Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ АДАПТАЦИИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА РАСТЕНИЙ К ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ ФАКТОРАМ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ АДАПТАЦИИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА РАСТЕНИЙ К ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ ФАКТОРАМ"

06 въ

АКАДЕМИЯ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНА ИНСТИТУТ БОТАНИКИ

На правах рукописи

КУРБАНОВЛ ИНКА МУСЛЕВНА

УДК 581.132;581.132.03/07

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ АДАПТАЦИИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА РАСТЕНИЯ К ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ ФАКТОРАМ

03.00.12 — физиология растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой стене«» доктора биологических наук

Баку — 1992

Работа выполнена в Институте ботаники АН Азербайджанской Республики.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук Марданов А. А. доктор биологических наук, профессор Мамедов Т. Г. доктор физико-математических паук Халилов Р. И.

Ведущая организация: Институт генетики и селекции АН Азербайджанской Республики.

Защита состоится 1992 г. в « часов

па заседании специализированного совета Д 004.12,01 по защите диссертации на соискаине ученой степени доктора наук в Институте ботаники ЛН Азербайджанской Республики по адресу: 370073, Баку, Патамдартское шоссе, 40.

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

Автореферат разослан «л» 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

- У -

ощ!я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Фотосинтез - процесс, обеег.сч/ва-кщий накопление органических веществ, представляот ссОой важнейшее Dвено метаболизма, ответственное за продуктивность растений tКичипороэич, 1979; Мгжроносов. 1988). Устойчивость данного процесса к различным неблагоприятным факторам среды (обезвоживание, засолочио, высокая инсоляция, пониженна и повышение температуре) является важнейшим свойством растения, Познани? при{«ды устойчивости фотосинтетического аппарата и его адаптации к неблагоприятным внешним условиям на молекулярном уровне позволит и перспективе откорректировать ее биотехнологическим путем.

Одной из причин, приводящих к изменению фстссиитетической деятельности при стрессах, является нарушение мембранной системы хлорогтлаетег, что ведет к несогласованности р^аэдй фотосинтеза (ferry it al. , 1930; Krupa. 1938). Однако получеши» в последнее г-ремя данные по влияний экстремальных факторов на состояние и функционирование <icroc ннт ети че с ко г с аппарата не могут быть объяснены только изменениям; структуры мембран хлоропласт о u (Fork et al, , 1S01, 1930; Griffith et al., 1935; Ga&snov. 1938). Предполагается, что ьо многих случаях повреждение обусловливается непосредственно состоянием су п е рмо ле ку л'л р Н ых комплскоов, рэгулкрущих Фот ос инт еА* и че ский процесс. Изучение этих вопросов носит отрывочный, неполный характер и требует систематических исследований.

Настоящая работа являлась частью исследований, проводимых в лаборатории биофизики Института ботаники АН Азербайджанской Республики под руководством д. б. в., проф. Р. А. Гаеано-ва в рамкнх координационного плана КИР Alt СССР по направлениям: Принципы преобразования солнечной энергии при фотосинтезе, га 6. 2. М гос. регистрации 61095922, 81095323; Исследование принципов биосинтеза хлорофыгл-белковых комплексов и и» организация в мембранах хлоропласта, N гос. рогкетрздиа 01.86.0 080671, 01,91.0 041188; г&учно-технических исследований - Разработать методы управления биосинтезом хлоро-белковых компле]ссов на основе изучения их сборки в хлоропласт ах, постановление ГКНГ и АН СССР от 03.02.67г., N £6/13, 0.74. 05, 16. Hi.

J ЦЕНТРАЛЬНАЯ "»

1 _НЛ>ЧНАТ г1 ДНОТЕКА I

[ *1<х:к. се д. , ■'эдет* I

Пели_и задачи ус следования. Пояски путей исследования

пркндалов раббты фотосинтетического аппарата в условиях стресса привели пас к необходимости изучения взаимосвязи молекулярной организуют гилакоидов хлоропластсв с, проявлением его функций в аЛРКВатяых условиях. Выполнение поставленной цели прел опре л ели л о экспериментальное решение следующих задачі

1. Изучить изкенеяня в структурио-функциональных характеристиках фотосинтетического аппарата растений, подвергнутых вовчому стрессу: ечяг.птъ изменения в работе кислород- вьще ля jo-aero комплекса, установить пункты повреждения оиогинтеза-Хл и осоСенности построения хлорофилл-белковых комплексов и рассмотреть процосс перераспределения энергии как возмохнмй механизм адаптации;

2. Провести исследования фотосинтетических тункцкй и организации п и г íaíht-белковых комплексов тилаг.оидоь при пониженных температурах: определить харастер изменения пигментного аппарата, состояние Зстосистеми 1: и цепи транспорта электронов, изменения Б состояла« мембрана тилакоидов и изменения в организации ХНі и полипе лтид ног о состава тилакоидов;

3. Выявить ижролу Фотоповрелдения энергопреоораэушвх иекбран: исследовать фотодеструктивные процессы, деташе в основе повреждения пигментов, мембран тилакоидов, пигмент-белковых комплексов, полипептядного состава изолированных ХЕК, и провести поиск способов стабилизации изолированных структур тилакоидов хлоропласта.

Научная ковизна работы. Установлено, что факторы среды {сбєгвохиЕание, низ míe температуры, сильный свет) изменяют как формирование организации тилакоидов на молекулярном уровне, так и характер протекция фотосинтетичне кого процесса. Дефицит води подавляет этап синтеза Хл, связанней с перестройкой ХЕК, но не затрагивает, а даме ускоряет переход агрегированного Хлда ь йгрегиронанный Хд. Сильный свет приводит к резкому подавлению с/нтеза длинноволновых форм Хл. Шлилен-тиднья состав комплексов более консервативен и меньше подвергается изменениям при стрессе. Выявлены теоретические подходу к стабилизации комплексов. Дефицит коды, пониженные температуры и сильный свет изменяют суГ^ииничный состав различных ХЕК, приводя к возрастанию доли мономерьих суРъедик'лц, за

счет синтеза менее устойчивых олигомершк и димериш форм. Последние изменения являктся уннеереальными и о пред е.'ЛЮТ адаптационные возможности фот ос ¡:нт е тичи с ко го аппарата.

Совокупность полученных результатов позволила выдвинуть положение о экачеьш* (¡етосинтетическогс аппарата как. ключевого Фактора, определяю®го устойчивость растений. Ведущая роль фотсс и н т ет ичес ко го аппарата обусловливается пове^киен пигмент-белковых комплексов, устойчивость которых, в первук очередь, нарушается при. Есех исследованких стрессовых ситуациям, чувствительностью гас лоре д-вида лл шей сястеш хлсропластаь и уязвимостью процесса формирования фЛТОСИНтеТИЧйСКИХ структур. Результата исследований неоднократно включались в число важнейших достижений АН страны.

Практическая значимость работы. Исследуемые параметры, характерна у щие Фотссинтетическкй аппарат, могут служить основой для разработки чувствительных и информативных методов определения устойчивости и реактивности растений при изменения условии окружающей среды, для оцешм их - адаптационных возможностей, а также для разработки метода отбора культур с устойчивым фотосиитетическим аппаратом с целью сокращения сроке е селекции пои генетических исследованиях и диагностики состояния растений. Последнее нашлс применение при разработке системы Скологического мониторинга загрязнения водной среды. Предложи ный способ стабилизации фотосиьтетического аппарата in vitro Mo;.jiT оказаться полезным при создании Окстехн о логических систем преобразования солнечной энергии,

Алробазда работы. Работа апробирована на научных сешна-рах Института ботаники аН Азербайджана (Еаку. 1988, 1МО, 1ЯЖ), i-UTcpuaju пс теме диссертации были доло.кены и представлены в публикациях ряда специализированных научных конференций, Всесоюзных и Международна симпозиумов и конгрессов: П, Ш, IV. V Есесовсных биохимических съездах (Ташкент, 1969; Fiira, 19V4; Москва, 1979; Киев. 1936); I Все сошном биофизическом съезде (Москва. 1932); XIV Интернациональном биохимическом конгрессе (Прага, Чехословакия, 1988); VI Конгрессе- ФЕМР (Сплит, Ггославия, 1988); VJH Интернациональном конгрессе no itoTOciiHTesy (Стокгольм. Швеция, J'¿89); XX ШС (Будапешт, Венгрия, 1990); VI Европейской биоэнергетический конференции (Амстердам, Нидерланды. 1990); Конференции №

проблеме "Физиология .і биохимия растений" (Бжу, і 982; ; Всесоюзных конференциях - "Проблемы и пути повышения устойчивости растения it болезням и экстремальном условиям среду в связи с задачами селекции" (Ленинград. 19Ш); "Молекулярные меха-кизмы биологического доке г бия оптического излучения" (Ялта, 1S34); "Структурная динамика биологических мембран и ее роль п регуляции фотобиологических рецепторних процессов" С Минск, 19ûâ); "Преобразование световой энергии в фотосинтетических системах и могелях" (Пущно, 1089); IV Интернационального симпозиум по 'минеральному питанию и фотосинтезу, гас'лэдовэ-ийю биогенеза, структури и функция фотосинтети1некого аппарата в связи с преобразованием солнечной энергии (Толбухин, Болгария, 1908!, ■ '

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 34 печатные работы.

Cr рукгура обгем работ Диссертация состоит из 7 глав, в которых рассмотрены основные литературные ванные и результаты собственных исследований и приведено обкее заключение, еічвозоз и списка цитируемых работ. Работа содержит £56 страниц машинописного текста, 57 рисунков и 15 таблиц. Список литературы включает 404 наименования.

Сокращения. - 7л - хлорофилл; Хлд - хлорофиллид, СХл -свободный хлорофилл; FP - свободный пигмент; К- - фотосистема; PU - реакционный центр; ІБК - пигмент-белковая комплекс; ХБК - хлорофилл-белковый кошлєкс; СХБК - СЕеТОСОбИраЮУШ ХБК; CFla - олкгемер РЦ ФСІ; СР1 - мономер РЦ ОСІ; Cfa - яіро SCil; UKP* - олигемер СXSK; LHCF - ддаер СХБК; LtKP - шно-мер ОХГК; <Ьл - флуоресценция; Э1> - замедленная *рлуоі>єсцен-цз:я; м. м. - молекулярная масса; кДа - килолальтон; ШГ - по-лиэтилекгликолъ; ПДАГ - полиакрилакадный гель; СДС-Na - н&т-рив до де цилс уль Фат; Дерифат 160 - натрий К-лаурял-^-пминопро-пионаг.

Объекты и метвдн исследования. Объектом исследования служили листья, хлоропласти, ЗБЯ коммерческого шпкната CSpinaoèa oïers^eaj,. 'восьмидневных проростков пліениіи [Triticim aöitivum L, Тг 11 і cum vulgaris) сортов "Каагаз", "Гиаа" - AFE, "Маке-Еак" - Мексика ( засухоустойчивы Я К солевыносливый), контрастные по переносимости эачорог-.ков растения лимона (Citrus limon) - "Грузинский" и "Лиоскурия" СТрув:ше-

- У -

кий" - слабо заморозкоустсйчивий сорт, "Диоскурия" - замороэ-коустойчиный сорт). использована молодые листы! лимона 1-го года генерации и старые листья 2 и 3 годов генерации без ви* дкшх повреждений. В ряде экспериментов использовали хлореп-ласты реликтовых раотеяяй: Danae гас^тсьа. Ruscus +>угсапа -яг лицу, ßuxus hyrcana - самшита, Platanus crteritalis - восточного чинара. Porrotia рвгзіса - железного дерева.

Дефицит воды создавали с помощью ГВГ оии, равной 1009. Это приводил^ к понижен то относительного содержания води в проростках до 40-5GJ (Махмудов,' 1986), Воздействие пониженных температур создавали путем помещения отторгнутых листьев лимояэ в термокамеру на определенное время ери температуре 6°С и 15С я укорененные горпючные кусты При Itfc )| соответственно. Действие сильного освещения на суспензию хло-ропдастов в изолированные ХЕК растения шпината осуществлялось ь петлевом мкииреакторе. где с помощью перистальтического насоса производилась непрерывная перекачка образца через реактор при "6 С и постоянном оезеаении в 100000 лкч

Шделенме хлороплэстов проводили по стандартной методике в трис-сахарозном буфере, pH 7,3. ХЕК солюбилизироБанных ти-лаковдов получали с помояью электрофореза в ПААГ с СДС-Na (Thjrnber, 1975), или с использованием цеиттерионкого д&тер-гента дєрифзга-ІбО (Karkwell et al.. 1979; Курбанова и др., 1982) или по разработанной нами технике ускоренной солюбили-зашш тйлакоидов СДС-Na (1984), а также-методом ионообменной хро-^этог рафии на ДЭАЭ-исдлюаозе (Путилова и др., 1976, 1979). Ц м. ХЕК и подилептидов определяли с подащью маркерних бед-ков. Нолипептидньй состав ко»«ілаксов определяли согласно Лем-ли і iOVO>. Окрашивание белксвых зен проводили 0.2S Ііумасси голубьш. Электрофореграммы деиситомет рировали на микрофотометре МО-451 со специально сконструированной приставкой для непосред'Л'Ееиной регистрации гелей. Низкотемпературные спектры поглощения и спектры первой производной регистрировали на установке, собранной на базе СФ14 (Гаеаноъ и др., 1973), вторые производные регистрировали на спектральном вычислительном нюмш&ксе KCBY-2S. Спектры Фл при -15б°с и 20°С регистрировали на установке, собранной в лаборатории и описанной в работе АОидоза ü др^ (1967). Интенсивность ЭФ измеряли о помощь ь фосфороскопа со временем мгвду.возбуждением и измерением све-

чгякя 1,25 мс fМоторки и др., 1973). Регистрация фототока производилась на самописце и интеграторе с цифровым устройствам, пгаволяиаим оценивать плэеадь под индукционной криеоЯ rií. Интенсивность фотосинтеза оценивала по выделению (У, ампе-рсметр;:ческйм методом на открытом платиновом э лет'роде Хак-со-Елшксз на установке, описанной ' Гасанввкн и Литвиным (1967).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Состояние хлорофилл-йежовън комплексов нри волной стрессе

Известно, что в условиях водного стресса фотосинтез высших растений £*гэко подавляется. При этом нарушения возниках/г на Фотохимической стадии (Fork, Hi jaira, 1973; i.tohanty et al., 1й?5; Садама к др., 19??: Курбанова и др., ¡987) и непосредственно в организации XDR. ■

Анализ кинетики и светсьщ крмьш выделения 02 листьями пкенлш, выращен но Л в различных условиях водообеслеченности, указывает на ус, что изменения различии для каждого из исследуем сортов. ' Sanee устойчивый к изменению водного баланса сорт* Макс-Бак характеризуется меньшими изменениям этих параметров. Однако с увеличением осмотического давления раствора отношение величины первичного выброса выхода Од к стационарному' уровню зачетно падает. Изменения_квантового выхода О? с увеличением осмотической силы раствора указывают на то, что нарушения фотосинтеза под влиянием водного дефицита возникают на фотохимической стадии.

Анализ состояния Хя' в листьях, подвергнутых водному строссу, обнаружил некоторое изменение оби&го содержания Хл upii гозрастании сскотлч-гсксй сила раствора. Белизна .üa'íjc устоЯчиэа в листьях египетского сорта и несколько уменьшена в листьях сорта Макс-Бак/ Коротковолновые фор!« Jáa изменчивы в условиях дефицита влаги, а длинноволновые Формы обладают большей устойчивостью. Ввиду меньшей уctolv'ikbc'cth в стрессовых условиях монсмерных 4орм наблюдается сужение спектра поглощения по горизонтали и некоторое увеличение в амплитуде в коротксмл¡oboй области - "елринг" эффект (Удогенто с сотр. ,

з

1976: Салат. 1920: Мзхвдое и др.. 19вЯ>.

Исследование разентия їл при зелгнении позволяет прослідить за формированием форм Хл в условиях обезволйванин. Дефицит воды г.рлводит к убыстренному paatv.nuc длинно водно вой Фл при зеленении проростков. Развитие длиннсволновой Фл указывает на преимущественное образование агрегарованяых форм Хл, являвшихся компонентами <К1. Молио полагать, что дефицит воды стимулирует формирование асі. Интенсивность полос Фл с максимумом 665 нм резко іюнихгетсл, основной максимум смешается на 3 ¡iu в длииновсднсвух сторону,, интенсивность длинноволновой Фл существенно возрастает с образованием иолосы с максимумом в области 735 им. Возі>астание времени пребывание проростков при низком осмотическом потенциале окрудакжго раствора (до 40 часов) еш резче изменяет структуру спектра Фл.. lfcjoca 600-660 ш резко уменьшается к смешается ene на 2 нм, возрастает , полоса 4л s длинноволновой области с максимумам при 735 им. Интенсивность последней достигает половины интенсивности основной полосы Фл, Ошопение <Ъа665/Фд630 падает по мере усиления ойегьоживанил, резко уменьшается отношение Флбб5/Фл735 и значительно возрастает отиозенче ФдТ35/Фд630.

Кратковременное освещение листьев проростков в нормальных условиях снайдешш водой приводит к постепенному ис*!єзяо-венио лслош Ф.1 при 6Ь5 нм, смешении основного максимума Фя до 695 нм за СО с освешиия и не меьшает заметных изменений в структуре и интенсивности 1л длинноволновой полоси. В условиях водного стресса в образцах, выдержанных при -20 бар, so-часово? оеьевйние также приводит к постепенному падение интенсивности $Лб55 НМ И ВЬ'ЭЫВаеТ сдвиг основной ПОЛОСІ Фл линь до 695 им. Так *е, как и в контроле, изменения длинно-, волновой полосы Фл яри осъещ&нии не происходит. Стресс » 40 часов делает положение основной полосы Фл устойчивой, максимум ее практически не смещется. Онксируется уменьшение полосы Фі при 655 нм, оо мере увеличения глубины стресса скорость прсцесса убывания Фвб55 замедляется.

При аиаліое спектров Ф» зелене кирн проростков пвешшу при возСуждении с - 440 нм и - 470 нм в нормальній. условиях и при различной глубине водного стресса установлено, что яри стрессе наСшодается резкое возрастание длинноволновой Фл при юэбудденин обеими яликами волн. Шнчем с возрастанием

времени выдерживания проростков при стрессе от 20 до 40 часов интенсивность длииковолновол полосы возраста«?. Это означает. ит5 наряду с направленным синтезом агрегированных форм Хла происходит перераспределение энергии возбуждения .мелйу коротковолновой И ДЛИННОВОЛНОВОЙ Ля, Т.е. ДСП И TCi. iiOMO-логическйй сшсл этого процесса мохег бить связан с зашитой С<Л г от фотодеструкции сильным солнечным светом, сспутсгвую-пш засухе, или для активирования реакции, связанных с да.

Хлоропласта сортов Матс - В*к и Ftoa-155 имеют сходную электрофоретаческую картину ХЕ-К и полипептидов, однако детальный лкалга показал определенные различил. У мекситаг.ского ссрти msc-стея две дополнительные, пигментированное и не пигмеи тирсванные полосы. Шсокое осмотическое давление существенно изменяет картину.распределения пигментированных зон на электрэфэреграу^е и спектрах поглощения Хл в комплексах. Так, у сорта Цате-Ьик основной максимум в спектре поглощения ХБК1 резко смещен в коротковолновую сторону на 5 им, причем деля поглощения агрегированных.форм Хла существенно уменьшается, указывая на дезагрегации Хла# кошшжс* в условиях водного дефицита. Изменениям подвергается и спе;тгр поглощения СЯЖ ;;ри -7 и -13 бар. У сорта Гизэ-155 Хя в .ХЕК менее подвержен дезагрегации. Так, даже при -13 бар основной максимум в спектре 'поглощения ХБа! CMetteH Б КОрОТКОЕОЛИСЕуЮ СТОРОНУ Всего НЭ 'г ¡;ьс

Анализ распределения Хл между зонами (табл.!) покушает, что при обезвоживании количество. Хл в ХЕК1 хлорэпластов сорта J&kc-Bsk укеньшагтея не&на*итс*лшоР при -13 бар 8S пигмента переходит в зону свободного Хл. Ewe большей лабильностью отличается СХБП. из хлсрспластов Гиза-1№: количество Хл, освобожденного из комплекса при -13 бар, составляет ИХ. Полученные данные характеризуют различную устойчивость мексиканского и египетского сортов к ойегвежиианкю и указывают на то, что ХВХ1 относительно более устойчив к стрессовым условиям, нежели СХЕК.

Результату, полученные при исследовании композиции на-тдвяьн форм Хла и Хзв в ХВМ. и СХБК при обезволивапни, nctca-г-эли. что в спеютре ХШ сорта Макс-Вак длинловолноиые полосу устойчивы и не меня «г своего порожняя. Аналогичная картина наблюдается и для сорта Происходит с уде мне спектра

Тсіблит і

Распределение Хл между ХЕК в процентах к исходному содержанию

Коип ■ макс- Бак Гиэа-155

лексы ------------------------------------------------------

контроль -7 бар -13 бар . контроль -7 ііар -13 5ар

I 22 20 го 19 18 16

II 54 80 46 58 50 47

ІП 22 26 30 £0 29 аз

В расчетах не- учтен Хл, расположенный в слабопагментиро-ванных гонах.

по горизонтали в коротковолновой полосе поглощения* при этом несколько увеличивается амплитуда полос в Данией частя спектра, особенно при -13 бар: повреждаются лишь Хл, поглощэмщ» в коротковолновой области спектра. У сорта Макс-Бак при обезвоживании смещению подвергается в основном плечо, соответствую^ (цее коротком лис бой форму Хлв, главный максимум незначительно сметается е коротковолновую область, остальные максимумы н плечи устойчивы и не подвергаются изменениям. Несколько иная картина наблюдается в поведении спектра СХБК сорта Гнзз-155. При -7 бар плеч» в облает» 062 ни на 2 нм свешается в коротковолновую сторону, основной максимум сметается на 1 нк;, а Хлаб8й - на 2 им. Таким образом, спектр СХБК сорта Гиза-155 подвергается большим изменениям по горизонтали, чем спектр более устойчивого сорта Макс-Бак. Возможно, что смещение спектра по горизонтали может характеризовать состояние устойчивости растений. Не исключено, что анализ производной спектра поглощения хлоропластов позволит судить о место локализации повреждающего воздействия.

В случае применения процедуры Маркьелла с использованием цьиттерионного детергента дерифата-160, когда свободный Хл практически не обнаружен, получены четыре ХБ1І, обозначенные нами как комплексы І, II, !П и IV (рис.1). Количество с зо-

Рис. 1. Денснтометрический профиль геля после олектрофо-. рега ткльксидов Н-Проростков пшеницы, гс-леяеших £4 ч в нормальных условиях и при водном дефиците 1 - контроль! г - минус 5 бар; 3 - мкяус 12 Саг

Рис.2. Линамика изменений отношений комплекс 11+11[/комплекс I (А) и комплекс I )НП/компдекс IV (Б) в процессе зеленения Н-прорсстков » нормальных условиях и яри водном дефиците . 1 - контроль; 2 - минус 5 бар: 3 - минус 12 бар

йодного Хл не более ZZ. Комплекс I соответствует ШОО-Хла-бе^ГОКОМу комплексу, комплекс II, по-видимому, олигомеру СХБК, комплекс III - мс номеру СХБК и комплекс IV - лдру ФС11 (Markweli et al.. 1979; Курбанова И Др., 198?, 1934). В условиях дефицита водь) наблюдается резкое понижение содержании почти веек комплексов. ХЕШ 1 не образуется в условиях стресег. дал? после 24 часов геденения, в то время как в условия* нормального зеленения он обнаруживается уж через Z часа освещения. ХШ11. развивавшийся в условиях стресса, изменяется ие&начительно. Существенные изменения наблюдаются в величине, характеризующей отношение комплексов 11+Ш/1, а тают» U+Iil/IV (рис.2). Эти стнойоши, рассчитанные на основании измерения суммарной ялзщэдк под пиками электрофоре грамм, со-ответствуод« различным комплексам, и отражающие соотношения СХБК и комплексов РЯ, хороню хзрзктеризухл1 ьладчие водного ^треста ни формирование комплексов.

Еодкый стресс £ табл. £> ке влияет на еючечешп различных форм Хл в СХБК (ХБК11,111), Комплексы I и IV относительно более подвержены влиянию .водного дефицита. Основной максимум поглощения В XB-tl смещается ОТ 679 дс 676 нм при зеленении в условиях -12 Сар в течение £4 чассв. Е комплексе 3V основной максимум поглощения при 672 нм смешается в коротковолновую сторону па 1 нм. Наиболее чувствительны к стрессу ttopvu Хла562 и хлабОб. Эти формы Ха впервые появляются в ХБК1 после 6 часов зеленения проростков в нормальных услоеиях. В условиях стресса они не обнаруживаются даже после 24 часов • осе еда -ния проростков, №1норная форма Хлв - Хлвб-iO также чувствительна к водному стрессу. При стрессе -12 бар эта форма не накапливается в ХШ7 даже через ?Л часа пс веским.

Низкотемпературные спектры Фа ХЕК, полученных из проростков лосле 24 часов зеленения в нормальных условиях и при водном лефлците. указывают, что стресс приводит к сдвигу основного максимума в коротковолновую область; в ХШ - от 681 до 679 нм, в ХЕК Г1 .- от 680 до 678 нм, В ХЕШ П - от 6ВД до 673 нм, в XEKJY - от 6S5 до 633 нм. Анализ характера <{ор-мироваиия ХЕК в условиях стресса указывает на то, что наиболее существенные изменения происходят, при фзршройанки JFCO ХЕК н ядра ФОН. изменения в основном касайся состояния Хл-антешш этих комплексов. Мономер СХВЯ вообще не появляется

- -

Таблица 2.

Oreпень чувствительности форм Хл в различных ХЕК к водному стрессу 1-12 Сар, 24 часа) в процессе зелонения проростков пшеницы

Время зеленения Формы Хла и Хлв

Устойчивые Чувствительные Не формирующиеся

6ч-2 4ч Хааб7С; Хпаб04; Хла692;Хла?05 Номилекс I Хлаб77 • Хлаб62; ХлабЭб

24ч ХлвБ40; ХЛ№50; Хло652; Хлабб?: Хаа664; Хдаб92 Комплекс 11 -

бч-24ч Клвб40; ХлвббО; ХлаОбЕ; Хла570; Хла679;Хда684; .'комплекс Ш -

64-244 ХлвбЕО; :-Спа684; Хла692 Комплекс IV ХлабТО; ХяабТ? Хла662; Хлв640

в ламеллах хлоропластов проростков, эеленешдх а стрессовых условиях, дале через 12 часов освещения. Полученные данные позволяют полагать, что формирование ближайшего пигментного окружения РЩ и РЦП существенно тормозится при дефиците воды, Возможно, водный стресс подавляет механизм биосинтеза определенных форм Хи, что отражается в виде дефицита этих Ф^рм в антеннах РП. Таким образом, водный стресс на рашшх этапах зеленения приводит я уменьвениь размеров антеияы РЦ ФСI и

iUH доропластов, что мзжт использоваться при ранней диагностике растений к дефициту годи.

Хлорофилл-бе лковие кош леке к в условиях п ОН №№ЛКЫХ температур

Одной из причин. приводящих к уменьшению фотосинтетической деятельности листьев при понижении температуры окружааицей среды, является нарушение сстсякия мембранной системы хлоропласт ов, в частности, липидов мембран, что приводит к наруде-кил согласованности реакций Фотосинтеза и, в конечном счете, :' к снижению накопления органического вещества (Berry et al., 1S30; Krupa. 1988). Предполагается, что кс многих случаях это юхет быть связано с прочностью пигмент-пигментного и белок-бе л когого взаимодействия ь НБК тилакоидоз (Г^агкуа. Курба-тш, 1Э£3).

Длл оценки состояния пигмент*белковых комплексов 1Г. v;vo к условиях покидеинь.у температур исследовали Фл Ул и 3i>. Бы-дерлш ванне листьев двух ОТЛИЧАЮЩИХСЯ по устой1ЧИВС-СТИ к ПОЯ'Л-яениым температурам сортсз лимона различное крепя при о С к 1°0 лркводит к значительным изменениям их спектров Сл. Длинного л новая Сл листьев сорта грувияекий значительно понижена. Разница в ответной реакции различны,: по устойчивости сортов к пониженным температурам резко проявляется в молодых листьях, йзяяш зависимости отношения Флб8б/Сш733 от времени выдерживания при 6GC и при 1QC показывают, что это отношение ре зга роэ рас тает для молодых листьев менее устойчкжн'о сорта Ляос-курия и одинаково изменяется для старых листьев ooo;ix сортов, что, xapewreрадуя в основном работу ffiCI, может стать самым показателем состояния фотосинтетического апчарата при1понижении температуры (рис.З).

Анаша характера икдушшонкей кривой 30 указывает на различную чувствительность к низким температурам изучаемые сортов. При включении аозбулдаюцего света на ннтасгных лиоть-ях обоих сортов лимона. выдержанных определенное ъреш при пониженной температуре, после фазы иараотан^л интенсивности (ЗФ0.р) на свету наблюдается Фига его уменыкеиял

" 'Три увеличении времени лгревдвгнля изменяется интен-

сивность Si', ^еныаается крутизна подъема и уБеличчв&бтся но-

Гис. а Зависимость отношения Флбйб/Флтаз б листьях лимона сортов Диоскурия и Грузинский от времени их

О г ^

ВШерДИЕаНШ! в темноте при 10(1) И 6 С (") ' А - молодое листья Диоскурки; В - старь» листья Диэскурии; 3 - далодие листья сорта Груэгнелий; Г - старце листья сорта Грузикстй

- te -

лушфиаа индукционного максимума. Эти различия резче проявляются при анализе индукционных кривых Зї> в функции разных темнотах интервалов мехду се вешания ми, характеризующими время текнавой адаптации листьев различных сортов. Для. сорта Дкос* курия изменения ЭЬ^^при возрастании времени темпового интервала незначительны, дате до 408 часов переливания при 1°С. Сорт Грузинский менее устойчив к пониженной темлераїуре, я параметр ЗФ^р резт уменьшается; при темповом интервале s 00 мин. он составляет для листьев, переливахжих 336 часов, ЗОЇ от контроля. Аналогичная, но менее внраяеннаа і-арг/на набл*>-дается при анализе медленной фазы уменьшения интенсивного ЭФ íñíj_e). &ги данные нагля^щс проявляйся при коротком времени пер-вд*алия листьев ярі:' 1 С. Сорт Грузинский более чувствителен по изучаемому параметру к пониженной температуре. Возрастание времени переживания сглаживает различия зависимости М?1Н>3 лля обоих' сортов.

Изучение плошали под инлукшоняой кривои ні (ЗФе) в различны-/ по возрасту листьях и поведения осцилляции ЗФ на лов-торящиеся вгдачения врзбуждатего света без адаптационного периода, требуемого для восстановления индукционной картины различных по устойчивости к ьаморозіам сортов лимона в функции температуры и времени переживания, показало, что параметр лучше друг njf коррелирует садаптационными возможностями контрастных сортоЁ. результаты этих измерений изображены в пространстве. В данных, получению на старых листьях сорта Грузинский (рис. 4, А), образуемая поверхность скошена вниз по направлению к наблюдателе, особенно в правой ее части, и заметно изогнута вверх влево. Рассмотрим вначале показатель ЗЇ кач йункцию температуры, глядя на эту поверхность ь направлении от заднего края к переднему. Изгиб вниз означает ук»ньае-;:ие ЗФ, связанное с уменьшением понижекия температуры, что соответствует резкому замедлению процесса образования и разрядки рН ;;а тилаиоадной мембране (Ильина s сотр., 1S82; Bíorkrian et al. . 1STC; Заркуа, 1983). При рассмотрении поверхности слева направо. предстает а функции времени перегорания листьев при определенных пониженных температурах. Ир;: температуре 1°С 3?а Солее чем з 4 pasa■ уменьшается прч ие.ое-тавашій листьев более 5 суток. При 6 С эти изменения неуназд-тельны. Результаты гоказшахс\ Ч7Э средяепонкменные темпера-

Рис, 4. Зависимость величины площадей под индукционной кривой СФ (старш листьев сортов Грузинский (Л) к Диоскурия (Б), молодых листьев сортов Грузинский Г В) и Диоокури* (Г) от температури и вре-кени нереяиьаяия

туты за*є для такого теплолюбивого растения, как лимон, слабо изменяют Нф . В случае о Дію с курией (рис.4. Б) построенная поверхность лит незначительно скошена вниз по отношению к наблюдателю. Здесь мы можем отметить белее слабне изменения ЗО. э зависимости от температури и времени переживания. Со всей видимости, этот сорт ЛИМОКЭ более устойчив к пониженной температуре и легче переносит ее длительное воздействие. Листья последнего года генерации проявляют меньшую устойчивость к воздействующему фшстору (рис.4, В-Г). Рассматривая поверхность сначала ь направлении сзади наперед, видим, что

уменьшается по мере понижчия температуры. Рассматривая ■ иоверхность слева направо; ш видим, ото &1>а резко уменьшается при переживании лйстьев при 1°С. Изменения драматичны, особенно для молодых листьев сорта Грузинский. Проведенные исследования годтверадакт известные Физиологические характеристики STHX сортоЕ по отношению к попиленным температурам Т, е, можно сказать, что растения замороэкоустойчивого сорта Лиоскурия более приспособлены к понкяенним температурам, что выралаетея в бсльвей еоостшюбительной способности параметров ЗЇ при передавший листьев ладного сорта в стрессовых условиях.

Состояние ПЕК тилакондов листьев лимона отражено на рис.'5. Как видно из декеитограмм хлоропластов растений лимона, Ендерлокных при температуре 2°С в течение трех днгй, XSK представлена CPla (одигомер_СР1. ПЕК -ЮГ, т.е. Л700 ХЕК). СЙ. LHCP1 (олигомер LIfCF'' -ЄХБК), (LH0?2 -дпмер LHüP). CFa (ядро ФСП), LíKP И CP (с робо дня;! пигмент).. Как обычно, наблюдаются три интенсивные зоны, соответствующее мономеру XEKÍ, СШ& и CP, и три минорные зоны! соответствующие олигамеру XBKI, димеру и мономеру ОХБК И ЖКІI (ядру РЦ ССИ). йеслеіу-e:-íue сорта 'лимона не отличаются пс композиции ХВК. ОгличіЯ^ наблюдайся лишь в относительном ікзли'кстее комплексов и их соотношении. Тидакоияя лимона сорта Грузинский характеризуется РІЗКИМ снижением , шнюрнях полос, соответствующих ІІИМЄРУ С ХЕК и СРа. а также уменьшением Ша и олигокера СХБК. Резко увеличивается подвижность L.HCP, что, вероятно, евлзако с потерей этим комплексом одной из суб-ьединиц. не содеижкашх М. Количество СХд не увеличивается при выдерживании растений при низкой температуре, даже несколько снижается в старых ¿исть-

А 1

учлл/к

0,2 о.« 0,6 с-,а

Рис, 5. Декситограммы элеихрсфореграмм ХБК тилакондов хлоропластов лимона сортов Грузинский (А) и Диос-курия

а - старые листья 20°0; б - старые листья ¡ГС; ц - молодые листьа 20°С; г - молодые листья Я С; (пики 1 - СР1а; 2 - СР1; 3 - ЬНСР; 4 ЬНСГ; 5 - СРа; б - ШСР; 7 - СХа)

як. Данные, отражавшие отношение плонади пол пиком, характеризующим СР. ^сумме плошадей под пиками, определяющими ХЕК, говорят об увеличении доли «вязанного Хл в хлоропл?.стах лимона, выдержанных при пониженной температуре. Эта картина резко проявляется у эаадоэкостойкого сорта Лиоскурия.

Иввестно, что ХЕК хлоропдясгов находятся в форме димеров или олигомеров, Можно предположить, ото существенное значение для эффективности фотосинтетических реакций при стрессе, наряду с прочностью пигмент-Силкового взаимодействия, будет иметь и прочность Эти/ ассоциатов. Таблица 3 ука?ываэт на больную устойчивость олигомеров ХЕК старых листьев сорта-Ли-оскурия. В тилакоидах молодых листьев относительное содержание мономерных форм увеличивается в условиях понижения температуры более чем в 2 раза. В тилакоидах листьев сорта Грузинский, шзавиеше от возраста, наблюдается увеличение мо но мерных" форм приблизительно в £ раза. Сорт Диоскурик отличается меньшей амплитудой колебаний соотношения различнее форм'ХЕК в условия? пониженных температур, что обусловлено большей устойчивостью пигмент-белкового и селок-белкового взаимодействия. в условиях пониженной температуры нзблкщзетсе независимое от сорта увеличение мономерных форм ХЕК.

Таблица 3.

Отношений площадей под пиками, соответствующими олигомеру и мономеру С ХЕК хлорояластов листьев лимона при содержании растений в условиях 20 С и С С

Диос курия Грузинский

старее листья молодью листья старые листья молодь» листья 20г0 £°С ¿(te 2ÜC 20°С 2° С 20° С Z С

О,С 1.S 0,8 0.23 О, lo 0,6 О, ЕЕ

Подипелтидный состав тилакоидов листьев лимона характе- ■ ризуется наличием 17-18 компонентов полипептидов от 70 кЛа Ло 10 кДа. D условиях пониженной температуры наблюдается увеличение группы полипептидов в области 10-14 кДа для старых .и молодых листьев сорта Грузинский и молодых листьев более эа-морсзкостойкого сорта лимона Диоскурия. Вместе с тем, анализ полипептидного состава тидакоилов показывает их большую стабильность при понижении температуры. Исследования показали, что дала более жесткие условия переливания отторгнутых листьев при €>ÜC и 1°С ь течение длительного времени (25 суток) не приводят к существенным изменениям состава полипептидов тила-коидоч листьев лимона обоих сортов.

Фотоповреждение фотосинтетических структур

Установлено, что интенсивное освещение вызывает Фотоле-загрегзлию Хл в клетках растений. Освещение листьев в анаэробных условиях ведет к увеличению Ш мономерных форм Хл, бистро выцветающих в аэробных условиях (Елык и др., 1371; ПрасновскиЯ. 1970, 1374. 1975;'Ланг и др. , 1971). Кинетический .анализ, проведенный Коком (1965)', и измерёння кривой выцветания пигментов (Zankel, 1U73) привели к выводу о том, что начальную стадию фотохимического повреждения можно соотнести с инактивацией РЦ. На заключительных стадиях повреждения включается процесс выцветания пигментов-сбордиков. В устойчивости Хл большую роль отводят состоянию стабильности Ля в изолированных ХЕК, а такяр состоянию алопротеинов комплексов.

На рис. 6 приведены графики, характеризующие динамику ■К>-товыиьетання Хла и Хлв, определяющие состояние комплексов РП ОС и СХЕК. Наибольшей устойчивостью обладает СХБК, наибольшей чувствительностью - рд «311. Полное выцветание ядра iCII наступает черяз 1,5 часа освещения. Степень устойчивости ХБЕ1 следующая: СХБК > РЦ "01 > РЦ 2011.

Представляется важным исследование устойчивости цитатного аппарата хлоропластов ряда реликтовых растений с рая'-л чувСТВИТеЛЫЮСТЫО к СИЛЬНОМУ Пролонгированному OCPeBCiü'JO.' в /^шаиике шиветания Хла отмечается два отрезка прямей с г^у -.nii4h!jm наклоном относительно оси ординат. У устойчив ¡и:; - ßuxu-5 чугсала (счмкшт), Daitae racemosa наклон нйчал1..-;;)''о

іЛв А

І.О

0,5

ЗО 60 ЬО 120 врвиД(

мит

Гис. 6, Динамика фотовыцветания изолирован л ta ХБК, освещенность 100000 лк '

отрезка небольшой, что говорит об устойчивости системы в первые 50-135 мин. освещения. Далее мы наблюдаем излом, и скорость выцветания критически падает. Вероятно, это время соответствует резкому подавлению фотохимической активности хлоропласт ов. что сопровождается "лавинообразным фотовыцветанием" Хла. Динамика выцветания Хлв в хлоропластах устойчивых видов носит монотонный характер, причем в первые несколько минут скорость значительно выше, затем, уменьшаясь, стабилизируется. У трех других еидов реликтов - Porrotia pérsica (железное дерево), Platanus orientalls (восточный чинар), Darías hvrc-ana (даная гирканская) фотоустойчивость хло pon ластов значительно ниже, здесь наблюдается высокая скорость выц-петания Хлв, Как правило, кинетика фотовыцветания Хда и Хлв у этих растений носит двухкомпонентный характер. Для устойчивых видов характерна низкая скорость выцветания пигментов в первые 60-135 мин., затем скорость выцветания возрастает. Для чувствительных видов динамика выцветания пигментов также дв/хкомпонентна, ко возрастание скорости выцветания равно ICi-ló минутам освещения. Предполагаем, что различная фотоус-тсйчиеость к освещению хлоропластов является свойством вида, а не результатом условий их выделения. ;

. 'Устойчивость отделыiJodm Хл хорош демонстрируется спектрами ПОГЛСЕЭНИЯ, 2-ми производными спектров .поглощения ХЕК. П?ВД ХБК констатирует наличие Хлч663.673,682,690 км. Сильно подвергается выцветанию Хлаб&З и 690 им, в меньшей степени - Хлаб73 и 688 км. Преимущественное выцветание длинноволновых форм наблюдается и в комплексе РЦ ÍC¡ I. Через 30 мин. освещения отмечено резкое выцветание в области ХлабЗЗ и 690 нм. а более коротковолновые формы менее фоточувствительны. Иная картина у СХБК. Здесь в первую очередь выцвет ант ХЛабйЗ и ХлаббО нм, длинноволновые и основные формы - Хла705, )йа570 и нм более устойчивы и изменяются незначительно в процессе освещения.

Анализ спектров Фл (рис. 7) однозначно характеризует длинноволновые интенсивно флуоресцирующие центры ÍI7QQ ХЕК и комплекс ядра ФС1I как фоточувствитёльные и разрушающиеся ' в Процессе освещения. Спектр Q3 СЖг ПОД влиянием OO-tí^OmU та!с.ке рйз;-о меняется, в основном за счет флуореециругао"'| полосы при 0S? ич. Мало изменяется слабая дликиоволнозад иол;."1

Рис. 7. Спектры флуоресценции JŒK Тіїлатоі'дор агошгга

- Z7 -

ta, под влиянием освещения она лишь несколько уменьшается. Можно полагать, что в ЛБК соответствующих РД основным механизмом защиты от фотоъыцветанил служит миграция энергии на длинноволновые формы Xi. Подобный механизм, по-видимому, не действует в СХБК. Здесь наблюдается равномерное выцветание нат*;вных форм, поглодакжих в основном в коротковолновой области спектра поглощения Хд. хотя длинноволновые формы достаточно хорошо представлены в СХБК. Возможно, взаимодействуя с Fit в тилзкокдах, длинноволноЕые формы в СХБК являются теми формами, на которые в конечном счете мигрирует избыточная энергия с птдантной антенны РЦ, обусловливая эффективную Фл длинноволновой области спектра в хлоропластад.

Фотодеструкция изолированных ЯБК, полученных с помощью ионообменной хроматографии, и состояние их после фотовоздействия представлено на рис. S, А. Б отличие от двух других выделенных комплексов, ХБК1 представлен тремя субъедюшцами с разной злектрофоретическоЯ подвижностью. Анализ электрофорег-ра;лм j-казывает на его слокньгй характер, что подтверждается результат;:.*« наких исследований по вторичному электрофорезу Ж1 CtOSKj. Данный комплекс соотнесен ,чами с комплексами, соответствующими ядру РЦ CCi с м. м. 110 и 68 кЛа. Длительное освещение комплексов оСычяо сопровождается выцветанием пигментов и не кото рш изменением подьижнооти зон на ..элэкгрсфо-реграмме. Так, трехчасовое освещение CPia показало уиенывение содерл^шия Хл в зоне 2 и 3 субъедияни я возрастание в зоне LHC. С1чектро1ореграмма ХВК РЦ 2CII характеризуется интенсивным пиком своего комплекса и наличием двух субъединиц, принадлежащих СХВК, Световое воздействие резко уменьшает интенсивность пика СРа, приводит к появлению незначительного пика с мэньяим Rf, к двухкратному уменьшению второй субъсхш-ици СХБК и появлению плепа на левом склоне 1 субъёдинииы лого комлдата, CffiK загрязнен комплексами РЦ, состоот из Î « пиков, последний из которых имеет двухкомпонентный характер. Оевеокние прКЕодит к исчезновению олигомерной СУбге,"1'Г!Ч:Х» и появлению более нятгнеиышх лидера и мономера Электгсфорет:*-чес кий анализ (табл.4) показал, ото:' при освещении ХЕК! фото-выметан:*!-! подвергается Ф:гта СРа, сслрсвсждаюЕЦрея узн^^ьи;^ m у M СИ и возрастанием доли свободного при

5Ггр4 <fCf I найлкгдатся быстрое вкиштаки-■ Cf.".;

гз -

Рис.8. СуСъеДиничный (А) и гкшшептвдныП . (Б) составы изолированных ХБК хлорсплзсгов игл мата ■ 1 ■■ Контроль: 2 - освещенность 100000 лк

Таблица А.

вменение соотношений различных электро-4ореткческих фракций при фотодеструкции

РЦ ДС1 РЦ 4СЗI СХБК

Варианты ло после до после до после

осве- осве- ОСЕЙ- осве- ссве- осве-

пкния тения шения щения шения шения

Олкгомер/мэномер С.17 0,17 2.29 0,29 0.94 0,35

ГР А.'СР. 0,44 1,23 0.76 3,66 0,63 0.77

случае СХГА резкому ь¡»цветалию подвергается олигомерная -UljH ¿имериая -¡-H¿- а мономер -Lrf¡ устойчив.

. Анализ псхжентидногс состава комплексом,; представ ленного на рис. 8, Б, показал, что полипептиды ХБК1. вклшчахше 110, 70, 32, 31, 19, 14.кДа бели:*, при фотовоздействии изменяются незначительно, в основном за счет уменьшения компонента 70 кЛа и возрастания доли белков в области 30-40 кДа. fto-ляпептидныЯ состав СХБК, включающий три' группы белков. -33- 25 кДа, 55-21 tía и 34-25 кДа из iía-лдой субъединицы CXüft, различается по устойчивости. Уменьшается содержание белков го. 60. 30 кДа и, ъ меньшей степени, полипептидов 23-27 кДа.' При 'освещении ядра ФЛ Г быстро выцветает СРа, при этом содержание группч белков 35-28 кЯа снижается, особенно полипептида £й кЛа, представляющего собой Д^-протеин.

Принципиальным вопросом разработки С покатал:: ти ч.ло iCi х систем является кинетическая стабильность энеproпреобразующих (fOToonHTэтических струетур. В свете сказанного иснодьгсз. ние в качестве стабилизатора ХБК водного экстракта реликтт-си'э растени-1 - 1)агкче rnce аоза, давиего ранее положит злы л-й г^гм? стабилизации на шлих хлоре пластах {Гасанов, 12)-;'). t-ot br,<í-.

Как вили;.!, при фотовоздействии Kjt.'n.,.t-.v. Г ' :"4

выцветает через 90 мин. , FU iOII - 45 мин., ОХЕК * 1С5 мин. Анализ последовательности вшьетании Хя в изолированных ХБК не характерен для последовательности выцветания пигментов в изолированных хлоропласта*. Стабилизация комплексов ?Х экстрактом. приготовленным из "листьев" Danaa race низа, имеет положительный эффект. Воздействие экстракта продлевает в условиях действия "света нативность Хл в РЦ TCI на 3 часа, в ядре 4CII на 1,5 часа, СХБК - 2.5 часа По всей видимости, экстракт содержит вещества антиокиолительной природы, что обеспечивает стабилизирующий эффект (1990). Небезынтересно было сравнить защитный- зффект экстракта "листьев" еще одного реликта - иглицы. Существенное отличие защитного эффекта экстракта из ■ "листьев" иглицы от экстракта из "листьев" Danae гасemosa заключается в воздействии на СХЕК. Эффект защити лучше наблюдать при рассмотрении изменения величины отношения различных комплексов. Экстракт из иглицы изменяет в определенной степени величину отношений И/П1 комплексов после освещения, что говорит о защитном эффекте экстракта на состояние олигомера. Это проявляется и в резком увеличении отношений 1MII/IV И'поддержании его на уровне контроля. Определенные отличия в эффективности и направленности защитного эффекта стабилизаторов говорят о несколько отличавдзьгся составе экстрактов этих реликтовых растений. По всей видимости, в составе экстракта из "листьев" иглицы содержится большее количество модификаторов белков, способствующих увеличению контактных участков, цементирующих олигомерные, димернне формы СХБК. Полученные результаты позволяют предположить наличие более совершенного аппарата защити у этих растений по сравнению с классическими источниками пластид, обычно шшльзуемыми в исследованиях.

Заключение

Известно, что весь Хл в хлоролластах связан с белками. Еще в ранних работах по устойчивости Хл оперировали так называемым "индексом устойчивости" его связи с белком, говоря о прочно связанном пигменте, В современном понимании смысл рассуждать о различных молекулах пигмента,'связанных с разными полипептидами 'в отдельных ХЕК. Три таких комплекса, вместе с их димерными и олигомерными формами, связывают весь

Хл тилакоидов. 13 связи с этим предметом наших исследовании являлось рассмотрение проблемы устойчивости Xi к экстремальная .{акторам с точки зрения наличия разных ПЕК. Поставленную задачу - выявление особенностей повреждения тилакоидпой мембраны ш попытались решить путем исследования повреждения ПЕК в натиьной мембране, с одной стороны, и на изолированном УЖ ' с другой. Полагая, что кинетика процесса выцветания различных форм Хл, состояние комплексon и полипептидный спектр фотон реобразу 1Ш1 х мембран могут явиться корректными показателями устойчивости ПЕК, мы провели детальные исследования спектров поглощения и кинетики изменения состояния Хл. состава мембран в отношении хлорофиллеодержащих комплексов, а также анализ полипептидного спектра комплексов в процессе экстремальных воздействий.

Установлены Зормы Хча (662,670,678.682 нм;, в большей степени реагирующие на водный стресс. Ответная реакция проростков пикшщи на действие обезвоживания выражена в виде изменений спектра по амплитуде и длине волны - "сприпг" эффект. Степень проявления ее коррелирует с уровнем засухоустойчивости сорта и силы воздействия обезведивания. Анализ изменения нативкого состояния изолированных * ХЕК хлоропластов пшеницы отметил относительную устойчивость ХБК1 и чувствительность СХЗК к стрессовым воздействиям. Водный стресс подавляет образование ХЕК, относящихся к РЦ 0CI и ОС! I. Наиболее чувствительным является биосинтез алабоагрегированных форм хл, включающихся в состав антенн ядер обеих фотосистем и образование димэра СХБК.

Существенными кажутся и изменения в спектрах низкотемпературной Фл Хл при понижении температуры Как правило, изменяется соотношение основных полос Фл. что, ло-видимему. связано с увеличением доли мономерных форм Хя. Эти данные хорошо подтверждается анализом состояния ПЕК тилакоидов; низкие температуры способствуют преимущественному образование моно мерных ПЕК, при нормальной температуре преобладают олигемерные комплексы. Эсзможно, что данное явление есть результат оправленного синтеза. Как показано'< Murata et al.. 1976). уменьшение урозня транс -16; 1 кислот в ФосФа? ;шигл:и (vw при энсэккх температурах коррелирует1 со сшвгением вместе с vy и олигомерными формами, сей^гыкгг к-гь

олигоме рн ый/мономе рный СХБК. Можно предположить, что способность к уменьшению этих фосфагидилглицеридов и, глк следствие, возрастание доли мономерных форм ХЕК являются одним из проявлений молекулярного механизма адаптации растений к пониженной температуре. Ко. видимо, ото не единственный механизм, приводящий растения к возможности выдерживания критических температур. Так, показано (Pike, Berry, 1979), что уровень адаптационной способности растений коррелирует с увеличением отношения липид: белок в 2 рзза и отношения липИД: Хл з 1,4 раза в мембранах листа под влиянием низких температур. Однако, независимо от механизма адаптации растений к пониженным температурам. в них под влиянием температуры происходят значительные изменения в молекулярной организации ХБК.

Как целая структурная единица, ЛБК в тилакоидах отличается чувствительностью к свету. Кинетика процесса фотовыцветания Ха в хлоропластах л изолированных ХЕК носит мультиэкс-поненииальный характер. Наиболее чувствительным является комплекс РЯ WII, в то* время как С ХБК устойчив, что может быть обусловлено наличием в комплексе Хлв и различными функциями этих комплексов. Ассоциаты комплексов значительно менее устойчивы. чем мономеры. .Приемлемо представление о том. что евет приводит к диссоциации комплексов, и последнее есть начало процесса фотодеструкции, завершащееся выцветанием молекул пигментов. Более устойчив полипептидный состав комплексов. Еместе с тем пслипептиды с большой м. м. имеют тенденцию к неісоторому уменьшению суммарного их количества в процессе деструкции. В ядре <10JI такая тенденция не наблюдается, но уменьшается содержание 3£ кДа полипептида. Возможно, что в ФСП это белок Досланные индукции Фл).

Как известно. ПЕК тилакоидов представлены Ьлнгомернымк, димерными и шномерными формами. Стрессовые факторы - высокая и пониженная температура, водный дефицит, высокая инсоляция также приводят к изменению отношения олигомер/мономер. Это указывает на то, что мономеризация комплексоводин из совокупных процессов, определяющих адаптационные способности (о-госинтетического аппарата растительной клетки. В то же время трудно представить, что увеличение мономеров комплексов при стрессах может явиться прелюдией устойчивости растений, boлее приемлемо представление о том, что провоцируется диссоциация

Солее агрегированных комплексов и образование мономерных йорм, которые по своим характеристикам более устойчивы к экстремальным факторам. Более длительное или сильное воздействие стрессовых Лекторов может привести к деструктивным процессам, завершашимся выцветанием молекул пигментов. Например, фото-кндуиированное повреждение СЖК приводит к уменьшению на электрофоре грамме полос соответствуших СР1а и СР1. Аналогичная картина наблюдается и при анализе фотоповреждения РЦ

теп.

Вопрос о механизме устойчивости фотосинтетических мембран к различным стрессовым факторам самым непосредственным образом связан с пробдешй защиты энергопреобразуюших мембран при использовании их в технологических системах. На тилакои-дэх (Гасанов и др., 1384) и изолированных ХБЯ (Курбанова и др., 19&Э) показаны условия повышения устойчивости мембран к фотоиндуцированному повреждению, что открывает возможность белее эффективного использования этих мембран при технологических разработках.

В Ы В О' Л Ы

'1. Комплексные исследования действия различных стрессовых факторов - дефицит воды, пониженные температуры и сильный свет - на фотосинтетический аппарат растечий впервые позволили выязить области повреждения, характерные как для всех типов стресса, так и специфичные для каждого из действующих факторов.

2. Исследования действия водного дефицита ка фотосинге-тический аппарат покэзапи, что:

а) воз тикают нарушения кислород-выделяющей системы, которые. как это следует из световых кривых и кинетики выделения кислорода, связаны с повреждением структур, ответственных за фотохимическую стадию фотосинтеза;

6} отвэтнат реа)сция пигментного аппарата проявляется » виде изменений спектра поглощения по амплитуде и по длине волны - "елринг" э4фект, степень проявлений которого коррелирует с уровнем засухоустойчивости растений и силой воздействия экстремального фактора и связана с различней чувствительность» форм Хлорофилла к стрессу;

в) в процессе эчленения проростков в условиях стресса происходит neре (гаспределеиие соотношения основних полос флуоресценции и ускорение форми[ования центров, ответственных за длинноволновую флуоресценцию:

г) происходит разобщение реакционного центра SCII с первичным акцептором и повреждение донорной стороны ÎOII, а также ухудшение условий переноса энергии от ІСІІ к ÎOI*,

д) стресс подавляет образование хлорофилл-белковых комплексов. относящихся к ядрам ICI и <ГСП, снижает скорость биосинтеза сдабоагрегированнш форм хлорофилла в составе лнтешш реакционных центров SOI и ФСП. полностью подавляет образование димера светособирающего Хла/в - белков о ['о комплекса;

е) процесс синтеза хлорофилла подавляется на этапах образования протохлорофилла и перестройки хлорофилл-белковых комплексов, что связано как о возрастанием переноса энергии на длинноволновые формы хлорофилла, так и с усиленном синтеза агрегированных форм хлорофилла и, вероятно, необходимо для: !) зашиты чувствительной к стрессу 1СП от Фотодеетрукции и 2) усиления активности реакций JCi с условиях стресса.

3. На основании сравнительных исследований тилакоидных мембран различных по заморозкостойкоети сортов растений при пониженных температурах выявлено, что:

а) происходит преимущественное преобразование модамерных флуоресцирующих центров, наиболее сильно проявляющееся в молодых листьях менее заморозкостойких сортов растений;

б) растения, обладающие больней заморозкоетоякостью, характеризуются большей устойчивостью параметров замедленной флуоресценции и проявляют большую восстановительную способность: компоненты замедленной флуоресценции, хзріїктеризущие электрохимический градиент протоное, наиболее чувствительны к понижению температуры среды;

в) устойчивость к стрессу обуславливается меньшей амплл- ■ тудой колебаний всех исследуемых Фотосинтетических параметров,- меньшей их реактивностью, что определяет стабильность Фотосинтетических функций;

г) возрастает доля мономерных форм светособирающего хлорофилл а/в-белкового и ІТ700Хла-белкового комплексов, обусловленная, вероятно, формированием характерного липидного окружения;

д) полипептидшй состав характеризуется значительной • консервативностью;

е) более высокая стабильность мембранной системы хлороп-ластов в условиях стресса обуславливается большей устойчивостью пигмент-белкового и белок-белкового взаимодействия хлорофилл-белковых комплексов тилакоидов;

ж) величина соотношения олигомерных и ыономерних форм светособираших хлорофилл а/в-белковых комплексов тилакоидов, а также показатель соотношения полос в низкотемпературных спектрах Флуоресценции, суммарная интенсивность быстрой и медленной фаз нарастания замедленной флуоресценции могут использоваться для разработки чувствительных и информативным методов диагностики растений при изменении температуры окружающей среды.

4. Исследование Фотоповреждения фотосинтетических структур показало, что:

а) кинзгика фогоиндуцироззкного выцветания Хла и Хяв в мембранах изолированных пигмент-белковых комплексов^ соответ-сувуйшях светособираадему Хла/з-белковому комплексу, П?00-Хла-белковому комплексу и комплексу ядра фотосистемы II, носит мультиэкспоненциальннй характер;* '

'б) фотоустойчивость хлорофилл-белков ых комплексов но степени выцветания хлорофилла следующая; СХБК > 1Г7С0-Хла-Ш > ядро '1СП. Наименьшей устойчивостью к выцчетани» в И700-Хла-БК и ядре йС11 обладают агрегаты в антеннах, а в СХБГС - основные формы хлорофилла, в ХШ и ЖКЦ основным механизмом *зааиты от фотовьиветаний предполагается миграция энергии на длинноволновые Формы хлорофилла;

в) олигемерные и частично димерные азеоциаты хлорофилл-белковых комплексов В процессе фот О индуцирован НО ГО ШЁ-режаения распадаются до мсномерных форм, фотоаовреждение приводит в УБК1 к уменьшению с?1а и СИ, в ядре ФС-одигомера -СРа, в СХЕК -Ш1и иу

Г) состав полипептидов пигмент-белковых комплексов кс!|-сервативен и при фотовоздейстьии лишь незначительно подвергается модификации, детергентами: в ХБК1 наблюдается некоторое уменьшение 70 кДа и увгличс-ние 30-40 кДа полипептидов, в я^ 1С] I уменьшается,содержание £3-35 кДа и особенно 32 кДа р полипептидов-

- ofc> -

Д) "ВОДОраСТБОрИМШ! флктор", выделенный из листьев реликтовых растений Оапае racemosa и Rhscus {ьугсапа. стабилизирует и эавуЁает хлорофилл от выцветания не только в хлоропласта*. но и в хлорофилл-белковых комплексах;

е) хлоропласты релкктовых растений обладает сысокоя устойчивостью пигментного аппарата к сильному освещению. Кинетика выцветания хлорофиллов реликтовых имеет двухкомплектный характер: хлоропласта устойчивых растений характеризуется вязкой скоростью выцветания и большей продолжительностью первого компонента, хлоропласты растений, чувствительных к сье-ту. характеризуется высокой начальной сксроетыо выцветания к неимей скорость» второго компонента.

5. совокупность полученных результатов впервые позволила яшвинуть юлошние о значении фотосинтетического аппарата в стрессоако условиях как ключевого фактора, определяющего устойчивость растений. Установлено, что ведукы роль фотосинте-тмческого аппарата обуславливается поведением пигмент-белко-' иш комиепсов; устойчивость которых, в первую очередь, нарушается при всех исследованных стрессовых ситуациях, чувствительность» кислород-вывеиюией системы хлороплзетов и уязвимость» яроцесса формфовашш фотосинтетнческих структур. Ш cvraen, что разработка способов стабилизации фотосивтетмчес-даго аппарата iew в основе способов посшешш устойчивости мим растеяий к стрессовым факторам.

6. Ркэультт! могут служить основой для разработки методов urCopa культур с устойчивым фотосинтетичесхим аппаратом с целью соирак-ниа сроков селекции при геветическвд иеследова-ны1. а тага» для диагностики и прогнозирования поведения растений в стрессовых ситуациях, что позволит шдойто к проблеме ущшунм метаболизма« растении путям создания соответ-ствушях условий для Ьвгопрмитного перенесения стресса.

Результаты диссертации изложены в сдряушях публикациях:

1. Gasanov R, А. , Alié v. Z. Sh., Gasancftan R.M. . Kurbanova 1, M.

Stabilization of pbotosyrithet ic membranes in vitro. // Proc, L'.d Int . Cor¡gr. Enerey Use Management, Abstr, Berlin. 1931, p. 180.

2. Курбапова (IM. it др.- Состояние хлорофилл-белковых комплек-

сов при водном дефиците. // Бсесоиэн. конф. "Проблемы и пути повышения устойчивости растений к болезням и экстремальным условиям среды в связи с задачами селекции". Тез. научн. сообщ., Ленинград, ВИР. 1981, 1, с. 45.

3. Курбанова Я Е . Зайцева Т. А. Нормирование хлорофилл-белко-

вых комплексов в условиях мнгибарования Фотоинлуниревак но го переноса электронов (<1ПЭ). // 1 Всесокен. физ. съезд, тез. научн. сообвд., Москва, 1932, 1, е.311.

4. Курбанова И. М., Гасанов Р. А. и др. Композиция хлорофилла

ка разных этапах формирования хлорофилл-белковых комплексов (XEKJ. У/ I Всесокзн. биофизич. съезд, тез. научя. сообщ., Москва, 1982, 1. с. 312.

5. їйфбанова Я М , Гасаноз Р, А. Действие дерифата-160 на хло-

рофіл-белковый комплекс фотосистемы I, // Конф. по проблеме "їнзиол. и бисх. раст.матер, научн. еообв., Баку, 1982, с. 21.

6. Курбанова И. ¡vi. и др. Сотодеструкшш изолированных мембран

и хлорофилл-белковых комплексов хлоропластов. // Все-союзн. конф. "Молекулярные" механизмы биологического действия оптического излучения", ТУЗ. докл., Ялта, 138Í. с. 35, * .

?. КУрбаггога ЛИ . Еайрашва O.A.. Гасанов P.A. Энергообеспечение - сборки хлорофилл-белковых комплексов (ХВК) и мембранной структуры хлоропластов пеєниіш, // Кзвестм АН Азерй., сер.биол.. 1S84, 1. 0.15-21. 8, Курбанова Itf.t и др. 'ío ротирован и і? хлорофилл-белковых комт-леїгеов і; процессе зеленения проростков пшеницы в усло-t-;;:í>; кфіщета ео^ы. ! / 4«э:юд. и биохьм. культ, рзс-т. , r^-f. е-їукока іуиа, 10S7, т.гЭ. 4, с. 342-34?. . .

9. Курганова ИМ. и др. Фотоповреждение хлорофилла в изолиро-

ванных тилакондад и хлорофилл- белксвш комплексах. //, V Всесоюзн. биохим. съезд, теэ, научн.еообш., Киев, 198с~ Г. 3. с. 80.

10. Kurbanova I. Developr*-i*it of chloropfty 1 1 - prol^ і n coup 1 exes

during .«heat seedHrvgs ггеепіпе at vater deficiency, // IV Internat. Synp. on Plant Growth fiegul., Parmovo, Bulgaria, 1986. p.3. * ll. Kurbanova 1.11 Photosvntet і с membrane formation in wheat seedlings under water deficit. // Interfiat. Synp. on Mineral Hutr. and Photosynthesis, Varna. Bulgaria.

1987, p. 27.

12. Курганова H. M., Гаянева P. А. и др. Роль хлорофилла в фор-

жрогаюа хлорофш-Оелкових комплексов. // Кг вести* АН АзерС.. сер. биах., 1967, 5, с. 11-20.

13.Kurbanova I.U. Chlorophyll-protein coeples of wheat chloroplssts under water <fcf iciency. // Internal. Зуар. ' on kfinefal Kut'r. and Photosynthesis 87. Sofia, Bultra-ria. 1988. v.2. p.53-57.

lCGasanov R.A.", Kurbanova I.U., Bairaraova a A.. Ganieva R.A. Евзпсіїуап R. M.. Kurdov & A., Dadasheva S. ft Principles of protoGyn'hetlc ЖівЬтапе asse»blace in (freer» plants. // Internat. Syip- on Mineral Nutr. and Photosynthesis 87. Sofia, 1988. v.2. p. 5-1415. Яурбэаова К. К . Заркуа М. Э. Исследование замедленной флуо-ресцеышм листьев лпмояа в сьяэи с устойчивостью к эа-марсэкам. // Взвестля АН Аэ&рй., тер. блаж. , 1968. 1, С. 2У-35.

1Є. Зарита It 3., х. И. Использование метола эаиедлев-

жЛ фдоресценшш дія анализа устойчивости листьев m-мсаа it шюизенаи* температура* // Нэвестяя АН Грузки.

1988, 2. с. 47-50.

17.3ар«уа М.З.» Куі£<іно&а К. R молекулярній мезашші адзата-гш раєте тої к /юнхжнкш температурам. // Коиф. "Ifeia-■шш ригуїядяя я фувтлзнирсйіиия бтюгичеекя* смс-тем и «етада шшзучеиш", тез. каучя. сооое, , Казань, ЛШЩ. ЛЖ®."

18. Дадашева С. Б.. КурОанова И. м. Характеристика изолированны*

пигмент-белковых комплексов тилакоидов в норме и при светозависимом выцветании хлорофилла. // Конф. "Механизмы регуляции и функционирования биологических систем и методы их изучения", тез. научн. сообщ,. Казань, КФАН, 1983.

19. Заркуа М.З., Курганова Я М Хлорофилл-белковые комплексы

мембран хлорог ластов лимона в условиях пониженных температур. // Всесоюзн. конф. "Структурная динамика биологических мембран и ее роль в регуляции фотобиологических и рецепторних процессов". Тез. научн. сообщ , Минск, 1988.

20. Гасанов Р. А., Курбанова И, М, и др. Принципы сборки фото-

синтетических мембран зеленых растений. // фиэиол. и биох. культ, раст. , Киев. Наукова думка, т.20, 1988, 4, с. 315-326.

21.Kurbanova J. М. , Gasanov R, A. Molecular and functional organization of thylakoids and stress. // 6th Congr.of FTOFR, Split, Yugoslavia, 1983.

• 22. Dadasheva S.R, Kurbanova !. M. Gasanov R. A. Photodestrue-. tton of isolated chlorophyll-protein complexes of thylakoids. // XXV jubilee conf. and syrnp. "Invest і cat і ons. of biogenesis, structure and function of the photosyn-thetic apparatus in connection with solar energy conversion". Touiboukhin, Bulgaria, 1938, p.21,

23.Zarkua M."L , Kurfcanova 1-М. Chlorophyll-protein complexes of lenon chloroplast .■nembranes at low temperature con ditions. // XXV' Jtibiiee symposium on photosynthesis research. Toulbukhin, Bulgaria* 1938, p. 22.

24. Курбанова И. М., Дадашева С. E, ГасановР.А. Защита мембран

хлоропласте в. осуществляющих фотохимический процесс.// Всесотзн. конф. "Преобразование световой энергии в ¿»тс-синтетических системах и моделях", тез. научн. сооСк., Пущине, 1939, с. 45.

25. Д:ідояева С. В., КурОанова И. М. , Гасансв Р. А. Тотод ест рука кя

хлорофилла в кзолирог-анных пигмент-белковых к^мплеке-х ТИЛІІ'с/дов. // Ив sec тік АН Азерб. , сер. 6 иол,, 1УШ, 5, с. ЗО-Зі.

£6. КурСанова И. il Молекулярно-Функциональные повреждения фотосинтетического аппарата высших растений при различных стрессах. // II съезд ВОФР, Минск, 1990.

27, Еайрамова С. А., Курбанова И. м. Структурные изменения фото-

синтетического аппарата при водном дефиците, // II съезд ВОФР, Минск, 1990.

28. Курбанова И. М., Махмудов Ш. л., Гасанов Р. А,. (Сврхадсва

M. Т; функциональное состояние фотосинтетических мембран при водном дефиците. // Известия АН Азерб., сер. биол. . 1991, H 3-4, С. 11-15. £9, Kurbanova I.M. ,' Dadasheva S. В. . Gasanov H. A. Photodestruc-lion of isolated chlorophyll-protein complexes. // 6th European bioenereetics conf.. Amsterdam, Netherlands, 1990, p. 33.

30. Kurbanova 1. M., Dadashev3 S. B., Gasanov R. A. Photodestruc-

tion of isolated chlorophyll-protein complexes (CPC) and their apoproteins. // 20th FEB3 Meeting, Budapest, Hungary; 1990.'p. 36.

31. Oadasheva S. B. , Kurbanova !. M. , Varfclomeev S. D, . Gasanov

R.A. Pholodestruction of isolated chlorophyll-protein complexes of thylakoids. // Photosynthetika, 1990, 2. ... p. 280-282.

32. Guseinova M. K., Kurbanova I. M. , Kurdov B. A. , Maroedov T. G.

Role of phytochrome in the formation of ljgbtharvest-ing chlorophyll-protein complex CLHPC) of wheat chlo-roplasts. // Symp. "Biochemical Genetic of plants", Sofia, Bulearia, 1991, p. 54.

33.Kurbanova I.M., Gasanov R.A. Photodestruction of integral protfeins in energytranst'ormine membranes. // X Ulusal biykimiya konp., Izmir, Turk)ye, 1991. p. 93.

34. КурбаноВа И. M. состояние Фотосинтетического аппарата выс-

ших растений при экстремальных воздействиях. // Материалы ■ научно-практической конференции по экология, Баку, 1992.

¿■т^с

Подписано к печати 26.М.92, Заказ 522, Тираж 120.

Типография АН Азербайджана

Бесплатно.

ЛЗЭРБЛШЛН ЕЛМЛЭР АКАДЕМШАСЫ НЭБАТАТ ИНСТИТУТУ

Эл^азмасы Ьугугунда УДК 581.132: 581.132.03/07.

ГУРБАНОВА ИННА МУСА ГЫЗЫ

БИТКИЛЭРИН ФОТОСИНТЕТИК АППАРАТЫНЫН ЕКСТРЕМАЛ ФАКТОРЛАРА АДАПТАСИМСЫНЫН МОЛЕКУЛЛАР ЭСАСЛАРЫ

03.00.12—Битки физиолоки^асы

Биолом1]а елмлэри доктору алимлик дэрэчэси Е.^маг уч\к тэгднм «днлмиш диссерга«фмын

АВТОРЕФЕРАТЫ Бакы — 1992