протонной помпы, удвоение концентрации кальция зереде (2,5 мМ) способствует значительному повышению Щ корневых клэток. Выращивание этих растении в питательном растворе с различным рН, но без Са2+ приводило к резкому уменьшению № до 60-70 мВ во всем диапазоне рН от 4,0 до 3,0 с сохранением максимума 6,5.

.Как мы убедились ранее, максимальное значение МП и ■ в растворах с рН 6,5 подчеркиваются за счет электрогенного механизма, осуществляющего активное выведение \ХУ- ионов из клетки. Уменьшение концентрации Н* в среде, возможно, благоприятно отражается на функционировании Н+ -насосов, так как ' cmttaer.градиент рН, против которого происходит выбрасывание.

ра

Рис. 2, Зависимость электрогешой активности раступих корневых волосков М&аеа Ъойо-»пп1э от рН о,25 нормы раствора • Уогланда-Арпона с различным содетаачием Са2+ •

протонов. С другой стороны, повшйэние концентрации Са2+ мо-зе? приводить к снтиЕэяиа пассивной прогсвдаемости плазмалек-ми :: оттого, к увеличения вклада электрогенной составляясь!! МП. Это предположение находит свое подтверждение э тем, что а среда бэз Са~+ (0,1 мИ К) проводимость мембраны постепенно . увеличивается, что вызывает уменьшение вклада электрогояной компоненты (ВеПЪу , 1985). -

Итак, очевидно, что генерация МП ярд увеличении содержания кальция в среде связана с действием его па активность протонной помпы, выкачивавшей из клеток коны зодорода. Для развития биоэлектрической активности низкий уровень рН(5,5-4,0 для подсолнечника и 4,0 для трианеи) неблагоприятен, поскольку изменяет соотношение Н* /Са2+и способствует вытес-■ нению из плазмалеммы Са^, что, в свою череда, увеличивает мембранную проницаемость, шултируицую элоктрогенные насосы .

( Spaaswi:ck, 1977 • ). Однако усиление адсорбции Са2+ в щелочной среде при рН 8,0 и депротонирование поверхности кле-•ток такте вызывает дезактивацию транспортных АТФ-аз, что приводит к деполяризации клеток.

Таким образом, интерпретация Са2+ эффекта не ограничив вается изменением пассивной проницаемости мембран. Следует, по-видимому, учитывать и действие ионов Са2+ на интеграцию белково-липкдных комплексов мембран ( Epstein , 1972), на активность транспортных Са-АТФ-аз ( Kylia et ei, 1977), на ингибирование Н*гнасосов ( Hodges ( 1976). Опыты с варьированием рН и Са2+ вполне очевидно показывают необходимость присутствия Са2+ для генерации максимальной электрогенной активности всех типов 'клеток ризодермиса.

Для изучения значения Са2+ в регуляции мембранного транспорта К*' растения Trlaaee bogotensls выращивали при рН около 5,0 в растворах:I) без Са (замена на 1,87 мГЛ MbKCj ); 2) 1/2 Са2+ (введение эквимолярного количества HalJOj); 3) контроль - 1,25 мМ Са2+ и 4) удвоенная норма Са2+.

Как видно из табл.3 наиболее резкие изменения•происходят при удвоении концентрации Са2+ до 2,5 мМ. Одновременно с ростом МП до -169+1,9(5) мВ во всех типах клеток падает А^*- в 3-5 раз. При этом К+-движущая сила в контроле (Ен-Е* ) составляет - 40 иВ, а при 2,5 мМ Са2+ - 101 мВ. ( рис. 3).

Таблица 3

Зависимость активности ионов калия мМ) в эпи-

дермальных клетках Triauea bogotenBisOT содержания кальция в среде вырасивания'

Зона 1,25 мМ Саг+ 0,6 м/1 Саа+ 2,5 мМ Са** - Сай+ (контроль)

корневые волооки

I 76+2,4(12) 63+1,5(8) 20+1,4(9) 59+1,6(10)

2, 102+3,2(14) 84+2,1(9, 22+1,1(9) 30+2,0(10)

з' 63+2,0(3) 69+2,4(9) 27+1,0(9) 40+1,6(8)

безволосковый клетки

I • 69+2,3(8) 61+1,6(10) 22+0,8(9) 72+2,0(9)

2 72+2,4(7) 60+1,7(10) 31+1,6(9) 56+2,4(8)

3 61+1,9(8) 57+2,0(10) 28+1,1(9) 65+2,1(8)

Рис.3. Влияние различных концентраций в ПР

. 0,25 нормы Х-А на мембранный потенциал (Е^), 'аятпвчося. ионов К4" (А^), градиент К^-рзэ-новесыого потенциала (2^) (зон- 2),длину ' закопчивпвпе рост корневых волосков (зона 3), рН 5,0.

2+

Унекшекие Са в .среде гиразяваякя мало зшяло па наяовяа-:теэ калпя, но вызывало евд&нуз дополярчзацст ялегок, что качественно изменило направление К^-электрохпмхгче сг.ого градиента - +18 мВ, соответствующего оттоку локов К*" пз моток. ' В контроле (1,25 м.\{ Са'+) накопление калпя у растуцнх корневых-волосков максимально. При сшгаешш концентрации и даав в отсутствио его картян|+нэ изменилась. Напротив, £э, при увеличения концентрация Са корневых волосков по изменялась в возрастом, что свидетельствует, вероятно, о новых адаптационных процессах электрохимической рогулящш. В последнем случае дажо при А^ около 20 мМ продолжался интенсивный рост корневых волосков до 1,53+0,15515) шел при 2,03+0,24(8) мкм в контроле, 1,05^0,13(10) в варианте "0,5 Са2+Н и 0,7^+0,10(10) а "-Са2+". Назш данные подтверждают известную зависимость длины т:эрневчх волосков от концентрации в среде и. торможении роста при увелэтештл о смоги-

чаского потенциала раствора (Иванов, 1974). При этом, хотя Са"+ контролирует накопление К4", рост корневых волосков не коррелирует с уровнем Ак+.

Обращает ка себя внимание сопряженное увеличение 1С4"— двинущей силы и роста эпвдерг.:алышх клеток трианеи при переходе от рй 4,0 до рН 5,0 ц 5,С : достигает йа;с»з^алышх взлнчкн -44- -13 tU, а клетки удлшглетсд почти вдвое. Переход -к. нейтральной и слабо щелочной среде о тормозил ростовые . процессы, почти не затрагивая состояние дJi,,+. В этой те . области рН происходи ir основной спад протовдвигцущей силы ijla+, которая в кислой среде достигала максимальных значений -290 -264 йВ, обеспечивая потенциальную энергию для мембранного транспорта анионов, Сахаров и аминокислот С Vorobtev, Geatev, Alí-aede, ¿butalybov, 1984 ).

Можно лредполоасить, что подавление ростовых процессов в щелочных условиях обусловлено либо уменьшением поступления нитратов, либо нарушением мембранной регуляции: Tai-:, ослаблен« Hita К+-пр1геока в щелочных условиях указывает ка участие до-псшштельных факторов физико-химпче&гой прггрода, Уменьшение концентрации Н+-конов и депротонирование поверхности плазма-леммы с замещением ех адсорбированным Са2+ может привести к ушкьшешш калиевой проницаемости п К+-нрдтока ври достаточно высоком уровне К^-двивущей силы.

Развитие даижущтк сил ионного транспорта да! клеток подсолнечника (рис, 4) отличалось максимумом ¿jk при рН 6;5, а не 5,5 как у трпанеи, что характеризует большую рН-зависииооть активности Л1"- насосов момбрал ризодаршса подсолнечника. Увеличение потенлкаяа двинущих сил необходимо для перехода состояли^ К+-олектрохимнческого равновесия п саморегуляции роста.

Считается, что кратковременные колебания содержания калия в среде в определениях ^лзиоиогячэсхих пределах не изменяют содержания его в кдзтках корm( digiubothsa et al.,196? ), Практически отсутствуют тш;;;е даяние о влиянии состава и концентрации ПР на A¡j+ в отдельной; клетке корня.

íís полученных в naaieíi лаборатория ранее данных (лбут&ш-бев к Др., 1979), следует, что ¿ссти/шость ¡хаж ь корнзшх . кейойягх растонл;; írtenee boijotenete , растуцих в вастаорах

1

21

«в

Рис.4. Зависимость Ь!+-дзк2ущой сияй СлД п

К^-дзютвдЗ лплн ( Д_/г|.к+) корневых волосков Тг+епев Ъо;?зЪэпг:1зя проростков ЯеНеа^из еапииз ,выращенных » питательном растворе 0,25 норлы 'Хогланда-Арнона при различных рН.

1 - ¿1е1*вайшз ккспиз

2 — Тг1ааеа Ьа^о^еаа!»

значительной концентрации но зависит от-возраста клетки, а в кор:тсвыт полосках растений в разбавленных средах она.прохо- . дит через максимум в период их интенсивного роста.. При сравнении активности калия э корневых волосках, располозонн:« в одной и той Ж9 зоне у разных рас теки;!, наибольшие различая выявляется в зоне 2. При этом наблюдается следующая законе- , мерность: чем рззбавлошгев ПР, тем спае в корневых волосках. В зоне Г Ар-+ наибольшая в корневых волосках, выращенных на ЙПВ, а в старых - одинакова, независимо от концентрации ПР.

Указанные различия в ссдеряания калия могли быть сэяза-

. пи с характером распределе'шя !;алш£ и сястемск "клетка -клогса" к "срода - клетка". -Поэт- •^/--этамяяо жторос pt.c-смотрзть'влдянио солевсг', соотгла среды 5ХГ калия в опк-дзриисе корня. Направление и Ео;ш;гл!у ЭХГ калия шгду средой л клетками всех трех зон- определяли, сравнивая измеренные Ш с рассчитанными к&ттовши равновесными пота:щнало:,:п, Е^;. Сказалось, что ЭХГ направлен из среда в кяотцу аозевшшо от типа клеток и концентрации ПР Х-А во всех вариантах, кроме ИПВ, .у которого Е,, полояхтольноо Д.. Очевидно, что чакои-лешю калия в яорнових волосках на ШШ происходит против ЭХГ п требует участзш активных механизмов транспорта катиона из среды в ¡слетку; Могло .о'ь'лс прздпедоглть, что генерация злокт-рогониой компоненты LET связана с активным выведением Н* из клеим плагмалемной АТвазой.

На нах взгляд, засд^-ашают вшшашш исследования lf а-зЗДакта" ла элоктрогеаез корнегах вкотск.' Нами выявлено, что в раствора с низко;'; величиной отношения каши/натрдй ( натриевый раствор) &^Дк+1.;огду клетками и средой направлен из среди в iyiGTKy, что объясняется значительной пшорполярц-зац'-юй клото:: корня в растворах с высоким содоргапнем натрия ( Красавина, IS74 ). Поэттаду результат зведокж ;1с в сроду для шешх раоюшпЗ закон для оцешеп элахтро^дзисдогпчоскдх реаглж:. Действительно, за»,юна всего К* ( 1,5 «Л } на 1Т а+ э И? ¿извила у^эллч'г-глз котороо но срливиш с контролем составило 28 ыЗ { табл.4 ). Интересно отмстить, что аналогичные результата были установлош прп та5:ой ио замена на полной питательной скемк'Х-А. ( Абуталыбов и др., 1979 ). Однако. если в наших опытах введение IJ а+ осуществлялось вместо Са или шло сто Са^+ и К*, то шзла место деполяризация кло-■ ток до -80. -'1,4 (7 мВ) и -124-1,7 ( 7 мВ)'соответственно. . Зхи ¿акты показывают, что для гипешоляризующего действия

R.i+ необходимо присутствие как Са , -так к 1С1'. Дака сохршш-кда 0,5 норда Са^ в среде достаточно для четкого ^а+-эф$окта. Весьма возмогно, "что быстрые ишерпаяяриэациощше ответы при добадшзш в HP обусловлены изменение?.; проницаемости плаэ-ущшш 2 установление!.! оптимального ракпма. для работы' <'И^-дасюсоа, Подобное регулирование Н^-иасосов с помощью Иа+ -zcivivamm, no-кдаюму, очень перспективно, тазе как все во/л ороектеяыпх: систем содсрглт Нг.+,

. . • Таблица 4.

Влияние и а* на мембранный потенциал клеток корневого эгшдвршса Trianea bogoteasls (зона 2).

Контроль 0,25 зорщ Х-А +I,25 М Исходный Ка+ Л а+ р-р К1"', вместо Са и На+ К*и С&2* ■исключен ка+ вместо К*

-136±0$9(7) -128^1,4(7) Корневые волоски -204±2,0(8) -С0±1,4С7). -124±1,7(7) Безволосковые клетмг -195-2,0(8) -76±I,3(7) -II9±I,8(7) -176-1,3(7) -Г71±1,3(7)

Как одно из альтсрягтппкнх объяснений следует,на наш взгляд упЬг.инуть. конкурентное взаимодействие ионов на+ и Са^+. • Появление на+ яшет индуцировать адсорбционное вытеснение Са2* с фиксированных зарядов поверхности, что очевидно, изменяет проницаемость К*" каналов, блокируя их. Свидетельством такого ионного регулггровазйя мембранной проницаемости является значительное падение потенциалов почти на 100 мВ в результата выведения .1,25 Ш Иа+ из раствора-Ej = -164 ± 1,8(6) иВ, после получошш,гиперполяризационного эффекта = -204 -2,С(8).

Та:ог5 образе:.!, в условиях широкого варьирования солевого окружения клеток корня в растутцлч корневых волоска:; изменения гнутршиге точкой атмосферы направлены на поддораанле процессов роста даниоЛ клетки. и обеспечение межклеточного транспорта ионов.

. Участие цитоккнпнов в регуляции активности катя в клетках эпидермиса корня.

Известно, что транспорт калия в целом растении и активность калия в отдельной клетке тесно связаня с процессами роста (Сабинин, 1940; йазоп ,1969; Вахмистров и др., 1974). Зто дает возможность допустить участие ростовых гормонов в ре-гуляцил внутриклеточной активности калия. Предполагается, что ' местом первичного действия фитогормонов является цитоплазма-тическая мембрана ( Etherton 1970; Cleland 1976). В ряде работ пашой лаборатории (Абуталыбов и'др., IS80.IS8I.I982) показано, что кинетин вызывает значительную пшерподяриэацип,

стадулт^уот накопление калил я рост корневых меток. ?1а наа взгляд, особый интерес цредет£вляа? :селодованиа ролл кончи-'ка корня'в де2ствли цатокинннов ал ¿дутраклеточиое распределение нонов и рост клеток эпидермиса корня. Уместно отметать, что данный вопрос отчасти оезецен с несколько шюл интерпретацией результатов (Абуталыбов, Мельников, Ыарданов, 1979; AbutalyboVjüaliiíkov.Manlonov.AlchundovBjGorínE, "Í980 ). Цц

развили эти исследования, применив специально сконструироваи-нун 3-х секционную камеру, в которой кинотик действовал только на kohhíoc корня, а'корневые волоски находились в IIP (Абуталы- ' бов, Алп-задз, Ахулдова, 1982).

В наша опытах внесение ккнетина в среду не вызывало изменения Ш корневых волосков у растешй с удашнкымл кончика-ш корней. Эти данша свидетельствуют о том, что действие кн-нетина ка Ш корневых волосков сопряжено с калнчаом эндогенных цктокишшов, синтезируи-их в шпшальной части корж. Напротив, если кончик корня оставался в питательном растворе, то воздеЛ-стзие кшетина на корневые волосам вызывало значительную га-перполяризащю на 20+12(10) мВ. Следовательно, кинет;ы действует на мембраны корневых еолосков непосредственно. Во всех опытах с удаленными кончиками корне-'i при паллия кинстлла в среда и оес пего обнаруживалась тенденция к ускорению роста корневых волосков всех зон. 11о:лю предполагать, что рост корневых волосков не связан с прямым действием цитокишздов. Повы-■ пая.аттрагнруицую способность клеток, эти гормоны, по-видимому, лишь усиливают приток к ним питательных веществ, ускоряя при этом рост корневых волосков.' Введение кинетина з питательную сроду, омывающую корни хнталтннх растопил, вызывало значительное их удяшенле. Одне.'.о и;-« ¿-'.л суточной виде-:-:'¿шаааи растсий и питательно.: -роде с клиентом ускорение роста корневых волосков новообразовангюнж зон по сравнению с их роста: в среде без кинетнна не наблюдалось. Набдвдаемое ¡¡се уменьшение Ау+ растущих корневых волосков под влиянием к:лютича -связано такжз с оттоком его в интенсивно растущую аликадъ-• цус зону керня.

Как видно из табл.5 у растений с удаяен1Ш;Л1 кончиками корней через 5 суток после шращньания их ь среде без кинетика в корневых волосках понижается. Одновременно за тот ка период наблюдается значительное ускорение роста корневых волосков, что позволяет связать уменьшение A¡.+ в кик

Ta&rw -

Влияние нинетина на активность калия в.клетках корневого эпидермиса растений с удаленными кончинами корней . -

Тпп кле- ' Активность кгшгя в (мМ)

ток До удаления кончика Через 5 суток после перенесения тэастенпй в стаду без кинетика с шлейном .

Корневые волоски 76±13(12) 62+15(15) 72+10(17)

Безволоско-вые клетки 69+20(8) 60+21(18) 63+28(18)

с резким" увеличением их объема. По-видтому, факторы, ускоряющие рост корневых волосков, скорее всего, но Елняат на накопление в них калпя..Удаление копчика корня не влияет на величину Ш 'клеток корневого эпидермиса (табл.6). Однако при рассмотрении данных табл'.б нетрудно обнаружить, что сроднив значения !,Ш интактных растений характеризуются .зачетно боль-сеЗ величиной квадсатичсского отклонения по сравнения с клетками растений без кончиков корней.

Еаблица G

МеибранпиЗ потенциал (.мЗ) корневых iuiotok интактных растений и' растений с удаленным кончиками корней

Тип клеток Интактные клетки Растения с удаленными кончиками корней

Корневые волоски -153+42(25) -149+10(17)

Безволосковые •

клетки -166+48(25) -160+11(15)

Как известно, величина квадратического отклонения определяет степень варьирования значений потенциала. Большая величина этого параметра показывает, что у интактных растений существует некоторый дополнительный фактор, вызывающий повышение степени вариации потенциала. Этим фактором, по-видимому, обеспечивается возникновение дискретных стационарных

состояний Щ клеток корня кнтактлых растеши ( Мелышсо:з и др., 1876 ).Варьирование шзадратических отклонений Щ в клетках корневого эпидермиса интактных растешь! шгег быть связано с н&равногларшы распределением эндогенных цитокшшиов. Ьузмояно, поэтому при удалении кончпка корня спонтанные изменения Ш корневых волосков устраняются.

Результаты наших исследований свидетельствуют о том, что межклеточный транспорт кася находится под контролем не только эндогенных механизмов, но к факторов внесшей среда. Увеличение концентрации калия в корневых волосках растений без кончиков корней в присутствии кянетзна в среде, приводящее к возникновении калиевого концентрационного градиента мезду клетками, свидетельствует о большом значеши в создантг этого градиента цнтокшпшов, вырабатываемых копчиком корня,, и взаимодействии их с внешней средой. По всей вероятности, действие внешних факторов, в том число и солевого состава среды, на транспорт калия в корне растений, в основном, осуществляется через рогулятэд синтеза цптокишшов в кончике корня. '

Для целостной характеристики участия цлтокшюв в регуляция ионного транспорта в .корка носсшешшй интерес представляло выявление действия некоторых производных ипетзша на Ш клеток и сравнительный анализ этого действия с (¿язиолога-чаской активностью нсследуошх веществ. 3 связи с гтам было изучено влияние ряда производных ишеткна: £-Еа11, 2-БЛП, 2,6-ДБАП, 1.Ш, отлнчавдлхся своей физиологической аьтивностыа ( Ахундова, Абутаяибоз, Алн-заде, 1961 }.

Разт-ща мозду переходным значением корневых клоток в ПР к его значением а-растворе с добавлением указанной концентрации исследуешх веществ показывай, что лишь добслзлоние к среде 6-БАП к 2-Ш1 вызывало статистически достоверную гипер-полярпзац;ю корневых волосков на 10-12 иВ. Из этого следует, .что кшеткн и эти его аналоги обладают одинаковой ц»:токиникр-вой активностью в отношении ¡Ш корневых волосков. Црп этой средояя величина Ш беззолосковых 'слеток при добавлении к среде 6-ЕАГ1 и 2-БАП статистически не изменялось. Внесение в , 'среду 2,6-ДБАП а йШ не изменяло ¡.И обоах типов клеток корневого эпидермиса. У 2,6-ДЕАП к ШП в силу строешш молекул, их пространственной конфигурации л стеркческого несоответствия абсорбционном/ центру клетки, цитокшпшовая активность

отсутствует. Существенно, что изменение ?.Ш обладает минимальным (3-5 Iищут) индукционным периодом реаэды растекся на растворы кинотш:а и его аналогов.

Таким образом, различные по химическому строению аналоги кинеткна оказывают неодинаковоо действие на 1.Ш корневых волосков, а определение степени кх мембралотрошюго эффекта мо:-~ет служить, на наш взгляд, критерием их цптокшппювол активности. Быстоая и эффективная оценка физиологической шстганости различных-,по химическому строению цлтоглпккоз расширяет интерпретационные возможности ¡.здкрозлектродкоЛ техники в птице,дурех тестирования меыбранотрспкого действия зсаичвских соодаяегсй.

Роль кипетина в регуляции дв5Егуэдз: спя мембранного транспорта калия в корневых глотках.

Предполагаюсь, что механизм действия цитогляпноз на транспорт катая в корневых волосках Trisnon bogotensis связан с включением, имегашся в клетках белков в состав цптонлазматл-ческих мембран и сопутствупцхл изменением деятельности конных насосов. Нал прадстазлялось су:;ост::л;:;:г:.: закономернос-

ти: в таавраза ...i и £ ¡¡¿асожсзлцц катя крркехглх нлоякзл: iai-нетином при изменении интенсивности бе,ч;;озого синтеза ингибиторами IQ Ii ЦТ.(Абуталыбов,Ахи-заte.Ахунтова,Алиева, 1984).

При концентрации Ху ü наблюдались, достоверные из-

менения Щ на + 16 + 6(8) мЗ, а при концентрации З'Ю-2 ¡,1 -резкое падение ¡.III, замедление деикення цитоплазмы и табель растения. Действие Х5 (З'Ю-3 1.1) оказалось обратим: при исключении его из среды .",П1 корнеЕЫх волосков восстанавливал, а при внесении в ЛР раствора кинетина (4,6,I0-? ;.1) дане несколько превышал исходит; }гровень (150 - 12(7) мВ ). При этом Ш корневых волосков, обработанных ХО, iron введении шшетина в ПР увеличивался на -22±6(7), а в безволоскоэых клетках - на -13+4(5) лВ от уровня ингибироволия. Эффект кинетика соответственно доставляет -17 - 12(17) и 2 - 7(7) от исходного уровня (Абута-шбов, Ахундова, 1982).

Аналогична'! картина в изменении МП корневых меток была юлучена при введении в ПР ЦТ. Наиболее эффективная концентра-си его в ПР 3,5*I0~° М вызывала уменьшение Ш корневых волос-iOB на +47 + 11(10) мВ, а в безволосковых клетках .-

на +12+3(8) мВ от исходного уровня. Однако, в отлична от ХФ, МП деполяризованных ЦТ (3,5-10~5 М) клеток но восстанавливался ни при исключения его из ПР, ни при замене' ега

(4,6'Ю~7 М]I кикетином ( рас.5)'Али-з<н®,"Алиева,Ахундова, Салаева, 193,?).

Рис.5. Изменение мембранного потенциала (1^,,мВ) корневых клэток при замене цпглогексямида (3,5-Ю"^,1) в питательном растворо на кинетин (4,6.Ю""7 М).

А-- котжевыв волоски; 5- беззолоскозые клотки; Стрелка - момент введения вещества в среду.

Из приведенных данных следует, что, во-первых, деполяризация клеток при введении ХФ и ЦТ в ПР происходит без лаг-периода и, во-вторых, ой>ект кинетика в восстановлении деполяризованных ЦТ клеток отсутствует.

Сочетание элоктрогенных Н^-насосов к каналов утечки, образованных .интегральными белками мембраны составляет современную электрохимическую модель растительной клетки ( Воробьев, 1988), с помощью которой мы попытались интерпретировать подученные аффекты. Мояно было предположить, что при остановке белкового синтеза цнклогекскмидом происходит.

прахде всего, распад короткояявуизх злектрогеккызс каналов (деполяризация МП), а затем уло деградация каналов утечкя, обеспечиваидих пассивную ионную проницаемость мембраны ( Лягая, 1980).

Анализ данных таблицы 8 показывает, что во всех вариантах, креме ЦТ 3,5-10"^ в опытной среде электрохимический градиент калия направлен из среды в клетку независимо от юстовых зон корня,, концентрации и продолжительности воздз£-:твкя агента.'

'Еаблица в

Зависимость измеренного мембранного' потенциала Ц ,мБ), . внутриклеточной активности К+ (А^+.мМ) рассчитанного равновесного потенциала по калию (3^+, мВ) и К+-дзи-зущей силы ( ,мВ), растущих (2 зона) и закон-

чивших рост (3 зона) корневых волосков от присутствия в среде циклогексимида

1ракте-гстика

'0,25 к. Х-А Концентрация ЦТ, а 24 часа в

опытной среде . а среде вырац.

3.5-Ю'3 3,5-Ю-6 3,5-1Сгб

контроль

3 о н а 2

-150415(10) -103+15(10) -149+9(5) -126+7(7) 102+25(14) 31+6(5) 86+8(6). 49+6(5) -112 -107 -103 -92 -38 +4 -41 -34

, мВ +, мМ мВ //¿мВ

1-; мМ -,'мВ !<МВ

63+10(7) -99 -51

3 о н а 3

62+16(7) -97

60+9(5) • 37+7(7) -96' -34

-53 -42

-о

Деполяризация клеток корневого эпидермиса при длительной позиции в ИГ низкой концентрации (3,5*Ю~6 М) в срода выра-знля и отсутствие эффекта при кратковременно2. экспозиции ЦТ (3,5*10Г® М) в опыта, а таяаа нзмоненга Ак в этих аинтах может свидетельствовать, по-видимому, об изианегаш гновения проводимости ^-насосов а К+-каналов плвзьгалагли.

фи кратковременной воздействии высокой концентрации ЦТ мсг5) соотношение ингпбироваигя Ш г А^+яэравнозначно,

что подтверждает, возможно,' допущение о снижении отношения числа электрогенных каналов к числу каналов утечки ( Лялин, Ахмедов, 1978), По-видимому, переход к состоянию К+ электрохимического равновесия с уменьшением Е^ монет быть следствием выключения электрогеннкх насосов.

Приведенные данные позволяют заключить, что при кратковременном действии высоких концентраций ЦТ вклад в ингибиро-ванле электрогенной составляющей больше, чем при длительном-действии низких концентраций ингибитора, сопутствующим, по-видалому, уменьшению содеркания в них цитоплазматяческих белков, образующих 1С*"-какалы проводимости.

В случае с введением в среду выращивания кинетина по-' мимо прямого поступления калия из окружающей среды по градиенту электрохимического потенциала, может происходить его приток в старые корневые волоски из соседних растущих кор-, невых волосков ( Абуталыбов, Ахундова, 1932).

Представляется важным о метить, что последовательное и параллельное введение в среду кинетика и ЦТ оказывает неравнозначный эффект на распределение К1" в корневых клетках. В первом случае (варианты ЦТ на фоне 5-суточного выдергивания в кинетпне), независимо от концентрации и продолкитель-ности воздействия ингибитора сохраняется эффект кинетика: снижение накопления К1" в растуздх и повышение - в старых, закончивших рост корневых волосках по сравнению с контролем 0,25 н Х-А. Интересно, что иаменению А^.в этих вариантах ке сопутствуют изменения величины Д+-дв::дущеЯ силы: обнаруживается ингиб5фование ЦТ л/«.«* ( при ЦТ 3,5'Ю~5 М в опыте) до величины - 29' мВ и -13мВ во 2 и 3 зонах соответственно и при Щ* - 3,5'Ю~6 М 24 часа в среде выращивания до величины -50 и'-37 мВ по сравнению с вариантом 0,25 н Х-А + кине-тин 5 суток. Таким образом, обнаруживается уменьшение деполяризации, вызванной ЦТ при действии обеих его концентраций на фоне кинетина (5 суток). Однако в формировании электрогенная компонента играет большую роль при концентрации ЦТ 3,5'Ю"6 М 24 часа в средо выращивания. Во вторил случае (вариант« ЦГ + кинетин на фоне 5-суточного выдерживания в кинетине) при параллельном действии ЦГ и кинетина нарушается распределение К. по зонам по сравнению с предыдущими вариантами: увеличивается в растущих (зона 2) и не изменяется в старых корневых волосках (зона 3). Накошге-

sne if1" 'в этом варианте при уменьшении ЛJ^t происходит, п0~ вадамозгу, за' счет усиления никотином синтеза белкоз,образующих К+- каналы. Следовательно, совместной дойстзио обоих агентов, как' показывав!- анализ двпзуснх сел транспорта ^иекыааох эклад электрогенного насоса и увеличивав? проводите с гь К+-какалов. . .

Зама образом, как показывая? наш: данные, регуляция агаиЗрым го транспорта ионов казня а корне, растений хпкоти-:сл связка с ростом и ¿ехкдаш синтезом, что оггегднвс ¡раоьлл* .vc:'i у растущих корневых волосков, з которых происходи ищсысЕзний синтез белка.

• Уместее бкло предполозать, что активное выделение Н+ из :яеткп,связаннее. с, геперадяей одектрогенноЛ калюкеат« Mil, »суйэсззл&егся локзлизованпой в плазмале!.г.:е Н+ АЕ5азой.Д®1 •стаковяожп участия данного $ерглента в этом процессе ис-юльзоваяц Ахундова, Алиева, 1983).

• Результат« проазденпи?; экспериментов ¡¡оказывают зырагеп-уь зазис»?лоать ¿зкегонай МП и А^ клеток корневого эпидзр-пса при деГ:.-:т2ии кинетика а ДЩ от'кислотности среды (рис. i). 1<вя видно из пр-.!Зсденного рисунка, величины растущих Ърневых волосков (зона 3) контрольных растений при варьиро-анпп pll питательного раствора от 4,С до 6,5 статистически'

е отличались друг от друга. JLгл в щелочной области (рН 3,0) абявдались достоверное снижение A^-i- ( рис.о, А). Присутствие кинетика в среде* не изменяло этой ростовой зонд и акныо статистически но отличались от контрольных (рис.6, Б), янгибирувщее действие Д1Щ на было наиболее зачотшгл отличие от предыдущих вариантоа в средс с рН 6,5 (рис.6, В), вдерпквание в кипетинэ на влияло на блокирующий эффект Д1Щ, напротив, усиливало этот процесс (рис.6, Г).

Из анализа подученных данных следует, что в растворах с К 5,5 и 6,5 в среде с кинетином и без него (рис.6,А,Б) пзме-эшшй МП по - абсолютной величине выше К+ равновесного потен-зала (%+). Это указывает на то, что электрохимический гра» 1внт К+ направлен, внутрь клетки и накопление этого катиона роисходат за счет его пассивного поступления из среды, 'При J 4,0 и 8,0, напротив, E^t- близок к измеренному потенциал?, го свидетельствует о той, что К+ может находиться в электро-■ одическом равновесии. Итак, мы видам, что изменение рН как

Pkc.S. Влияние кянетияа, ДЦКД и их сочетания на мембранный погопциал(Т), активность ионов калия (2) к К+-равковесный потенциал (3) растущих корневых волосков (зона ■'■) при различных р!1 среда

А - контроль 0,25 нормы У.-Л (вышцивани^ и опыт);

Б - 0,25 нормы Х-А + кинетин 4,5-№*' лНвирацлг.анпе и опыт); к ,

В - 0,2t> нормы л-Л(вы])ащь-»атае>,.ЩгД 5'I0~oM (ввдеэ-яяванке 30 мкн до опита),0,% нормы "-А (опыт);

Г - 0,25 норм1' Х-а + кднетин 4,6* гО~*,'ц(выра1Щ'вашо), * ЩКД 5-10-5 м(ввдг:зжкиагше М мак до .опыта), . 0,25 иорглы Х-А + г.инат-лн 4,6-ТО" ú и>пыт>.

и кислую, таге и в щелочную сторону, снижает элэктроганную. активность.

Оказалось таяно, что ДЩ вызывает значительное инги-оирование измеренных параметров (ряс.б, 3), что является по-видимому, свидетельства инактнвкрояания Н^-злектрогенного насоса, локализованного на плззмаяэмме.

Полученные наг.® данные находятся в соответствии с предположениями других авторов.о существовании электрогенноЯ компоненты МП у высших растении ( кчуге, 1972; н^пъсяъад, Апйегзоа , 1974; 'Зреп'з'»! с!с et п1. , , 1982; Опрятов, Пя-тыган, 1935) ж частичном ингябиросашш' ДЩЩ потока К+ внутрь растительной клетки ( снеезезра е* -1. , 1980). Кроме то-/ю, результата опытов с ДЦКД подтверждают данные об оптшлу-:ле Функционирования Н+-АТ?азн плазматических мембран растительных клеток около рН 6,0 ( Ке4Гег , Зргл'^с^ , 1978; Ахмедов и др., 1986). Совпадение рН оптимумов транспортных характеристик я АТ-^азяой активности является на наа взгляд, дополнительным косвенным доказательством ная.г;:ия в плазматической мембране растительных меток Н+-ч:тюлулируемого электрогенного насоса п участия ого в активном транспорте ионов

Обращает на себя внимание действие кинетяна на изменение н .различных ростовых зон корня. При вздоржява-аии растений в среде с кинетином почти не изменялась а эастуиих волосках, тогда как в старых, закончивших рост-достоверно повышалась. Кроме того, при переходе от 2-й ко !-й ростовой зоне изменение А,-+ под влиянием кинатина почта ¡е затрагивало состояние двндущей силы ионов'калия (Д 1а фоне последействия ДЦКД яшатян но индуцировал нп гипер- . голярпзацнэ корневых клеток, ви повышение в старых за-ончивпшх рост корневых волосках. Полученные данные свидэте-ьствуют, по-видимому о тогл, что в старых корнвшх волосках воличенке под влиянием кинетина связано не столько о ритоком калия из среди в клетку, сколько с распределением го мелду зонами.

Стимулирующее действие кинетина и блокирование ДЩСЦ эшхущих сил ионов калия увеличивались с роста« рН, хотя в нючних условиях наблюдалось обращение этих аффектов, В об-1сти рН-оптимума Н* ~АТ£азы „ИЖД блокировал развитее юшети-

ном двикуздо: сил 11$ кЛ

Интересно отметить, что двнаущая «на ионов калия CiJiK<. как в контроле, таг. к в jjqnarrco ехшетшш роако узолква-етсл с погашенном pli,' достигая максимального значения при рй 6,5 (рис.7,А),. Пщвленыаая величина а A ft^j. с^наруаива етсл при рН 8,0, но при попкионной етслотности срода кзгане-кия электрохимического потенциала ионов' 1С*" и Н+, как ш видел, характеризуются разлпчшш кривыми (рис.7, А,Б). Кике рН 6,5 величинавновь падает и при рН 4,0'это значение приближается к cEccrv гишвяуму. В этих.го условиях' по мере повышения кислотности среди до значения рН 4,0 А^^увелива-ется. ,

С другой стороны, анализ зависимости исследуешх пара-, метров ет pli среда подтверждает предположение, о том,, что индуцированное кинетикой à (рис.7, À) связано с работой ^-АТиазы,' оптвдум которой приходится на рН 6,5. Градиент рН, 'как известно, является основной, двшьущей силой анионов, поступавши: в симпорто с протонамк(Воробьей, 1930). Возмогло, наблвдаемас в нянях огштах изменения (рис. 7, Б) связаш с резгзм уменьшением накопления анионов'в щелочных условиях среды и с уешкялом- нх притока в глотки при яодклелешаг.

В ряде работ установлено, что гс:т:гз:п)у;здее вл^ью гаше-саяа ка-транспорт ;г.тпл. осууестплпется через К+-- ст;:.ул;фуе-ilfû Aïv-aniiys а::'г:шпость (Люттге, Хпгпнботак, IS84; ,

Медведев, 1985). Анализ литератур" в этой области (Лсдиеснс-кая, Кораблеза, 1985; Хьгжокег ., 1985) доц>'скает возможность как прямого акгпЕирсза:г.ш гормонами АТОглкж белков . мембраны,- тале и опосредственного действия на их транспорт через синтез новых АКаоних белков.

Mosho предполо;:шть, что отсутствие о:<_екта ¡дшетппа на электрогенез блокирования ДЦКД мембран в наших опытах связано с непосредственной акт;зздпей шлешдхся в мембране ЛТ&гз-шх белков.. Но исключено, что короткого времени эксперимента после предобработки ДЦКД недостаточно для виявлсшш действия кшютина на синтез транспортник белков. Вопрос о механизме действия кинетша требует далькошого изучения.с учетом, длительности элогстроушнологичосхого эксперимента.

50

рН

"Л-,

•л

-300

-200

* -А

/Л

Рис.7. Зависимость К+-даляущей силы (А) и

вротоидЕллущсй сады (Б) растущих

корневых волосков ТПепеа Ъ<^<^епа1з (зона 2) от действия кииетина и ДЦКД при различных рН среда.

I - контроль: 0,25 нормы Х-А (выращивание и опыт);

2-0,25 нор,га Х-А + кино тин 4,6» 10"^ М(выращивание и опыт); , . е , •

3-0,25 норды Х-А (выращивание>,ДЦКД 5*10 °М (выдерживание 30 мш. до опыта), 0,25 нормы Х-А (опыт;;

4-0.25 нотшЛ-А + кинотил 4,6.Ю~7М (выращивание), ДЦКД 5*10~° М (выдерживание Зо мин до опыта), 0,25 нормы Х-А + кинетиа 4,6« 1<У' М (опыт).

Б

Электрохимические характеристики клеток и движущие силы транспорта ионов 1С1" з присутствие хло-р'.1Доз и кинетнна

В последние года вызывают интерес исследования, указывающие на существенную роль фитогормонов в ответных реакциях растений на стрессовые воздействия ( Roth , üauneiore t 193?;. Защитное действие цптокшшнов при солевси стрессе, в частности объясняется памененлем мембранных структур клетки и активности ее ферментов ( iüsrshi ,1930;.' Крала того известно, что повышенное содергканпе конов хлора, характерное дяя засолетих почв, оказывает непосредственное влияние на транспортные механизмы, локализованные на плазмалем-ме ( Касумив, 1990; Аллахвердпоз, 19У2). К4" градиент выступает фактором запасания энергии метаболизма, отражая одну из характерных регулягоргшх функций ионов ( Воробьев, I98S), с помощью которой мы попытались в назей работе выявить закономерности действия кинетша на корневые клетки, шдертлнные при избытке хлоридов в среде.

Активность калия при 5~суточном.выдергивании в среде с KCl и кет.етзшом сохраняли закономерности, обнаруженные раное для разных ростовых зон корня (Абуталыбов, Ахундова, 1982). Однако 0,3$ UaCi в присутствии кпнетипа, в отличие от предыдущих вариантов, вызывал увеличение накопления калия в растущих (зона 2) п соответственно - снижение его в старых корневых волосках (зона 3). В то же время даг:е незначительное добавление хлоридов (KCl, 1,25 11) тж водило к деполяризации клеток. Совместное введение KGI с кпнеткком не только восстанавливало МП, но и несколько повышало его (-10+2 мЗ). Прл 5-суточном выдерлсивании растений в питательной среде с KCl обнаруживается более глубокая деполяризация, снимаемая кине-тяном лишь посла 90 минутного лаг-периода. В остром опыте при добавлении 0,3$ NeCi имела место деполяризация клеток до 114+6(7) мВ (рис.8). Одновременное добавление кинетина также резко сникало МП меток с последующим частичныгл восстановлением его в течение 40-50 шнут. Известный "аномалыши" эф— фактНа^до 1,0 мМ (Лялин, Ктиторова,' 1969Воробьев и др.,1977) клел место в наших опытах при 5-суточном выдерживании растений в 0,3% паса . Ярл этом наблэдалась значительная гипер-полярпзация клеток до -200+10(8) мЗ; то &в обнаруживалось х>

Рис.8. Изменение мембранного потенциала (Р^, мВ) растущих корневых волосков при действии 0.3Í? ИаО. (А); 0,3$ ¡íaCl +4.6-I0"7 М кинетиа Ш); 0,655 Nao. (В); 0,62 Ява + i,B-I0"7 М кинетин (Г).

Стрелка - момент введения вещества в среду.

сочетании с клнепгном 305+16(8) цВ. Однако гипаржшфизацш не сопровождалась каменекиями в накоплении калия при добавлении ifoCiB П? 1! существенно позлдяла па перераспределение этого иона лезду вокал; в присутствии обоих агентов -я кнштзша. Интересно отметить, что даге при кратковременном действии болоэ высокой концентрации Ква(о,{Й) в среде, наступала глубокая деполяризация глоток, ке снимаемая кине-тиком.

Результата опытов с Нал (0,3/5), моано думать, свидетельствуют о защитной цушсц;л: нлааматической мембраны при действии соли. Известно, что поддержание ионного гомоостаза обеспечивается мембранными транспортными механизмами. Возможно, что поступающий ::з среда в цитоплазму *<а+виводится из кл.еток в обмон на К1" за счет энергии электрошдгческого градиента, который первично генерируется с H^-ATiasoii (Вал. ноккн, Строганов, 1985), что приводит к увеличению Ш до 200 мЗ.

Из обобщающей гистограммы (рис.9) видно, что ^-электрохимический градиент S - достигает максимальных величин ---103-109 мВ при дополнительном введены: ь питательный раствор 0,3;? :{оС1 и 4,6-Ю"^ М кикетина. При совместном ввэ-донии KCl к кинетика градиент такяе достаточно велик, однако в варианте KCl без кянетина обнаруживается значительный спад К* дЕи-кущей силы и даяе обращенио его напраалэння в растущих корневых волосках зоны 2. Интересно, что двидущая сила ионов К+ в присутствии кинетика уменьшается в зоне . старых корневых волосков (зона 3), хотя накопление калия в них, как отмечалось ранее (Абуталыбов, Ахундова, 1982), максимально. Примерно такая Ев закономерность в распродолезии нонов калия между зонами и направление К* -движущей сила у корневых волосков этих зон сохраняется в варианте KCl + ки-иетин.

Таким образом, в выиеописанкых опытах демонстрируется возможность регуляции электрофизиологических показателей введением хлоридов. Ионы Gl-, входящие как правило, в оос-• тав природ;!лх вод, iiorjr индуцировать TT4* -насосы, заннма»-Ц29 центральное мосто в транспорте лонов в растительную юатку ( Воробьев, 1980; Spimswick ,1932; Юшш и др., 1983). Анализ развития К+ -движущей силы (Аувеличения по-

зс й ш [NX ■ ,1 НА I i i 1 1 ЗОНА Ii г ГГ 1 1 1 1 щ 1 1

1 г 3 4 s i "г Чт 3 i 5 6

Рис.9. К - двкдутзке силы (aJI^+.iiВ) растуишх(зона I) и закончивших рост (зона 2) корневых волосков при внесении кинетика и хлоридов в среду. 1-0,25 н. Х-А: 2-0,25 н. Х-А + кипе тин; 3 - 1,25 мМ KCl при замена кио^ ; 4 _ 1,25 мМ KCl + кинетин; 5 - 0,3# NaCl ; 6-0,3;SKaCl + КИН6ТИИ.

тонциала двяаущях сил до 100 мВ и более длл К+ изменением соотношения хлоридов в питательном растворе и вклвчением экзогенного кинетина, несомненно заслуживает внимания с точки зрения регуляции ионами С1~ и На"мембранной проницаемоо-ти, перераспределения и накопления ионов, роста клеток корневой системы и, в конечном итоге, оптимизации физиологических процессов.

Заключение/ Природа ионной и горлональной регуляции" транспорта-ионов в высшем растении

Рассматривая .механизмы регуляции физиологического процесса распределения п транспорта ионов ¡ЕС*" в корневых клетках, :.:ы 1 выделили два фактора: изменение концентрации и состава внешнего, раствора и введение в него цктокишшов. Соче-- такие. указанных ..акторов в постановке задач наших исследова-

Псрвый из этих факторов ват.ен ввиду того, что практически ист работ, локазнвакцлх, ка!с поддерживается высокая калиевая изб;1ра?-одь:юсть при изменении 'копцеитрацкЕ среды. Не.";: дап;с:е псказатп, что регуляция транспорта ионов калия в корпз при изменении солевого с ос тала срады тесно связана с протесали.роста и дЛхЛередаиати клеток. ¡Сраме того,

Саг:+ обмен является обновшы ректором, регулируют шлб-раадуэ проницаемость, что, песомненяо, влияет на реалквадаэ дьпцуцих- см ионного транспорта.

С другой стороны, поглотительнач активность растительных тканей связала с интенсивностью синтеза белков, слудя-сиис ¡латараало:л дач транспортных каналов. В иашэй работе рассматривается возможность регуляции транспорта калия кп-кегином через изменение деятельности работы алектрогепных насосов, выкачиващах протоны из клеток. Полученные результаты позволяют предполагать, что действие кинетика на клеточку» мембрану затрагивает систем активного транспорта г., в частности, стимулирует работу протейного нг-соса, иалеияя

- 41 -

обманный механи&м путем непосредственной активации имеющихся в цнтошшматическоЗ мембране АТйазных белков.

Отчетливо понимая сложность охвата всех факторов, уравновешивающих ростовые и транспортные" процессы, в решении задач регулирования ионного обмена, мы сознательно ограничились изучением двух состазлящих его двияущей силы лДг|+ : мембранного потенциала - и, градиента протонов -дрй. Проведенный нами количествэнпий анализ дви^тдих сил транспорта через плагмалемглу корневых клеток, сталированный в виде вышеприведенной схемы позволяет представить наиболее реальный путь регуляции мембранного транспорта калия через изменение эффективности работы иоитранспортной системы воздействием на гфотовдвиаущую силу генерпрушу» Н^-АТЗазой. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что впервые в комплексе с ростовыми процессами проанализировано действие указанных зыке факторов на перераспределение калия в корневых клетках с учетом взаимозависимого сопряжения транспортных каналов- плаамалеммы - мембранных каналов пассивного и энергозависнмого переноса. И, наконец, .наши данные допускают возможность усиления влияния цптокшшнов на фоне солевого стресса и ставят вопрос об исследовании в будущем взаимодействия механизмов стресса и реакция» на фитогорлон на молекулярном и клеточном уровнях.

ВЫВОДИ

I. Д в и ж у щ и е силы м е м б р а н н о г о транспорта калия и ростовые процессы при изменении с о л е.в о г о режима контролируются ионной п р о -[I и ц а е м о с т ь и плаз м а л е м мы, регулируемой рН и Са2+ .Высокие потенциалы 5 в а я у щ и х' с и л ионов определяют наилучшие условия роста клеток' эпидерм и са корня.

Обнаружено ингибирование роста меток, накопления катя и параллельное индуцирование электрогенной компоненты зри увеличении концентрации в среде в результате, по-здимому, повышения сопротивления каналов пассивной прони-

о.

цаемост:-:. ¿нервна доказано, что присутствие ионов Са является необжщгдьЕл условпе;л проявления рК контроля злектро-генкоц активности ■ плазмалехи. . •

Установлена полокктедьная корреляция накопления ионов калия и электрогещюД активности с поЕШкзннем рК до 6,5 и угнетение этих параметров 11 роста клеток при аанлсленшм! поддалгчпваплл срс-да, вероятно, вследствие изменений Са2+/К* адсорбционного обмена п проницаемости плазмалсыкн.

-Закалена ь'а+-акт::взция /-^-насосов при уменьшении отношения калий/натр:;:', в среде, что выразаатся в'генерации движущих сил 1Г*" и К* и притока в корневые метки.' Дчя проявления гппорлоляриз::ру:х1его действия На+' необходимо присутствие Са а •

2. Р о л ь кончика корня в качестве р'егулятора в л утр к-кле т.очной

а к т и в'к о с т и калия и его межклеточного транспорта обуславливает действие в н е :з и и х факторов, - в т-ом числе и солевого состава среды,.

Удаленна кончика корпя устраняет спонтанные изменения ыелбранкого потенциала, шщуцпрованныо неравномерным распределением эндогенных цитокисаюв в интактном растения.

Зознпкковокпе калиевого концентрационного градиента мездг клетками корневих волосков растений без кончиков корней в присутствии кпнетнна в среде - свидетельство взаимодействия цитокининов, синтезируемых копчиком корня, с внешней средой. *

3. На основании установленной з а к о' но мерности действия ряда аналогов кинетика на мембранный потенциал клеток корневого эпидермиса предложен криторий'олре-деления ц ит о к и и п н о в о й активности я о -с- т е п е к и м е м б р а н о т р о п'н о г о эффекта.

Неодинаковая цитогжякносая активность в отношении мембранного потенциала 2-ЕЛП,б~ЕАП,ДВЛП' и МП связана .о

- 43 ~

разлкчпйм' з их тсиеокой строении.

4. II з и е н в к л е ооогаойоап т р а н с-портних каналов низя'але и а ы к к -

я б ? 2 з о м при из !,! о к е н п к интенсивности белкового синтеза определяет перераспределение калия между ростовыми э о н а ц и корневых клеток.

Зормцрованце К+ - двинув силы при последовательном введении в сроду ц:п!логеко:;-1дча л кинетина осуществляется, е основном, электрогенной компонентой: ара одновременном кх действии вклад еэ уменьшается, возмогло, при увеличении проводимости Х+-каналоз.

5. II н д у д л р о в а н и е к л н е. т я н о м двпауцих с и л ионов калия связано

с воздействием его на э ле к т р о г е и -и о с т ь Н-АТл'азы, генерирующей протон-д в л я у ну а с и л у.

В области рН оптимума Н - АТ5 азы .(рН 6,5) ДЩ блокирует электрогенез и стимулирующее действие кинетина на развитие доинущих сил К* и К''".

6. Р е г у л я д и я к и н е т л н о м д в и а у -д и х с и л мембранного транспорта

* а л и я при стрессовых, на г'р у з к а х з ы р а яа е т с я в стимуляции электроде н н о й активности и перераспределении калия в. корневых клетках.

Совместное введение хлоридов и экзогенного.кинетина Злагоприятно отражается на работе Н+ - насосов, вызывая шачительную активацию электрогенеза и генерацию двшущих :ил Н*" и К+.

Антистрессовые свойства экзогенного кинетина зависят >т его концентрации, длительности воздействия и соотношения з .среде хлоридов.

ОДШЖОЗАННЬК ПО :.IATÍ5PILUIAI.I ДИССЕРТАЦШ!

1. Alí-zode Y.M., Gnntev V.il. ffhe role of aedíua pH in the

regulation of potessiua trenaport In the root //Abetr. 2 ad Inter. Symp. "Structure end function Of RoQts", Bratislava, CS3H, 1960, p. 90.

2.' A<ytom'60B i-l.r., Али-заде , Ганкев В.Ц. К вопросу q

регуляции транспорта кздля в метках корня при измэ-г ношпг рН средн. // ШИТА, J.i3070-B0, Деп. 1980, 10 с.

3.-Ахундова Т.О., Лбу талибов 1.1.Г., Али-заде 3.1,i. Действие веществ цитокининоноИ" природы на мембранный потенциал глоток корня. // Труди II Нац. Сиип, "йизиолргичэсг кие -аспекты питана; растекгй",' ЧССР, Прага, 1981, C.I69-X78. ' , . ' " ' '

4. Али-заде В.М., 'Абуталыбов ¡.¡.Г., Ахундова Т.О. Опорем о$г

ределення поглотительной и транспортко;! деят£Л1>н£)стз£. растении. // Т'руда: II Нац. Cin.ni, "йизиолоигчйекке асг 'йегд-ы питания растении", ЧССР, Прага, 1981, с. 157-168.

5. Али-заде В.М., Ахундова 'Г.С, 1Í вопросу о гормональной ре-

гулящи ионного транспорта в корне. // Тезисы Меццу-нар. Симп. по рогулящш метаболизма растении, Болгария, Варна, 19.81,. c.2tí. S. Абуталыбов Ы.Г.Аяи-задо D.Í.J., Ахундова Т.С. Значение

ЦИТОКИНИНОВ ДЛЯ ¡>ОрЛЗрОВ;Щ'.-!Я и Оункционировання корт невой системы, //физиология на растснилта, НРБ, ' София, 1982, 'к, с. 18-27.

7. Ахундова Т.О., Абуталыбов :.!.Г., Али-заде В.М. Длинно ве-

ществ цитокишшозоп природы на мембранный потенциал клеток корня. // Тезисы I Всос. биойиз. съезда, Моск.-на, 1982, т.1, с.274.

8. .Абуталыбов М.Г., Аля-заде В.М., Ганиев B.Í.Í. Значение

кальция в регуляции олоктрох'енеза растительных клеток. '// Доклады АЛ СССР, 1382, т.255, М, с.1020-1022.

9. Абуталыбов 1Л.Р., Али-заде Ахундова Т.О. Исследова-

ние алектротссчесгак характерного; клеток при совместном действии кипекша и хдорак^/шикола. // Кат Коц^ерен. по проблеме "Оазиошии и ояаяогаа раото-

múV\ Баку, Etei, 1982, e.g. ' 10. А0уталибоз й.Г., Адл-зада В.«., Ггалоэ £.:.!. Участие кальция в регуляции элоктрегэнеьа корневых кготок. // Мат. Кону, ко проблеме "йгзиологпя и бпокаг-ЕИ растении", Баку, IS62, с.З. íli Али-заде В.М., Ахуддоза Т. С., фсеДяоза З.А. ДеЛствие уатогормолов на транспорт кслаи з корке. // Г,'а?. Коку. по проблеме "Стгзпслоггш п биохимия растении", Баку, 1882,' с.7. Í2.- ali-zode V.M., Achundova T.U. ,Abutelybov ikG., Oaae^nova Z.A. Change of jseabrane potential of root epidermal Cells under the joint action of inhibitors of protein synthesis end Jcinetin // Abatr. 2nd Inter, "yap. 6'f ainer. nutrition, Bulgaria, Vama, 1983, p. 6> ¿5.- iil-KPde V.!í., Achundova U.S., Alieva F.K. The effect of c'ycíohexioide «ad kinetin on potassium transport in wot // Abatr. 2nd Inter. Symp. of niner. nutrition, Bulgaria, Tama, 1983, p. 7-tti-i Vorobiev b.N.-, Ganiev V.í!., Alí-cnde V.AÍ., Abutalybov И.О. Op-tiiaal Й+-К+ electrohenieal prsdienta in epidermal cells of Trienea bogoten3is end Helisnthus annuua // "МевЬгапе transport in pl?ntsB. Acaderaia, Prahay 1984, p. 436.

' 15- Абуталыбов М.Г., Али-заде B.M., Ганпев В.М. Участие' кальция в регуляции злектрогенеза растительных клеток. //Докл.АН Азерб.ССР, 1984, t.JÍ 3, с.70-73. 16. Абуталыбов М.Г., Али-заде В.!,!., Ахундова Т.С., Алиева Ф.К Регуляция мембранного потенциала в клетках корнево- . го эпидермиса при действии ингибиторов белкового синтеза и ккнетяна.//ВЖГШ> .'©858-84,Деп. ,1984, с.И. I?. Али-заде В.М., Алиева Ф.К., Ахундова Т.С., Салаева Х.Л.

К вопросу о природе электрогенного насоса в корневых клетках.//Изв.АН Азерб.ССР, 1985, ¡¡Gс.24-29. 18. Ali-aode V.M., Achundova T.S., Alieva Р. К. Hormonal regulation of plant cell electrógenos is // Proc. 2nd Inter. Зучр. "Salf reflation of pleat netaboliem", Bulgaria, Vama, 1985, p. 14-20.

19-Али-заде В.M., Ахундова Т.О., Алиева ¡&.K. Гормональная

регуляция движущих сил транспорта ионов калия й водорода в клетках ко£::я./Д1зв.ЛН Азерб.ССР, 1986,.'"6,о. 16-21 2Û. Ait-sale V.lí., Achundova Î.S. Influence of kinotin end

ATP inhibitor on potogniun transport in the root with pH nediua ch&ege // Abatr. Ч-th Ínter. S упр. orí pi rat growth regulators, Bulgaria, Paraovo, 1986, p- 11.

21. Ali-asde V.M., Achundova-T.3., Alieva Í.K. Qa the nature

of cytokinin regulation of potossiun activity in root epideranl се11з // Abatr. 4th Inter. Syap. on plant growth rc^ulotors, Biliaria, Paraovo, 1986, p. 12.

22. Ali-zcie V.Ü., Achundova ï.S. Potassiun transport regu-

lation in the root: the influence of kinetin in extreme conditions of medium// Abstr. 3rd Inter.Syap. "Structure and faction of roots", C333, lîitra, 1937, p. 7.

23. Ali-zaia V.tl., Achundova Ï.3., Alieva Ï.K. Potaaaium dis-

tribution in the celia of root epidcnaal under the influence of physiologicoHу active substcnueo /7 Ab3tr. întor. Syop. " Structure end function of roots", CSSH, ITitra, 1987, p. в-

24. Ali-zsde V.Ü., GoalevV.M., Mhundova T.S. Regulation of

H+ end K+ transport œovinr; in the celia of root epidermis // Abatr. Inter.Sj-Bp. on mineral nutrition end photosynthesis,Bulgaria,, Vama, 1987, p- 26.

25- Achuadova Î.S., Mardanov A. A., Ali-BPde V.U. Interactif

#

effects of ktaetin and chlorides on neabrane potential in root cells,// Abstr. Inter.Syray. on clneral nutrition «ad photosynthesis, Bulgaria,Varna,1987,p.£?.

26. Али-заде B.M., Ахундова Ï.C., Алиева Ф.К. Роль гашетина

в регуляция двяьущпх сап транспорта калия т кяглхгл - эпидермиса корня.//Смзаол.раст.,1988,т.35,ь.i,с 648

27. Ali-г ode V.U., Achundova î.S., Alieva г. К. Analysis cf

hydrcgen ton transport in epiderraal root cello »rfee~ ted Ъу phytogormoneo end inhibitors // Ai>3tr. eth Jtn-, ter.workshop on plout mrarrbrane transport, Italy, Ve-becift, 1989 , 23 Ъ.* 28« Achundova I.S., Allachverdiev :;.R., idi- г->t? V.îa. . G^aie-

va H.A. Regulation of r.otive forcea of potassiun trrasport in root epidermal cells rcith salt stress// Abstr. 8th later, workshop on plant neabrsne transport, Venecia, 1989, 24- Ъ.

29. Allachvordiev 3.R., Ali-zMeV.il., Achundova T.3. , Ali-

eva Regulation of hydro,зеп and potnaaiua ion

transport in root epidoraal cslla -with extrene condition of pЦ// Abatr. 2nd Inter.Syrap. "Plant-3oil Interaction at low piin,tidA,Bsckley,1990,p.132

30. Ali-zaie V.ii., Achundova T.3., Alicva jf.K., Stoyanov 1.

R'; ij.il at ion of electro[;fmesi3 of root epideraal cells vrfth salt 3tress // Abatr. 20th Meet, of Ш, Budapest, Hungary, 199O.

31. Ali-zade V.Ii., Allach verdiev ¿5.H., Achundova T.S. , Ali-

eva P,3£. , Stoyanov i-G. Reflation of membrane transport of potassium ions in the pr;sence of chiorf^ss and kinetin// C.H. Aoad.Sci. , Sofia, 1990, v.45, И.5, p.69-72. • 52.Али-зацс B.M., ■ Аллахвердиев C.P., Фархадова M.T., Ахундова Т.С., Алиева Ф.К. Влияние•кинетика на элект-рофаззгалогаческие характеристики корневых клеток в нрисутств!Ш хлоридов //ВИНИТИ ,.'£4567—В 90,1990,6 о. 33- Ali-zode V.M. , Allachveniiev 3.R., Achundova T.S., Alieva I'.K. Effect of kinetin and polyatiaulin К on ffiembrone potential of root cells // Abstr. Inter. Symp. " Biochemical mechanisms involved in growth regulation", Italy, Milan, 1991, p-75.

54. Али-заде B.M., Ахундова Т.е., Алиева Ф.К., Исмиханова Х.Г.

Индуцированные кпнетином и полистимулином К измене-шщ электрогенеза корневых клеток//Тезисы с имя. "Биохш. генетика растении 91",София, 1991, 0.41.

55. Али-заде В.М., Аллахвердиев С.Р., Ахундова Т.С., Алие-

ва Ф.К. Регуляция электрогенеза клеток корня водного растения Erianen bogotenata при солевом стрессе // Тезисы докл. Всосоюзн. совещания "Клеточные механизмы адаптации", Чернигов, 1991. Цитология, АН СССР, 1991, т.33, №5, с. 85.

35. Alt-sede V.il. ïhe tcportiace of calciun ±a tho régulation. oT root cells electrogenesia // Ahstr. VC 2n-ter.Botannical Congress, Jepaa,ïofcohaaa,1993,p.513( 57» GedJteT Y.D. , Geseaov H. A. , Ali-scde V.U., Achuadova 2, Alleva 2.JC. Régulation of root cells .electrogaaesii under lo'w pii // Abatr.îrd Inter.Syap. "Ïleafc-Soil Interaction at lowpH", Australie, Brisbsa®, 1993, ' P-99-

38. JLLi-aade V.1I., Achundoira Î.S., AllachveKliev S.H., Altéra Ï.K. The inportaace of calçiuu la tho regulatic of pot&ssïua transport in root cells .at lffwpii// Abatr. Jrd Inter. Synp. on Pleat-SoJtl Interactions , at low pH, Australie, Drioboae, "¡993, p. "1QB-

хтасэ

Boj проеесяэра еэ мтйлтин дузлулуг тзркабяяпн дээиаил-а ллэ злагэдар слараг К+ вэ К* пспларшкн мембран аэг.таш экэтэ ;зглрзи ггзвэпка тэазимлоямэспяцэ сатогсипшлэряи яа~ аккиня ejpo:!K¿:.:ocn акя баткнлэрдэ псп нзглпкая иод вз Пор-зл тангкмланмасд мехзнкзмгнаи мтэ3 jaнласи тчтя реал хта^гр. Ну есзрдэ магсрсслектрсд технйкаскндаа исти^адз ет-га алп су бкткпсп олак Irírssa bc^otea.'üa вз гаршдаян scthus eaauus ' чгчэртялзр:шкя z:gk йтчезрэлэрпнин К+сечп— Иптщ гануяауз?уклу?у тэдглг едилмкгдпр. МтЛгтпн дуз хэр-•яля дэ^плэрэк ока сптокянкялэргя элавэ едялмэса ила гапта-л електрохепеза на Н+касссуя -паакн e^íeктнилт j пнзя дэ^л-эспндэн 1С вэ Н1" поллараны Нэрзкзтэ кэтарэн rrBieja тз'~ гош тэбкэтк ©зр2нкл:.злд!5р. Ш:к дг^о одараг 603 просеслз-лэ комплекс пакллдэ плазкалекмаява нагли^а? канатяаршшп ллкглы асилп кечпрзчяляЗпнзя мембран кпиалласыгн да нззз-н.'аг пзртк илэ кэк йтчеЗрэлэряндэ К4- канун паЗлтс-асн и едашкгдяр. КтэЗэ'ея едалкэтпф ет, дуз рптамкяпн дэ-мэсн з&чакп калпумуп мембран нзгл; ни &э ракета кэтирэя !лзрэ ra 6oj просеслэршэ плэзматемглаякн рН вэ Са2+ илэ гкэная там яечпряталзjn. васятесилэ нэзарэт ед:-тнр, мемб-роп е*£:ектнн дэрэчэся тзрз сктохпкинлэрпр акгивлзЗяяпн шкесанин Mejapa токлпф едзлзр, кинетан васптэсила зт- -зктезп пнтаисявллЗгнля дэЗгл-ет.-эсл вз Н4 АТФ-азапна" еяс-зелидянэ те'езриядзя плазмалегмаякя neraajjat каяалда-. нпсб-зтаякн,дзз'кпалмаса кэстзриляр, стресс кзркпяяиДяя-гетпнин тэ'сяршшн ктчлэнмзешкп мту.кткятз'т' нтмзЗкя ст-Ф.

лняая нэтпталзр ытйатия $аяторларнйчя дэзшипл^эсл замашек К4" сачагсияаЗшши сахлаяаямгснна Зонзлдалюта ara 65-ин кок Ьгтз^рэлзрпндэ К+ нэглпнпя тэнзямлэншешшя келаря йаггында trracnp тзезввтрларэ ^енпллк катирир. Оя-гокаяян трупу фатогормонларынвя ролу вэ'тэ'сар кеха-. а баша дгекэя тчтя эЬэии^эт аасб вдар» бзткаларян ка-гвдалаямасшнв оптаиязася^аотахш тоулларшшн юмэниб ишасы вз сятоюткнлэрян биткичилпкдэ тздбиг вдкшэся и тчтн чох iapypKijip.

SUiEiAKC

V/ith the usse of riickoeleetrode technique have been working conplex of electrochemical parameters (intracellular activity of potssoiun ions, ccnbrene potential end eo-vin;» forces of ii+ end and growth Of haiiy fad unhairy cells of higher wnter plants Iri&nea bc^oteusis end sunflower Helicnthus annuus I>. i&rs.s root epidernis expressed under the different levels of pj, calcium, chlorides, kinetin, dicyclohcxilccrbodiiaii'de (ECCI>) i-zu3 their co.-sbinption. iiava found thet s 1. for the stinulstion of root ny3ten cells grovrth -with the increase of Kovinij'forae3 potential the re-golstion of plaacalenna ion permeability vraa necesaaiy.-whtch determining factor was ti^/Cn^* exchsnde. 2be induction of ne.-nbrane potential electrogenic- coaponent by celciun ions ia assumed to proceed due to decreasing of ples;r,alei-,ca passive peraeability and trennport AEPases activation. She calcium presence is required for generation of naxiiaal-electro-goaic activity all types rhizoderaa cells; 2.with the raizo of pit value- a atiauletoiy effect of kinetin and HCCD vns increased, bat in alkaline conditions a reversal of those effects was observed. In the pii-optijma ronton of tt+-pump DCCD inhibited the development of K* snd H+-totive forces by feinetin. It was supposed that regulation of £+~tr?asport by kinetin is linked with the vn r<; of two r^echrnistna, e-ne oC then connected with the function of eleotro-<inic punp-J sad the other vri th ¿+-chsr.aelf; of plsunal >re2n; 3. Addition of kinetin or its enalo; »lc-o completely otCacia t:.e negative effect of chloride un'.er coabiaei insertion iaeo the nutrient solution. It coaeluted that cembraaotrope efrect cytokinins on the response to chloride action cc:~. acrve as expre.-so-index of these participntion in the Incraoae of r 1 <x. t resistance to negative effect of chloride rjalinizHtioat Theae results are essential for development of optimizetiwa methods of plonto potassium nutrition end -way» of cytokines using on plant-growing.