Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений

Воденеев, Владимир Анатольевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений"

На правах рукописи

г ЗЭ58

ВОДЕНЕЕВ Владимир Анатольевич

Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений

03.00.12 - физиология и биохимия растений 03.00.02 - биофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

1 в К [ОН 2003

Москва - 2009

003473958

Работа выполнена на кафедре биофизики ГОУ ВПО «Нижегородский государственный университет им. II.II. Лобачевского», г. II. Новгород.

Научные консультанты:

Заслуженный деятель пауки РФ, доктор биологических наук, профессор доктор биологических паук, профессор

[Опритов Владимир Александров!!^ [Пятыгнн Сергей Станиславович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор доктор биологических наук, профессор доктор биологических наук

Булычев Александр Александрович Паничкип Леонид Александрович Трофимова Марина Сергеевна

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет

ъо

Защита состоится «З^» ЬЦ-ОИХ 2009 года в (Q часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.210.01 при Учреждении Российской академии паук Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН по адресу: 127276, Москва, ул. Ботаническая, 35.

Факс: (495) 977 8018, электронная почта: ifr@ippras.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии паук Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН.

Автореферат разослан <2.£» /СС-СС<9( 2009 года

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций кандидат биологических паук

М.И. Азаркович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Свойство возбудимости присуще всем живым организмам и необходимо для существования в постоянно изменяющихся условиях окружающей среды. Одним из наиболее важных проявлений возбудимости является способность генерировать распространяющиеся электрические сигналы в ответ па разнообразные внешние факторы. У высших растений выделяют два основных типа распространяющихся электрических сигналов - потенциал действия (ПД), который возникает в ответ на неповреждающее раздражение, и вариабельный потенциал (ВП) -электрическую реакцию, индуцированную повреждающими раздражителями (Опри-тов и др., 1991; Медведев, 1998; Stahlberg, 2006; Davies, 2006; Fromm, Lautner, 2007).

Первые сведения о способности высших растений генерировать электрические импульсы появились в конце XIX века в работах английского исследователя Бэрден-Сандерсона, проводимых на венериной мухоловке (Burdon-Sanderson, 1873 по Stahlberg, 2006), а начало систематического исследования возбудимости у высших растений связано с именем Боса, который впервые экспериментально обосновал, что в проводящих тканях мимозы могут возникать и распространяться ПД (Бос, 1964).

В течение длительного времени предполагалось, что электрические импульсы, возникающие при действии внешних раздражителей, наблюдаются только у растений с быстрыми локомоторными функциями, а остальные («обычные») растения не обладают таким свойством. Работами преимущественно отечественных ученых в 60-70 гг. XX века было не только показано существование ПД у «обычных» высших растений (Гунар, Синюхин, 1962, 1963; Гунар, Паничкин, 1967, 1970; Карманов и др., 1972; Pickard, 1973; Опритов, 1977, 1978), но и во многом определено направление дальнейших исследований - изучение механизмов генерации и распространения электрических сигналов, определение их функциональной роли.

Несмотря на значительный период исследований и накопление определенного экспериментального материала, сведения о ПД у высших растений и сегодня носят фрагментарный характер. К настоящему времени наибольшие успехи достигнуты при изучении механизмов генерации ПД в гигантских по размерам клетках ряда водорослей, прежде всего, харовых (Берестовский и др., 1973; Lunevsky et al., 1983; Берестов-ский и др., 1987; Kourie, 1994). Во многом, представления о механизме генерации ПД у высших растений сформированы на основе этих результатов. Как и у харовых водорослей, формирование ПД у высших растений связывают с возникновением пассивных потоков ионов хлора и калия (Опритов, Ретивин, 1982; Hodick and Sievers, 1988; Sibaoka, 1991; Fromm and Spanswick, 1993; Davies, 2006; Trebacz et al., 2006). В тоже время, имеющихся данных недостаточно для формирования целостной картины механизма генерации ПД в клетках высших растений. В еще меньшей степени исследован другой тип потенциалов возбуждения - ВП, характерный только для высших растений (Davies, 2006; Fromm, 2006; Stahlberg et al., 2006). Практически не расшифрованы механизмы его генерации и распространения.

Между тем, изучение природы распространяющегося возбуждения у высших растений важно не только для выявления особенностей этого процесса у данных объектов, по и для понимания эволюции механизмов генерации ПД в живых организмах в целом. Исследование природы ПД значимо также для раскрытия механизмов преобразования электрических сигналов в функциональный ответ.

В настоящее время накапливается материал об индуцированных ПД и ВП функциональных изменениях у высших растений (Davies, 1987; Опритов, 1998; Fromm, 2006; Fromm, Lautner, 2007), однако четкие представления о механизмах, лежащих в их основе, а также о выполняемой роли отсутствуют.

Цель и основные задачи исследования. Целью работы является комплексное изучение механизмов генерации и функциональной роли потенциалов возбуждения, представленных потенциалом действия и вариабельным потенциалом, у высших растений.

В связи с поставленной целью выполнялись следующие задачи:

• характеристика местных биоэлектрических реакций, вызванных локальными раздражителями различной модальности, и определение их роли в индукции распространяющихся ПД;

• анализ непосредственного участия электрогенного насоса - Н+-АТФазы плазматических мембран - в генерации ПД у высшего растения;

• построение схемы, обобщающей последовательность процессов, лежащих в основе генерации ПД;

• разработка и анализ математической модели генерации ПД у высших растений;

• изучение механизмов генерации и распространения ВП;

• анализ роли электрических сигналов, представленных ПД и ВП, в качестве факторов, индуцирующих функциональные изменения у высших растений.

Научная новизна. Впервые показано, что в генерации ПД у высших растений принимает непосредственное участие электрогенный насос плазматической мембраны. При генерации ПД имеет место переходное изменение активности электрогенного насоса по типу инактивация-активация. Временное снижение активности электрогенного Н+-нзсоса происходит вследствие увеличения концентрации ионов Са2+ в возбудимых клетках.

Установлено, что формирование фазы деполяризации ПД связано с возрастанием потока Н+ внутрь, наряду с увеличением потока С1" наружу. Синхронизация двух ионных потоков достигается наличием общего инициирующего фактора - повышением концентрации ионов Ca2t в клетке в начальный момент возбуждения.

Обнаружено, что фаза реполяризации ПД у высшего растения развивается в два этапа. Первый этап фазы реполяризации формируется выходящим потоком ионов К+. Второй этап фазы реполяризации связан с работой электрогенного насоса плазматических мембран.

Впервые предложена обобщающая схема механизма генерации ПД в клетках высших растений, согласно которой процесс генерации является комплексным и включает как пассивные потоки ионов, так и изменение активности Н+-АТФазы плазматических мембран. Впервые разработана математическая модель генерации ПД у высших растений, которая основывается на предложенной схеме и включает в себя описание систем пассивного, первичного и вторичного активного транспорта ионов, а также изменения ионных концентрации в клетке, внеклеточной среде, буферные свойства цитоплазмы и апопласта.

Установлено, что генерация ВП, индуцированного ожогом листа проростка тыквы, связана с входом в клетку ионов Са2+ и выходом СГ, наряду со снижением активности электрогенного Н+-насоса.

Скорость распространения ВП не соответствует скорости распространения сигнала, рассчитанной на основании кабельного уравнения, что отрицает электрическую гипотезу передачи ВП.

Показано, что индуцированные электрическими сигналами изменения функциональной активности играют существенную роль в повышении устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов.

Научно-практическое значение. Результаты работы важны для создания целостной картины развития событий при формировании электрофизиологического ответа у высших растений на действие различных раздражителей. Предложенная схема генерации ПД у высших растений, учитывающая участие в этом процессе наряду с пассивными ионными потоками переходное изменение активности электрогенного насоса, способствует развитию представлений об эволюции механизмов возбуждения в живых организмах.

Материалы диссертации могут найти практическое применение в вопросах, связанных с поисками новых методов повышения устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов. Основные выводы и результаты работы используются в учебном процессе на биологическом факультете Нижегородского госуниверситета при чтении спецкурсов «Биофизические механизмы транспортных процессов», «Биофизика и биохимия мембранных процессов».

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. В генерации ПД у высшего растения (тыквы) принимает непосредственное участие электрогенный насос - Н+-АТФаза плазматической мембраны. При генерации ПД происходит временное снижение активности насоса на фазе деполяризации и последующее восстановление активности на фазе реполяризацин импульса. Фактором, угнетающим активность электрогенного насоса, является увеличение концентрации ионов Са2+ в клетке в начальный момент возбуждения. Ионы Са2+ оказывают влияние на активность Н+-АТФазы при участии протеинкиназ.

2. Математическая модель ПД у высших растений, разработанная на основании предложенной в работе схемы механизма генерации ПД, позволяет описать измене-

ния мембранного потенциала и ионных концентраций, которые хорошо соответствуют экспериментально зарегистрированным.

3. Формирование ВП, индуцированного ожогом листа проростков тыквы, связано, наряду со снижением активности электрогенного насоса, с входящим потоком ионов Са2+ и выходящим потоком ионов СГ.

4. Механизм распространения ВП у проростков тыквы не может быть объяснен в рамках электротонической гипотезы. Скорость распространения ВП не соответствует скорости распространения, определенной с применением кабельного уравнения.

5. Распространение ПД и ВП индуцирует временное повышение уровня замедленной флуоресценции и содержания АТФ в листе, которое значимо для повышения устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на II съезде биофизиков России (Москва, 1999), Международной конференции "Ксенобиотики и живые системы" (Минск, 2000), International Symposium "Signaling Systems of Plants Cells" (Moscow, 2001), Международной конференции молодых ученых и студентов "Актуальные проблемы современной науки" (Самара, 2001), Международной конференции "Регуляция роста, развития и продуктивности растеши" (Минск, 2001), V съезде общества физиологов растений России (Пенза, 2003), Всероссийской научно-практической конференции «Физиология растений и экология на рубеже веков» (Ярославль, 2003), Международной конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, 2003), 3 Международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2003), Ш съезде биофизиков России (Воронеж, 2004), Международной научной конференции «Актуальные вопросы ботаники и физиологии растений» (Саранск, 2004), 6 International Congress on Mathematical Modeling (Nizhny Novgorod, 2004), Международной конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, 2005), VI Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Москва, 2005), Международной конференции «Математика, компьютер, образование» (Пущино, 2005), X Междисциплинарной научной конференции «Нелинейный мир» (Нижний Новгород, 2005), Международной конференции «Сигнальные системы клеток растений: Роль в адаптации и иммунитете» (Казань, 2006), V Съезде общества фотобиологов России (Пущино, 2008), Международной конференции «Физико-химические основы структурно-функциональной организации растений» (Екатеринбург, 2008), а также на региональных конференциях.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 46 работ из них 18 статей в рецензируемых изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав (включая обзор литературы), заключения, выводов и списка литературы. Изложена на 252 страницах, содержит 63 рисунка и 5 таблиц. Список цитируемой литературы включает 398 работ, из них 264 на иностранных языках.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основным объектом исследования служили 14^-21-дневные проростки тыквы Cucurbita pepo L. сорта Мозолеевская, выращенные гидропонным способом на 50%-ной среде Хоглэнда-Арпопа. Растения выращивали 5-=-7 дней в темноте при температуре 28°С, затем при температуре 25°С в климатической камере. Часть экспериментов была выполнена на проростках пшеницы Triticum aestivum L. сорта Московская-35 14-К21- дневного возраста.

Регистрацию биоэлектрической активности клеток стебля тыквы осуществляли на установке, собранной на базе комплекта микроманипуляторов КМ-2. Стебель проростка укрепляли в плексигласовой кювете, расположенной на поверхности термоохлаждающего столика ТОС-2. Кювету заполняли раствором, содержавшим 1 мМ KCl, 0,5 мМ СаС12, 0,1 мМ NaCl pH 6,0. Корень укрепленного в кювете проростка погружали в чашку Петри с раствором того же состава. Регистрацию биоэлектрической активности проводили внутриклеточно микроэлектродами, изготовленными из стекла «пирекс», с диаметром кончика менее 1 мкм н внеклеточно макроэлектродами ЭВЛ-1МЗ. Величина изменений внеклеточно регистрируемой разности потенциалов (AU) при проведении измерений в низкоионных средах соответствует величине изменения мембранного потенциала (Ет) клеток (Зацепина, Цаплев, 1980; Опритов и др., 1991; Пятыгин, 2001).

В качестве раздражителей, индуцирующих генерацию электрических реакций, использовали: постепенное охлаждение участка стебля через кювету с охлаждаемой жидкостью - с помощью термостолика или протока воды заданной температуры через внешнюю кювету; импульсное охлаждение - путем нанесения капли холодной воды на стебель; механическое воздействие - удар стеклянной палочкой, падающей с различной высоты. В качестве повреждающего воздействия использовали ожог края листа открытым пламенем в течение 3 с.

Изменения pH и рС1 раствора, омывающего участок стебля в кювете, при генерации электрических реакций регистрировали с помощью ионселективных электродов (ЭСК-10614 и ЭЛИС-131С1 соответственно), соединенных с иономером ИПЛ-113. Раствор в экспериментальной кювете перемешивали магнитной мешалкой в течение всего времени проведения эксперимента.

Изменения pH апопласта регистрировали с помощью зонда FITC-dextran (максимум возбуждения и флуоресценции - 493 и 520 нм соответственно). Увеличение интенсивности флуоресценции (1фл) соответствует сдвигу pH в щелочную сторону. Для загрузки растения зондом, стебли проростков погружали в раствор, содержащий 5x10~8 М F1TC на 12-18 часов. Регистрацию флуоресценции осуществляли на комплексе лазерной сканирующей микроскопии (микроскоп Axiovert 200М, лазерный сканирующий модуль Carl Zeiss LSM 510, спектральный модуль Carl Zeiss 23 META). Одновременно с регистрацией флуоресценции осуществляли запись электрической активности.

Оценка изменений размеров листа проводилась с помощью оптического когерентного микроскопа OCM1300SS (Thorlabs). Двухмерные ОКМ-изображения получали каждые 3 с перед и после нанесения раздражения.

Регистрацию индукционных кривых замедленной флуоресценции (ЗФ) осуществляли с помощью медленного однолучевого фосфороскопа (Веселовский, Веселова, 1990) (белый свет, 10000 люкс, время между возбуждением и регистрацией свечения -1 б мс).

Холодоустойчивость проростков тыквы определяли методом электрофизиологической диагностики (Ретивин, Опритов, 1992, 1993) (тестовое охлаждение -8 °С, 15 мин). В качестве контроля использовали холодоустойчивость нераздраженных растений.

Концентрацию АТФ определяли люциферин-люциферазным методом (Опритов и др., 1976). Содержание АТФ в семядольных листьях оценивали по ее выходу через срез семядоли в фиксированные (0,8 мл) объемы омывающего раствора, в которые последовательно погружали лист (экспозиция в каждом - 15 мин). Контролем служил выход АТФ до раздражения.

Фракцию, обогащенную плазматическими мембранами (ПМ), выделяли из стеблей проростков тыквы методом дифференциального ультрацентрифугирования (Leonard, Hodges, 1973) с последующей очисткой в градиенте плотности сахарозы (34 и 45%). Концентрацию белка в выделенной фракции ПМ определяли методом Лоури (Lowry et al., 1951) с учетом поправки на сахарозу (Gerhardt, Beevers, 1969). Чистоту мембранной фракции оценивали с помощью ингибиторного анализа. Степень инвер-тированности везикул определяли, измеряя гидролитическую активность в присутствии аламетицина (Тихая и др., 1984).

АТФазную активность определяли спектрофотометрически по накоплению Pi в ходе гидролиза АТФ (Болдырев, 1977). Транспортную активность Н+-АТФазы оценивали по тушению флуоресценции 9-аминоакридшга на спектрофлуориметре Shimadzu RF-5301PC. Определяли зависимость гидролитической и транспортной активности Н -АТФазы от концентрации ионов Ca в среде инкубации. Концентрацию Ca в среде рассчитывали с помощью программы CHELATOR (Schoenmakcrs et al., 1992).

Эксперименты проводили не менее чем в 6-кратной биологической повторноети. Статистическую обработку результатов проводили методами вариационной статистики (Лакин, 1973; Тейлор, 1985). В результатах представлены средние значения и их стандартные квадратичные ошибки (М±ш). Разработанную математическую модель решали численно методом Эйлера.

ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕРАЦИИ МЕСТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ В ЗОНЕ ЛОКАЛЬНОГО РАЗДРАЖЕНИЯ У высших растении, за исключением небольшой группы локомоторных растений, по-видимому, отсутствуют специализированные рецепторные образования, отвечающие за восприятие внешних стимулов определенной модальности. Несмотря на это «обычные» растения способны генерировать ПД под влиянием целого ряда раздражителей: механического раздражения, изменения температуры или освещенности, действия химических агентов и др. (Опритов и др., 1991; Опритов и др., 2005; Кго1 Л а1., 2006; Оау1ез, 2006). На примере механического и холодового раздражений нами было проанализировано, каким образом происходит восприятие внешних стимулов у растений и можно ли говорить о наличии этапа рецепции при развитии ответной электрофизиологической реакции на действие внешних раздражителей.

На рис. 1 показана зависимость амплитуды МБЭР от интенсивности приложенного механического стимула. Как видно из рисунка, четко проявляется свойственная рецепторным потенциалам градуальность - чем сильнее воздействие, тем больше амплитуда ответа. По достижению раздражителем некоторой критической интенсивности, происходит резкое возрастание амплитуды ответа, на величине которой дальнейшее усиление раздражителя не сказывается: происходит генерация ПД в соответствие с законом «все или ничего».

100 80 60 40 20 0

« *

у = 12.143Ьп(>с) + 10,456

0 20 40 60 80

Удельная энергия удара, Дж/м2

Рис. 1. Зависимость амплитуды местной биоэлектрической реакции (МБЭР) от удельной энергии удара.

а - данные отдельного опыта. Стрелками со значениями указаны моменты нанесения ударов соответствующей удельной энергии (Дж/м2);

б - усредненные результаты 7-и измерений. Амплитуда выражена в % по отношению к амплитуде реакции, индуцированной воздействием силой 102 Дж/м2.

Наличие градуальности н способности вызывать генерацию ПД по достижении порогового уровня свойственно также и ответным электрическим реакциям, индуцированным локальным охлаждением. В отличие от механического раздражения зависимость амплитуды реакции от глубины охлаждения носит не логарифмический, а

экспоненциальный характер. Иной характер зависимости указывает на различие в механизмах восприятия механического и холодового стимулов клетками высших растений. Следовательно, преобразование энергии внешнего стимула в электрический ответ происходит при преимущественном участии различных структур, в зависимости от модальности стимула.

В настоящее время механизмы восприятия стимулов различной модальности клетками высших растений изучены недостаточно. В случае механической стимуляции можно полагать, что деполяризация формируется при решающем участии пассивных ионных потоков Са2+ и СГ через механочувствительные кальциевые и хлорные каналы плазматической мембраны (Cosgrove, Hedrich, 1991; Ding, Pickard, 1993; Dutta, Robinson, 2004; Falke et al„ 1988; Fasano et al., 2002).

Подпороговая деполяризация, вызванная понижением температуры, по-видимому, в решающей степени обусловлена Холодовым угнетением электрогенного Н+-насоса в связи с увеличением вязкости мембранного матрикса и ограничением конформационной подвижности Н+-АТФазы (Pyatygin et al., 1992; Треушников и др., 1994). Существует предположение об участии в развитии индуцированной охлаждением деполяризации активации кальциевых каналов и увеличения концентрации свободного кальция в клетке (Lewis et al., 1997).

В целом, рассмотрение особенностей генерации электрических реакций в зоне локального раздражения показывает, что МБЭР «обычных» высших растений обладают рядом свойств, характерных для рецепторных потенциалов, а именно: зависимость характера ответа от модальности раздражителя; градуальность (амплитуда ответа зависит от интенсивности раздражителя) и генерация ПД при достижении порогового значения. Это указывает на наличие самостоятельного этапа рецепции в развитии ответной электрофизиологической реакции на действие внешних неповреждаю-щих раздражителей, заканчивающегося генерацией ПД.

МЕХАНИЗМ ГЕНЕРАЦИИ ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ В КЛЕТКАХ ВЫСШЕГО РАСТЕНИЯ

Непосредственное участие электрогенного насоса в формировании потенциала действия

Согласно существующим представлениям формирование ПД в клетках высших растений связано с возникновением пассивных потоков ионов: фаза деполяризации формируется входящим потоком ионов Са2+ и выходящим потоком ионов СГ, фаза реполяризации - выходящим потоком ионов К+ (Davies, 2006; Trebacz et al., 2006; Felle, Zimmermann, 2007). В то же время имеются сведения, что у высших растений одним из необходимых условий генерации ПД является наличие в составе Ет высокой метаболической (насосной) компоненты (Hodick, Sievers, 1988; Опритов, Пятыгин, 1989; Fromm, Spanswick, 1993; Mancuso, 1999). Это дает основание полагать, что меха-

гшзм генерации ПД может быть прямо или косвенно сопряжен с работой электрогенного насоса.

С целью выявления возможной связи между величиной метаболической компоненты Ет (Ер) и процессом генерации ПД проводили исследование зависимости амплитуды ПД (Аид) от величины Ер. Как видно из рисунка 2, зависимость Аид от величины метаболической компоненты разности потенциалов (AUP) (в условиях опыта AUP соответствует ЕР (Пятыгин, 2001)) носит линейный характер. Значительное снижение ДиР приводит к полному прекращению процесса генерации ПД.

Величина ЕР пропорциональна уровню активности Н+-АТФазы (Morse, Spanswick, 1985). Учитывая это, исследовали влияние на процесс генерации ПД ингибитора Н+-АТФазы ДЦКД (Tu et al., 1992). Под влиянием ДЦКД амплитуда вызванных охлаждением ПД значительно подавлялась (рис. 3). Полученные результаты указывают на наличие зависимости способности генерировать ПД от величины ЕР, возникающей за счет активности электрогенного насоса.

120

40 •

Л„„ мВ

у= 1.01Х + 1.29 R2 = 0,80

Ди,„ м13

О 40 80 120

Рис. 2. Зависимость амплитуды потенциала действия (АПд) от величины метаболической компоненты

ди (диР).

Рис. 3. Влияние ДЦКД на амплитуду индуцированных постепенным охлаждением ПД в возбудимых клетках стебля тыквы. 1 - контроль (без ДЦКД); 2 - 0,5 мМ ДЦКД; 3 - 1 мМ ДЦКД.

Обнаруженная зависимость принципиально отличает генерацию ПД в клетках высших растений от данного процесса у животных, у которых способность генерировать ПД сохраняется даже при угнетении электрогенного насоса (Иост, 1975). Наличие зависимости между величиной Ер и Ацд (рис. 2, 3) может быть связано как с участием Н+-насоса в создании значительных градиентов ПД-образующих ионов (СГ и К+) (ОргПоу, Руа1у£т, 1989), так и с его непосредственным участием в формировании ПД. Последнее предположение основывается на подобном участии электрогенного насоса в генерации ПД у некоторых низших растений (Рогатых и др., 1976; вгаётапп, 1976; 81аутап й а!., 1976). Так у водоросли Асе!аЪи1апа ПД является «метаболическим» по своей природе, формируясь за счёт «выключения» электрогенного СГ-

насоса (фаза деполяризации) и последующей его активации (фаза реиоляризации) (Рогатых и др., 1976; Сга&папп, 1976).

Для оценки возможности генерации «метаболических» импульсов в клетках тыквы проводили исследование процесса возбуждения в условиях, исключающих возникновение пассивных потоков основных ПД-образакнцих ионов (К1 и СГ). Было установлено, 410 индуцированные постепенным охлаждением ПД возникают даже при увеличении концентрации КС1 снаружи клеток до 1М, в условиях, исключающих возможность возникновения пассивных потоков основных ПД-образующих ионов (К^ и СГ). Невозможность участия пассивных ионных потоков в формировании ПД в этих условиях указывают на то, что в их основе лежат, вероятно, процессы активного транспорта ионов, осуществляемого электрогенньш насосом.

Непосредственное участие Н+-наеоса в генерации ПД должно сопровождаться изменением внутри- и внеклеточного рН при генерации импульса. Изменения внеклеточного рН были зарегистрированы с помощью флуоресцентного зонда Р1ТС-<1ехтт на целых растениях методом конфокальной микроскопии. Анализ 31) изображений показал, что зонд избирательно накапливается в анопласте, что позволяет по изменению интенсивности его флуоресценции (1фл) дифференциально оценивать изменения внеклеточного рН.

1 30 ч I

~ 20 ■

10 -о

о +

Е -50 ■

< -100

Рис. 4. Изменение интенсивности флуоресценции (1фл) Р1ТС-<1ехтт при генерации потенциала действия, индуцированного Холодовым стимулом на расстоянии от зоны регистрации.

Стрелкой указан момент нанесения раздражения. Усиление 1ф„ соответствует защелачива-нию. Справа приведено 2Б изображение стебля проростка тыквы, размер изображения 90x90 мкм, зеленый канал соответствуе флуоресценции зонда, красный - автофлуоресценции хдо-ропластов. Области регистрации 1фл показаны прямоугольниками соответствующего цвета.

Регистрацию изменений 1фл во времени проводили на уровне второго или третьего от поверхности слоя клеток. Из рис. 4 видно, что генерация ПД. индуцированного нанесение« кап пи ледяной воды на стебель на расстоянии от зоны регистрации, сопровождается временным увеличением 1(Ьл, что свидетельствует о переходном заще-лачивании апопласта.

Изменения внеклеточного рН при генерации ПД были также зарегистрированы при использовании гсотечциометрического метода. На рис. 5а представлена одновременная запись изменения ли участка стебля проростка тыквы и рН омывающего раствора во время генерации ПД. Видно, что генерация ПД сопровождается смещением рН в щелочную область. Как и изменение ди, изменение рН имеет переходный ха-

Рис. 5. а - изменение рН омывающего участок стебля раствора при генерации индуцированного постепенным охлаждением ПД. б - влияние ингибитора fГ -АТФазы плазматических мембран ДЦКД ("0.5 мМ) на амплитуду ПД (Аод) и изменение активности П (ДаН4). Результаты выражены в % по отношению к контрольному ПД (п=8).

Полученные результаты указывают на следующую последовательность событий: вход протонов из апопласта в клетку на фазе деполяризации, и обратный перенос протонов в апопласт на фазе реполяризации. Такая последовательность событий может иметь место, если происходит временное угнетение активности протонной АТФазы - инактивация на фазе деполяризации и реактивация на фазе реполяризации импульса. Связь регистрируемых изменений рН с функционированием Н+-АТФазы подтверждает снижение переходного защелачивания в присутствии ингибитора фермента ДЦКД (рис. 56).

Если во время ПД происходит снижение активности Н -АТФазы, то встает вопрос о факторе, который его обеспечивает. Анализ данных литературы (Kino&hita et al., 1995; Lino et al.. 1998; Qiu, Su. 1998: De Nisi et ai., 1999) приводит к заключению, что таким фактором может быть увеличение концентрации ионов Са"~ в цитоплазме

возбудимых клеток. Исследование влияния ионов Са2+ на активность Н+-АТФазы проводили на модельной системе - изолированных везикулах ПМ. При увеличении концентрации Са2+ с цитоплазматической стороны инвертированных мембранных везикул выше 210"7 М, соответствующей содержанию этих ионов в цитоплазме растительных клеток в состоянии покоя (Sanders et al., 1999; Reddy, 2001), происходит снижение как гидролитической, так и транспортной активности Н+-АТФазы (рис.6).

Ионы кальция оказывают влияние на активность целого ряда ферментов при участии протеинкиназ (Reddy, 2001; Plieth, 2005; Медведев, 2005). Из рис. 6а (кривая 2) видно, что ингибитор протеинкиназ Н-7 в значительной мере снижает угнетающее действие ионов Са2+ на активность Н+-АТФазы ПМ. Это указывает на то, что каль-ций-индуцированное снижение активности фермента (Н+-АТФазы) вызвано, вероятнее всего, его фосфорилированием при участии протеинкиназ. Согласно (De Nisi et al., 1999) протеинкиназы, катализирующие фосфорилирование протонной АТФазы относятся к типу кальций зависимых протеинкиназ (CDPfC).

100

2 © т <

75-

н _г

ъ: -а

<я "

та О

|< 50 о +

5 я

1.Е-07 1.Е-06 1.Е-05 1.Е-04 1.Е-03 1.Е-02 1.Е-07 1.Е-06 1.Е-05 1.Е-04 1.Е-03

Концентрация Са2+, М Концентрация Са2+, М

Рис. 6. Влияние ионов Са2+ на гидролитическую (а) и транспортную (б) активность Н+-АТФазы

За 100% принята активность Н+-АТФазы при концентрации Са"ь - 2• I О'7 М. а - кривая 1 - в отсутствие ингибитора протеинкиназ Н-7; 2 - в присутствии ингибитора протеинкиназ Н-7 (10 цМ).

Таким образом, показана зависимость процесса генерации ПД в клетках высших растений от величины метаболической компоненты Ет, возникающей за счет функционирования Н+-АТФазы ПМ. Данная зависимость обусловлена, по-видимому, как участием электрогенного насоса в создании значительных градиентов ПД-формирующих ионов (СГ и К+), так и непосредственным участием насоса в генерации ПД. Во время генерации ПД происходит переходное изменение активности Н+-АТФазы - инактивация на фазе деполяризации импульса, и последующая активация

па фазе реполяризации. Фактором, вызывающим временное угнетение активности протонной АТФазы, по-видимому, является увеличение концентрации ионов Са2+ в начальный момент возбуждения.

Совокупность процессов, лежащих в основе механизма генерации потенциала действия

Рассмотрев такую особенность генерации ПД у высших растений, как непосредственное участие электрогенного насоса, необходимо определить всю последовательность процессов, определяющих развитие импульса. С этой целью было проведено иссследование механизма формирования фаз де- и реполяризации ПД.

Для изучения роли ионов Са2+ в формировании фазы деполяризации были применены блокатор кальциевых каналов верапамил и хелатор двухвалентных катионов ЭГТА, угнетающие вход ионов кальция в клетку. Как видно из рис. 7, ограничение входа ионов Са2+ приводит к полному подавлению процесса генерации ПД. При этом не происходит и типичных переходных изменений pH, что подтверждает роль ионов Са2+ в угнетении электрогенного протонного насоса.

Полное подавление ПД в присутствии ЭГТА и верапамила может быть связано либо с определяющей ролью ионов Са2+ в развитии фазы деполяризации ПД в качестве основного носителя заряда, что показано для некоторых высших растений (Iijima, Siaoka, 1985; Hodick, Sievers, 1988), либо с его ролью в качестве сигнального фактора, лишь инициирующего генерацию ПД. Если Са2+ выступает как основной переносчик заряда, изменение его концентрации во внеклеточной среде должно отразиться на амплитуде ПД. Однако этого не наблюдалось в диапазоне содержания Са2+ снаружи от возбудимых клеток от 0,1 до 10 мМ. Это указывает на то, что ионам Са2+ принадлежит сигнальная роль - вход Са2+ необходим для инициации процесса возбуждения, при этом Са2+ не вносит существенного вклада в изменение потенциала при развитии фазы деполяризации.

Ведущая роль в изменении потенциала при формировании фазы деполяризации принадлежит, по-видимому, ионам СГ и Н+. Возникновение потока протонов на фазе деполяризации ПД в клетках стебля проростков тыквы было показано выше. Аналогичный подход — регистрация динамики концентрации во внеклеточной среде - был использован для изучения роли СГ в развитии фазы деполяризации. При генерации ПД изменения содержания СГ во внеклеточной среде имели двухфазный характер -быстрое увеличение концентрации СГ, сменялось снижением - и по времени хорошо соответствовали развитию фазы деполяризации (рис. 8а). Полученные результаты согласуются с представления об участии выходящего потока СГ в формировании фазы деполяризации ПД у высших растений (Опритов, Ретивин, 1982; Fromm, Spanswick, 1993).

На основании экспериментов, представленных на рис. 8а, и сведений о содержании СГ в клетках стебля тыквы (Опритов и др., 1991) было рассчитано изменение равновесного потенциала для ионов СГ (Eci) при генерации ПД. Изменение концен-

тратг"' СГ ведет к знзтчтельному смещению Еа " отрицательную область, приближая рел!тп?гау Ег, к значение* Н™ в н'гкс ГТД (рис. 86). Это может являться одним из факторов, «тгаячмеяях развитие ф»зи деполяризации ПД, т.е. значение потенциала в пике ПД мо"кет определяться величиной Е^.

20 МВ

' 10В с 1

РК

■6,10

■6.03

3.00

Рис. 7. Ицдуцярггчяные постепенным охваждегакм изменения разности потенциалов (АЦ) участка стебля проростка тыквы и рН оунваютцего раствора в стандартной среде (а\ в прчсугстргт 2 мМ ЭГТА (б) н 0,5 мМ верага^яета (в).

Ее,"-

Изменение Ее/, связанное с выходом СГ при генерации фазы деполяризации

Рис. 8. Изменение концентрации ионов СГ во внеклеточной среде при генерации ПД, индуцированного постепенным охлаждением (а), б - схема, иллюстрирующая изменение равновесного потенциала для ионов СГ(Еп)при генерации ПД. Е — значение мембранного потенциала в пике ПД, Еа — равновесный потенциал для ионов СГ в покое, Ес\* - в максимуме изменений концентрации СГ.

Применение блокатора анионных каналов - этакриновой кислоты (ЭК) - ведет к значительному снижению амплитуды и скорости формирования фазы деполяризации и подавляет переходное изменение концентрации СГ. Это указывает на то, что возникновение выходящего потока СГ при генерации ПД связано с актиаацией соответствующих ионных каналов.

Можно полагат ь, что при блокировании потока СГ развитие фазы деполяризации редуцированных импульсов обусловлено преимущественно входящим потоком 11 . Действительно, под влиянием ЭК происходит усиление потока Н+, о чем свидеггельст-вуег более сильное защелачивание внешнего раствора но сравнению с контролем (рис. 9). В еще большей степени происходит возрастание величины отношения изменения рН к амплитуде ПД, указывающее на увеличение вклада потока Н в генерацию фазы деполяризации ПД. Однако это не в полной мере компенсирует ослабление потока СГ, и амплитуда ПД значительно меньше чем в контроле. Полученные результаты свидетельствует о том, что участвующие в формировании фазы деполяризации ПД потоки ионов СГ и И являются сопряженными. Сопряжение двух потоков обеспечивается, по-видимому, наличием общей движущей силы — градиента электрического потенциала на ПМ.

■ Апд

□

Лцд

Рис. 9. Влияние блокатора анионных каналов этакриновой кислоты (0,5 мМ) и ингибитора протеинкиназ - Н-7 (10 цМ) на амплитуду ПД и величину переходного изменения внеклеточного рН (п=8).

Этакриновая кислота

Возникает закономерный вопрос о соотношении «хлорного» (активация СГ-каналов) и «насосного» (инактивация Н-АТФазы) механизмов формирования фазы деполяризации ПД. Ограничение входа Са'* в клетки (рис. 7) ответ на этот вопрос не дает, поскольку блокирует оба механизма, для которых увеличение концентрации Са2* в цитоплазме является триггером. Угнетение активности Н '-АТФазы с помощью ингибиторов также не позволяет однозначно определить ее роль в развитии фазы деполяризации, поскольку оно оказывает опосредованное влияние на С1 -поток путем уменьшения величины Е,„. Избирательно вычленить «насосный» механизм позьоляет, как показывают результаты опытов на везикулах (рис. 6), применение ингибитора протеинкиназ, устраняющего влияние Са2' на активность Н -АТФазы. Использование Н-7 в опытах на целых проростках вызывало значительное уменьшение изменений рН при генерации ПД (рис. 9). Амплитуда ГЩ при этом подавлялась не более, чем на

10%. Однако этот результат, по-видимому, не в полной мере отражает вклад протонного потока в генерацию фазы деполяризации, поскольку его уменьшение может частично компенсироваться усилением потока СГ. Все же, в совокупности с данными о значительно более сильном подавлении амплитуды ПД блокатором анионных каналов ЭК и больших изменениях концентрации СГ в сравнении с Н+, это указывает на то, что ведущая роль в формировании фазы деполяризации ПД принадлежит выходящему потоку СГ.

Заканчивая рассмотрение фазы деполяризации ПД, необходимо подчеркнуть ее комплексную природу. В основе деполяризации лежат входящий поток протонов и выходящий поток ионов СГ. Синхронизация двух потоков обеспечивается наличием единого сигнального фактора - увеличения в цитозоле концентрации Са2+. При этом входящий поток иоков Са2+, необходимый для запуска генерации ПД в целом, не вносит существенного вклада в развитие деполяризации. Потоки СГ и Н+ не являются независимыми, а имеют общий сопрягающий фактор - Ет. Уменьшение потока одного из ионов может приводить к компенсаторному увеличению потока другого иона.

Формирование фазы реполяризации ПД в клетках высших растений, также как и в клетках харовых водорослей и возбудимых клетках животных связывают с возникновением выходящего потока ионов (Ходоров, 1975; Ohki, 1985; Берестовский и др., 1987; Опритов и др., 1991; Davies, 2006; Trebacz et al., 2006). Однако формирование фазы реполяризации у высших растений, по-видимому, носит более сложный характер. Обращает на себя внимание форма импульса - фазу реполяризации можно разбить на два последовательных этапа (рис. 10). Подобная форма характерна не только для ПД в клетках Cucurbita pepo, но и для целого ряда высших растений (Samejima, Sibaoka, 1982; Hodick, Sievers, 1988; Fromm, Spanswick, 1993).

е., мв a t,'c б

dE/dt, mB/c -50 m

Рис. 10. Типичный импульс ПД, возникающий в возбудимой клетке стебля тыквы при постепенном охлаждении (а), б - кривые функции dEm/dt=f(Era) для фазы реполяризации потенциалов действия, возникших при различной температуре. Кривая 1 получена при охлаждении до 17,6 °С, кривая 2 -до 12,1 °С.

С целью выявления особенностей этапов формировали» ПД скари;1ь изменения потенциала при развитии фазы рсиоляризации (ЛИ,„/(11) была представлена как функция величины Е1П клс1ки (рис. 106). В пределах каждою из ланов фчьи рсполяриза-ции скорость изменения Е,„ сначала увеличивалась до некоюрото максимума, а за! ем снижалась. Из рис. 106 видно, чю температурная чувствительность второю этана фазы рсполярнзацни шачшшыю больше, чем у первого. Отмеченные особенности фазы реполяризицни ПД указывают на то, что при ее формировании участвуют, вероятнее всею, два различных иошрансноршых процесса, каждый из которых идет до насыщения в пределах определенною диапазона значений Еш.

С участием конов К.+ формируется, вероятно, лишь первый этан фазы рсиоляри-зации, который обнаруживает относительно слабую зависимость ог температуры, характерную для пассивною элемрогенеза (Опритов и др., 1991). Следует та^е учитывать, что возможности выходящею потока К* ограничены, так как при снижении Е„, до значений К+-равноьесного П01енциала движущая сила для выхода ионов К+ исчезает. Расчеты, проосдсшше на основании сведений об изменении концентрации К+ при генерации ПД в кшлках стебля тыквы (Оиритов и др., 1991), показали, чю величина К+-равновееното потенциала соответствует границе первого этана фазы реиоля-ризации. Следовательно, второй Э1ап фазы реполяризации имеет не «калиевую» природу. Высокая температурная чувствительность этою этана (рис. 106) указывает на то, чю он возникает, вероятнее всею, при участии активною транспортного процесса, осуществляемого электрогенньш насосом (Пятыгин, Оиритов, 1987).

Подводя итог рассмотрения механизма генерации ПД у высших растений можно предложить следующую последовательность событий (рис. 11). Деполяризация до

Рис. 11. Предполагаемая схема механизма генерации потенциала действия в клетках высших растений.

уровня порога возбуждения открывает потеицшишвисише кальциевые каналы. Кальций, входя внутрь клетки, активирует хлорные каналы и угнетает работу Н+-АТФазы. Выходящий ногок хлора и угнетение Н+-АТФазы обеспечивают формирование фазы деполяризации до уровня гютеицнала в ыже ПД. Калиевый поток, который начинается на фазе деполяризации импульса (Репшин, 1988), формирует первый Э1Ш1 фазы реполяризации до уровня К'-раваовесного потенциала. Затем происходит активация Н+-АТФазы, вероятно, за счет удаления из цитоплазмы избытка ионов кальция. Активированный H -насис формирует второй, более значительный по величине этап фазы реполяризации, завершая развитие импульса

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГЕНЕРАЦИИ ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ У ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

Сложный характер электрогенеза растительных клеток в покое и при возбуждении делает весьма актуальной проблему математическою моделирования этих процессов. Имеются отдельные работы, посвященные решению этого вопроса, которые описывают поддержание мембранного потенциала в покое, и его колебания (Gradmann, Hoffstadt, 1998; Gradmann, 20Ù1; Beilby, 2007), однако, в современной литературе отсутствует математическое описание ПД у высших растений. В то же время, детализированная математическая модель может быть использована в качестве самостоятельного инструмента теоретического анализа механизма генерации ПД в клетках высших растений, а также служить аргументом в пользу тех или иных гипотез о природе возбуждения. В качестве отравной точки нами была использована разработанная на основании данных литературы и полученных в работе результатов схема механизма генерации ПД, представленная на рис. 11.

Описание ма!емашческой модели

Электрофизиологическая схема метки высшего растения, примененная для математического описании генерации ПД, содержит элементы пассивного и активного транспорта ионов К+, СГ, Са" и Н+ (Опритов и др., 1991; Gradmann, Hoffstadt, 1998; Gradmann, 2001). Система пассивного транспорта была представлена калиевыми каналами двух типов - активируемые деполяризацией (D-каналы) и гииерполяризацией (G-каналы), хлорными и кальциевыми каналами. Система активного транспорта включала в себя транспортные АТФазы двух типов - Н+-АТФазу (Опритов и др. 1991; Spanswic, 2006) и Саг+-АТФазу (Bush, 1993) и системы вторичного активного транспорта - 2Н+/СГ-симпортер и Н+/К+-ан1Ипортер (Rodriguez-Navarro, 2000; Gradmann, 2001).

Изменения мембранного потенциала описывали уравнением Ходжкина-Хаксли (Не, 2006) (1): dE 1

" = 1 -Fjr ге(К+,СГ,Н\Са2*) (1),

где Е,„ - мембранный потенциал;/, - поток через мембрану иона сорта г; С-удельная емкость мембраны; F-постоянная Фарадея.

Пассивный транспорт ионов описывал и общепринятым равнением Гол^дмана-Ходжкина-Катца для потока ионов (Опритов и др. 194; Spanswic, 2006) (2):

• = &Ет И„-И.....ехр{-zFEJRT)

RT 1-е.хр (~:FE„/RT) где р" - вероятность открытого состояния канала для данного иона, Р"п - млксималь-ная удельная проницаемость для этого иона, [г];, и [/"]„„, - концентрации несвязанного иона г в цитоплазме и апоппясте соответственно, z - заряд иона, R и Г- стандартные термодинамические величины.

Вероятность нахождения канапоч в открытом состоянии нпчодмти исходя из количества их возможных состояний: открытое-закрытое для качиевых (Gradmann, 2001) и хлорных (Rarbier-Brygoo е! al., 2000) каналов; открмтое-закрмтпе-инактивировянное- для кяпьциевых (Опритов и др., 1991; White, 1998).

Динамику вероятности открытого состояния (р") ионных каналов огшемвлли на основе работ (Gradmann, Hoffstadt, 19Q8: Grndmarm, 2001) уравнениями (3) (для К+- и СГ-каналов) и (4) (для Са3+-каналов):

~ = к„ схр(Е„С- р")- к„ ехр(с"Е" - £тС"/2)р° (3),

С^-р'-р'Ук^^С'Е'-Е^ С/2)р° +

+к, ех^г-,,, C"ji\p'-k, exffCE* -Ет С" ji\p"

= к, ехр(е„ С ¡г)р" - к, ехр(с'£" - Ет С ¡2)р'

где р'- вероятность инлктивированного состояния, С" и С' - константы, отражающие долю мембранного потенциала, который действует на воротные частицы при переходе в открытое (С") и инактииированное (С') состояния, и их заряд, Е"и Е' - потенциалы, отражающие ранюсть потенциальных энергий между закрытым и открыт?,ш и открытым и инактивировлнныч состояниями, соответственно, ка и к, - константы отражающие скорости перемещения воротных частиц в мембрэне.

Для хлорных каналов учитывали также зависимость их активности от содержания ионов кальция в клетке (Lewis et al., 1997) путем введения коэффициента А в уравнение (3):

^ [СО,,2

К2 +[Са2*],„2

где А - доля активированных кальцием хлорных каналов, К~ константа, равная концентрации ионов кальция, при которой доля активированных каналов равна 0.5, [Ca2+]jn - концентрация кальция в цитоплазме, степень «2» отражает необходимость

связывания двух ионов Са"+ для активации одного хлорного канала (Берестовский и др., 1987). Полагали, что вероятность нахождения хлорных каналов в открытом состоят™ близка к нулю при низких (ниже 10"7 М) внутриклеточных концентрациях Са2+ (BaïkieT-Bîygoo et al., 2000).

Первичный активный транспорт ионов описывали путем представления Н+-АТФазы и Са2+-АТФазы системами, которые способны принимать два состояния -свободное и связанное с попами (Bcilby, Shepherd, 2001):

1 (5),

где Е„ — общая концентрация фермента, к_,, ktl и к^2 - константы прямых (+) и обратных (-) переходов между состояииями: свободное —» связанное с ионом (1) и связанное с ионом —► свободное (2). к при этом зависели от величины Е„, концентра-i»m переносимых ионов, энергии гидролиза АТФ. Дяч Н+-АТФазы учитывали зависимость ее активности от [Ca24]in (De Nisi et al., 1999). При описании Са2+-АТФазы принимали, что она функционирует в режиме

Са2*/Н' обмена (Bush, 1993).

Вторичный активный транспорт ионов описывали без учета различных состояний переносчика. Скорость переноса была пропорциональна концентрациям переносимых ионов, а для электрогенного переноса (2Н+/СГ-симпортер) - зависела также от Em (уравнения (6) и (7)).

ic-i4rnwi;F£- 1 гсгл г/п ^ri~FEJRT)) (в)

j* (7),

где j"и jF>:~ потоки Cl" и К+, (" и - константы определяющие скорость переноса ионов 2Н/СГ-симпортером и К+/Н+-антипортером, соответственно, которые являются произведением V = к'F.\ где ¿Г — концентрация фермента, переносящего ион г, V — не зависящие от Em и концентраций ионов константы переноса.

Модулирующее влияние температуры на системы активного транспорта (как первичного, так и вторччного) описывали коэффициентом которьш полагали неизменным и равным 3, что характерно для ферментативных процессов (Варфоломеев, Гуревич, 1999).

Изменения концентрации ионов внутри и вне клетки описывали на основе уравнения (2), рводя коэффинне!ггн ХЛ'., (отношение площади поверхности клетки к ее объему) и VK/Vm (отношение объема клеток к объему апопласта). Для описания буферных свойств цитоплазмы и апопласта использовали модель, описанную в работе (Gradrnann, 2001)

Параметры модели частотно брали из данных литературы, частично подбирали. При подборе параметров использовали только такие значения, при которых результаты решения отдельных уравнения (токи и концентрации определенных ионов) находятся в пределах, характерных для растительных объектов. На следующем этапе из

полученного диапазона значений параметров выб(грали те, при которых имеет .место хорошее количественное соответствие итоговой модели экспериме!ггальнътм данным (как в состоянии покоя, так и при возбуждении). Полученную на основе уравнегетй систему решали численно (Огайтпапп, НоП^аЛ, 19ОД).

Верификяиия модели н анализ результатов шятематического моделирования

Численное решение уравнений модели показало, что в отсутствие раздражения значения Ет и концентраций ионов во внутри- и внеклеточном пространстве находятся на стационарном уровне и хорошо соответствуют величинам этт показателей у высших растений.

Результаты, полученные при имитации электрической стимуляция растительной клетки (временное повышение значений электрического потенциала плазматической мембраны на фиксированную величину) представлены на рис. 12. При подпорогояых стимулах наблюдались лишь пассивные электротонические изменения Ет. При достижении порогового уровня происходила генерация ПД, амплитуда которого в дальнейшем не зависела от величины еттагула.

-50

-100

Е„ мВ

100 с

-150 -

30 мВ

40 мВ

50 мВ

60 мВ

70 мВ

80 мВ

-200-

Рис. 12. Индукция ПД при имитации электрической стимуляции в модели. Электрическую стимуляцию описывали к?к фиксацию Ет, на определенном зкэтетши в течение 4 сек. Сдвиг Ет направлен в сторону депол*ри?ацпи, яелилина сдвига (от исходного уровня) показана под кривыми.

Имитация постепенного охлаждения вызывала характерные изменения Ет -плавная деполяризация мембраны, при достижении уровня порога возбуждения, сменялась генерацией ПД (рис. 13а). При этом описанные моделью изменения Ер, (рис. 13а) имели высокое сходство с экспериментально зарегистрированными (рис. 10а). Полученный в результате моделирования ПД имеет сложную форму с развивающейся в два этапа фазой реполяризации.

Анализ ионных токов, рассчитанных на основании разработанной модели, показал, что основной вклад в развитие реполяртизции на первом этапе вносит выходящий поток ионой К+, возникающий вследствие активации калиевых каналов, а на втором - выходящий поток Н+, обеспеченный функционированием Н+-АТФазы.

Непосредственное участие Н+-АТФазы в формировании ПД экспериментально подтверждают данные о временном защелачивзттии внеклеточного пространства, которое сопровождает генерацию импульса. В модели, как и в эксперименте, величина внеклеточного рН увеличивалась во время фазы деполяризации и первого этапа фазы реполчриззппи ПД, а затем вновь снижалась (Рис. 13), причем этот эффект наблюдался лишь при описании зависимости активности Н+-АТФазм от концентрации Са2+.

Е„мВ

-50-

100 се<

-100

-150 •

Е,

рН

20 мВ

6,3

•6,1

5.9

100 сек

-ди

рН

6.15

6.10

6.05

Рис. 13. Изменение внеклеточного рН при генерации индуцированного постепенным охлаждением ПД. а - рассчитано на оеггонашш модели, кривая показывает изменения рН апопдаста; б - экспериментальные данные, рН регистрировали в растворе, омывающем участок стебля.

Кроме того, показано, что имитация действия ингибитора Н+-АТФазы (в модели задавали допей актирчнх молекул фермента) вызывала значительное уменьшение амплитуды импульса, вплоть до полного подавления генерации ПД. Такие результаты хорошо соответствуют экспериментам с использованием ингибиторов протонной АТФазы (рис. 3, 56). Имитация действия блокаторов анионных каналов (в модели задавали уменьшением проницаемости для ионов СГ) ведет к уменьшению амплитуды ПД и возрастанию величины переходного изменения рН, что также хоропто согласуется с экспериментальными данными (рис. 9) и подтверждает предположение о сопряженности СГ и Н+ потоков при развитии фазы деполяризации.

Таким образом, проведенный анализ показывает хорошее соответствие теоретических и экспериментальных результатов, что может выступать в качестве подтверждения верности предложенной нами схемы механизма генерации ПД, положенной в

основу модели. Эго позволяет использовав разработанную модель дня получения сведений, труднодоступных в прямом эксперименте, в частности для оценки динамики И НШ'СНСИВНОСШ КОННЫХ ПОТОКОВ ОСНОВНЫХ ИД-форАШру^ОдХ|;1Х ИОНОВ (рис. 14). Как видно из рис. 14, при генерации ПД происходит заачшельиое перекрытие деполяризующих и рсаоляр^зующих ионных потоков. Зю ведет к значительному снижению скорости изменения ¡штц/иии и увеличению длительности ПД в сравнении с нервным импульсом, и как следствие, к значительному сдвигу ионных концентраций в клетке и внеклеточной среде.

Рис. 14. Описанная моделью динамика ионных ногокоа при генерации ПД.

Серая линия ноказыоасг изменения Е,„(без оси ординат).

АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ГЕНЕРАЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВАРИАБЕЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА

Элсш рофизиологическаа характерам ш>а оштиых реакций, нндуци^ш-ных иезрездаыщим раздражением

Вариабельный потенциал (ВП), возникающий в ответ на поьрел<дающее воздействие, представляет собой переходную деполяризацию (волну деполяризации), которая можег Сыть осложнена возникновением импульсов (Онриюв и др., 1991; Медведев, 1998; Бипкомс е1 а1., 1998; 81аЫЬе^ ее а1., 2006; Оау]«», 2006). Параметры индуцированных однотипным раздражителем ВП - амплитуда, длительность, скорость развития фаз де- и рсполяризации, а также количеством возникающих импульсов могут значительно различаться как у отдельных растений, так и при повторном раздражении одного и того же растения. Отличительной особенностью ВП является также трансформация реакции по мере ее распространении. Пример подобного изменения биоэлектрической реакции представлен на рис. 15.

Рис. 15. Электрические ответы, индуцированные повреждающим раздражением, на различном расстоянии от места раздражения.

Стрелкой указан момент нанесения раздражения. Справа приведена схема измерений.

Зависимость амплитуды медленной волны деполяризации, скорости распространения ВП, а также количества импульсов в составе ВП от расстояния от зоны раздражения представлена на рис. 16. С увеличением расстояния происходит снижение амплитуды и скорости распространения ВП. Зависимость количества импульсов в составе ВП от расстояния имеет двухфазный характер - вначале наблюдается тенденция к возрастанию, в дальнейшем - происходит снижение.

Трансформация реакции но мере ее распространения принципиально отличает ВП от ПД, который характеризуется постоянной амплитудой и скоростью (Stankovic et al., 1998; Dziubinska et al., 2001; Stahlberg et al., 2005). Отмеченные черты ВП (нерегулярность, изменение характеристик при удалении от зоны раздражения) связаны, по-видимому, с особенностями механизмов генерации и распространения этой электрической реакции.

Механизм генерации вариабельного потенциала

Принимая во внимание рассмотренные выше особенности ВП, можно полагать, что механизм его генерации, сведения о котором на сегодняшний день весьма фрагментарны (Stahlberg et al., 2006), носит сложный комплексный характер. Поскольку ВП представляет собой переходную деполяризацию, необходимо рассмотрение в первую очередь тех ионных потоков, возникновение которых может обеспечить развитие деполяризации клеток высших растений. Наиболее вероятен вклад в развитие деполяризации следующих ионных потоков: 1) входящий поток ионов Са2+ в цитозоль из внеклеточной среды; 2) выходящий из клеток поток ионов Cl" и, возможно, других анионов; 3) диссипация протонного градиента, связанная с остановкой электрогенного протонного насоса ПМ (Пятыгин и др., 2006; Stahlberg et al., 2006). Было исследовано возможное участие указанных ионных потоков в формировании индуцированного ожогом ВП у проростков тыквы. С этой целью проводили ингибиторный анализ

возникающих электрических реакции и регистрировали изменения ионных концентраций, сопровождающих генерацию ВП.

п m

ф g"

t— О

о Ü 2 m

S 1.5

1 1 о

0 0.5

7 S

1 о

Авп, мВ а

50- и

40 ■ 1

30 I i

20'

0 -1-1-1-1-1-

0 2 V, см/с 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

10 12

14 б

10 12

14 16 18 21 Расстояние, см

10 12 14 16 Расстояние, см

Рис. 16. Зависимость амплитуды (Авн) (а), скорости распространения (v) (б) ВП и количества импульсов в составе ВП (в), индуцированного ожогом семядольного листа проростков тыквы, от расстояния до зоны раздражения.

Применение NaN3, вызывающего угнетение метаболической компоненты Ет, приводило к деполяризации в зоне действия агента и снижению амплитуды ВП. По-видимому, угнетение генерации ВП в присутствии NaN3 связано со снижением уровня АТФ в клетках и угнетением электрогенного насоса, что, в свою очередь, может указывать на его участие в формировании ВП. Подобное предположение, основанное на угнетении генерации ВП при использовании локального охлаждения, ингибитора метаболизма (CN") и разобщителя КЦХФГ, а также на увеличении амплитуды ВП в присутствии активатора Н+-АТФазы фузикокцина было высказано ранее в работах (Roblin, Bonnemain, 1985; Julien et al., 1991; Julien, Franchisse, 1992; Stahlbcrg, Cosgrove, 1992; Rousset et al., 2002). Однако угнетение генерации ВП при подавлении активности электрогенного насоса может быть связано также и с участием Н+-АТФазы в создании электрохимических градиентов ионов (Maathuis, Sanders, 1999; Sze et al., 1999; Morsomme, Boutry, 2000), разрядка которых может вносить вклад в формирование электрической реакции.

Более прямые данные о возможном участии электрогенного Н+-насоса в генерации ВП могут быть получены при регистрации изменений рН, сопровождающих развитие реакции. Из рис. 17а видно, что генерация ВП сопровождается временным по-

вышением рН внеклеточной среды. Как показали результаты исследования механизма генерации ПД, подобные изменения рН могут быть обусловлены временной инактивацией про гонной Н -АТФазы. При генерации ВП наблюдается более длительное за-щелачивание внеклеточного рН в сравнении с таковым при ПД. Это может указывать на то, что при генерации ВП происходит более длительная в сравнении с ПД инактивация Н+-АТФазы. Вероятно, продолжительная инактивация электрогенного насоса обуславливает медленное развитие фазы реноляризации ВП. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют, что в формирование ВП вносит вклад временное снижение активности электрш eiiuoi о насоса.

Однако сложный характер развития реакции, в частности, быстрое изменение потенциала переднего фронта ВП и наличие импульсов в составе ВП, могут указывать на то, что наряду с элекгрогенным насосом в генерацию ВП вносят вклад и пассивные потоки других ионов, связанные с активацией ионных каналов. Было обнаружено уменьшение амплитуды ВП при внесении в омывающий раствор 2 мМ ЭГТА, что указывает на участие входящего из внеклеточной среды потока Са2+ в генерации ВП в стебле проростков тыквы. Значительное уменьшение амплитуды ВП при блокировании входящего кальциевого потока с помощью ЭГТА и La3+ было продемонстрировано также в работе (Julien et al., 1991), в которой в качестве объекта исследования использовали Bidens pilosa. Опираясь на сведения о механизме генерации ПД у высших растений (Опритов и др., 1991; Sibaoka, 1991; Da vies, 2006) можно предположить, что ионы кальция выступают главным образом как триггер процесса деполяризации, что согласуется с представлениями об участии этого иона в генерации ВП в качестве сигнального фактора, а не непосредственного носителя заряда (Julien et al., 1991; Rousset et al., 2002).

Рис. 17. Изменение рН (а) и рС1 (б) во внеклеточной среде при генерации ВП, индуцированных ожогом семядольного листа проростков тыквы.

На рис. 176 покачано изменение кониешрл'К'ч иоион СГ во внеклеточном среде при генерации ВП. Генерация переднего фритта ВП, а тгутге элеэтр'те-скнк имлу.ть-сов, входящих в состав ВП, сор^очо-ж.т'.етм п?рехо:хтлм уве1":"ен;-?м коящэттраетн ионов СГ. При этом, если обратить вн1".г.!,!-е на д"намику изменения концентрации СГ и Н+ (рис.17а, 6), то следует отметмть, что игяягеякя рС1 го времени в бо.тьшен степени соответствуют разлитию переднего фронта ЯП, чем гочеяяпя рН. Это может указывать на то, что выходящий поток ионов СГ втоетт (хгяотпй »клад в формирование переднего фронта в сравнении с входаиим потоком протоков. Применение блокатора анионнмх каналов (0,5 мМ ЭК) вдамвает снижение амплитуды ВП. Эта свидетельствует о том, что пмуо,™,ящчй поток нотгоч СГ связан с акттгигятсй анионных каналов.

Завершая рассмотрение механизма генерзт'ч ВП в стебле пророст» тмяя, необходимо подчеркнуть комплексную природу этом эяс'сгрической реакции. Вклад в ее формирование вносят как вотпнкповенче пассивных потоков иочез (Саг+, СГ), идущих по электрохимическому градиенту, так и изменение активности электрогенного насоса. Участие трех указанных ионных потоков продемонстрировано к?.мн как при генерации ПД, так и ВП, что может указывать на универсальность мехг'-тмов, обеспечивающих деполяризацию клеток высших растений (Пятнгич и др., 2006). На настоящий момент не представляется возможной точная оценка вклада определепио-го ионного потока в формирование ВП, однако необходимо подчеркнуть гажиое обстоятельство - распространение по растению из зоны локального раздражеотя как ПД, так ВП вызывает качественно сходное изменение внутри- и внеклеточдатх ионных концентраций.

Механизм распространенна вариабельного потенциала

В настоящее время существует три гипотезы, описывающие механизм распространения ВП. 1) Согласно первой гипотезе ВП имеет электрический (электротонический) механизм распространения, т.е. распространяется подобно ПД (Цаплев, Зацепина, 1980; \Vildon й а1., 1992). 2) Гидравлическая гипотеза распространения ВП предполагает распространение области повышенного давления в сосудах ксилемы, что вызывает деполяризацию клеток за счет изменения тургора (Ма1опе, 1992; 81аЫЬег§, Cosgrove, 1997; Яиткоук: е! аГ, 1997; Мапетюо, 1999). 3) Химическая гипотеза распространения ВП основывается на предположении о диффузшт некоего соединения («раневого вещества», «фактора Рикка») из зоны повреждения по сосудам (итгайг, 1959; СЬееяешап, Рюкагё, 1977; ИоЫт, Воппешат, 1985).

С целью проверки электрической гипотезы сравнивали экспериментально зарегистрированную скорость распространения ВП со скоростью распространения сигнала, рассчитанную на основании кабельного уравнения. Теоретически рассчитанная скорость распространения ВП составила 22,6±2,6 мм/с, что на порядок превышает экспериментально зарегистрированную скорость распространения ВП (2,3±0,8 мм/с) (рис. 18). В то же время, для ПД экспериментально зарегистрированная скорость рас-

пространения (24±2,2 мм/с) хорошо согласуется со скоростью, рассчитанной теоретически (21,3±3,2 мм/с) (рис. 18).

Полученные результаты противоречат электрической гипотезе распространения ВП. Следовательно, в стебле проростков тыквы может происходить передача имеющего электрический механизм распространения ПД, подчиняющаяся кабельному уравнению, и не подчиняющаяся ему передача ВП, имеющего отличный от электрического механизм распространения. Иными словами, ВП нельзя рассматривать как распространяющуюся электрическую реакцию, по сути, ВП является местной электрической реакцией, генерируемой клетками в ответ на действие некоего распространяющегося фактора.

V, мм/сек ЭОт

Отеорепгссгая В эклер* менпиыия

-ь

ш-

(IV/

'А

V С К

(1УЛИ

Рис. 18. Скорости распространения ВП и ПД, рассчитанные на основании кабельного уравнения и зарегистрированные экспериментально.

Справа приведено выражение, использованное для теоретического расчета скорости распространения и схема определения входящих в него параметров.

С целью проверки гидравлической гипотезы распространения ВП нами была изучена динамика индуцированной повреждением деформации листа пшеницы на расстоянии от зоны раздражения, которая свидетельствует о распространении по тканям растения гидравлического сигнала ^апкоую е1 а1., 1998; Мапсиэо, 1999). Для оценки указанных изменений был использован метод оптической когерентной микроскопии. Была зарегистрирована вызванная ожогом быстрая деформация листа, которая представляла собой складывание листовой пластины вдоль центральной жилки. Движение листа, индуцированное распространением гидравлической волны, опережает электрический ответ. Это согласуется с предположением о том, что гидравлический сигнал индуцирует генерацию ВП, высказанном в работах (Ма1опе, 1992; 51аЫЬе^, О^гоуе, 1997; 81апкоую е1 а1., 1997; Мапсцзо, 1999).

Тем не менее, было обнаружено несоответствие в скоростях распространения электрического и гидравлического сигналов. Кривая 1 на рис. 19 показывает зависи-

мость от расстояния до зоны повреждения временного интервала между раздражением и началом движения листа. Кривая 2 демонстрирует такую зависимость для электрической реакции. Как видно из рисунка, разница во времени между началом деформации листа и началом электрической реакции значительно растет с увеличением расстояния. Следовательно, можно сделать предположение, что ожог вызывает две реакции - гидравлический сигнал и ВП - которые являются независимыми. Это противоречит гидравлической гипотезе распространения ВП.

Несоответствие в скоростях распространения может быть объяснено с привлечением химической гипотезы распространения ВП. Зависимость временной задержки между раздражением и началом электрической реакции хорошо описывается теоретически с помощью диффузионного уравнения в случае одномерной диффузии (Рубин, 1987; Codling et al., 2008). Кривая 3, рис. 19 демонстрирует теоретическую зависимость, связывающую время после раздражения и расстояние, на которое диффундирует гипотетическое «раневое вещество» из зоны повреждения. Экспериментально обнаруженная зависимость (кривая 2) хорошо соответствует теоретической кривой при D около 10"2 см2/с, что на 2-3 порядка превышает молекулярные коэффициенты диффузии небольших молекул в растворах (Levich, 1962). Известно, что значительное увеличение скорости диффузии происходит при конвекции, которая может быть обусловлена процессами дисталыгого и радиального водного транспорта и сложной геометрией сосуда (Roth, 1996), а также распространением волны повышенного давления.

At, сек

О 5 10 15

R, см

Рис. 19. Зависимость временного интервала (ДО между раздражением и началом движения листовой пластины (кривая 1) или началом развития электрической реакции (кривая 2) от расстояния (Я) между зонами раздражения и регистрации. Кривая 3 отражает теоретическую зависимость для одномерной диффузии (пояснения в тексте).

Таким образом, проведенный теоретический анализ позволяет предположить, что генерацию ВП индуцирует распространение «раневого вещества». При этом распространение «раневого вещества» может зависеть от изменения потоков жидкости в ксилеме, связанного с прохождением гидравлической волны.

В целом, полученные результаты и имеющиеся данные литературы позволяют предположить следующую гипотетическую последовательность событий при развитии электрической реакции, вызванной повреждающим раздражителем. Локальное повреждение вызывает повышение ксилемного давления и/или появление «раневого вещества» в зоне раздражения. Ма ловероятно, что в условиях повреждения происходит синтез «раневого вещества» de novo. Возможно, таким веществом являются либо соединение, отсутствующее в норме в японласте, но присутствующее в клетках и высвобождающееся в результате их разрушения, либо части разрушенных молекул.

Диффузия «раненого вещества» в сосудах, ускоренная распространением волны повышенного давления, либо гидравлический сигнал в чистом виде, является тем фактором, который индуцирует генерацию ВП на расстоя.нии от зоны повреждения. Можно полагать, что триггером электрических изменений является вход в клетки ионов Са2+ (Julien et al., 1991; Rousset et al., 2002). Следовательно, фактор, инициирующий генерацию ВП должен вызывать, в первую очередь, активацию Са2+-каналов, ли-ганд-управляемых, либо механо-чувствитедьных. (Приведенное ниже описание последующей трансформации реакции при распространении может быть проиллюстрировано примером, изображенным на рис. 15).

На небольшом расстоянии от зоны повреждения, где сила действующего фактора (концентрация «раневого вещества» или величина давления) велика, происходит массированный вход ионов кальция в клетки, вызывающий длительное угнетение активности значительной доли молекул Н -АТФазы наряду с активацией анионных каналов, что ведет к развитию длительной деполяризации, имеющей большую амплитуду. Вероятно, значительный вклад в развитие переднего фронта ВП вносит выходящий поток Cl". Длительная инактивация протонной АТФазы обуславливает медленное развитие фазы реполяризации ВП. Понижение с расстоянием силы действия фактора (снижение концентрации «раневого вещества» или давления) вызывает уменьшение входа Са2+ в клетки, и, как следствие, снижение доли инактивированных молекул Н+-АТФазы. В то же врем возможна аетивация значительного числа анионных каналов. Это выражается в снижении амплитуды медленной волны деполяризации, на фоне которой возникают отдельные импульсы. Дальнейшее снижение с расстоянием силы действия фактора ведет к значительному уменьшению входа Са2+ в клетки, и, как следствие, к снижению доли инактивированных молекул Н+-АТФазы и активированных анионных каналов, что проявляется в практически полном затухании как медленной волны деполяризации, так и сопровождающих ее импульсов.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ РОЛЬ ПОТЕНЦИАЛОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ У ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

Главная функция ПД у животных состоит в быстрой передаче информации (Эк-керт и др., 1992). Функциональная роль ПД в организме высших растений менее ясна и является предметом пристального внимания исследователей (Онришв и др., 1991; БЛаока, 1991; ТЬат, \ViIdon, 1996; Опригов, 1998; Пягыгин, 2003). Наиболее изучена она у сравнительно небольшой группы так называемых «двша/ельных» растений, где ПД принимают участие в механизме осуществления быстрых локомоторных реакций (ЗИэаока, 1991; Вайнар, 1987). Вполне определенной представляется также роль ПД в подготовке генеративных органов растений к ошюдогворению (ЗшуикЫп, Вппкоу, 1967; Духовный, 1973). Менее ясна функция ПД, возникающих в вегетативных органах высших растений под влиянием различных неблагоприяшых факторов и распространяющихся но стеблю на весьма значительные расстояния.

Сигнальная роль нотенциалоа действия

Генерация ПД в возбудимых клетках высшего растения хронологически связана, как правило, с начальным этапом влияния раздражителя, и эю обстоятельство отчетливо свидетельствует об опережающем, сигнальном характере данной импульсной биоэлектрической реакции. Можно предположить, что задача этой реакции состоит в передаче определенной информации покоящимся тканям и органам. Между тем, анализ показывает, что распространяющийся за пределы зоны раздражения ПД, по-видимому, не может передавать информацию о характере раздражающего внешнего фактора, а лишь сигнализирует о начале его действия. Основными причинами являются:

1. Для передачи информации, закодированной, как у животных объектов, в частотном режиме, необходима многократно повторяющаяся ритмическая импульсация (Иост, 1975), которая для растений нехарактерна. К тому же у растений отсутствует орган декодирования этой информации, соответствующий центральному отделу нервной системы животных (Смит, 2005).

2. Передача определенной информации о раздражителе с помощью одиночного ПД возможна лишь при условии зависимости его параметров от модальности раздражителя. Однако принцип «все или ничего», в соответствии с которым возникает ПД, не способствует появлению зависимости импульсов от специфики раздражителя.

В то же время известно, что восприятие клетками стимулов различной модальности и последующая транедукция сигнала о них внутрь клетки происходит при участии различных транспортных механизмов (Pyatygш м а!., 1992; РНеЛ е( а1., 1999; Равапо е1 а!., 2002), что определенным образом, по-видимому, может отразиться на параметрах ПД (например, их длительности и/или амплитуде) непосредственно в зоне раздражения. Однако при распространении ПД по стеблю, которое осуществляется по одним и тем же проводящим путям и на основе одного и того же механизма, возможность зависимости импульсов от природы раздражителя фактически исключается.

Таким образом, больше оснований считать, что распространяющийся по стеблю высшего растения ПД - это неспецифический биоэлектрический сигнал, который не зависит от природы раздражителя и, соответственно, не несет информацию о нем. Являясь неспецифическим биоэлектрическим сигналом, распространяющийся ПД должен вызывать, в свою очередь, неспецифические функциональные изменения в тканях и органах, которых достигает. В дальнейшем нами была предпринята попытка выяснения того, на что могут быть направлены индуцированные неспецифическими электрическими сигналами функциональные изменения. С этой целью исследовали влияние ПД и ВП на изменение замедленной флуоресценции (ЗФ) и содержание АТФ, а также определяли роль индуцированных потенциалами возбуждения ответов в развитии повышения устойчивости проростков тыквы к охлаждению.

Влияние электрических сигналов на интенсивность замедленной флуоресценции, содержание АТФ в листе и холодоустойчивость проростков тыквы

Было показано, что распространяющиеся электрические реакции вызывают временное усиление интенсивности ЗФ (рис. 20), которое свидетельствует об активации световой стадии процесса фотосинтеза (Авакян, 1991, 1993). В совокупности с данными об индуцированном ПД усилении поглощения ССЬ (критерий активности тем-новой стадии фотосинтеза) (Гунар, Синюхин, 1963; Fromm, Eshrich, 1993; From, Fei, 1998) можно, вероятно, говорить о вызванной БЭР активации процесса фотосинтеза в целом.

О 20 40 60 80

время, ми.

Рис. 20. Зависимость относительного изменения амплитуды ЗФ (Ао/Ак) от времени после генерации ПД и ВП.

Так как одним из конечных продуктов световой стадии фотосинтеза является АТФ, то активация этого процесса должна приводить к повышению содержания АТФ в клетках высшего растения. Динамика изменения содержания АТФ под влиянием распространяющихся БЭР хорошо соответствовала усилению интенсивности ЗФ. Это

позволяет предположить, что увеличение содержания АТФ обусловлено активацией процесса фотосинтеза. Данное предположение было подтверждено снижением эффекта электрических сигналов на содержание АТФ в условиях подавления активности фотосистемы II с помощью диурона.

Помимо исследованных нами изменений активности фотосинтеза и временного повышения содержания АТФ на сегодняшний день известен целый ряд индуцированных ПД и ВП функциональных изменений: усиление газообмена (Sinyukhin, Britikov, 1967; Dziubinska et al., 1989; Fromm et al., 1995), замедление флоэмного транспорта (Fromm, Bauer, 1994), индукция экспрессии гена pin2 (Stankovic, Davies, 1996; Fisahn et al., 2004), индукция биосинтеза жасмоновой кислоты (Fisahn et al., 2004), ингнбиро-вание синтеза белка (Davies, Stankovic, 2006) и др. Широкий круг вызванных потенциалами возбуждения функциональных ответов ставит вопрос о том, на что могут быть направлены подобные изменения.

В работах Ретивина В.Г. и соавторов (Ретивин и др., 1997, 1999) было выдвинуто предположение, что конечной целью индуцированных электрическими сигналами изменений функционального состояния растения является повышение его неспецифической устойчивости. В то же время, вопрос о возможной связи индуцированных потенциалами возбуждения функциональных эффектах и повышением устойчивости остается в настоящее время не изученным. Было проведено исследование роли ПД и ВП в повышении устойчивости проростков тыквы к охлаждению и определение возможной роли в повышении холодоустойчивости индуцированных электрическими сигналами изменений активности фотосинтеза и содержания АТФ.

Изучение действия ВП на холодоустойчивость через 20 и 50 мин после стимуляции показало, что в обоих случаях наблюдается достоверное повышение холодоустойчивости (на 87 ± 22 и 101 ± 37 %, соответственно). Распространение ПД вызывало повышение холодоустойчивости объекта через 20 мин после нанесения раздражения (на 67 ± 21 %), однако не вызывало достоверных изменений через 50 мин.

В ходе дальнейшего исследования было показано, что обработка диуроном приблизительно в 2 раза снижала исходную холодоустойчивость растения (до 46 ± 10 % от холодоустойчивости необработанного растения) и полностью устраняла ее увеличение при использовании локальных раздражителей. Полученные результаты дают основание полагать, что увеличение содержания АТФ, связанное с активацией фотосинтеза, может являться одним из механизмов, лежащих в основе индуцированного электрическими сигналами повышения устойчивости.

Таким образом, в ходе проведенного теоретического и экспериментального анализа было показано, что потенциалы возбуждения у высших растений являются, по-видимому, неспецифическими биоэлектрическими сигналами, не передающими информацию о характере вызвавшего их локального раздражителя. Следовательно, не передавая информацию о характере раздражителя электрические сигналы, вызывают неспецифические функциональные изменения. Поскольку круг индуцированных ПД

и ВП функциональных эффектов довольно широк, то маловероятно, учитывая отсутствие информации о характере раздражителя, чтобы каждый из них имел определенную конечную цель. Более вероятно, что возникающие функциональные эффекты лежат в основе развития единой более общей реакции растительного организма. Предположено, что такой конечной целью индуцированных электрическими сигналами изменений, может являться повышение устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование позволяет с определенностью заключить, что у высших растений в ответ на действие различных внешних раздражителей могут возникать ПД. Важную роль в инициации ПД играют местные биоэлектрические реакции, возникающие в зоне локального раздражения и обладающие рядом свойств, характерных для рецепторных потенциалов животных.

Механизм генерации ПД у высших растений имеет комплексную природу, наряду с пассивными потоками ионов Са2+, СГ и К+ непосредственное участие в формировании импульса принимает Н+-АТФаза ПМ. При генерации ПД Н+-насос претерпевает переходное изменение активности: инактивация, вызванная увеличением в цитозо-ле концентрации ионов Са2+ в начальный момент возбуждения, сменяется активацией на фазе реполяризации импульса.

У разных групп растений (например, локомоторных и «обычных») соотношение между метаболическим и пассивным механизмами генерации ПД, может быть различным. Весьма вероятно, что у локомоторных растений ПД (обладающий меньшей длительностью, более высокой скоростью изменения потенциала) является более пассивным по природе, чем ПД у «обычных» растений. Это обстоятельство существенно для понимания пути, по которому шла эволюция процесса возбуждения как у растений, так и у живых организмов в целом. Становится очевидным, что совершенствование функции возбуждения сопровождалось, судя по всему, уменьшением степени непосредственного сопряжения ПД с работой электрогенного насоса возбудимой мембраны, что делало механизм генерации импульсов, по-видимому, менее энергетически затратным, менее зависящим от условий среды и, как следствие, более эффективным. Так нервный импульс животных, который в эволюционном плане несомненно выше ПД у растений, фактически полностью опосредован пассивными трансмем-браиными потоками ионов.

Однако необходимо подчеркнуть, что такие особенности ПД у высших растений (которые могут быть рассмотрены как черты несовершенства), как большая длительность, значительные нарушения ионных концентраций и наличие широкого круга ионов, принимающих непосредственное участие в формировании импульса, являются, по-видимому, основой эффективного преобразования электрического сигнала в

функциональный ответ. Вероятно, именно изменения ионных концентраций, вызванные ионными потоками, лежащими в основе ПД и ВП, являются пусковым механизмом возникающих функциональных изменений (таких как изменение дыхания, синтез стрессовых гормонов и др.).

Потенциалы возбуждения в процессе распространения в определенной степени ведут себя подобно раздражителю, вызывая изменения, сходные по содержанию с неспецифической составляющей функционального ответа в зоне непосредственного раздражения (рис. 21).

ГУ

{ОТВЕТНАЯ 1 РЕАКЦИЯ

-в зоне раздражения

пд;

распространяющийся за пределы зоны ^^раздражения

•Деполяризация \ Увеличение /Са' 7;„ \ Выход А"

¡Зачисление цишозоля

Специфический (зависящий от природы раздражителя) компонент

Неспедифический компонент

Деполяризации Увеличение /Си2*/.

1 1 ш

Выход Л"

Зачисление цишозоля

П О В Ы Ш Е Н И Е

У С Т о Й ч и в о с т и

Рис. 21. Схема, иллюстрирующая сходство реакций, вызываемых действием раздражителя непосредственно в зоне локального раздражения и индуцированных распространяющимся ПД за пределами зоны раздражения.

выводы

1. Местные биоэлектрические реакции, возникающие непосредственно в зоне локального раздражения высших растений, не обладающих локомоторной активностью, проявляют градуальность - зависимость амплитуды от интенсивности раздражителя и способность генерировать ПД по достижению порогового уровня.

2. Процесс генерации ПД у высших растений зависит от величины метаболической компоненты мембранного потенциала, возникающей при участии электрогенного насоса ПМ. Применение ингибиторов Н+-АТФазы, анализ скорости изменения потенциала при формировании импульса и регистрация изменений внеклеточного рН показало, что электрогенный насос принимает непосредственное участие в генерации ПД. Во время генерации ПД происходит переходное изменение активности Н+-АТФазы - инактивация на фазе деполяризации и реактивация на фазе реполяризации импульса. Фактором, угнетающим активность насоса, выступает увеличение концентрации ионов Са2+ в начальный момент возбуждения.

3. Вход ионов Са2+ в клетку необходим для развития ПД у высших растений, при этом Са2+ выступает как инициирующий фактор и не вносит существенного вклада в изменение потенциала. Это подтверждают полное подавление процесса генерации ПД при удалении ионов Са2+ из внеклеточной среды и применении блокато-ра Са2+ каналов верапамила, а также неизменность амплитуды ПД при увеличении содержания Са2+ во внеклеточной среде от 0,1 до 10 мМ.

4. Фаза деполяризации ПД формируется выходящим потоком СГ, возникающим вследствие активации анионных каналов, и входящим потоком Н+, возникающим вследствие инактивации Н+-АТФазы. Оба потока возникают вследствие увеличения концентрации ионов Са2+ в клетке в начальный момент возбуждения. Определяющий вклад в формирование фазы деполяризации вносит выход ионов СГ, о чем свидетельствует более сильное подавление амплитуды ПД при использовании блока-торов анионных каналов в сравнении с угнетением входящего потока Н+ и более значительные изменения концентрации ионов СГ в сравнении с Н+. Анализ скорости изменения Ет при развитии импульса показал, что фаза реполяризации ПД формируется в два последовательных этапа. Первый этап фазы реполяризации формируется выходящим по электрохимическому градиенту потоком ионов К+. Второй этап фазы реполяризации формируется электрогенным насосом ПМ.

5. Предложена новая схема механизма генерации ПД у высших растений, включающая пассивные потоки ионов Са2+, СГ и К+, а также изменение активности электрогенного насоса. Математическая модель, построенная на основании предложенной схемы, позволяет получать стационарные значения потенциала в покое и генерацию ПД при имитации раздражения. Симулированные моделью изменения потенциала и ионных концентраций имеют хорошее соответствие с экспериментально зарегистрированными результатами, что служит подтверждением выдвигаемых гипотез.

6. Амплитуда и скорость распространения ВП снижаются по мере удаления от зоны локального повреждения. Скорость распространения ВП не соответствует скорости, рассчитанной с применением кабельного уравнения, что отрицает элсктро-тоннческий механизм его распространения. Не обнаружено соответствия между скоростью распространения ВП и скоростью распространения гидравлического сигнала, индуцированного повреждением листа пшеницы. Генерация ВП связана с возникновением потоков Са2+, СГ, Н+. Наибольший выход СГ имеет место при развитии импульсной деполяризации в составе ВП, что может указывать на значительный вклад данного иона в ее формирование.

7. Потенциал действия и вариабельный потенциал, распространяясь по растению, вызывают комплекс неспецифических изменений, в частности, временное повышение интенсивности замедленной люминесценции и содержания АТФ в семядольных листьях проростков тыквы, которые играют важную роль во временном повышении устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в рецензируемых изданиях

1. Пятыгип С.С., Опритов В.А., Половинкин A.B., Воденеев В.А. О природе генерации потенциала действия у высших растений // Доклады РАН. 1999. Т.36, №3. С. 404-407.

2. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Крауз В.О., Абрамова H.H., Воденеев В.А. Биоэлектрическая активность клеток высшего растения при химическом стресс-воздействии // Вестник ННГУ. Серия Биология. 1999. Вып.1. С. 119-123.

3. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Абрамова H.H., Воденеев В.А. Первичная биоэлектрическая реакция клеток высшего растения на комбинированное действие стресс-факторов различной природы // Физиология растений. 1999. Т.46, №4. С.610-617.

4. Воденеев В.А. Первичная биоэлектрическая реакция клеток стебля тыквы при воздействии высоких концентраций ионов кальция // Биосистемы: Структура и регуляция. Под. ред. Г.А. Ануфриева. Н. Новгород: ННГУ, 2ООО. С. 132-141.

5. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Воденеев В.А. Доказательство стабилизации величины мембранного потенциала клеток высшего растения при участии электрогенного насоса плаз-малеммы // Вестник ННГУ. Серия Биол. 2001. Вып.2. С. 187-189.

6. Воденеев В.А., Орлова О.В. Анализ модулирующего влияния ионов Са2> на гидролитическую активность Н*-АТФазы плазматических мембран клеток тыквы // Вестник ННГУ. Серия Биология. 2001 Вып. 3. С.39-41.

7. Опритов В.А., Пятыпш С.С., Воденеев В.А. Непосредственное сопряжение генерации потенциала действия в клетках высшего растения Cucurbita pepo L. с работой электрогенного насоса// Физиология растений. 2002. Т.49, №1. С.160-165.

8. Пятыпш С.С., Воденеев В.А., Опритов В.А. Сопряжение генерации потенциала действия в клетках растений с метаболизмом: современное понимание проблемы // Успехи современной биологии. 2005. Т. 125, № 5. С. 534-542.

9. Сухов В. С., Воденеев В. А., Орлова О.В. Влияние распространяющихся биоэлектрических реакций на световую стадию фотосинтеза и содержание АТФ в семядольных листьях Cucurbita pepo L. // Вестник ИНГУ. Серия Биология. 2005. Вып. 10. С. 218-224.

10. Сухов B.C., Воденеев В.А. Математическая модель потенциала действия у высших растений // Математика. Компьютер. Образование: Сб. научи, трудов. Под ред. Г.Ю. Риз-ниченко.2005. Т.З. С. 967-978.

11. Воденеев В.А., Опритов В.А., Пятыгин С.С. Обратимое изменение внеклеточного pH при генерации потенциала действия у высшего растения Cucurbita pepo II Физиология растений. 2006. Т.53, № 4. С.538-545.

12. Пятыгин С.С., Воденеев В.А., Опритов В.А. Деполяризация плазматической мембраны как универсальная первичиая биоэлектрическая реакция растительных клеток на действие различных факторов // Успехи современной биологии. 2006. Т. 126, №5. С. 493-502.

13. Воденеев В.А., Мысягин С.А., Пятыгин С.С., Опритов В.А., Неруш В.Н. Сравнительный анализ механизмов генерации электрических реакций при холодовом и механическом раздражении высших растений II Вестник ННГУ. Серия Биология. 2006. Вып. U.C. 118-127.

14. Опритов В.А., Воденеев В.А., Пятыгин С.С., Мысягин С.А. Потенциалы действия у животных и растений: сравнительный аспект//Доклады ТСХА. 2007. Вып. 279. С. 189-193.

15. Воденеев В.А., Мамонов Р.В., Пятыгин С.С., Опритов В.А. Распространение вариабельного потенциала, индуцированного ожогом семядольного листа проростка тыквы // Вестник ННГУ. 2007. №2. С. 122-126.

16. Vodeneev V.A., Pyatygin S.S., Opritov V.A. Reversible change of extracellular pH at the generation of mechano-induced electrical reaction in a stem of Cucurbita pepo // Plant Sign. Behavior. 2007. V.2. P. 267-268.

17. Воденеев В.А., Пятыгин C.C. Метаболическая зависимость генерации потенциала действия в возбудимых клетках стебля тыквы при охлаждении // Цитология. 2007. Т.49, №11. С. 973-976.

18. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Воденеев В.А. Сигнальная роль потенциала действия у высших растений // Физиология растений. 2008. Т. 55, №2. С. 312-319.

Материалы конференций и тезисы докладов

19. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Половинкин A.B., Воденеев В.А. Метаболическая компонента потенциала действия у высших растений // П-ой съезд биофизиков России: Тез. докл. М„ 1999. Т.2. С.551-552.

20. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Крауз В.О., Абрамова H.H., Воденеев В.А. Адаптивные изменения биоэлектрогенеза при химическом стресс-воздействии на клетки высшего растения II lV-ый съезд Общ-ва физиол. растений России: Тез. докл.М., 1999. Т.1. С.450.

21. Воденеев В.А., Опритов В.А., Пятыгин С.С., Абрамова H.H. Влияние AgNOí на био-электрогенез клеток высшего растения в покое и при возбуждении // Ксенобиотики и живые системы: Тез. докл. межд. конф. Минск, 2000. С. 15-16.

22. Воденеев В.А., Мокрова А.Н. Обоснование возможности участия Н+-АТФазы плазматических мембран в формировании фазы деполяризации потенциала действия в клетках высшего растения // VI нижегород. сессия мол. ученых: Тез. докл. Н.Новгород, 2001. С. 152.

23. Опритов В.А., Пятыпш С.С., Ретивин В.Г., Воденеев В.А., Мысяпш С.А. Избирательная генерация потенциалов действия клетками высшего растения в ответ на различные стресс-факторы // Регуляция роста и развития: Мат. 2-й науч. конф. Минск, 2001. С. 154.

24. Opritov V.A., Pyatygin S.S., Vodeneev V.A. Electrical component of general adaptation syndrome of higher plants // Plants under environmental stress: Abstr. Int. Symp. Moscow, 2001. P.215.

25. Воденеев В.А., Опритов В.А., Орлова O.B. Участие Н'-АТФазы плазматических мембран в формировании фазы деполяризации потенциала действия // Актуальные проблемы современной науки: Тез. докл. межд. конф. мол. ученых и студ. Самара: СамГУ, 2001. С.44.

26. Opritov V.A., Pyatygin S.S., Vodeneev V.A., Mysyagin S.A. The role of bioelectric potentials in reception of cooling in higher plants II Signaling Systems of Plants Cells: Abstr. In-tern. Symp. Pushino: ONT1, 2001. P.95-96.

27. Опритов B.A., Пятыпш C.C., Лобов C.A., Воденеев В.А., Мысяпш С.А., Шибарова А.Н. Электрофизиологическое звено в рецепции охлаждения клетками высшего растения // V-ый съезд Общ-ва физиологов растений России: Тез. докл. Пенза, 2003. С. 313.

28. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Воденеев В.А. Об участии электрогенного Hf-nacoca в формировании переднего фронта потенциала действия у высших растений // V-ый съезд Общ-ва физиологов растений России: Тез. докл. Пенза, 2003. С. 157.

29. Сухов B.C., Опритов В.А., Воденеев В.А., Орлова О.В., Абрамова H.H., Пятыпш С.С. Влияние распространяющихся биоэлектрических реакций на замедленную флуоресценцию и поглощение ионов кальция в семядольных листьях и черенках проростков Cucurbita pepo L. // Рецепция и внутриклеточная сигнализация: Маг. межд. конф. Пущшю: ЦБК РАН, 2003. С. 302-305.

30. Опритов В.А., Пятыгин С.С., Мысягин С.А., Крауз В.О., Воденеев В.А. Роль био-электрогенеза в адаптации клеток высшего растения к низкотемпературным воздействиям II Физиология растений и экология на рубеже веков: Мат. всеросс. научи.-нракт. конф. Ярославль: ЯрГУ, 2003. С. 114.

31. Сухов B.C., Опритов В.А., Орлова О.В., Абрамова H.H., Воденеев В.А., Пятыпш С.С. Влияние потенциалов действия на замедленную флуоресценцию и содержание АТФ в листьях проростков тыквы // Регуляция роста, развит, и продукт, растений: Мат 3-й Межд. науч. конф. Минск, 2003. С. 237-238.

32. Мысягин С.А., Лобов С.А., Воденеев В.А., Опритов В.А.,.Пятыгин С.С. Особенности биоэлектрической реакции клеток стебля высшего растения Cucurbita pepo L. при механической стимуляции // III Съезд биофиз. России: Тез. докл. Т.2. Воронеж; ВГУ, 2004. С. 264-265.

33. Сухов B.C., Воденеев В.А., Орлова О.В., Абрамова H.H., Опритов В.А., Пятыгин С.С. Влияние распространяющихся биоэлектрических реакций на содержание АТФ в семядольных листьях проростков тыквы // III Съезд биофиз. России: Тез. докл. Т. 2. Воро-неж: ВГУ, 2004. С.464-465.

34. Шибарова АН., Орлова О.В., Воденеев В.А., Опритов В.А., Пятыпш С.С. Влияние ионов на гидролитическую активность H -АТФазы плазматических мембран клеток высшего растения (Cucurbitapepo L.) при воздействии малых доз ионизирующего излучашя II III Съезд биофиз. России: Тез. докл. Т. 2. Воронеж: ВГУ, 2004. С.737-738.

35. Мысягин С.А., Воденеев В.А., Лобов С.А., Сухов B.C., Ретивин В.Г., Пятыгин С.С., Опритов В.А. Холодоиндуцированные потенциалы действия и их функциональная роль у высших растений // Проблемы физиол. растений Севера: Тез. докл. межд. науч. конф. Петрозаводск, 2004. С. 132.

36. Опритов В.А., Лобов С.А., Мысягин С.А., Воденеев В.А., Пятыгин С.С. Электрическое звено в ответных реакциях растений на действие внешних факторов // Акт. вопросы ботаники и физиол. раст.: Мат. межд науч. конф. Саранск: МордГУ, 2004. С. 176-177.

37. Sukhov V.S., Vodeneev V.A. ,Pyatygin S.S., Kurina L.E. Mathematical model of action potential in higher plant cells // The 6th International Congress on Mathematical Modeling. Book of abstracts. Nizhny Novgorod: University ofNizhny Novgorod, 2004 P. 512.

38. Опритов B.A., Лобов C.A., Мысягин С.А., Пятыгин С.С., Воденеев В.А. Роль биоэлектрических реакций в осуществлении рецепторно-акцепторной связи у высших растений при охлаждении (на примере Cucurbita pepo L.) // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: Мат. VI Межд. симп. М.: Изд-во РУДН, 2005. Т. 2. С. 147-149.

39. Сухов B.C., Воденеев В.А. Модель потенциала действия у высших растений // Математика. Компьютер. Образование: Тез. докл. XII Межд. Конф. Пущино, 2005. С. 223.

40. Воденеев В.А., Опритов В.А., Мысягин С.А., Пятыгин С.С.Электрические ответы клеток высших растений на внешние воздействия различной природы II Рецепция и внутрикле-точн. сигнализация: Мат. межд. конф. Пущино: ИБК РАН, 2005. С. 345-348.

41. Сухов B.C., Пятыгин С.С., Воденеев В.А. Математическая модель кривых затухания замедленной флуоресценции у растений // Нелинейный мир: Тез. докл X междисциплинарн. научн. конф. Н. Новгород: ННГУ, 2005. С. 132.

42. Опритов В.А., Воденеев В.А., Мысягин С.А., Пятыгин С.С. Взаимодействие сигнальных систем клеток высших растений при возбуждении // Сигнальные системы клеток растений: Роль в адаптации и иммунитете: Тез. докл. Казань: «ФизтехПресс» КФТИ КазНЦ РАН. 2006. С. 101-102.

43. Воденеев В., Акинчиц Е., Балалаева И., Мамонов Р., Орлова А. Конфокальная и оптическая когерентная микроскопия для изучения потенциалов возбуждения у растений // V Съезд Российского фотобиологического общества: Тез. докл. Пущино. 2008. С. 231.

44. Sukhov V., Vodeneev V., Opritov V. Elaboration and analysis of mathematical model of photosystem II in the higher plants // Light Energy Conversion in Photosynthesis. Progr. Abstr. Pushino. 2008. P. 64.

45. Воденеев B.A., Опритов B.A., Сухов B.C., Мысягин C.A., Орлова O.B. Генерация потенциалов действия у высших растений при стрессе // Физико-химические основы структурно-функциональной организации растений: Тез. докл. Межд. научн. конф. Екатеринбург: Изд-во Ур. Ун-та. 2008. С. 113-114.

Учебное пособие

46. Воденеев В.А., Опритов В.А., Мысягин С.А., ¡Пятыгин С.С.[ Дистанционные электрические сигналы у растений. Учебно-методические материалы по программе повышения квалификации «Хранение и обработка информации в биологических системах». Н. Новгород: ННГУ. 2007. 97 с. (электронный вариант).

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура Times. Усл. печ. л. 2. Тираж 100 экз. Заказ 275.

Типография Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского 603600, Н. Новгород, ул. Б. Покровская, 37. Лицензия ПД № 18-0099 от 04.05.2001 г.

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Воденеев, Владимир Анатольевич

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Потенциалы возбуждения у высших растений.

1.1. Общая характеристика электрогенеза у высших растений.

1.2. Электрические сигналы растений.

1.2.1. Потенциал действия.

1.2.2. Вариабельный потенциал.

1.3. Функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Регистрация мембранного потенциала клеток.

2.2.2. Внеклеточная (поверхностная) регистрация электрической активности.

2.2.3. Регистрация изменения ионных концентраций потенциометрическим методом.

2.2.4. Регистрация изменений рН с использованием рН-чувствительного зонда Р1ТС-с1ех1:гап методом конфокальной микроскопии.

2.2.5. Оценка изменений размеров листа методом оптической когерентной микроскопии.

2.2.6. Измерение замедленной флуоресценции.

2.2.7. Определение выхода АТФ из семядольных листьев.

2.2.8. Электрофизиологический анализ холодоустойчивости растений.

2.2.9. Выделение фракции, обогащенной плазматическими мембранами, методом дифференциального ультрацентрифугирования.

2.2.10.Определение АТФазной активности во фракции изолированных плазматических мембран.

2.2.11. Определение транспортной активности Н+-АТФазы во фракции изолированных плазматических мембран.

2.2.12.Раздражение растений.

2.3. Статистическая обработка результатов.

Глава 3. Особенности генерации местных электрических реакций в зоне локального раздражения.

3.1. Индукция потенциалов действия в стебле проростков тыквы электрическими стимулами.

3.2. Возникновение потенциалов действия под влиянием механического раздражения и охлаждения.

Глава 4. Механизм генерации потенциала действия в клетках высшего растения.

4.1. Непосредственное участие электрогенного насоса в генерации потенциала действия.

4.1.1. Зависимость процесса генерации потенциала действия от величины метаболической компоненты мембранного потенциала.

4.1.2. Изменение внеклеточного pH при генерации потенциала действия.

4.1.3. Влияние ионов кальция на активность Н -АТФазы плазматических мембран.

4.2. Совокупность процессов, лежащих в основе генерации потенциала действия.

4.2.1. Формирование фазы деполяризации потенциала действия.'.

4.2.2. Формирование фазы реполяризации потенциала действия.

4.2.3. Общая схема механизма генерации потенциала действия у высших растений.

Глава 5. Математическая модель генерации потенциала действия у высших растений.

5.1. Описание математической модели.

5.2. Верификация модели и анализ результатов математического моделирования.

Глава 6. Анализ механизма генерации и распространения вариабельного потенциала.

6.1. Электрофизиологическая характеристика ответных реакций, индуцированных повреждающим воздействием.

6.2. Анализ механизма генерации вариабельного потенциала.

6.3. Анализ механизма распространения вариабельного потенциала.

Глава 7. Функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений.

7.1. Сигнальная роль потенциалов действия.

7.2. Влияние потенциалов возбуждения на интенсивность замедленной флуоресценции, содержание АТФ в листе и холодоустойчивость проростков тыквы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений"

Актуальность проблемы. Свойство возбудимости присуще всем живым организмам и необходимо для существования в постоянно изменяющихся условиях окружающей среды. Одним из наиболее важных проявлений возбудимости является способность генерировать распространяющиеся электрические сигналы в ответ на разно-образные внешние факторы. У высших растений выделяют два основных типа распространяющихся электрических сигналов — потенциал действия (ПД), который возникает в ответ на неповреждающее раздражение, и вариабельный потенциал (ВП) — электрическую реакцию, индуцированную повреждающими раздражителями (Опри-тов и др., 1991; Медведев, 1998; Stahlberg, 2006; Davies, 2006; Fromm, Lautner, 2007).

Первые сведения о способности высших растений генерировать электрические импульсы появились в конце XIX века в работах английского исследователя Бэрден-Сандерсона, проводимых на венериной мухоловке (Burdon-Sanderson, 1873 по Stahlberg, 2006), а начало систематического исследования возбудимости у высших расте-ний связано с именем Боса, который впервые экспериментально обосновал, что в проводящих тканях мимозы могут возникать и распространяться ПД (Бос, 1964).

1962, 1963; Гунар, Паничкин, 1967, 1970; Карманов и др., 1972; Pickard, 1973; Опритов, 1977, 1978), но и во многом определено направление дальнейших исследований — изучение механизмов генерации и распространения электрических сигналов, определение их функциональной роли.

Несмотря на значительный период исследований и накопление определенного экспериментального материала, сведения о ПД у высших растений и сегодня носят фрагментарный характер. К настоящему времени наибольшие успехи достигнуты при изучении механизмов генерации ПД в гигантских по размерам клетках ряда водорослей, прежде всего, харовых (Берестовский и др., 1973; Lunevsky et al., 1983; Берестовский и др.,1987; Kourie, 1994). Во многом, представления о механизме генерации ПД у высших растений сформированы на основе этих результатов. Как и у харовых водорослей, формирование ПД у высших растений связывают с возникновением пассивных потоков ионов хлора и калия (Опритов, Ретивин, 1982; Hodick and Sievers, 1988; Sibaoka, 1991; Fromm and Spanswick, 1993; Davies, 2006; Trebacz et al., 2006). В тоже время, имеющихся данных недостаточно для формирования целостной картины механизма генерации ПД в клетках высших растений. В еще меньшей степени исследован другой тип потенциалов возбуждения - ВП, характерный только для высших растений (Davies, 2006; Fromm, 2006; Stahlberg et al., 2006). Практически не расшифрованы механизмы его генерации и распространения.

Между тем, изучение природы распространяющегося возбуждения у высших растений важно не только для выявления особенностей этого процесса у данных объектов, но и для понимания эволюции механизмов генерации ПД в живых организмах в целом. Исследование природы ПД значимо также для раскрытия механизмов преобразования электрических сигналов в функциональный ответ.

В связи с поставленной целью выполнялись следующие задачи:

• построение схемы, обобщающей последовательность процессов, лежащих в основе генерации ПД;

• разработка и анализ математической модели генерации ПД у высших растений;

• изучение механизмов генерации и распространения ВП;

Научная новизна. Впервые показано, что в генерации ПД у высших растений принимает непосредственное участие электрогенный насос плазматической мембраны. При генерации ПД имеет место переходное изменение активности электрогенного насоса по типу инактивация-аьсгивация. Временное снижение активности электрогенного Н+-насоса происходит вследствие увеличения концентрации ионов Са2+ в возбудимых клетках.

Установлено, что формирование фазы деполяризации ПД связано с возрастанием потока Н+ внутрь, наряду с увеличением потока С1" наружу. Синхронизация двух ионных потоков достигается наличием общего инициирующего фактора - повышением концентрации ионов Са2+ в клетке в начальный момент возбуждения.

Впервые предложена обобщающая схема механизма генерации ПД в клетках высших растений, согласно которой процесс генерации является комплексным и включает как пассивные потоки ионов, так и изменение активности Н^-АТФазы плазматических мембран. Впервые разработана математическая модель генерации ПД у высших растений, которая основывается на предложенной схеме и включает в себя описание систем пассивного, первичного и вторичного активного транспорта ионов, а также изменения ионных концентраций в клетке, внеклеточной среде, буферные свойства цитоплазмы и апопласта.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. В генерации ПД у высшего растения (тыквы) принимает непосредственное участие электрогенный насос - Н+-АТФаза плазматической мембраны. При генерации ПД происходит временное снижение активности насоса на фазе деполяризации и последующее восстановление активности на фазе реполяризации импульса. Фактором, угнетающим активность электрогенного насоса, является увеличение концентрации ионов Са2+ в клетке в

Л | начальный момент возбуждения. Ионы Са оказывают влияние на активность Н+-АТФазы при участии протеинкиназ.

2. Математическая модель ПД у высших растений, разработанная на основании предложенной в работе схемы механизма генерации ПД, позволяет описать изменения мембранного потенциала и ионных концентраций, которые хорошо соответствуют экспериментально зарегистрированным.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на П съезде биофизиков России (Москва, 1999), Международной конференции "Ксенобиотики и живые системы" (Минск, 2000), International Symposium "Signaling Systems of Plants Cells" (Moscow, 2001), Международной конференции молодых ученых и студентов "Актуальные проблемы современной науки" (Самара, 2001), Международной конференции "Регуляция роста, развития и продуктивности растений" (Минск, 2001), V съезде общества физиологов растений России (Пенза, 2003), Всероссийской научно-практической конференции «Физиология растений и экология на рубеже веков» (Ярославль, 2003), Международной конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, 2003), 3 Международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2003), Ш съезде биофизиков России (Воронеж, 2004), Международной научной конференции «Актуальные вопросы ботаники и физиологии растений» (Саранск, 2004), 6 International Congress on Mathematical Modeling (Nizhny Novgorod, 2004), Международной конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, 2005), VI Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Москва, 2005), Международной конференции «Математика, компьютер, образование» (Пущино, 2005), X Междисциплинарной научной конференции «Нелинейный мир» (Нижний Новгород, 2005), Международной конференции. «Сигнальные системы клеток растений: Роль в адаптации и иммунитете» (Казань, 2006), V Съезде общества фотобиологов России (Пущино,

2008), Международной конференции «Физико-химические основы структурно-функциональной организации растений» (Екатеринбург, 2008), а также на региональных конференциях.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Воденеев, Владимир Анатольевич

выводы

2. Процесс генерации ПД у высших растений зависит от величины метаболической компоненты мембранного потенциала, возникающей при участии электрогенного насоса ПМ. Применение ингибиторов Н^-АТФазы, анализ скорости изменения потенциала при формировании импульса и регистрация изменений внеклеточного рН показало, что электрогенный насос принимает непосредственное участие в генерации. ПД. Во время генерации ПД происходит переходное изменение активности Н^-АТФазы - инактивация на фазе деполяризации и реактивация на фазе реполяризации импульса. Фактором, угнетающим активность насоса, выступает увеличение концентрации ионов Са2+ в начальный момент возбуждения.

943. Вход ионов Са. в клетку необходим для- развития ПД у высших

94* растений, при этом. Са выступает как инициирующий фактор- и не вносит существенного вклада в изменение потенциала. Это подтверждают полное подавление процесса генерации ПД при удалении ионов Са2+ из внеклеточной

94среды и применении блокатора Са каналов верапамила, а также неизменность

94амплитуды ПД при увеличении содержания Са во внеклеточной среде от 0,1 до 10 мМ.

4. Фаза деполяризации ПД формируется выходящим потоком СГ, возникающим вследствие активации анионных каналов, и входящим потоком Н4", возникающим вследствие инактивации ЬГ^-АТФазы. Оба потока возникают вследствие увеличения концентрации ионов Са2+ в клетке в начальный момент возбуждения. Определяющий вклад в формирование фазы деполяризации вносит выход ионов СГ, о чем свидетельствует более сильное подавление амплитуды ПД при использовании блокаторов анионных каналов в сравнении с угнетением входящего потока Н* и более значительные изменения концентрации ионов СГ в сравнении с ЕГ. Анализ скорости изменения Ет при развитии импульса показал, что фаза реполяризации ПД формируется в два последовательных этапа. Первый эташ фазы реполяризации формируется выходящим по электрохимическому градиенту потоком ионов К+. Второй этап фазы реполяризации формируется электрогенным насосом ИМ.

5. Предложена новая схема механизма генерации ПД у высших растений, включающая пассивные потоки ионов Са2+, С1" и К+, а также изменение активности электрогенного насоса; Математическая модель, построенная на основании предложенной г схемы, , позволяет получать стационарные значения потенциала в покое и генерацию ПД при имитации раздражения. Симулированные моделью изменения потенциала и ионных концентраций имеют хорошее соответствие с экспериментально зарегистрированными результатами, что служит подтверждением выдвигаемых гипотез.

6. Амплитуда и скорость распространения ВП снижаются по мере удаления от зоны локального повреждения. Скорость распространения? ВП не соответствует скорости; рассчитанной; с применением кабельного уравнения, что отрицает электротонический механизм его распространения. Не обнаружено соответствия между скоростью распространения ВП'и скоростью распространения; гидравлического сигнала; индуцированного? повреждением* листа пшеницы. Генерация ВП связана с возникновением потоков Са?+, СР, Н*. Наибольший выход С Г имеет место при развитии импульсной; деполяризации в составе ВП, что может указывать на значительный вклад данного иона в ее формирование.

7. Потенциал действия и вариабельный потенциал, распространяясь по растению; вызывают комплекс неспецифических изменений, в частности, временное повышение интенсивности замедленной люминесценции и содержания АТФ в семядольных листьях проростков; тыквы, которые играют важную роль во временном повышении устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование позволяет с определенностью заключить,, что у высших растений в ответ на действие различных внешних раздражителей могут возникать ПД. Важную роль в инициации ПД. играют'местные биоэлектрические реакции, возникающие: в зоне локального раздражения и обладающие рядом свойств, характерных для рецепторных потенциалов животных.

Механизм^ генерации ПД у высших растений! имеет комплексную^ природу, I наряду с пассивными* потоками-ионов* Са , С1 и К непосредственное участие в формировании импульса принимает Н'-АТФаза плазматических мембран. При генерации ПД Нь-насос претерпевает переходное изменение активности: инактивация, вызванная увеличением в цитозоле концентрации ионов Са2+ в начальный момент возбуждения, сменяется активацией на фазе реполяризации импульса. ,

У разных групп1 растений; (например,, локомоторных* и «обычных»); соотношение между метаболическим и пассивным механизмами генерации ПД, может быть различным. Весьма вероятно, что у локомоторных растений ПД (обладающей меньшей длительностью, более высокой скоростью изменения потенциала и т.д.) является? более пассивным по природе, чем ПД у «обычных» растений. Это обстоятельство существенно для понимания пути, по которому шла эволюция процесса возбуждения как у растений, так и у живых организмов в целом. Становится очевидным, что совершенствование функции возбуждения сопровождалось, судя по всему, уменьшением степени непосредственного сопряжения ПД с работой электрогенного насоса возбудимой мембраны, что делало механизм генерации импульсов, по-видимому, менее энергетически затратным, менее зависящим от условий среды и, как следствие, более эффективным. Так нервный импульс животных; который может в эволюционном плане несомненно выше ПД у растений, фактически полностью опосредован пассивными трансмембранными потоками ионов.

Однако, необходимо подчеркнуть, что такие особенности ПД у высших растений (которые могут быть рассмотрены черты несовершенства), как большая длительность, значительные нарушения ионных концентраций и наличие широкого круга ионов, принимающих непосредственное участие в формировании импульса, являются, по-видимому, основой эффективного преобразования электрического сигнала в функциональный ответ. Вероятно, именно изменения ионных концентраций, вызванные ионными потоками, лежащими в основе ПД и ВП, являются пусковым механизмом возникающих функциональных изменений (таких как изменение дыхания, синтез стрессовых гормонов и др.).

Деполяризация Увеличение /Са2+/Ы \ Выход К

Зачисление цитозоля

ЕТНАЯ РЕАКЦИЯ в зоне раздражения

Специфический {зависящий от природы раздражителя) ^компонент

1фический компонент

Деполяризация Увеличение ¡Са2*]ы Выход /Г

Зачисление цитозоля

П О В Ы Ш Е Н И В У с Т о Й ч и в о с т и

Рис. 63. Схема, иллюстрирующая сходство реакций, вызываемых внешним воздействием непосредственно в зоне локального раздражения и индуцированных распространяющимся ПД за пределами зоны раздражения.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Воденеев, Владимир Анатольевич, Нижний Новгород

1. Авакян А. Б. (1991) Исследование влияния обезвоживания при различных температурах на фотосинтетический аппарат отчлененных листьев методом замедленной флуоресценции. Биофизика, 36, 885-890.

2. Авакян А.Б. (1986) Влияние температуры воздуха и влажности почвы на замедленную флуоресценцию листьев гороха в полевых условиях. Физиология растений, 33, 23-28.

3. Авакян А.Б. (1993) Влияние заморозков на замедленную флуоресценцию листьев растений в полевых условиях. Биофизика, 38, 873-876.

4. Антонов В.Ф., Черныш A.M., Пасечник В.И., Возненсенский С.А., Козлова Е.К. (2000) Биофизика: Учеб. для студ. высш. заведений. М.: ВЛАДОС, 288 с.

5. Берестовский Г.Н. (2001) Ионные каналы плазмалеммы и тонопласта. Вестник ННГУ. Серия Биология. Н. Новгород: ННГУ, с. 11-15.

6. Берестовский Г.Н., Жерелова О.М., Катаев A.A. (1987) Ионные каналы клеток харовых водорослей. Биофизика, 6, 1011-1027.

7. Болдырев A.A. (1977) Определение неорганического фосфата. В сб.: Транспортные аденозинтрифосфатазы. Современные методы исследования. Под ред. A.A. Болдырева. М.: МГУ, с. 179-181.

8. Болдырев A.A. (1985) Биологические мембраны и транспорт ионов. М.: МГУ, 208 с.

9. Бос Д.Ч. (1964) Избранные произведения по раздражимости растений. М.: Наука, Т.2, 395 с.

10. П.Булычев A.A., Камзолкина H.A. (2006) Влияние потенциала действия на фотосинтез и пространственно распределенные потоки в клетке и хлоропластах Ghara corallina. Физиология растений, 53. 1-10.

11. Булычев A.A., Камзолкина H.A., Мюллер С., Черкашин A.A., Рубин А.Б. (2004) Временное сглаживание периодического профиля pH в клетках харовой водоросли после генерации потенциала действия. Докл. РАН, 396, 14.

12. Вайнар Р. (1987) Движение у растений. М.: Знание, 176 с.

13. Варфоломеев С.Д., Гуревич К.Г. (1999) Биокинетика: Практический курс. М.: ФАИР-ПРЕСС, 720 с.

14. Вахмистров Д.Б., Воробьев Л.Н., Мельников- П.В. (1974) К+-термодинамический потенциал и дискретные уровни мембранных потенциалов корневых клеток Trianea bogotensis. Доклады АН СССР, 215, 1501-1504.

15. Венедиктов П.С.,, Маторин Д.Н. (1974) Применение методов регистрации послесвечения в исследованиях фотосинтеза. В сб.: Методы исследования фотосинтетического транспорта электронов. Пущино, с. 185-191.

16. Веселовский В.А., Веселова Т.В. (1990). Люминесценция растений. М:1. Наука, 200 с.

17. Владимиров Ю.А., Добрецов Г.Е. (1980) Флуоресцентные зонды в исследовании биологических мембран. М.: Наука, 320 с.

18. Воденеев В.А. (2000) Первичная биоэлектрическая реакция клеток тыквы при воздействии высоких концентраций ионов кальция. В сб.: Биосистемы: Структура и регуляция. Под ред. Г.А. Ануфриева. Н. Новгород: ННГУ, с.132-141.

19. Воденеев В.А. (2002) Анализ участия электрогенного насоса плазматических мембран в формировании потенциала действия у высших растений: Автореф. дисс. канд. биол. наук. Нижний Новгород: из-во ННГУ, 25 с.

20. Воденеев В.А., Акинчиц Е.К., Балалаева И.В., Мамонов Р.В., Орлова

21. А.Г. (2008) Конфокальная и оптическая когерентная микроскопия для изучения потенциалов возбуждения у растений. В тез. докл. V Съезда . Российского фотобиологического общества, Пущино, с. 231.

22. Воденеев В.А., Мамонов Р.В., Пятыгин С.С., Опритов В.А. (2007) Распространение вариабельного потенциала; индуцированного ожогом семядольного листа проростка тыквы. Вестник ННГУ, №2, 122-126.

23. Воденеев В.А., Мысягин С.А., Пятыгин С1С., Опритов В.А., Неруш В;Н. (2006а) Сравнительный анализ механизмов генерации электрическихреакций, при холодовом и механическом раздражении высших растений. Вестник ННГУ. Серия Биология, вып. 11, 118-127.

24. Воденеев В.А., Опритов В.А., Мысягин С.А., Пятыгин C.G. (2005) Электрические ответы клеток высших растений на внешние воздействия» различной природы. В мат. конф.: Рецепг^ия и внутриклеточн. сигнализация. Пущино: ИБК РАН, с. 345-348.

25. Воденеев В.А., Опритов В.А., Пятыгин С.С. (20066) Обратимое изменение внеклеточного pH при генерации потенциала действия у высшего растения Cucurbita pepo. Физиология растений, 53, 583-545.

26. Воденеев В.А., Орлова О.В. (2001) Анализ модулирующего влияния ионов Са2+ на гидролитическую активность Н+-АТФазы плазматических мембран клеток тыквы. Вестник ННГУ. Серия Биология, вып. 3, 39-41.

27. Воденеев В.А., Пятыгин C.G. (2007) Метаболическая зависимость генерации потенциала действия в возбудимых клетках стебля тыквы при охлаждении. Цитология, 49, 973-976.

28. Воденеев В.А., Сухов B.C., Опритов В.А:, Царева IO.B; Яковлева Е.В., Неруш В.Н., Акинчиц Е.К. (2009) Динамика внеклеточной концентрации ионов хлора при генерации холодоиндуцированного потенциала действия у высших растений. Вестник ННГУ (в печати).

29. Волков А.Г., Хаак P.A. (1995) Биоэлектрохимические сигналы в растениях картофеля. Физиология растений, 42, 23-29.

30. Воробьев JI.H. (1988) Регулирование ионного транспорта: теоретические и практические аспекты минерального питания растений. В сб.: Итоги науки и техники. Сер. Физиология растений. Т.5. М.: ВИНИТИ с.

31. Выскребенцова Э.И., Синюхин A.M. (1967) Влияние ионов калия на генерацию и проведение потенциалов действия в проводящих пучках стебля» тыквы (Cucurbita pepo L.). Физиология растений, 14, 823-833.

32. Гайворонская JIJVL, Трофимова 1VLC., Молотковский Ю.Г. (1987) Протонный контроль электрогенной Н'-АТФазы в везикулах плазматических мембран из клеток суспензионной культуры сахарной свеклы. Доклады АН СССР, 292, 759-762.

33. Гунар И.И. Каменская К.И., Паничкин JI.A., Соколова Н.П. (1977) Мембранные потенциалы клеток различных тканей стебля тыквы. Известия ТСХА, №2, 209-213.

34. Гунар И.И., Каменская К.И., Паничкин JI.A. (1978) Влияние состававнешней среды на потенциалы действия стебля тыквы. Известия ТСХА, №2,16.20.

35. Гунар И.И., Паничкин JI.A. (1969) Водно-ионные потоки и передачаiвозбуждения у растений. Известия ТСХА, № 4, 3-13.ii 218i

36. ЗБ.Гунар И.И., Синюхин A.M. (1962) Распространяющаяся волна возбуждения у высших растений. Доклады АН СССР, 142, 954-956.

37. Духовный А.И. (1973) Электрофизиология опыления у высших растений (на примере кукурузы). Кишинев: Штиинца, 100с.

38. Иванкина Н.Г., Новак В1А. (1981)« Локализация редокс-реакций' в плазмалемме клеток листа элодеи. Stud. Biophys., 83, 197-206.

39. Иост X. (1975) Физиология'клетки. М.: Мир, 864 с.

40. Кагава Я. (1985) Биомембраны. М.: Высш. шк., 303 с.

41. Калинин» В.А., Опритов В.А. (1985) Протонно-калиевый обмен при генерации АТФ-зависимого градиента рН в везикулах плазматических мембран клеток флоэмы высших растений. Биофизика, 30, 76-78.

42. Калинин В.А., Опритов В.А., Швец И.М. (1982) Активный электрогенный транспорт Н* в везикулах плазматических мембран клеток флоэмы борщевика. Биофизика, 27, 58-61.

43. Калинин В.А., Опритов В.А., Швец И.М., Ищенко Г.А. (1979а) АТФ-зависимая генерация градиента электрохимического потенциала протонов в везикулах плазматических мембран клеток флоэмы борщевика Heracleum sosnovskyi. Доклады АН СССР, 249, 1022-1024.

44. Г. Кларксон Д. (1978)= Транспорт ионов и; структура растительной клетки. М.: Мир, 368 с.

45. Кожечкин С.Н. (1975) Микроэлектроды. В сб.: Приборы и методы для микроэлектродного исследования клеток.Под- ред. Вепринцев Б.Н., Крастс И.В., Пущино, с. 62-83.

46. Конев C.B. (1987) Структурная: лабильность биологических мембран и регуляторные процессы. Минск.: Наука и техника, 240 с.

47. Круненина H.A. (2008); Пространственная? организация; фотосинтетической активности и транспорта протонов в возбудимой? растительной' клетке. Автореф: дисс. канд. биол. наук. М:, 2008: 26 с.

48. Крутецкая 3:И., Лебедев O.E., Курилова Л.С. (2003) Механизмы внутриклеточной сигнализации. СПб. Изд-во: СПб Ун-та, 208 с.

49. Кудоярова F.P., Усманов И.Ю., Гюли-Заде В. 3., Фаттахутдинов Э.Г., Веселов С.Ю. (1990) Взаимодействие пространственно разобщенных органов: растений. Соотношение электрических и гормональных сигналов. Доклады АН СССР, 310, 1511-1514.

50. Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. (2005) Физиология' растений: Учеб. для вузов: М1: Высш. шк. 736 с.

51. Куркова Е.Б., Верховская MJL (1984) Редокс-компоненты в плазмалемме растительных клеток. Физиология растений, 31, 496-501 !

52. Кутис И:С., Сапожникова В.В., Куранов Р.В., Каменский B.A. (2005) Исследование методами оптической; когерентной микроскопии и оптической когерентной томографии морфо-функционального состояния тканей высших растений. Физиология растений, 52, 628-635.

53. Лакин Г.Ф. (1973) Биометрия: М.: Высшая школа; 343 е.,

54. Левич В.Г. (1959) Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматгиз, 699 с.

55. Лобов С.А. (2003) Анализ роли биоэлектрических реакций в осуществлении рецепторно-эффекторной связи у высшего растения (на примере Cucurbita pepo L.). Автореф. дисс. канд. биол. наук. Нижний Новгород: Из-во ННГУ, 2003. - 26 с.

56. Мамулашвили Г.Г., Красавина М.С., Лялин О.О. (1973) О роли различных тканей стебля в передаче возбуждения. Физиолоия растений, 20, 442-450.

57. Маркин B.C., Пастушенко В.Ф., Чизмаджев Ю.А. (1981) Теория возбудимых сред. М.: Наука, 276 с.

58. Медведев С.С. (1998) Электрофизиология растений. СПб.: Изд-во СпбГУ, 184 с.

59. Медведев С.С. (2005) Кальциевая сигнальная система'растений. Физиология растений, 52, 282-305.

60. Мелехов Е.И., Анев В.Н. (1991) Обратимый выход К+ из клетки как защитная реакция на неблагоприятные воздействия. Журнал общей биологии, 52, 14-26.

61. Мелехов Е.И., Анев В.Н. (1992) О механизмах защитной реакции клетки, сопряженной с выходом из нее К+. Успехи современной биологии, 112, 18-28.

62. Опритов В.А., Пятыгин С.С., Ретивин В.Г. (1988) Участие электрогенного ионного насоса возбудимой мембраны в формировании потенциала действия у высших растений. Доклады АН СССР, 300, 466-468.

63. Опритов В.А., Пятыгин С.С., Ретивин В.Г. (1991) Биоэлектрогенез у высших растений. М.: Наука, 213 с.

64. Орлова О.В., Пятыгин С.С., Опритов В.А., Калинин В.А; (1997) Стабилизирующая» роль АТФ-зависимого -насоса в электрогенезе плазмалеммы клеток Cucurbita pepo. Физиология растений, 44, 909-914.

65. Пахомова В.М., Гордон Л;Х. (1991) Общие закономерности, ответной реакции корней на. стрессовое воздействие. Журнал общей биологии, 52, 3644.

66. Полевой A.B., Танкелюн О.В:, Полевой В.В. (1997) Быстрая дистанционная передача сигнала о локальном стрессовом воздействии у проростков кукурузы. Физиология растений, 44, 645-651.

67. Полевой В1В. (1989) Физиология растений. М.: Высшая,школа, 464 с.

68. Полевой В.В. (2001) Физиологии целостности растительного организма. Физиология растений, 48, 545 — 546.

69. Полевой В.В:,, Шарова Е.И., Танкелюн O.Bl (1989)lO роли1. Н+ -помпы вдействии ИУК на биопотенциал и рост отрезков колеоптилей кукурузы. Физиология растений, 36, 998-1002.

70. Пятыгин С.С. (2001) Электрогенез клеток высшего растения при адаптации к охлаждению: Дисс. . докт. биол. наук. Пущино: ИБК РАН, 2001. 292 с.

71. Пятыгин С.С. (2003) Электрогенез клеток растения в условиях стресса. Успехи современной биологии, 123, 552-562.

72. Пятыгин С.С. (2008) Распространяющиеся электрические сигналы в растениях. Цитология, 50, 154-159.

73. Пятыгин С.С., Воденеев BIA., Опритов В.А. (2005) Сопряжение генерации потенциала действия в клетках растений с метаболизмом: современное понимание проблемы. Успехи современной биологии, 125, 534-542.

74. Пятыгин C.G., Воденеев, В;А., Опритов В.А1. (2006) Деполяризация плазматической мембраны как универсальная первичная биоэлектрическаяреакция растительных клеток на действие различных факторов. Успехи современной биологии, 126, 493-502.

75. Пятыгин С.С., Опритов В.А. (1987) Температурный фактор и биоэлектрическая' активность клеток растений. Успехи современной биологии, 104, 426-442.

76. Пятыгин С.С., Опритов В.А. Худяков В.А., . Гнездилов A.B. (1989) Природа температурной. зависимости < потенциала покоя холодочувствительного растения Cucurbita. Физиология растений, 36, 118125.

77. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Абрамова H.H., Воденеев В.А. (1999а) Первичная- биоэлектрическая реакция клеток высшего растения на комбинированное действие стресс-факторов различной природы. Физиология растений, 46, 610-617.

78. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Воденеев В.А. (2001) Доказательство стабилизации величины мембранного потенциала клеток высшего растения при участии электрогенного насоса плазмалеммы. Вестник ННГУ. Серия Биология, вып. 2, 187-189.

79. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Воденеев В.А. (2008) Сигнальная роль потенциала действия у высших растений. Физиология растений, 55, 312-319.

80. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Половинкин A.B., Воденеев В.А. (19996) О природе генерации потенциалов действия у высших растений. Доклады АН, 366,- 404-407.

81. Ретивин В.Г. (1988) Ионный механизм генерации потенциала действия в проводящих тканях стебля высшего растения: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М., 23 с.

82. Ретивин ВТ., Опритов В.А. (1986) Анализ электрохимических градиентов потенциалопределяющих ионов в клетках проводящих тканей тыквы в покое и при возбуждении. Физиология растений, 33, 447-459.

83. Ретивин В.Г., Опритов В;А. (1987) Кабельные свойства стебля высшего растения. Физиология растений, 34, 5-12.

84. Ретивин В.Г., Опритов В.А., Абрамова H.H., Лобов С.А., Федулина С.Б. (1999а) Уровень АТР во флоэмном эксудате стебля высшего растения после распространения электрических реакций на ожог и охлаждение. Вестник ННГУ. Серия биологическая, вып. 1, 124-131.

85. Ретивин В.Г., Опритов В.А., Лобов С.А., Тараканов С.А., Худяков В.А. (19996) Модификация устойчивости фотосинтезирующих клеток к охлаждению и прогреву после раздражения корней раствором KCl. Физиология растений, 46, 790-798.

86. Ретивин В.Г., Опритов В.А., Федулина С.Б. (1997) Предадаптация тканей стебля. Cucurbita pepo- L. к повреждающему действию низких температур, индуцированнная потенциалом действия. Физиология растений, 44, 499-510.

87. Ретивин В.Г., Пятыгин С.С., Опритов В.А. (1988) Рефрактерность проводящих тканей высшего растения. Физиология растений, 35, 486-494.

88. Ретивин В.Г., Федосеев В.В. (1987) Влияние блокаторов ионной проницаемости на биоэлектрические реакции изолированных проводящих пучков стебля тыквы. В сб.: Мембранный транспорт и биоэлектрогенез у растений Горький, с.55-63.

89. Рогатых Н.П., Ясинковский В.Г., Зубарев Т.Н. (1976) Уровни мембранного потенциала у клетки ацетабулярии. Биофизика, 21, 656-660.

90. Рубин А.Б. (1987) Биофизика. М.: Высш. шк., Т. 2, 303 с.

91. Сапожникова В.В., Каменский В.А., Куранов P.Bi (2003) Визуализация растительных тканей методом оптической когерентной томографии. Физиология растений, 250, 282—286.

92. Синюхин А.М: (1964) Электрофизиологические исследования'клеток флоэмы высших растений. Известия ТСХА, № 3, 59-70.

93. Синюхин A.M.,t Бритиков Е.А. (1967) Генерация потенциалов действия в пестиках инкарвилеи и лилии в связи с движением рылец и опылением. Физиология растений, 14, 463-475.

94. Синюхин А.М., Горчаков В.В. (1966) Потенциалы действия высших растений, не обладающих моторной активностью. Биофизика, 11,. 840-846.

95. Смит К.Ю.М. (2005) Биология сенсорных систем. М.: БИНОМ, 583 с.

96. Сухов В. С., Воденеев В. А., Орлова О.В. (2005) Влияние распространяющихся биоэлектрических реакций на световую стадию фотосинтеза и содержание АТФ в семядольных листьях Cucurbita реро L. Вестник ННГУ. Серия Биология, вып. 10, 218-224.

97. Сухов B.C. (2006) Роль распространяющихся электрических сигналов в повышении устойчивости растений к охлаждению, Автореф. дис. . канд. биол. наук. Нижний Новгород., 23 с.

98. Сухов В.С., Воденеев В.А*. (2005) Математическая модель потенциала действия ^ высших растений. В сб.: Математика. Компьютер. Образование. Т. 3. Под ред. Г.Ю. Ризниченко, с. 967-978.

99. Сухов B.C., Пятыгин С.С.|, Опритов В;А., Крауз В.О. (2008а) Влияние распространяющихся электрических сигналов на, замедленную флуоресценцию листьев герани. I. Экспериментальный анализ. Биофизика, 53, 470-474.

100. Сухов B.C., Пятыгин С.С.[, Опритов В.А., Крауз В.О. (20086) Влияние * распространяющихся электрических сигналов на замедленную флуоресценцию листьев, герани. II. Теоретический анализ. Биофизика, 53,, 672-678.

101. Тарусов Б.Н., Веселовский В.А. (1978) Сверхслабые свечения растений и?их прикладное значение. М: Из-во Московского ун-та, 149 с.

102. Тарчевский И.А. (2002) Сигнальные системы клеток растений. М:: Наука, 294 с.

103. Тейлор Дж.(1985) Введение в теорию ошибок. М.: Мир 272 с.

104. Тихая. Н.И., Максимов Г.Б. (1996) Выделение плазмалеммы из растительных клеток. В сб:: Методы изучения мембран растительных клеток. Под ред. Полевого В.В. Л.: Изд-во ЛГУ, с.20-29.

105. Тихая Н.И., Максимов Г.Б., Коренькова Н.В., Вахмистров Д.Б. (1984) Полная активность KjMg-АТФазы и ориентация везикул мембранных препаратов растительных клеток. Физиология растений, 31, 882-888.

106. Треушников В.М., Пятыгин С.С., Опритов В.А. (1994) Использование модели континуальной диффузии для анализа принципов регуляции скорости ферментативной реакции в условиях мембраны. Биологические мембраны, 11, 420-428.

107. Феофанов A.B. (2007) Спектральная лазерная сканирующая конфокальная микроскопия в, биологических исследованиях. Усп. биол. хим., 47,371-410.

108. Ходоров Б.И. (1975) Общая физиология возбудимых мембран. М.: Наука, 408 с.

109. Цаплев Ю.Б., Зацепина Г.Н. (1980) Электрическая природа распространения вариабельного потенциала у традесканции. Биофизика, 35, 708-712.

110. Эккерт Р., Рэнделл Д., Огастин Дж. (1992) Физиология животных: Механизмы и адаптация. М.: Мир, т. 1, 344 с.

111. Юрин В.М., Гончарик MIH., Галактионов С.Г. (1977) Перенос ионов через мембраны растительных клеток. Минск : Наука и техника, 166 с.

112. Adamec L. (1989) The comparison between membrane and transorgan electric potentials in Chenopodium rubrum: The methods. Biol. Plant, 31; 327335.

113. Allakhverdiev S.I., Klimov V.V., Hagemann M. (2005b) Cellular energization protects the photosynthetic machinery against salt-induced inactivation in Synechococcus./Biochim. Biophys. Act., 1708,. 201-208.

114. Antkowiak В., Mayer W.E., Engelmann W. (1991) Oscillations in the membrane potential of pulvinar motor cells in situ in relation to leaflet movementsof Desmodium motorium. J. Exp. Bot., 42, 901-910.

115. Apel K., Hirt H. (2004) Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress and signal transduction. Annu Rev. Plant Biol., 55, 373-399.

116. Baydoun EA-H, Fry S.C. (1985) The immobility of pectic substances in injured tomato leaves and? its bearing on the- identity of the wound hormone. Planta, 165, 269-276.

117. Beilby M:J.' (2007) Action¡potentialnnicharophytes. Int. Rev. Gytol., 257, 43-82.146; Beilby M.J., Shepherd V.A. (2001) Modeling the current-voltage characteristics of charophyte membranes III! R+ state of Lamprothamnium. J. Membr. Biol., 181, 77-89.

118. Bentrup F.W. (1979) Reception and transduction of electrical and mechanical stimuli. Physiol. Movements, 42-70.

119. Bentrup F.-W. (1985) Botanische Elektrophysiologie. Vom Phänomen zum molekularen Mechanismus. Naturwissenschaften, 72, 169-179.

120. Birkenmeier G.F., Ryan C.A. (1998) Wound signaling in tomato plants. Evidence that ABA is not a primary signal! for defense gene activation; Plant Physiol., 117, 687-693.

121. Biskup B., Gradmann D., Thiel G. (1999) Calciumrelease from InsP3-sensitive internal stores initiates action potential in Chara. FEBS Lett, 453, 72-76.

122. Blatt M.R. (1992) K + channels of stomatal guard cells. J. Gen. Physiol., 99, 615-644.

123. Blatt M.R. (1999) Reassessing roles for Ca in guard cell signaling. J. Exp. Bot., 50, 989-999.

124. Bowman J.B. (1978) Effects of inhibitors on the plasma membrane and mitochondrial adenosine triphosphatase of Neurospora crassa. Biochim. et Biophys. Acta, 512, 13-28.

125. Bown A.W., Craufold L.A. (1988) Evidence that IT" efflux stimulated by redox activity is independent on plasma membrane ATPase activity. Physiol, plant, 73, 170-174.

126. Brenner E.D., Stahlberg R., Mancuso S., Vivanco J., Baluska F. (2006) Plant neurobiology: an integrate view of plant signaling. Trends in Plant Science, 11, 413-419.

127. Briskin D.P., Basu S., Assmann S.M. (1995) Characterization of the red beet plasma membrane H+-ATPase reconstituted in a planar bilayier system. Plant Physiol., 108, 393-398.

128. Briskin D.P., Gawieowski M.C. (1996) Role of the plasma membrane H*-ATPase in K+ transport. Plant Physiol., Ill, 1199-1207.

129. Britto D.T., Kronzucker H.J. (2008) Cellular mechanisms of potassium transport in plants. Physiol Plant,133, 637-650.

130. Bulychev A.A., Kamzolkina N.A.(Krupenina), Luengviriya J., Rubin A.B., Miiller S.C. (2004) Effect of a single excitation stimulus. on photosynthetic activity and light dependent pH banding in Chara cells. J. Membr. Biol., 202, 1119.

131. Bush D.S. (1993) Regulation of cytosolic calcium in plants. Plant Physiol., 103; 7-13.

132. Carpaneto A., Ivashikina N., Levchenko V., Krol E., Jeworutzki E., Zhu J:K., Hedrich R. (2007)' Cold transiently activates calcium-permeable channels in Arabidopsis mesophyll cells. Plant Physiol., 143, 487-494.

133. Chan C.W.M., Schorrak L.M., Smith R:K., Bent A.F., Sussman M.R. (2003) A cyclic nucleotide-gate ion channel, CNGC2, is. crucial for plant development and'adaptation to calcium stress. Plant Physiol., 132, 728-731.

134. Cheeseman J:M., LaFayette P.R., Gronewald J.W., Hanson J.B. (1980) Effect of ATPase inhibitors on cell potentials and K+-influx in corn roots. Plant Physiol., 65, 1139-1145.

135. Cheeseman J.M.,,PickardB.G. (1977) Electrical characteristics of cells from leaves of Lycopersicon. Can. J. Bot., 55, 497-510.

136. Cherel I. (2004) Regulation of K+ channel activities in plants: from physiological to molecular aspects. J. Exp. Bot., 55, 337-351*.

137. Clements J.C., Zvyagin A.V., Silva K.K.M.B.D:, Wanner T., Sampson D.D., Cowling W.A. (2004) Optical coherence tomography as a novel tool for non-destructive measurement of the hull thickness of lupin seeds. Plant Breeding, 123, 266-270.

138. Codling EA, Plank MJ, Benhamou S. (2008) Random walk models in biology. JR Soc Interface, 5, 813-834.

139. Cosgrove D.J., Hedrich R. (1991) Stretch-activated chloride, potassium, and calcium channels coexisting in plasma membranes of guard cells of Vicia faba L. Planta, 186, 143-153.

140. Creelman R.A., Mullet J.E. (1997) Oligosaccharins, brassinolides, and jasmonates: nontraditional- regulators of plant growth, development, and gene expression. Plant Cell, 9, 1211-1223.

141. Czempinski K., Gaedeke N., Zimmermenn S., Muller-Rober B. (1999) Molecular mechanisms and regulation of plant ion channels. J. Exp. Bot., 50, 955966.

142. Davenport R (2002) Glutamate receptors in plants. Ann Bot., 90, 549-557.

143. Davies E. (1987) Action potentials as multifunctional signals in plants: a unifying hypothesis to explain apparently disparate wound responses. Plant, Cell and Environ., 10, 623-631.

144. Davies E. (2004) New functions for electrical signals in plants. New Phytol., 161, 607-610.

145. Davies E. (2006) Electrical signals in plants: facts and hypotheses. In: Plant Electrophysiology. Theory and Methods, Volkov A.G. (ed.). Berlin-Heidelberg: Springer, pp. 407-422.

146. Davies E., Vian A., Vian C., Stankovic B. (1997) Rapid systemic up-regulation of genes after heat-wounding and electrical stimulation. Acta Physiol Plant., 19, 571-576.

147. De Nisi P., Dell'Orto M., Pirovano L., Zocchi G. (1999) Calcium-dependent phosphorylation regulates the plasma-membrane H+-ATPase activity of maize (Zea mays L.) roots. Planta, 209, 187-194.

148. Demidchik V., Bowen H.C.,Maathuis F.J.M., Shabala S.N., Tester M.A.,White P.J., Davies J.M. (2002) Arabidopsis thaliana root non-selective232cation channels mediate calcium uptake and are involved in growth. Plant J., 32,799.808.

149. Deraidchik V., Nichols C., Oliynyk M., Dark A., Glover B.J., Davies J.M. (2003) Is ATP a signaling agent in plants? Plant Physiol., 1331, 456-461.

150. Demidchik V., Sokolik A., Yurin V. (2006) Electrophysiological characterization of plant cation channels. In: Plant Electrophysiology. Theory and Methods, Volkov A.G. (ed.). Berlin-Heidelberg: Springer, pp. 173-187.

151. Dempsey D.M.A., Shah J., Klessing D.F. (1999) Salicylic acid and disease resistance in plants. Griti. Rev. Plant Sciences, 18, 547-575.

152. Ding J.P., Pickard B.G. (1993) Mechanosensory calcium-selective cation channels in epidermal cells. Plant J., 3, 83-110.

153. Dubos C., Huggins D., Grant G.H., Knight M.R., Campbell M.M. (2003) A role for glycine in the gating of plant NMDA-like receptors. Plant J., 35,800.810.1

154. Dunlop J. (1982) Membrane potentials in the xylem in roots of intact plants. J. Exp. Bot., 33, 910-918.

155. Dutta R., Robinson K.R. (2004) Identification and characterization of stretch-activated ion channels in pollen protoplasts. Plant Physiol., 135, 13981406.

156. Dzinbihska H., Trebacz K., Zawadzki T. (1989) The effect of excitation of the rate of respiration in the liverwort Conocephalum conicum. Physiol. Plant, 75, 417-423.

157. Dziubinska H., Paszewski A., Trebacz K., Zawadzki T. (1983) Electrical activity of the liverwort Conocephalum conicum'. the all-or-nothing law, strengthduration relation, refractory periods and intracellular potentials. Physiol. Plant, 57, 279-284.

158. Dziubinska H., Szarek I., Zawadzki T. (1999) Effects of local cutting on peroxidase activity in the liverwort Conocephalum conicum. Plant peroxidase Newsletter, 12, 3-8.

159. Dzuibinska H. (2003) Ways of signal transmission and physiological role of electrical potentials in plants. Acta Soc. Bot. Pol., 72, 309-318.

160. Ebel J., Mithofer A. (1998) Early events in the elicitation of plant defence. Planta, 206, 335-348.

161. Elzenga J.T.M., van Volkenburgh E. (1997) Kinetics of Ca2+- and ATP-dependent, voltage-controlled anion conductance in the plasma membrane of mesophyll cells of Pisum sativum. Planta, 201, 415-423.

162. Eschrich W., Fromm J., Evert R.F. (1988) Transmission of electric signals in sieve tubes of zucchini plants. Bot. Acta, 101, 327-331.

163. Falke L.G., Edwards K.L., Pickard B.G., Misler S. (1988) A stretch-activated anion channel in tobacco protoplasts. FEBSLett., 237, 141-144.

164. Farmer E.E., Weber H., Vollenweider S. (1998) Fatty acid signaling in Arabidopsis. Planta, 206, 167-174.

165. Fasano J.M., Massa G.D., Gilroy S. (2002). Ionic signaling in plant responses to gravity and touch. J. Plant Growth Regul., 21, 71-88.

166. Favre P., Greppin H., Agosti R.D. (2001) Repetitive action potentials induced in Arabidopsis thaliana leaves by wounding and potassium chloride application. Plant Physiol. Biochem., 39, 961-969.

167. Feijo J., Moreno N. (2004) Imaging plant cells by two-photon'excitation. Protoplasma, 223, 1-32.

168. Felle H. (1994) The H7C1" symporter in root-hair, cells of Sinapis alba. An electrophysiological study using ion-selective microelectrodes. Plant Physiol., 106, 1131-1136.

169. Felle H., Peters W., Palme K. (1991) The electrical response of maize to auxins. Biochim. Biophys. Acta, 1064(2), 199-204.

170. Felle H.H., Zimmermann M.R. (2007) Systemic signaling in barley through action potentials. Planta, 226, 203-214.

171. Filek M., Koscielniak J. (1997) The effect of wounding the roots by high temperature on the respiration rate of the shoot and propagation of electric signal in horse bean seedlings ( Vicia faba L. minor). Plant Science, 123, 39-46.

172. Frachisse J.-M., Thomine S., Colcombet J., Guern J., Barbier-Brygoo H. (1999) Sulfate is both a substrate and an activator of the voltage-dependent anion channel of Arabidopsis hypocotyl cells. Plant Physiol., 121, 253-261.

173. Fromm J, Fei H. (1998) Electrical signaling and gas exchange in maize plants of drying soil. Plant Science, 132, 203-213.

174. Fromm J., Spanswick R. (1993) Characteristics of action potentials in willow (Salix viminalis L.). J: Exp: Bot, 44, 1119-1125.

175. Gelli A., Blumwald E. (1997) Hyperpolarization-activated Ca -permeable channels in the plasma membrane of tomato cells. J Membr. Biol., 155, 35-45.

176. Gerhardt B;, Beevers H. (1969) Influence of sucrose on protein determination by the Lowry procedure. Analit. Biochem., 23, 193-195.

177. Gilroy S., Bethke P.S., Jones R.L. (1993) Calcium homeostasis in plants. J. Cell Sci., 106, 453-462.

178. Gradmann D. (1976) "Metabolic" Action Potentials in Acetabularia. J. Membr. Biol., 29, 23-45.

179. Gradmann D. (2001) Models for oscillations in plants. J. Plant Physiol., 28, 577-590.

180. Gradmann D., Hoffstadt J. (1998) Electrocoupling of ion transporters in plants: interaction with internal ion concentrations. J. Membr. Biol., 166, 51-59.

181. Grams T.E., Lautner S., Felle H.H., Matyssek R., Fromm J. (2009) Heat-induced electrical signals affect cytoplasmic and apoplastic pH as well as photosynthesis during propagation through'the maize leaf. Plant Cell Environ, (in press).

182. Hayama> T., Shimmen T., Tazawa M. (1979) Participation of Ca2+ in cessation of cytopasmic streaming induced by membrane excitation in Characeae internodal cells. Protoplasma, 99, 305-321.

183. He J.-H. (2006) A modified Hodgkin-Huxley model. Chaos, Solitons and Fractals, 29,303-306.

184. Hedrich R; Schroeder JI (1989) The physiology of ion1 channels, and electrogenic pumps in higher plants. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol., 40, 539-569.

185. Herde O., Pena-Cortes H., Fuss H., Willmitzer L., Fisahn J. (1999a) Effect of mechanical wounding, current application and heat treatment on chlorophyll fluorescence and pigment composition in tomato plants. Physiologia Plantarum, 105, 179-184.

186. Higinbotham N., Graves J.S., Davis R.F. (1970) Evidence for an electrogenic ion transport pump in cells of higher;plants; J. Membr. Biol., 3; 210222.

187. Hodick D., Sievers A. (1988) The actionpotentialofD/ottaea muscipula Ellis. Planta, 174, 8-18.

188. Hoffman B., Cosegarten: Hi (1995) FITG-dextran for measuring apoplast pH and5 apoplastic pH gradients between various cell types in suflower leaves. Physiol. Plant, 95, 327-335.

189. Iijima T., Sibaoka T. (1983) Movements of R+ during shutting and opening of the trap-lobes in Aldrovanda vesiculosa. Plant Cell Physiol., 24, 5160.

190. Iijima T., Sibaoka T. (1985), Membrane potentials in excitable cells of Aldrovanda vesiculosa trap-lobes. Plant Cell Physiol., 26, 1-13.

191. Johansson F., Olbe M., Sommarih M., Larsson C. (1995) Brij 58, a polyoxyethylene acyl ether, creates membrane vesicles of uniform sidedness. A new tool to obtain inside-out (cytoplasmic side-out) plasma membrane vesicles. Plant J., 1, 165-173.

192. Julien J.L., Desbiez M.O., de Jaeger G., Frachisse J.M. (1991) Characteristics of the wave of depolarization induced by wounding in Bidens pilosa E. J. Exp. Bot., 42, 131-137.

193. Julien J.L., Frachisse J.M. (1992) Involvement of the proton pump and proton conductance change in the wave of depolarization induced,!by wounding in , Bidens pilosa. Can. J. Bot., 70, 1451-1458.

194. Kami-ike N., Ohkawa T., Kishimoto U., Takeuchi Y. (1986) A kinetic analysis of the electrogenic pump of Chara corallina. IV. Temperature dependence of the pump activity. J. Membr. Biol., 94, 163-171.

195. Kaneko T., Saito C., Shimmen T., Kikuyama M. (2005) Possibleiinvolvement of mechanosensitive Ca channels of plasma membrane in mechanoperception in Chara. Plant Cell Physiol., 46, 130-135.

196. Katou K. (1978) Distribution of electric potential and ion transport in the hypocotyls of Vigna sesquipedalis V. Electrogenic activity of the parenchyma cells in hypocotyl segments. Plant Cell Physiol., 19, 523-535.

197. Kinoshita< T., Nishimura J.M., Shimazakibs K.-I. (1995) Cytosolicfj iconcentration of Ca regulates the plasma membrane H+-ATPase in guard cells of fava bean. The Plant Cell, 7, 1333-1342.

198. Kishimoto U., Takeuchi Y., Ohkawa T., Kami-ike N. (1985) A kinetic analysis of the electrogenic pump of Chara corallina. III. Pump activity during action potential. J. Membr. Biol., 86, 27-36.

199. Kliisener B., Weiler E.W. (1999) A calcium-selective channel from root-tip endomembranes of garden cress. Plant Physiol., 119, 1399-1405.

200. Knight H., Trewavas A.J., Knight M.R. (1996) Cold calcium signaling in Arabidopsis involves two cellular poolsa and a change in calcium signature after acclimation. Plant Cell, 3, 489-503.

201. Knight M.R., Campbell A.K., Smith S.M., Trewavas A.J. (1991) Transgenic plant aequorin reports the effects of touch and cold-scock and elicitors on cytoplasmic calcium. Nature, 352, 524-526.

202. Kojima H., Katou K., Okamoto H. (1985) Homeostatic regulation of membrane potential by an electrogenic ion pump against change in the K concentration of the extra- and intra-organ perfusion solutions. Plant Cell Physiol., 26,351-359.

203. Kourie J.I. (1994) Transient CI" and K+ currents during action potential in Chara inflata. Effects of External sorbitol, cations, and ion channel blockers. Plant Physiol., 106, 651-660.

204. Koziolek C., Grams T.E.E., Schreiber U., Matyssek R., Fromm J. (2004) Transient knockout of photosynthesis mediated by electrical signals. New Phytol., 161,715-722.

205. Krol E, Trebacz K (1999) Calcium-dependent voltage transients evoked by illumination in the liverwort Conocephalum conicum. Plant Cell Physiol., 40, 17-24.

206. Krol E., Dziubinska H., Stolarz M., Trebacz K. (2006) Effects, of ion channel inhibitors on cold- and electrically-induced action potentials in Dionaea muscipula. Biol. Plant., 50, 411—416.

207. Krol E., Dziubinska H., Trebacz K. (2003) Low-temperature induced transmembrane potential changes in the liverwort Conocephalum conicum. Plant Cell Physiol., 44, 527-533.

208. Krol E., Dziubinska H., Trebacz K. (2004) Low-temperature-induced transmembrane potential changes in mesophyll cells of Arabidopsis thaliana, Helianthus annuus and Vicia faba. Physiol Plant., 120, 265-270.

209. Krol E., Trebacz K. (1999) Calcium-dependent voltage transients evoked by illumination in the liverwort Conocephalum conicum. Plant Cell Physiol., 40, 17-24.

210. Lautner S., Grams T.E., Matyssek R., Fromm J. (2005) Characteristics of electrical'signals in poplarand responses in photosynthesis. Plant Physiol., 138, 2200-2209.

211. Leon J., Rojo E., Sanchez Serrano J.J. (2001) Wound signaling in plants. J. Exp. Bot., 52, 1-9 >

212. Leonard R.T., Hodges T.K. (1973) Characterization of plasma membrane-associated adenosine triphosphatase activity of oat roots. Plant Physiol., 52, 6-12.

213. Lew R.R. (1989) Calcium activates an electrogenic proton pump in Neurospora plasma membrane. Plant Physiol., 91, 213-216.

214. Lewis B.D., Karlin-Neumann G., Davis R.W., Spalding E.P. (1997) Ca -activated anion channels and membrane depolarization induced by blue light and cold in Arabidopsis seedlings. Plant Physiol., 114, 1327-1334.

215. Lin W., Hanson J.B. (1976) Cell potentials, cell- resistance, and proton fluxes in corn root tissue. Effects of dithioerythritol. Plant Physiol., 58, 276-282.

216. Lino B., Baizabal-Aguirre V.M., Gonzales de la Vara L.E. (1998) The plasma-membrane H+-ATPasc from beet root is inhibited by a calcium-dependent phosphorylation. Planta, 204, 352-359.

217. Lowry O.H. Rosebrough N.G., Farr A.L., Randall R.G. (1951) Protein measurement with the Folin phenol reagent. J. Biol. Chem., 193, 265-275.

218. Lunevsky V.Z., Zheelova* O.M., Vostrikov LY. Berestovsky G.N. Excitation of Characeae cell membranes as a result of activation of calcium and1 chloride channels // J. Membr. Biol. 1983. V. 72. P. 43-58.

219. Maathuis F.J.M., Ichida A.M., Sanders D., Schroeder J.I. (1997) Roles of higher plant K+ channels. Plant Physiol., 114, 1141-1149.

220. Maathuis F.J.M., Sanders D. (1992) Plant membrane transport. Curr. Opin. Cell Biol., 4, 661-669.

221. Maathuis F.J.M., Sanders D. (1999) Plasma membrane transport in context making sense out of complexity. Curr. Opin. Plant Biol, 2, 236-243.

222. MacRobbie EAC. (1997) Signal transduction and ion channels in guard cells. J. Exp. Bot., 48, 515-528.

223. Malone M. (1992) Kinetics of wound induced hydraulic signals and variation potentials in wheat seedling. Planta, 187, 505-510.

224. Malone M. (1996) Rapid, lonq-distance signal, transmission in* higher plants. Adv. Bot. Res., 101, 163-227.

225. Malone M., Alarcon J-J., Palumbo L. (1994) An hydraulic interpretation in the tomato of rapid, long-distance wound signaling. Planta, 193, 181-185.

226. Malone M., Stankovic B. (1991) Surface potentials and hydraulic signals in wheat leaves following localized wounding by heat. Plant, Cell Environ., 14, 431—436.

227. Mancuso S. (1999) Hydraulic and electrical transmission of wound-induced signals in Vitis vinifera. Aust. J. Plant Physiol., 26, 55-61.

228. Martin M.L., Busconi L. (2001) A rice membrane-bound calcium-dependent protein kinase is activated in response to low temperature. Plant Physiol., 125, 1442-1449.

229. Marty-Fleurence F.St., Bourdil I., Rossignol M., Blein J.-P. (1988) Active vanadate-sensitiven H* translocation in corn roots membrane vesicles and proteoliposomes. Plant Sci. 54, 177-184.

230. Michelet B., Boutry M. (1995) The plasma membrane H+-ATPase. A highly regulated enzyme with multiple physiological functions. Plant Physiol., 108, 1-6.

231. Mitsumo T., Sibaoka T. (1989) <Rhythmic electrical potential change of motor pulvinus in lateral leaflet of Codariocalyx motorius. Plant Cell Physiol., 30, 1123-1127.

232. Moran M., Ehrenstein G., Iwasa K., Mischke C., Bare C., Satter R.L.1988) Potassium channels in motor cells of Samanea saman. Plant Physiol., 88, 643-648.

233. Morse M.J., Spanswick R.M. (1985) ATP requirements for the electrogenic pump in perfused Nitella cells. Biochim. et Biophys. Acta, 818, 386390.

234. Morsomme P., Boutry M. (2000), The plant plasma membrane H+-ATPase: structure, function and regulation. Biochim. et Biophys. Acta, 1465, 1-16.

235. Moyen C., Johannes E. (1996) Systemin transiently depolarizes the tomato mesophyll cell membrane and antagonizes fusicoccin-induced extracellular acidification of mesophyll tissue. Plant Cell Environ., 19, 464-470.

236. Oda K. (1976) Simultaneous recording of potassium and chloride effluxes during an action potential in Chara corallina. Plant Cell Physiol., 17, 1085-1088.

237. Ohki S. (1985) The origin of electrical potential* in biological systems. Comprehensive Treatise Electrochem, 10,* 1-130.

238. Opritov V.A., Pyatygyn S.S. (1989) Evidence for coupling of the action potential generation with the electrogenic component of the resting potential in Cucurbita pepo L. stem excitable cells. Biochem. Physiol. Pflanzen184, 447451.

239. Palmgren M.G., Harper J.F. (1999) Pumping with plant P-type ATPases. J. Exp. Bot., 50, 883-893.

240. Parsons A., Blackford S., Sanders D. (1989) Kinetin-induced stimulation of electrogenic pumping in soybean suspension cultures is unrelated to signal* transduction. Planta, 178, 215-222!

241. Paszewski A., Zawadzki T.,, Dziubinska H. (1977) Higher plant biopotentials and the integration of biological sciences. Folia Soc. Scient. Lublin. Biol., 19, 95-116.

242. Pei Z.-M., Baizabal-Aguirre V.M., Allen G.J., Schroeder J.L. (1998) A transient outward-rectifying K channel current down-regulated by cytosolic Ca in Arabidopsis thaliana guard cells. PNAS, 95, 6548-6553.

243. Pena-Cortes H., Fisahn J., Willmitzer L. (1991) Signals involved in wound-induced proteinase inhibitor II gene expression in tomato and potato plants. PNAS, 92, 4106-4113.

244. Pickard B. (1973) Action potentials in higher plants. Bot. Review, 39, 172201.

245. Pickard B. (1984) Voltage transients elicited'by brief chilling. Plant Cell Environ., 1, 679-681.

246. Pickard W.F., Minchin P.E.H. (1990) The transient* inhibition of phloem translocation in Phaseolus vulgaris by abrup temperature drops, vibration and electric shock. J. Exp. Bot., 41, 1361-1369.

247. Pickard W.F., Minchin P.E.H. (1992) The electroshock-induced inhibition of phloem translocation. J. Exp. Bot., 43, 409-417.

248. Pineros M., Tester M. (1997) Calcium channels in higher plant cells: selectivity, regulation and pharmacology. J. Exp. Bot., 48, 139-145.

249. Plieth C. (2005) Calcium: just another regulator in the machinery of life. Ann. Bot., 96, 1-8.

250. Reddy A.S.N. (2001) Calcium: silver bullet in signaling. Plant Sci., 160, 381-404.

251. Reeves A., Parsons R.L., Hettinger J.W., Medford J.I. (2002) In vivo three-dimensional imaging of plants with optical coherence microscopy. Journal of Microscopy, 208, 177-189.

252. Reid R.J., Dejaegere R., Pitman M.G. (1985) Regulation of electrogenic pumping in barley by pH and ATP. J. Exp. Bot., 36, 535-549.

253. Rhodes J.D., Thain J.F., Wildon D.C. (1996) The pathway for systemic electrical signal conduction in the wounded tomato plants. Planta, 200, 50-57.

254. Rhodes J.D., Thain J.F., Wildon D.C. (1999) Evidence for physically distinct systemic signaling pathways in the wounded tomato plant. Ann. Bot., 84, 109-116.

255. Ricca U. (1916) Soluzione d'un problema di fisiologia: la propagazione di stimulo nella Mimosa. Nuovo G. Bot. Ital., 23, 51-170.

256. Ricca U. (1926) Transmission of stimuli in plants. Nature, 117, 654-655.

257. Rigby N.M., MacDougall AJ., Needs P.W., SelvendranRR (1994) Phloem translocation of a reduced oligogalacturonide in Ricimis communis L. Planta, 193,536-541.

258. Rob M., Roelfsema G., Levchenko V., Hedrich R. (2004) ABA depolarizes guard cells in intact plants, through a transient activation , of R- and S-type anion channels. The Plant J., 37, 578-588.

259. Rob.M., Roelfsema G., Prins;H:B. (1997) A. Ion channels in guard cells of Arabidopsis thaliana (L.) heynh. Planta, 202; 18-27.

260. Roberts S.K. (2006) Plasma membrane anion channels in higher plants and their putative functions in roots. New Phytologist, 169, 647-666.

261. Roblin G. (1985) Analysis of the-variation potential induced by wounding in plants. Plant Cell Physiol., 26, 451-461.

262. Roblin G., Bonnemain J-L. (1985) Propagation in Vicia faba. stem of a potential variation induced by wounding. Plant Cell Physiol., 26, 1273-1283.

263. Rodrigues-Navarro A. (2000) Potassium transport in fungi and plants. Biochim. et Biophys. Acta, 1469, 1-30.

264. Roelfsema M.R.G., Levchenko V., Hedrich R. ABA depolarizes guard cells in intact plants, through a transient activation of R- and S-type anion channels.J, 37,. 578-588.

265. Ross W., Viehweger K., Dordschbal B., Schumann B., Evers S., Steighardt J., Schwartze W. (2006) Intracellular pH signals in the induction of secondary pathways the case of Eschscholzia californica. J. Plant Physiol., 163, 369-3 81.

266. Roth A. (1996) Water transport in xylem conduits with ring thickenings. Cell and Environment, 19, P. 622-629.

267. Rousset M., de Roo Ml, Guennecb J.-Y. L., Pichon O. (2002) Electrophysiological characterization of tomato hypocotyl putative action potentials induced by cotyledon heating. Physiologia plantarum, 115, 197-203.245

268. Roux S.J., Steinebrunner I. (2007) Extracellular ATP: an unexpected role as a signaler in plants. Trends Plant Sci.,12, 522-527.

269. Ryan C.A., Moura D.S. (2002) Systemic wound signaling in plants: a new perception. PNAS, 99, 6519-6520.

270. Samejima M., Sibaoka T. (1982) Membrane potentials and resistances of excitable cells in the1 petiole and' main pulvinus of Mimosa pudica. Plant Cell Physiol., 23,459-465.

271. Sanders D., Brownlee C., Harper J.F. (1999) Communicating with Calcium. Plant Cell, 11, 691-706.

272. Sanders D., Pelloux J., Brownlee C., Harper J.F. (2002) Calcium at the crossroads of signaling. Plant Cell., 14, 401-417.

273. Schachtman D.P. (2000) Molecular insights into the structure and1 function of plant K+ transport mechanisms. Biochim. et Biophys. Acta, 1465, 127-139.

274. Schaller A., Frasson D. (2001) Induction of wound response gene expression in tomato leaves by ionophores. Planta, 212, 431-435.

275. Schaller A., Oecking C. (1999) Modulation of plasma membrane ff1"-ATPase activity differentially activates wound and pathogen defense responses in• tomato plants. The Plant Cell, 11, 263-272.

276. Schauf C.L., Wilson K.J. (1987) Properties of single K+ and CP channels in Asclepias tuberosa prtoplast. Plant Physiol., 85, 413-418.

277. Schmidt C., Schroeder J.I. (1994) Anion* selectivity of slow anion channels in the plasma*membrane of guard cells (large nitrate permeability). Plant Physiol., 106,. 383-391.

278. Schoenmakers T.J.M., Visser G.J., Flik G., Theuvent A.P.R. (1992) CHELATOR: An improved, method for computing'metal ion concentrations in physiological solutions. Bio. Techniques, 12, 870-879.

279. Shiina T., Tazawa M. (1986) Action, potential-in Luffa cylindrica and its effects on elongation growth. Plant Cell Physiol., 27, 1081-1089.

280. Shimmen^ T. (1997) Studies on mechano-perception in characean cells: pharmacological analysis. Plant Cell Physiol., 37, 139-148.

281. Shimmen T. (2001) Involvement of receptor potentials and action potentials in mechanoperception in plants. Aust. J. Plant Physiol., 28, 567-576.

282. Shimmen T. (2006) Electrophysiology in mechanosensing and wounding responses. In: Plant Electrophysiology. Theory and Methods, Volkov A.G. (ed.) Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag, pp. 319-339.

283. Sibaoka T. (1962) Excitable cells in Mimosa. Science, 137, 226.

284. Sibaoka T. (1969) Physiology of rapid movements in higher plants. An. Rev. Plant Physiol., 20, 165-184.

285. Sibaoka T. (1991) Rapid plant movements triggered by action potentials. Bot. Mag. Tokyo, 104, 73-95.

286. Sibaoka T. (1997) Application of leaf extract causes repetitive action potentials in Biophytum sensitivum. J. Plant Res., 110, 485^187.

287. Sinyukhin A.M., Britikov E.A. (1967) Action potentials in the reproductive system of plants. Nature, 215, 1278-1280.

288. Slay man. C.L., Long W.S. , Gradmann D. (1976) "Action potentials" in Neurospora crassa, a mycelial fungus. Biochim. et Biophys. Acta, 426, 732-744.

289. Stahlberg R., Cleland E.R.E., Van Volkenburgh E. (2005) Decrement andamplification of slow wave potentials during their propagation m Helianthus• anniaisL. shoots. Planta,220, 550-558.

290. Stahlberg R., Cosgrove D.J. (1992) Rapid alterations in growth rate and electrical potentials upon stem excision in pea seedlings. 187, 523-531.

291. Stankovic B., Davies E. (1996) Both action potentials and variation potentials induce proteinase inhibitor gene expression in tomato.7 FEBS Lett., 390; 275-279.

292. Stankovic B., Davies E. (1997) Intercellular communication in plants: electrical stimulation of proteinase inhibitor gene expression in tomato. Planta, 202,402-406.

293. Stankovic B., Witters: D.L., Zawadzki T., Davies E. (1998) Action potentials and variation potentials in sunflower: An analysis of their relationships and distinguishing characteristics. Physiologia Plantarum, 103, 51-58.

294. Stankovic B., Zawadzki T., Davies E. (1997) Characterization of the variation potentialinsunflower. Plant Physiol., 115, 1083-1088.

295. Stoeckel H., Takeda K. (1993) Plasmalemmal, voltage-dependent: ionic currents from excitable pulvinar motor cells of Mimosa pudica. J: Membr. Biol.,. 131,179-192:

296. Sze H., Churchill K.A. (1981) Mg/KCl-ATPase of plant plasma membrane is a n electrogenic pump. PNAS; 78; 5578-5582.

297. Sze H., Li X., Palmgren M.G. (1999) I energization oft plant; cell membranes by H^-pumping ATPases: regulation and biosynthesis. The Plant Cell, 11, 677-689.

298. Tazawa M., Kikuyama M. (2003) Is Ca2+ release from internal stores involved in membrane excitation in Characean cells? Plant Cell Physiol., 44, 518526.

299. Tazawa M., Shimmen T. (1987) Cell motility and ionic relations in Characean cell as revealed by internal perfusion and cell models. Int. Rev. Cytol., 109,259-312.

300. Thibaud J.-B., Soler A., Grignon C. (1986) li" and K+ electrogenic exchanges in corn roots. Plant Physiol., 81, 847-853.

301. Thomine S, Guern J, Barbier-Brygoo H. (1997) Voltage-dependent anion channel of Arabidopsis hypocotyls: Nucleotide regulation and. pharmacological properties. J. ofMembr. Biol., 159, 71-82.

302. Thomine S., Zimmermann S., Guern J., Barbier-Brygoo H. (1995) ATP-dependent regulation of an anion' channel at the plasma membrane of protoplasts from epidermal cells of Arabidopsis hypocotyls. The Plant Cell, 7, 2091-2100.

303. Trebacz K. (1992) Measurements of intra-and extracellular pH in the liverwort Conocephalum conicum during action potential. Physiol. Plant, 84,448-452.

304. Trebacz K., Simons W., Schonknecht G. (1994) Cytoplasmic Ca2+, K+, CI", and NO3" Activities in the liverwort Conocephalum conicum L. at rest and during action potentials. Plant Physiol, 106, 1073-1084.

305. Trebacz K., Tarnecki R., Zawadzki T. (1989) The effect of ionic channel inhibitors and factors modifying metabolism on the excitability of the liverwort Conocephalum conicum. Physiol. Plant.,15, 24-30.

306. Trewavas A. (1999) Le calcium, c'est la vie: calcium makes waves. Plant Physiol., 120, 1-6.

307. Tu S.-I., Loper M.T., Brauer D., Hsu A.-F. (1992) The nature of proton-translocating ATPases in maize roots. J. Plant Nutr., 15, 929-944.

308. Umrath K (1959) Der Erregungsvorgang. In: Ruhland W(ed) Handbuch der Pflanzenphysiologie, vol 17. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 24110.

309. Van Sambeek J.W., Pickard B.G. (1976) Mediation of rapid electrical, metabolic, transpirational and photosynthetic changes by factors released frm wound. III. Measurement of C02 and H20 flux. Can. J. Bot, 54, 2662-2671.

310. Very A-A, Sentenac H (2003) Molecular mechanisms and regulation of K+ transport in higher plants. Annu Rev Plant Biol., 54, 575-603.

311. Vodeneev V.A., Pyatygin S.S., Opritov V.A. (2007) Reversible change of extracellular pH at the generation of mechano-induced electrical reaction in a stem of Cucurbita pepo. Plant Sign. Behavior, 2, 267-2681.

312. Volkov A.G., Haak R.A. (1995) Bioelectrochemical signals in potato plants. Russ J. Plant Physiol., 42, 17-23.

313. Volkov A.G., Mwesigwa J. (2000) Interfacial electrical phenomena in green plants: action potentials. In: Liquid interfaces in chemical, biological and pharmaceutical applications. New York; Basel: Marcel Dekker Inc., pp. 649-681.

314. Wacke M., Thiel G. (2001) Electrically triggered all-or-none liberation during action potentials in the giant alga Chara. J. Gen. Physiol., 118, 11-21.

315. Wacke M., Thiel G., Hütt M-T. (2003) Ca2+ dynamics during membrane excitation of green alga Chara: model simulations and experimental data. J. Membr. Biol, 191, 179-192.

316. White P.J. (1998) Calcium channels in the plasma membrane of root cells. Ann. Bot., 81, 173-183.

317. White P.J., Broadley M.R. (2003) Calcium in plants. Ann. Bot., 92, 487511.

318. Wildon D.C., Doherty H.M., Eagles G., Bowles D.J., Thain J.F. (1989) Systemic responses arising from localized.heat stimuli in tomato plants. Ann. Bot., 64, 691-695.

319. Wildon D.C., Thain J.F., Minchin P.E.H., Gubb LR., Reilly A.J., Skipper Y.D., Doherty H.N., O Donnell P.J., Bowles D.J. (1992) Electrical signalling and systemic proteinase inhibitor induction in the wounded plant. Nature; 360, 62-65.388.

320. Wilkinson S. (1999) pH as a stress signal. Planta Growth Regul., 29, 8789.

321. Williams S.E., Pickard B. (1972) Receptor potentials and action potentials in Drosera tentackles. Planta., 103; 193-221.

322. Williamson R.E., Ashley C.C. (1982) Free Ca2+ and cytoplasmic streaming'in the alga Chara. Nature, 296, 647-651.

323. Zawadzki T. (1979) Electrical properties of Lupinus angustifolius L. stem. ActaSoc. Bot.pol.,'48, 305-315.

324. Zawadzki T., Davies E., Dziubinska H., Trebacz K. (1991) Characteristics of action potentials in Helianthus annuus L. Physiol Plant, 83, 601-604:

325. Zawadzki T., Trebacz K. (1985) Extra- and intracellular measurements of action potentials in the liverwort Conocephalum conicum. Physiol. Plant, 64, 477481.

326. Zimmerman S., Ehrhardt T., Plesch G., Müller-Rober B. (1999) Ion channels in plant signaling. Cell. Mol. Life Sei., 55, 183-203.

327. Zimmerman S., Sentenac H. (1999) Plant ion channels: from molecular structures to physiological functions. Curr. Opin. Plant Biol., 2, 477-482.

328. Zimmermann M.R., Felle H.H. (2009) Dissection of heat-induced systemic signals: superiority of ion. fluxes to voltage changes in substomatal cavities. Planta, (in press)

329. Zimmermann S., Nürnberger T., Frachisse J.M., Wirtz W., Guern J., Hedrich R., Scheel D. (1997). Receptor-mediated activation of a plant Ca2+

Информация о работе

Воденеев, Владимир Анатольевич
доктора биологических наук
Нижний Новгород, 2009
ВАК 03.00.12

Диссертация

Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы