Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Нелинейные регуляторные процессы в фотосинтезе высших растений

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Нелинейные регуляторные процессы в фотосинтезе высших растений"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, //¿^

ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ /

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

АГ/////

На правах рукописи УДК 577.3

КАРАВАЕВ Владимир Александрович

НЕЛИНЕЙНЫЕ РЕГУЛЯТОРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ФОТОСИНТЕЗЕ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

03.00.02 — биофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

МОСКВА — 1990

Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Л. М. Жаботинский;

доктор химических паук Г. Г. Комиссаров;

доктор физико-математических наук К. В. Шайтан.

Ведущая организация: Институт почвоведения и фотосинтеза АН СССР (г. Пущнно).

Защита состоится « » 1990 г. в час.

на заседании Специализированного совета Д053.05.53 по биофизике при МГУ по адресу: 199899, Москва, Ленинские горы, МГУ, биологический факультет, аудитория

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан « » 1990 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ростанорка проблемы, её актуальность.

Структурно-Функциональная саморегуляция является важнейшим )йстбом-всех биологических систем. Регуляторные механизмы опреде-ут способность системы обеспечить устойчивость основных процес-з, а также адаптироваться к изменению внешних условий с сохране-гм основных функций. Установление главных звеньев регуляторных шмодействий и их количественное описание, основанное на изучения шческих механизмов отдельных стадий, позволяет осуществлять на-1Вленное воздействие на те или иные функциональные характеристики :темы к представляет собой важную и актуальную задачу.

Регуляторные механизмы могут быть связаны как с особенностями ?анизации самой системы /наличие циклов, обратных реакций и т.п./, с и с кинетикой взаимодействия компонентов /одновременное участив агентов в быстрых и медленных стадиях/. Следует также иметь в ея, что биологичесие системы являются, как правило, открытыми и су-зтвенно неравновесными; они взаимодействуют с друтшли структурно-шшоналышли образованиями. Всё это приводит к существенно нели-!ному изменения характеристик .системы в ответ на изменение внея-с условий. Есть основания полагать, что именно нелинейность регу-•орных процессов, а зачастую а пороговый их характер определяют >вень регуляции, присущий данной системе. Сложность струхтурно-шциопальной организации биологических систен выдвигает во главу га, помимо чисто биофизических методов их изучення, и математичес-! методы, в частности, математическое моделирование. Иатематгчес-[ модель системы, основанная на понимании физических принципов ев жционированая, позволяет вычленить наиболее существенные регуля->ные процесса, дать их количественное описаяяв и поручить, таим >азом, данные, которые можно использовать в дальней®ем для неправ-

- 2 -

ленного воздействия на биологическую систему. Удобным объектом дл такого рода исследований является фотосинтетическая система. Она наибольшей степени обособлена от других подсистем клетки и шесте тем обладает хорошо выраженной способностью к саморегуляции, прич механизмы регуляторных процессов во многом ещё не получили количе венного описания.

Фотосинтез представляет собой важнейший биоэнергетический пр< цесс, связанный с использованием и преобразованием солнечной энер гии. В настоящее время в основном выяснены состав и организация ф тосиитетического аппарата, а также механизмы отдельных реакций, н, чиная от поглощения квантов и кончая образованием углеводов. Наря; с этим накоплен огромный экспериментальный материал по кинетике т; ких связанных с фотосинтезом процессов, как флуоресценция, окисли-тельно-восстановителъные превращения Р700+, поглощение СО^ и ввде. кие О2. Эти кинетические зависимости, как правило, весьма сложны, в некоторых случаях имеют характер затухающих колебаний. Единой т< ки зрения на природу этих изменений нет. Предполагается, что имею они отражают сложную систему регуляторных механизмов, играющих ва) ную роль в адаптации растений к изменяющимся условиям среды.

Есть и другая сторона данной проблемы. В последние годы во ш гях научных лабораториях мира проводится интенсивное изучение де8< вия различных внешних факторов и, в частности, физиологически акт! них веществ на фотосинтетнческий аппарат растительных объектов. Важную информацию в этом направлении можно получить с использован! ем простого с технической точки зрения метода индукции флуоресценции, который заключается в регистрации индукционных изменений флус ресцеици* листьев растений в различных условиях. Вместе с тек от су ствие однозначное интерпретации кривой индукции ш значительная бхо

- . 3 -

tome екая вариабельность её параметров существенно сдерживают рименение этого метода. Актуальным здесь является понимание фнэи-еских механизмов явления и установление количественных связей еящу параметрами индукции флуоресценции и фотосинтетической ак-ивностью.

Цель я задачи исследования.

Цель работы заключается в количественном изучении регуляторах процессов в одной из важнейших составных частей растительной четки - фотосннтетическок системе. В связи с этим решается зада-з разработки математической модели нелинейной регуляции, которая í, с одной стороны, достаточно детально учитывала особенности све-1Вых и темновых процессов фотосинтеза в отдельности, а с другой,-[исывала их взаимодействие через производство и расходование ДФН и АТФ. В рамках модели изучаются нелинейные регуляторные оцессы, происходящие в фотосинтетическоа. системе в ответ на из-нение внешних условий /интенсивность с?ета, газовый состав сре-/ и даётся интерпретация наблюдаемых в эксперименте кинетических обенностей связанных с фотосинтезом процессов /флуоресценция, глощение COg и выделение 0^. изменение окислительно-восстанови-тьного состояния переносчиков электронов и др./, в том числе peía затухающих колебаний.

В связи с этим актуальным также является теоретическое otnsca-I медленной индукции флуоресценции хлорофилла, нелинейно! зави-юсти иехду флуоресценцией и фотосинтезом > установление количес-ияоа взаимосвязи между параметрам« медленной индукции флуорео-пив к фотосинтетической активностью. Для проверки адекватности рая получении результаты проверяются в экспериментах по шзмерв-медяениой индукции фжуоресценцик ютахтных лясти» в различи их

УСЛОВИЯХ.

Научная новизна и практическое.значение работа.

Диссертационная работа открывает новое научное направление: количественное исследование нелинейных регуляторных откликов слоа пых фотосвитезирующих систем на изменение внешних условий. Вперв! построена теоретическая модель, которая позволила количественно описать механизмы эффективного сопряжения фотофизических, аперго-преобразующих и биохимических стадий. Впервые дано непротиворечивое количественное описание индукционных эффектов в фотосинтезе, включая режим затухающих колебаний, что позволило оценить эффект нув скорость взаимопревращений углеродных соединений в цикла Кал: вина. Полученные результаты позволяют теоретически имитировать взаимодействие сватовых к темковых процессов фотосинтеза в завис; жостк о? состояния системы, моделируя тем самым её отклик на изм нявшиеся внешние условия.

Развитая в работе математическая модель позволила дать опис нка одному из фундаментальных явлений в биофизике фотосинтеза — так называемой медленной индукция флуоресценции фотосинтезирующа объектов, изучаемой во штогих научных лабораториях мира в гачена более 50 лет, но не ииешей количественной интерпретации. Новш ' полученным на атом направленна результатам является установление высокой положительной корреляции иеяяУ относительным тушением фл ресценции и индукционном периода к стационарной скоростью асскш цив С02. Этот результат был полностью подтверждён в ходе эксперв коигальной проверкл. Указанная корреляция била установлена в опь на ентаятиых листьях, находящихся в различных условаях: в прксуг ют ряда гврбицвдов |г аятвоясидантоа, яра поражении возбудителе» стеблевой ржавчины, прк выращяваниз в раздвчных условиях о свело г

Впервые в одних ir тех же экспериментальных условиях, i n vi vo , доследована медленная индукция флуоресценции листьев в зависимости от иирокого круга факторов, что позволило получить новые данные о вкладе рй&йг<йых процессов в индукционные переходы флуоресценции фОтасий!№зи{>угщих объектов. Эти результаты, с одной стороны, имеют фундаментальное значение для понимания механизмов регуляции в сложных ^отосинтезирующих системах, а с другой, - могут служить основой для разработки простых и эффективных методов количественной оценки функциональной активности фотосинтезируюадх объектов ¡n vivo, основанных на регистрации медленной индукции флуоресценции.

Положения, выносимые на защиту.

Г. Совокупность наблюдаемых в эксперименте кинетических особенностей световых и темновых стадий фотосинтеза, включая режим затухающих колебаний, находит объяснение в рамках математической модели, учитывающей производство и расходование НАДИ и АТС и нелинейные регуляторные процессы, происходящие в фотослнтетической системе в ответ на изменение внешних условий.

2,. Имеется положительная: корреляция между относительным тушением флуоресценция интахтных либтьев в ходе медленной индукции флуоресценции и скоростью фотосинтеза /ассимиляции СО^/.

3. Медленная индукция флуоресценции интактных листьев связана с процессами, влияющими на эффективность сопряжения световых и темновых стадий фотосинтеза: циклическим и нециклическим электронными' потоками, изменениями в аденилатной системе, перераспределение)« энергии возбуждения между фотосистемами. Первый пик индукции обусловлен лимитированным оттоком электронов от фотосистемы I.

4. Медленней индукция флуоресценции листьев может быть использована для адекватное количественно! оценки функциональной акпгв-

- б -

кости н изменения функционального состояния интактных фотосинтетических объектов под действием внешних факторов.

Апробация работы,

Материалы диссертации доложены на выездной сессия межфакультетского координационного Совета ИГУ по бвофотонике "Проблемы био-$отохим!ш" /декабрь 1974 г., Пущине/, Всесоюзном совещании "Люминесцентный анализ в медицине и биологии и его аппаратурное обеспечении" /декабрь Г98Х г., Рига/, конференции "Количественный люминесцентной анализ многокомпонентных систем биологически активных веществ" /апрель 1982 г., Ташкент/, I Всесоюзном биофизическом съезде /август 1962 г., Москва/, Всесоюзном совещании по молекулярной люминесценции к её признаниям /октябрь 1982 г.. Хорьков/, Международном симпозиума "Биоконверсня солнечной энергии" /июнь 1983 г.. Путано/, УП Всесоюзной конференции по фотоэнергетике растений /апрель Г984 г., Львов/, Всесоюзной конференция "Устойчивость к неблагоприятным факторам среды и продуктивность растений" /сентябрь 1964 г., Иркутск/, мехфакультетской научно-практической конференции МГУ "Продовольственная программа и проблемы охраны и рационального использования природных ресурсов" /январь 1985 г., Москва/, Всесоюзной конференции "Изменчивость пигментного аппарата •и направленность первичных процессов фотосинтеза в зависимости от факторов среды" /октябрь 1985 г., Чернигов/, П Всесоюзной конференции "Бяоантиоксидант" /май 1986 г., Москва/, У Всесоюзной меяунн-варсктетсхой конференции "Биология клетки" /ноябрь 1987 г., Тбилиси/, П школе-сенинара по биофизике "Физические основы струхтурооб-разованвя и преобразования энергии в биологических системах" /ноябрь 1907 г., Пущиио/, Всесоюзной конференции "Преобразование све-тоьов анергии в Фотосинтезируюдах системах а ах моделях" /июнь

Г989 Г., Пущино/.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 40 статьях в вурналах "Биофизика", "Физиология растений", "Доклада АН СССР", "Вестник МГУ" /сер. фиэ., астр./, "Известия АН СССР" /сер. биол./, "Журнал физической химии", сборниках научных трудов и других издания^.

Структура я объём работы.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и выводов. Зна содержит 415 страниц, включая 105 рисунков.а 16 таблиц. Список гатературн включает 398 ссылок на работы отечественных и зарубея-зых авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОЙ.

Глава Г. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗШЭДЕЙСТВИЯ СВЕТОВЫХ И ТЕМНОВЫХ • ПРОЦЕССОВ ФОТОСИНТЕЗА»

В разделе I.I рассмотрены современные представления о фотосинтезе высших растений. Суммарный процесс фотосинтеза можно разлепить на две взаимосвязанные стадии: световую н темновую. Световая стадия включает поглощение света пигментами и миграцию энергии электронного возбуждения к реакционным центрам /РП/; разделение зарядов в РЦ; перенос электронов по электронно-транспортной цепи ЪТП/ и сопряжённые с ним процессы, приводящие к образованию НАДФН г АТФ. Темновая стадия включает ассшвляцию COg н образование ко-19ЧНЫХ продуктов в реакциях цикла Кальвина. Для нормальной работы цшга необходимы ATS и НАДФН в соотновенва 3:2. Каховы механизгш, )беспечивагагие оптимальное согласование световой а теми о вой стадаЯ Еотоснптеза? Как эти механизмы проявляются в слсяных нелинейных вз-«нениях фотосннтетических характернстих в ответ яа нзаеяеиие вявв-шх факторов? Для ответа яа эти вопросы необходимо использовать те-

- 8 -

оретические схемы и методы математического моделирования'.

В разделе 1.2 вначале приведены общие сведения о нелинейных регуляторнкх процессах в биологии /на примере полиферментных систем/, а затем дан краткий обзор теоретических работ, учитывающих В той или иной мере взаимодействие световой, и темновой стадий фотосинтеза. Отмечено, что модели, описывающие индукционные эффекты в фотосинтезе, либо имеют ограниченную область применения, либо включают ряд искусственных предположений. Так, в модели Лайска, Кя2-лиска формально введён аналог обратной связи между ассимиляцией COg и первичными процессами: "мёртвое время" в срабатывании фотосинтетических центров предполагается зависящим от ассимиляционной ' силы, уменьшаясь по мере её расходования; модель не описывает режима затухающих колебаний и не разделяет влияния на фотосинтез концентраций РБФ, НАДФН и AM. В модели Хользапфеля и Бауэра искусственно введены темновые реакции: отток НАДФН от фотосистемы I /ФС1/ предполагается зависящим от количества синтезированного АТ5; модель описывает медленную индукцию флуоресценции хлорофилла, причём авторы необоснованно допускают линейную связь между интенсивностью флуоресценции и концентрацией акцепторов ФС2 в восстановленном состоянии .

Модель Лайска, Уолхера создана специально для иллюстрации одного из возможных механизмов затухающих колебаний в фотосинтезе. Ядром модели является кругооборот неорганического фосфата, потребляемого при фотофосфорклировании в первичных реакциях я освобождаемого в цитоплазме при синтезе сахарозы. Для получения режима затухающих колебаний авторам пришлось предположить временную задержку в активации синтеза Сахаровы под действием сахарофосфата ■ инактивацию под действием неорганического цитоплазматического фосфата;

- 9 -

аатематически это выражено тем, что скорость реакции синтеза сахарозы определяется значениями концентраций, которые имели место 1520 секунд тому назад.

Таким образом, существующие теоретические работы хотя и описывают ряд известных из эксперимента закономерностей фотосинтеза, эдяако не позволяют дать детального анализа процессов, ответственных за его регуляции. Обратные связи между темновымя иг световыми зроцессалг либо не принимались во внимание, либо вводились достаточно искусственно. Режим затухающих колебаний не надел объяснения, вытекавшего из более обшей модели. При таком подходе, естественно, трудно однозначно интерпретировать весь комплекс сложных переходных эффектов в фотосинтезе, начиная от флуоресценции хлорофилла и кончая ассимиляцией СС^.

В данной работе предпринята попытка дать теоретическое описа-яие совокупности нелинейных регуляторных процессов, обеспечивающих эффективное сопряжение световых и темновых стадий и определяющих немонотонные изменения фэтосиктетических характеристик в ответ на гвменение внешних факторов. При формулировке уравнений была использована модель первичных процессов фотосинтеза, разработанная ранее ^.Кукушкиным с со авт. Анализ модели, в котором принимал участие автор данной работы, показал её широкие возможности для описания ряда кинетических закономерностей /быстрая индукция флуоресценции, сром-переходы флуоресценции фотосинтезирующих объектов и т.п./.

В разделе 1.3 дано описание рассматриваемых процессов /рис,1/. формулировка уравнений и метод их решения.

..Были рассмотрены следующие реакции:

I. Возбуждение к дезактивация молекул пигментов /флуоресцен-иш, тепловая диссипация анергии возбуждения/.

ЧСО о

АГЧ3

(Щ 5?*) 5г

р I2

1 С1 с 3>Р2 к («*

Ьуо

Рис.1. Схема рассматриваемых процессов.

В фотосистема 2

Л/

12 > «2-'—•"2

В фотосистема I

щ + ; ЗГ ^ . /2/

2. Миграция анергкЕ возбувдещщ. между молекулами пигментной катршш одной фотосистемы»

/5/

>

3. Миграция энергии возбуждения на РЦ и обратно в каждой ФС

/4/

Л"., Л"

/V #

+ 5Г .

4. Перенос электронов от возбуждённых РЦ на первичные акцеп-

ори в обратно.^' t>2 ^

В ФС2: S(y +■ Q ■ ' 1 3*2 + Q". /5/

ь-2

В ФС1: ЛГ* + Ф +■ Ф~. /6/

5. Перекос электронов от вода на окисленные РЦ ФС2 /счнтает-5, что доноры электронов присутствуют в избытка/.

А. Л/ tfj-2—

6. Перенос электронов между первичными «адаптерами ФС2 а ягслешшмя РЦ ФСГ

Q-+ Щ —ü— Q + 3fv /а/

7. Циклический транспорт электронов в ФС1; в данном варианте. >дели предполагается, что циклический поток замыкается через пе-!Носчюс Q :

Ф" + q Ф + Q: /э/

8. Окисление компонентов ЭТЦ кислородом /предполагается, что , присутствует в избытке/.

СФ . Q- Q . Л0Д1/

, 9. Фотофо сформирование, сопряяённое о электронная транспор-н: К-г.

1ДФ + Ф„ -i-— АТФ /12/

едполнгалось, что АДФ и Фн присутствуют в избытке, а скорость нтеза АTS зависит от скорости электронного транспорта на донор-3 и акцепторной сторонах ФС2 /см. ниже/.

10. Реакции цикла Кальвина: %

ф- + ДФГК -— ФГА Ф /13/

2 ФГА

Р5Ф + X

/14/

Р5Ф + АТФ

РБФ + АДФ

/15/

РБФ + СО,

КС02 КГ2

2 ФГК

Дб/

'2

КГЗ

ФГК + АК

ДФГК + АДФ

Л?/ 1

«Предложенная модель цикла Кальвина содержит минимальное число реагентов, необходимое для учёта наиболее существенных особенностей его работы: использования восстановленного фотопродукта ф~ /анало; }1АДЯ1/ в реакции с ДФГК; расхода АТФ при 4ос$орилированяи Р5Ф и ФГК. Вход углерода в цикл осуществляется при карбоксилгровакиа РБ< а его выход - в обобщённой, гипотетической реакции 2 ФГА —<—Р5Ф ■ + X. Учтены стехиометрические соотношения между производством и расходованием триоэ и пентоз.

Дифференциальные уравнения формулировали для переменных гг соответствующих концентрациям различных компонентов мо-

дели в определённых состояниях /см. рис Л/:

■Здесь зт * и - РЦ ФСГ я ФС2 соответственно в окисленном состоянии; ф~ и 0" - первичные акцепторы ФС1 и ФС2 соответственно в восстаноаленном состоянии; N1^ к N2- общие числа РЦ ФС1 и ФС2 соот ветственко в рассматриваемой структурной единице /ФСК/. ОдгЕд^' общее число акцепторов электронов ФС2 в С»СЕ; Ер определяет число акцепторов, на которые может происходить перенос электрона от одно-то РЦ ФС2, то есть соответствует ёмкости обобщённого пула переносчиков мекду ФС» Общее число акцепторов ФС1 полагали равным числу

2

О

Щ ФС1 /ь^/. введены такяч образом, что не могут пршш-

«ать значений, больших единицы.

Переменные 25 - соответствуют концентрациям ДФ1Я / 2 с/. 8ГА/г^, Р5Ф /гу, РБФ /Ид/, ФГК /2^/, АТФ /210/, нормированным на общее число первичных акцепторов ФС1 /Ы^/.

Кроме того, рассматривали переменные - Е^: ^

с с -107Й2. с -Ю8^. £ ЧО7^!

Е1"10 М~2' Е2-10 Щ> Ь3-10 щ* Ь«-1иМ1'

Здесь Я"* к ~ м°лв1ЧГлы пигментов ФС1 и ФС2 соответственно в возбуждённом состоянии; Я* к РЦ ФСГ и ФС2 соответственно в возбуждённом состоянии; М^ и ^ - числа светособирающих пигментов 3>СГ и ФС2 соответственно в рассматриваемой структурной единице. Предполагалось, что N-¡АК-^ » N¡/^2 * 0,01.

В связи с формулировкой дифференциальных уравнений для 2^ -2эд и вычислением Е^-Ед необходимо отметить следующие момента.

I. При формулировке уравнений для первичных процессов были использованы вероятностные представления. Предполагалось, что вероятность миграции анергии или переноса электрона от донора на соответствующий шщептор определяется состояниями как донора, так и акцептора, в силу чего дифференциальные уравнения, описывающие взаимодействия между различными компонентами фотосинтезирующей система, имеют нелинейный характер относительно вероятностей нахождения пигментов и РЦ в соответствующих состояниях. Кроме того, было учтено, что возбуждение молекул пигментов может мигрировать не только на близлежащий РЦ, но и на другие активные РЦ - привгаш «ультяцентра-льности ФСЕ. При моделировании процессов злектрянного транспорта было учтено, что восстановленный переносчик 0", включённый в общий пул, отдаёт алейрон нескольким окисленным РЦ ФС1 - это соответст-

- 14 -

вует экспериментальным дангом о пересечении на уровне общего пула переносчиков нескольких цепей электронного транспорта между ОС.

Для перехода от уравнений для вероятностей к уравнениям, содержащим макроскопические величины, то есть концентрации молекул в определённом состоянии, произведено суммирование и усреднение по совокупности молекул одной ФСЕ. Такой переход необходим для обоснованного выбора констант в получаемой системе уравнений, исходя из экспериментальных данных.

Теоретический анализ, основанный на литературных данных а характерных временах первичных процессов фотосинтеза, показал, что поведение переменных В^ - Е4 на начальном интервале времени существенно отличается от поведения переменных Е1 -Н4. Переменные

~ быстР° /за время - 10 с/ достигают квазистационарного состояния и далее изменяются со скоростями того же порядка, что и ZJ - Н4. Это позволило применить к системе дифференциальных уравнений для 23, 24, Е-р В2, Ед, Е4 теорему о малом параметре и получить формулы, по которым - алгебраически выражаются через 2]г — /см. ниже/.

2. При формулировке уравнений для Ъ^г Н4 - акцепторов электронов ФС2 и ФСГ - учтено их окисление молекулярным кислородом; тем самым приняты во внимание псевдоциклический поток электронов в ФС1 в окисление кислородом переносчиков электронов между ФС. Кроме того, введён циклический поток электронов в ФС1 и бимолекулярная реакция с участием /аналог НАДЯ!/ ж ДФГК. Таким образом, моделируется один из каналов взаимодействия световых процессов и цикла Кальвина: отток восстановленных фотопродуктов от ФС1 зависит от содержания в системе ДФГК, которое, в свою очередь, зависит от "состоя-н«я" цккла Кальвина /концентрации интермедиатов, скорости реакций

Т.Д./.

3. В уравнении для 210 /концентрация АТФ/ учитывали прояз-эдство АТО в световой стадии /два пункта сопряжения/ и его расхо-эвание в цикле Кальвина, моделируя тем самым второй канал взаимо-зйствия световых и темновых процессов. Скорость производства АТФ слагали пропорциональной скорости электронного транспорта на дан-зм участке ЭТЦ в данный момент времени. Коэффициенты пропорциона-ьности Рр^ и Ру^ рассматривали как "степени сопряжения" соответ-гвующих электронных потоков и фосфорилирования.

4. Уравнения для концентраций интерцедиатов цикла Кальвина 5 -2д формулировали на основании закона действующих масс, не гитывая, в соображениях простоты, ферментативного характера этих ¡акций. При этом мы исходили из того, что ограничение скоростей акций по концентрациям субстратов получается автоматически за [§т конечного размера пула углерода в цикле. Действительно, в моли заложено равенство "входа" и "выхода" по углероду: при одном ороте цикла "входит" один атом С при ассимиляции одной молекулы 2 и "выходит" один атом С в виде гипотетического соединения I ис.1/. При "включении света" и. достижении стационарного состояния оисходит лишь перераспределение С между интермедиатами цикла с 5том стехиометрических соотношений, так что в любой момент време-

сумма 25 ♦ 2е + 2 27 + 2 26 + 2д остаётся неизменной. Таким разом, ограничения скоростей реакций по 25 -2д определяются ночной максимально возможной концентрацией этих соединений.

С учётом сделанных замечаний была получена следующая система гаиейных дифференциальных уравнений для переменных 2р- 210:

\ 21 = 10 Е0 Е2(21>22)(1 - 22) - ОшЕо2122 - Р22,; /IV

- 16 -

¿22 =10Е2{г,,г2)(1 -г2)-0,в 2,г2- 0,1 Р2223 +

т0.1Р3гА(1-22)-Р02г4 ; /21

¿Г25 = Р1Э 29210 " Р1 /22

^26= Р%гигъ -2Р10г62; /23

Н 2

^27=Р1026 ~Р1127210 >

2а = рп 27210 - Р12 РСо228 ; /25

^Г29=2Р,2РС0 2д - Р|з 2(0 ; /26

дХ 2Ю = РЯ1 Р2 21 * РР2 РЕ02223 ~ Р11 272

где

10 ~

Р13 29 210 ' ^

АС(1-21)-1- [0,1В + 0(1-2,)] Р1В Е02122 21 20,1 ВС1+ВО1Е0(1-22) + ЮО,Е0С(1-21){1-22)

^^(1-23)40,10^,(1-23)] 61В232, 41 3' А ОЛ^О+ОЭ^^ИО^НоИ-ЖзШ-г^

Выражения ддя Б^ и Ед имеют следующий вид:

Р - А*С1Е2 . р - р + г1 ЕА ■ /50 " В + ЮСЦ-г,) ' 3 " ЭЛОН0(1-23) •

Б уравнениях /15-27/ X -1 /Гм . где 1 - время в секундах, - Ю-Зс.

./29,

- Г7 -

Численные значения параметра» выйкраля таким образом, чтобы обеспечить соответствие с характерными временами элементарных процессов и концентрациями- основных интермедиатов. Значения А и Р принимали равными в среднем 0,1, что соответствует поглощение молекулой пигмента одного кванта света в одну секунду, в варьировали в пределах порядка как в большую, так и в меньшую сторону. Параметры В, б, С, Н0, С^. Fi.Di.Gj, 0т, вщ, Р, Р1, Р2, Р3 введены таким образом, что иос единичные значения примерно соответствуют характерным временам рассматриваемых элементарных процессов.

Значения Ру^ и Р^ варьировали в пределах 0,5-1,5, что обеспечивало согласованную работу первичных процессов и цикла Кальвина ао АМ. При этом мы ориентировались на экспериментально наблюдаемые значения Р/2е.

Поскольку константы скорости реакций цикла Кальвина в настоящее время точно не известны, значения Рц^-Г^з можно оценить, добиваясь соответствия расчётных и экспериментальных характерных времён индукционных процессов. Такая оценка, основанная на сопоставлении расчётных и измеренных на опыте значений периода затухающих колебаний фотосинтеза, дана в разделе -2.5 главы 2. При установлении качественных закономерностей индукционных эффектов использовали значения Рцу-Р^з выше оцененных описанным вши способом, что было обусловлено ограниченными возможностями малинного счёта.

Во всех вариантах выбирали нулевые начальные условия для переменки I£ что соответствует полностью восстановленным РЦ ФС1 к ФС2 и полностью окисленным первичным акцепторам обеих «С. При выборе начальных уыовий ддя 15 либо считали» что все интерме-дивты цикла Кальвин* присутствуют г одинаковом количестве /¡¡¡(0) -"О»5» 1 ■ Ь*У, либо учитывали распределение интермедиатов, жости-

- ra -

гаемое после длительного периода темнота: содержание РБФ близко к нулю, содержание ФГК максимально. Начальные значения для Zjq /АТФ/ выбирали или такими же, как для Z 5 - Z g, или, учитывая данные литературы, на порядок большими.

Численное интегрирование системы дифференциальных уравнений /18-27/ проводили на ЭВМ" БЭС*'-6 ВЦ МГУ с использованием стандартной программы метода Робертсона на языке Фортран.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ИНДУКЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК.

В разделах 2.1 и 2.2 приведены результата численных расчётов изменений окислительно-восстановктельнспго состояния РЦ, акцепторов и переносчиков электронов, интенсивности флуоресценции, концентраций интермедиатов цикла Кальвина в зависимости от интенсивности света и степени сопряжения электронного транспорта к фосфорилирова- \ иея /рис.2/. При относительно низкой степени сопряжения /Pjr¡-«0,3; Рр2«0 ,6, кривые I/ в силу нехватки АТФ система переходит в нерабочее состояние: пуды РБФ и АТФ истощаются /Zg и Zjq стремятся к нулю/, акцепторы электронов ф и Q из-за отсутствия оттока электронов от ФСГ при этом полностью восстанавливаются. /Z2, Z4 стремятся к единице/, интенсивность флуоресценции Bj достигает максимального Значения. Переход системы в нерабочее состояние в части, касающейся цикла Кальвина /накопление ФГК, РБФ и убыль ДФГК, ФГА и РБФ/ соответствует изменениям, происходящим в фотосинтезируювдй системе при выключении света, то есть при истощении НАДФН и ATS. Что касается работы системы на свету, то в реальных условиях такой нерабочий режим вв имеет каста, поскольку существуют регуляторные механизмы, предохраняющие переносчики от перевосстановленностк. Расчёты показа™, что процессами, поякжаюшшя бифуркационные значения Р™- и Рто

Рис .2. Изменения со временем основных переменных системы при разных степенях сопряжения электронного транспорта в фосфорюпгрованкя.

к. Т.^ /сплошные линии/ - концентрация акцепторов ФС2 в восстановленной форме; Ву /штриховые линии/ - флуоресценция.

Б. 24 /сплошные линии? - концентрация акцепторов ФС1 в восстановленной форме; Ид /штриховые линии/ - концентрация РБФ.

В /стр.20/. Нго - концентрация АИ.

Г- Рп=0.3. Рк«0.6; 2- Рр^.Зб, Рр2«0 г7; 3- Рп-0,4. Р^-О.в.'

Значения параметров: A.*F«0,2; Р-2; Fj«P3«Cj«0jg"5; Eq«3;

pQ^trGjgcO ; Рю-^П^Гг^З"0 *05 ' осташшв равны I»

/то есть такие значения, ниже которых наблюдается переход в нерабочее состояние/ являются: циклический поток электронов в ФС1, обратные реакции в 5>С1 к 2, окисление переносчиков электронов кислородом.

При относительно более высоких степенях сопряжения /рис.2» кривые 2,3/ проявляется регулятораая обратная связь между скоростями темповых реакций, окислительно-восстановительный состоянием Ф к фо сформированием: при "включении света* в момент t «О происходит быстрое восстановленва акцепторов электронов, поскольку отток от ФС1 /использовании СГ в цикле Кальвива/ лимитирован из-за того, что ие наработан пул ДФГК. Восстановление Û и Ф приводит к усилению циклического и нециклического электронных потоков и как следотвие -накоплению АТФ, который включается в ФПС-киназную реакцию. Концентрация Д1ГК при атом увеличивается, что приводит к усиленному оттоку : восстановленных фотопродуктов от ФС1. Эта проявляется в снижении

- 21 -

энцевтрации восстановленной формы а", й система приходит к устой-геому стационарному состоянию с отличными от нуля значениями пе-?меяных.

Немонотонная переходная кинетика окислительно-восстановитель-ах превращений акцепторов ФС1 /2д/ проявляется* через циклический этак электронов и обратные реакции в ФС2, в немонотонном измбйе-ш концентрации восстановленной формы акцептора ФС2 и интенсйв-эсти флуоресценции и Б-^ соответственно, рис.2А/. Подобное Лузине флуоресценции в ходе так называемой медленной индукции, со-эяжённое с реокиелекием. переносчиков, широко обсуждается в литерале как фотохимическое тушение. Скорость ассимиляции С02 яс.2Б/ в медленной фазе индукции меняется антибатно с флуоресцен-1вй - факт, также известный из литературы.

Далее проводится сопоставление результатов расчётов с известии экспериментальными данными об индукционных изменениях различие фотосинтетических характеристик. В рамках модели нашли непроти-эречивое описание следующие факты: антибатвые изменения флуорес-гнции хлорофилла и содержания АТФ после включения освещения /дан-¡в Стрелера, 1953/; немонотонные изменения окислительно—восстано-ггельного состояния НАДЭ под действием света и аятибатные измене— ш содержания ОДШ а скорости СС^-зависимого выделения 02 /данные шахамы с соавт., 1981/; немонотонные изменения рабочего интегра-1 быстрой индукции флуоресценции, регистируемой в различные модев-I индукционного периода /наши данные, 1975/; индукция сигнала ЭПР1 г окисленных РЦ ФСГ РТО0+ /данные М&ксвелла, Биггинса, 197В я )./;.индукция выделения в частности, первоначальный выброс 02 )И включении освещения /данные Уолжо, 1965 в др./; индукционные ' женения концентраций интермедиатов цикла Кальвина /данные Прикс-

- 22 -

лег. с со авт., 1986 и др./; увеличение относительного тушения флуоресценции в индукционном периоде и характерного времени тушения "К 1/2 при увеличении времени темнотой адаптации /данные Андреевой, Г982 и др./; закономерные изменения индукционных эффектов в фотосинтезе при разобщении электронного транспорта и фосфорилирования /данные Краузе и Бехренда, 1986; Аллена, 1984; Рыкикова и Тихонова 1988 и др./; увеличение стационарных уровней флуоресценции и фотосинтеза, а также степени тушения флуоресценции с ростом интенсивно сти света /данные группы Уолкера, 1985 и др./. Таким образом, модель позволяет описать всю совокупность основных кинетических особенностей световой и темновой. стадий фотосинтеза, включая кинетику флуоресценции хлорофилла, поглощения СО^, выделения 02 и других процессов»

В разделе 2.3 исследовано влияние на функционирование системы фотосинтетических реакций.» Показано, что окисление акцепторов ФС1 и ФС2 кислородом является одним из факторов, "стабилизирующих" систему и предохраняющих её от перехода в нерабочее состояние. Отток электронов на 0^ при лимитированном использовании восстановлен-нвх фотопродуктов в цикле Кальвина поддерживает нециклический трав-спорт и обеспечивает необходимый уровень производства АТФ. Влияние О^ наглядно видно из рис.3. При малых Р^ концентрация восстановленной формы акцепторов и флуоресценция близки к максимальным значениям, достигаемым в нерабочем состоянии. По мере увеличения Рц^ относительный вклад электронного транспорта на кислород по сравнению с использованием Ф~ в цикле Кальвина увеличивается; при высоки Рд^ акцепторы поддерживаются окисленными, флуоресценция низка» Стационарное значение схорости ассимиляции СО^ достигает максимума при средних вначенжах Р^, которые оказываются на один-два порядка

- 23 - р

С1 МАКС.

и 2/, фотосинтеза /2д, 3/ и степени тушения флуоресценция в цукционвом периоде /Е^ махсУ^Т стац.» ^ от СК°Р°СТИ злектрояно-транспорта на 02. А=0 ; Р=0,4; Р,04; Р^сО.Об; Р12-Р13-,Г; 0^=10; С^-20«=5; остальные параметры равны I.

кв значений Р /соответствует скорости нециклического потока между

Отмечено, что эти зависимости также имеют экспериментальное утверждение /данные Дитца с соавт., 1985; Сузуни и йкавы, 1984; 5ера, 1985 и др./. Еовнм полученным в этой части работы результа-( является то, что стационарный уровень фотосинтеза /~2а /

О СТ8Ц*

?релкрует не со стационарным значением флуоресценции Ет ,.„„. , а

X МШСС» '

!1 макс.^! стац. ~ степвнь® тушения флуоресценции в индукционном эиоде, зависимость которой от Р0 , так же, как к 1 д стад , кмегет (симуи /рис.3/. Это* результат, имеющий важное значение для воэ-сного практического применения медленной индукции флуоресценции.

- 24 -

был взят' за основу для экспериментальной проверки /см. главу 5/.

Раздел 2.4 посвящен теоретическому изучении индукционных изм< пений фотосинтетических характеристик при изменении концентрации COg. Уменьшение P^q^ /см. рис.1/ вызывает увеличение уровня АТФ в системе; изменения концентрации акцепторов ФС1 в восстановленной форма и интенсивности флуоресценции имеют при этом характер перехлёстов. Качественно это согласуется с наблюдаемыми экспериментал но перехлёстами флуоресценции при изменении газового состава сред /данные Бредбери с соавт., 1985; Уолнера с соавт,, 1984 и др./. Обычно такие перехлёсты объясняют- разнонаправленным действием. фот< и иефотохимического /за счёт дрН/ тушения флуоресценции, причел чи ■ ханизм тушения флуоресценции при увеличении дрН ва мембране во мн< гом не ясен» Результаты моделирования показывают, что возможен иной механизм перехлёстов, непосредственно связанный с взаимодейс* вием световых реакций и цикла Кальвина.

В разделе 2.5 дан анализ режима затухающих колебаний в фотосинтезе. В модели этот режим появляется как частный случай в сист< Мб общих кинетических закономерностей, наблюдающийся при увеличения интенсивности света, понижении содержания 0.¿ н повышении соде] канкя С02. Колебания испытывают все без исключения переменные системы, причём, как при включении освещения /рис.4/, так и при смена газового состава среды /рис.5/.

Объясняется этот режим следующим образом. При "включении свата" в момент t »0 /рис.4/ акцепторы Q к Ф быстро восстанавливают« что приводит к запуску нециклического в циклического электронных потоков. Синтезируемый при этом АТФ включается в ФГК-киназную peas шш, что вызывает увеличение содержания ДФГК. Это, в свою очередь, приводит к усиленному использованию восстановленных акцепторов ФС1

ч»

-10»

10 2,

1.2 ■

0.8

1-2 1,С

Рис.4. Режим затухающих колебаний в изменении окислительно-восстановительного состояния акцепторов 401 Д4, Г/, содержания АТФ 2/, интенсивности флуоресценции /Е|, з/ и скорости асси-

миляции С02 /~Н8, 4/ при "включении света" в момент 1=0. А*0,12; Г»1,2; Р=?3 =5; Р^-С^д-ТО; Р10=Р12=0,5; РГ1=РГЗ=0,004; 13щ=7,5; Рр2=0,55; Рух^хВ^Оз ' осгальыые параметры равна I.

Ф~ в реакции с ДФГК и уменьшению концентрация В результате снижается скорость циклического ж нециклического электронных потоков и падает скорость синтеза АТФ» Содержание АТФ уменьшается; уменьшается концентрация ДФГК, увеличивается концентрация и цикл изменения переменных повторяется с начала. Механизм возникновения колебаний в ответ на скачкообразное изменение параметров Р^^ и Рд^ /рис,5/ аналогичен описанному выше. "Толчком" к переколебаняям при этом является повышение уровня восстановленное™ акцепторов ФСГ

при уменьшении Р^^ и Ро2 и понижение этого уровня при увеличения указанных параметров.

Период затухающх колебаний определяется главным образом зна-

Рис.5. Изменения окислительно-восстановительного состояния акцепторов ФС1 /24, 1/, концентрации А.ТФ /Нго, 2/ и интенсивности флуоресценции /В-^. 3/ при изменении концентрации углекислого газа /А/ и условий оттока электронов иа кислород /Б/. Значения параметров те хе, что на рис.4»

чениями параметров Pjo-Pjg» соответствующих константам скорости темновкх реакций цикла Кальвина, и нелинейно возрастав? при их уменьшения. Аппроксимация этой зависимости в область, соответствующую наблвдаемым в эксперименте значениям периода колебаний, позволяет оценить скорость взаимопревращений углеродных соединений в цикле Кальвина. Но нашим данным, период затухающих колебаний соств-' вляет около 30 секунд, /см. гл.4/; при этом ?j2 Z g отац. составляет около 0,005. Полагая, что. количество РЦ на два порядка меньше количества пигментов, можно получить оценку скорости реакции карбох-силирования РБФ; она составляет около» 50 мМ РБФ/ М хл-ла в с. Это значение примерно соответствует скорости поглощения С02, регистрируемой в эксперименте при насыщающих концентрациях "U^, когда лимитирующим фактором является ресинтез РБФ /данные Лайска, 1974; Кэммерера и Фаркухара, 1981 и др./.

Далее в работе приведен ряд фактов, свидетельствующих о соответствии выявленного на модели механизма колебаний наблюдаемому в эксперименте:

- как в модели, так и в эксперименте колебания флуоресценции и поглощения COg сдвинуты по фазе — фазовый сдвиг составляет около 90°^ис.б/;

- однонаправленность первоначальных изменений интенсивности флуоресценции и содержания АТФ в модели и в опыте при смене газового состава среды;

- коэффициент затухания уменьшается при увеличении интенсивности освещения, понижении концентрации 02 к повышении концентрации 302 - эти закономерности следуют из численных расчётов и известны 13 опыта /данные Уолкера с соавт., 1983 и др./.

Ещё раз отметим, что в модели переколебания появляются как

их интерпретации кет необходимости в специальных предположениях, как это делалось ран»!е.

В разделе 2.6 учтено сложное строение цепи электронного транспорта между ФС - в модель введён дополнительный переносчик и, принимающий электроны от восстановленных акцепторов ФС2 и отдающий их окисленным РЦ ФС1; циклический поток электронов в этом варианте замкнут на и. Анализ численных расчётов показал, что введение дополнительного переносчика между ФС сохраняет основные закономерности, полученные на упрощенной модели. Одновременно учёт сложного • строения ЭТЦ позволил описать Б - образный характер быстрой индукции флуоресценции и при прочих равных условиях получить характерные времена переходных процессов, более близкие и экспериментально наблгщаемым.

В разделе 2.7 исследовав ещё один процесс, играющий регулятор-

- 29 -

и роль в фотосинтезе - перераспределение энергии возбуждения ■.жду ФС в зависимости от окислительно-восстановительного состоя-1Я переносчиков электронов» При моделировании этого процесса за шову бшга взята упрощенная модель первичных процессов фотосинте-( в предположении нелимитированного оттока электронов в акцептор-то часть ФС1. В этих расчётах параметры к к V, характеризующие • юла квантов, поглощаемых в единицу времени пигментами ФС2 и ФИ (ответственно, имеют вид

А = А0(1 -к1212}; Р = Р0 + АрЦг^ . /31/

;есь - относительная концентрация фосфорилированного белка, орость наработки которого зависит от окислитель:- -восстановитель-го состояния переносчиков электронов между ФС. Расчёты показали, а тушение флуоресценции после достижения максимального значения меньшенив Е^/ в этом случае не сопровождается окислением .перенос^ ков электронов между ФС и, таким образом, может быть сопоставле-с нефотохимическим тушением флуоресценции в индукционных явленв-, обсуждаемым в литературе. Характерно, что здесь также установив положительная корреляция между Ег стац. * стшо10наР-м значением фотосинтетической активности.

В разделе 2.8 сформулированы новые следствия, вытекающие из коли, и дана постановка задач экспериментальных исследований, печено, что до сих пор количественные данные о корреляция >Ф/М) стац> ■ ^максУстац. в Л1СгеРатУЕл отсутствовали, поэто-установленный при моделировании факт корреляции било решено пробить в эксперименте.

Глава 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

Экспериментальная часть работ выполнена на листьях бобов,

пшеницы, китайской розы, ясеня, каштана и осины, а также на и золя рованных хлоропластах бобов класса Б.

Для возбуждения флуоресценции в большинстве опытов использовали осветительную систему диапроектора ЛЭТИ-55. Спектр возбуждения формировали с помощью широкополосного фильтра СЗС-22 с максимумом результирующего пропускания около 450 нм. Флуоресценцию на длине волны 686 ни выделяли с помощью призменного монохроматора и регистрировали с использованием фотоумножителя ФЭУ-7Э. После усиле ния сигнал подавали на осциллограф и электронный потенциометр. Паг раметры и конструкция установки допускали одновременную регистрацию индукции флуоресценции в разных временных масштабах: секундное /быстрая индукция флуоресценции, БКФ; фотографировали с экрана осциллографа/ и минутном /медленная индукция флуоресценции, МИФ; регистрировали на КСП-4/. Держатель образца позволял регистрировать флуоресценцию как срезанных, так и не отделённых от стебля листьев

Скорость С02~Г£зообмена /видимый фотосинтез/ измеряли по открытой дифференциальной схеме с помощью газоанализатора "Инфралит-4" /ГДР/ и камеры- прищепки, любезно предоставленной Л.Т.Карпушхи-еым /Институт почвоведения и фотосинтеза АН СССР/. В этих опытах растворы реагентов вводили в лист с помощью шприца, не отри., в а я лист от стебля, и оставляли на время от одного до шести часов - за это время межклетника полностью освобождались от введённого раствора путём тралоперация и можно было проводить газометрические измерения.

В качестве дополнительных методик использовали измерения сигнала ЭПР I от окисленЕых РЦ ФСГ, метод спиновых зондов, измерения хром-переходов флуоресценции листьев, тушения флуоресценции 9-ами-ноакридива в хлоропластах, потенциометрический метод измерения ско-

- sr ,-

рости фотофосфорилирования в хлоропластах и ряд других.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛШЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ' РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КЩШЩИЮ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ЛИСТЬЕВ ваших РАСТЕНИЙ.

В разделе 4.1 дан краткий обзор предыдущих экспериментальных работ по индукции флуоресценции $отосинтезируюяях объектов. Отае--чено, что качественная интерпретация быстрой индукции флуоресценции /0-1— D-P в терминологии Мандея, Говинджи/ достаточно однозначна: согласно гипотезе Дюйзенса и Свирса, она связана с изменением окислительно-восстановительного состояния первичного акцептора электронов Q ФС2. Единой точки зрения о. природе медленной индукции флуоресценции /изменения P-S-f'-Т/ в литературе не*'. Предполагает-гя, что МИФ связана с комплексом процессов: изменением окислитель-10-восстановительяого состояния переносчиков в ЭТЦ и энергизованно-?о состояния мембран тилакоидов, перераспределением энергия света ¡ежду ФС, индукцией цикла Кальвина и др., причём все эти процессы (заимосвязаны. Задача, стоявшая перед нами при экспериментальном :зученшг индукции флуоресценции, заключалась в проведении система— ических количественных исследований этого явления на интактных • бъектах /листьях/ в различных условиях а сопоставление полученных езультатов с результатами теоретического исследования.

В разделе 4.2 исследована зависимость медленной индукции флуо-гсценции интактных листьев от интенсивности возбуждающего света и ■ )емени темновой адаптации. Характерная кривая ШФ листа после его датацинг к темноте представлена на ряс.7А; ва рис,"Ж и В даны при-:ры более сложных индукционных изменений, имеющих характер затуха-их колебаний. В качестве основного параметра ШФ использовали от-шение Fp^/F^ /см. рис.7А/, поскольку именно второй пик экспери-

В

о.5% ссы во злах

99.5%

-—

2 МИН.

СВЕТ

Рис.7.

& - характерная кривая медленной индукции флуоресценции листа 15 мин. адаптации к темноте; интенсивность света 20 Вт/м^

Б.В - затухающие колебания интенсивности флуоресценция листай при включении освещения /Б/ и смене газового состава среде после достижения стационарного уровня флуоресценции. Интенсивность света 75 Вт/м2.

- 33 -

знтально регистрируемой ШФ соответствует максимуму флуоресценции ри моделировании. Это следует из того, что, по данным литературы, горой пик по времени соответствует окончанию лаг-фазы в поглоще-ш СО2, а тушение флуоресценции после второго пика происходит ан-ибатно с ассимиляцией СО

С увеличением интенсивности света и времени темновоЗ адапта— • т Гр^х* как я Е1 макс/5! стац. в м°Дели» возрастает, воз-астают и РрхДу и ^рз/^т* Полученные зависимости позволили вы-рать оптимальные условия регистрации МИФ с точки зрения её использования для количественной оценки воздействия на фотосинтезирующую истему различных факторов. В .качестве "стандартной." была выбрана ледующая схема опыта: БО секунд освещения листа, езтем 5 минут далтасиа к темноте, включение света и регистрация ШФ; интенсив-ость света 15-30 Вт/м2. При этом первый пик ШФ проявляется сла-¡о, и параметр Я-р^/^Т наиболее стабильно воспроизводится на раз-1ых листьях. Так, для п = 30 листьев в одном из экспериментов ¡идо получено Ер^Т 2,6 £ 0,1; р=0,9.

В разделе 4.3 исследовано влияние на МИФ■химических агентов с [звестным избирательным. действаем.'на фотосинтез: даурона, метилвио-гогена, фторида натрия, хлористого аммонии и ангимицина А. Этк экс-[врименты позволили выявить зависимость МИФ от циклического /анти-[ишш А/ и нециклического /диурон/ электронных потоков, состояния (денилатной системы /ЫН^С!/, перераспределения энергии возбуждения-, |ежду ФС /Ыа $/\ полученные зависимости качественно согласуются с результатами численных, расчётов на модели.

Опыты с метилвиологеном - акцептором электронов после ФС1 -юзволиля прояснить природу рервого пика МИФ. Добавление метилвяо-гогена в концентрациях (1-2),Ю"4М уменьшает величину первого мак-

- О"* —

1 мин.

Рис.8. Медленная индукци флуоресценции листьев бобов в присутствии метилвиологена. I- контроль; 2- ХСГ^.Ч; 5-2-104-З-Ю^М. Интенсивность света 6 Вт/м^.

симума Трг и при этом практически не изменяет значений и /рис.8, кривые 2,3/. При больших концентрациях метилвиологена /рис.8, кривая 4/ МКФ характеризуется монотонным снижением флуорес цендаи от максимального значения Ршкс# До Р^.. При этом Р,^^ соответствует значении Гр£ в контроле. Эти данные позволили интерпретировать первый пик индукции как временное замедление в использовании восстановленных в ФС1 фотопродуктов за счёт более медленной активации последующих темновых реакций.

Раздел 4.4 посвящен изучению медленной индукции флуоресценции листьев бобов в онтогенезе; измерения производили на развивающихся листьях, не отрывая их от стебля. Показано, что переменная флуоресценция молодых листьев "разгорается" при меньших временах темновой адаптации, чем зрелых, а тушение флуоресценции после первого максимума у более молодых листьев является более монотонным. Эти результаты интерпретированы с точки зрения известных из литературы данных

- 35 -

о преобладающей активности ФС1 и повышенном уровне биосинтеза у молодых листьев.

В разделе 4.5 изучено влияние предварительного освещения на индукцию флуоресценции листа бобов. В этих опытах лист освещали синим светом в течение разного времени, а затем регистрировали быструю и медленную индукции флуоресценции. 3 качестве параметра ШФ использовали рабочий интеграл 3 = 1-Б , где I - интенсивность света при регистрации БИФ, Б - нормированная: на Гр^- площадь над кра-

*Р1 Г Рр -р(0

вой БИФ; | ' ,— сИ. Здесь Р({) - текущее значение интенсив-

О Р1 .

ноетя флуоресценции,- Гр-р интенсивность флуоресценции в первом

пике МИФ, время достижения Гр^. Для регистрации БИФ использовали достаточно сильный свет с-интенсивностью из диапазона, в котором 3 сохраняет своё значение. В этих условиях 3 даёт оценку относительного числа переносчиков, находившихся к моменту возбуждения в окисленном состоянии и восстановленных через ФС2. ГЛинималь-нне значения 3 достигаются при временах, соответствующих значением 1р2 второго максимума флуоресценции, индуцированной предварительным освещением, и отражают максимальную степень восстановленнос-ги переносчиков электронов между ФС в момент второго пика КИФ. С величанием времени предварительного освещения наблюдается посте-енное окисление переносчиков электронов. Полученные законоиернос-и качественно совпадают с выводами теоретического моделирования, аким образом, показано, что фотохимическое тушение происходит плоть до интенсивностей около 40 Вт/м^. 0 вклада $юто- и нефото-шического тушения флуоресценции в МИФ могут свидетельствовать поденные нами данные об изменении стационарного уровня флуоресцен-

ции Гт при смене газового состава среды. Кривые снятия тушения при продуве N2 имеет две отчётливо выраженные фазы: быструю и медленную, причём соотношение этих'фаз существенна зависит от интенсивности света: с понияением интенсивности относительный "вес" быст- -рой фазы возрастает.

Раздел 4.6 посвящён количественному изучению быстрой индукции флуоресценции интактных листьев в условиях анаэробиоза. Измерения рабочего .интеграла БКФ в нормальных условиях и при замене воздуха в камере с листом: на N2, С02 и 02 позволили сделать вывод о том, что существенную роль в процессе темновой адаптации листа играет окисление восстановленных ва свету компонентов ЭТЦ молекулярным .кислородом. Получены зависимости рабочего интеграла БИФ от времени темновой адаптации листа китайской розы в среде с различным содержанием: 02. В результате дана оценка эффективной константы скорости окисления переносчиков электронов в листе кислородом: К ■ (1,4 ± + 0,2)-103 ?ГГ мин"1.

Таким образом, в результате систематических комплексных исследований индукции флуоресценции интактных фотосинтезирующих объектов выявлена связь МИФ листьев с процессами, обеспечивающими сопряжение световой и темновой стадий фотосинтеза и теоретически изученвд-• ми на модели.

Глава 5. !>ЕДДЕКНАЯ ИНДУКЦИЯ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ И ОТТОШТЕПЛЕСКАЯ

активность лиспев выаш растений.

Анализ численных расчётов на модели, проведенный в гл.2, по- ■ хазал, что в достаточно широком диапазоне изменений параметров относительное тушение флуоресценции пигментов после достижения максимального значения коррелирует со стационарной скоростью ассьмшшци С02* В связи с этим нами были поставлены целенаправленные экспери-

лС02/д*-8, отн. ел.

£ ФЕНОЗАН

1.6

1.2

0,3

0.4

О

Рис.9. Изменения скорости ассимиляции СС^ /I/ и параметра РР2/ГТ МИФ /2/ в присутствия пирамина /через один час после обработки/ и фенозана /через 3 часа после обработки/.

менты и разработаны соответствующие методики по изучению МКФ и ^-газообмена на одном и том же объекте /листья йобоъ/ в присутствии различных химических агентов: диурона, пирамина, мэтилвиологе-яа и фенозана /раздел 5.1/. Пример полученных концентрационных-зависимостей дан на рис.9. При введении в лист раствора пирамина наблюдалось увеличение стационарного уровня так что отношение Ер^/Р-р уменьшалось; в равной мере снижалось и стационарное значение видимого фотосинтеза, устанавливавшееся через 3-4 мин. освеще- ■ яия /рис.9/. Коэффициент корреляции между х^/Е1? и дСО^/МБ , рассчитанный по кривым I и 2 рис.9 для пирамина, равен 0,99.

Кинетика действия антиоксиданта фенозана развивается на протя-*ении примерно трёх часов после его введения в лист и приводит к существенно немонотонным концентрационным зависимостям /рис.9/.

- зв -

Детально механизм действия фенозана на фотосинтетический аппарат обсуждается в главе 6; главный результат этих опытов - наличие положительной корреляции'между Гр-уТ^ МИФ и Л-СО^/М-Б пр концвнтрпцхях, не вызывающих существенных нарушений в функционировании мембранной системы хлоропластов /до 10~^М/.

Положительная корреляция Гр^/Г^. МИФ и лСО-рД^Б наблвда-лась, кроме того, при обработке листьев ингибитором электронного транспорта диуровом и при выращивании растений в условиях гидропоники на растворах фенозана 5-Ю~% и 3-10"%. Во всех этих случаях не нарушено взаимодействие между световыми процессами и циклом Кальвина. Напротив, при обработке листьев фенозаном в концентрации более 10~%", а также в присутствии метилвиологена, когда указанные взаимодействия, как предполагается, нарушены или отсутствуют вовсе, корреляция Бр^/Еу и дСО^/МБ не наблюдается. Одним из "тестов" на подобные нарушения может служить изменение формы кривой МИФ.

В разделе 5.2 И® использована в качестве одного из методов при решении специальной задачи, имеющей прикладную направленность: изучении комплекса изменений, развивающихся в фотосинтетическом аппарате пшеницы в ответ на поражение возбудителем стеблевой ржавчины /работа выполнена совместно с Комплексной лабораторией биологического факультета МГУ в Чашнииово/, На ранних втапах заражения наблвдается относительное увеличение ^^Т У больных растений устойчивых видов по сравнению со здоровыми. С увеличением срока заражения Гр2/Гт МИФ поражённых листьев уменьшается. Эти изменения сопоставимы с изменениями фотосинтеза, дыхания и перонсидазной активности листьев. Обработка проростков антибиотиком трихотецином, повышающим устойчивость х стеблевой ржавчине, вызывает увеличение

- 39 -

Рр2/Тт МИФ листьев, коррелирующее с рядом физиолого-биохимических показателей: содержанием белка, фенолов, активностью пероксидазы.

В разделе 5.3 исследована медленная индукция флуоресценции листьев растений, выращенных в разных световых условиях. Обнаружено понижение значений Рр2/Т<р МИФ листьев бобов и ряда древесных растений при уменьшении интенсивности света, на котором выращивалось/ растение. Полученные результаты находятся в соответствии с данными литературы о том, что максимальный фотосинтез единицы площади листа всегда снижается при затенении /Цельникер, 197& и др./.

Таким образом, экспериментальные результаты главы 5 подтверждают полученный при моделировании вывод о положительной корреляции относительного тушения флуоресценции в индукционн^.л периоде и стационарного значения фотосинтетической активности.

Глава 6. ПРИМЕНЕНИЕ КЕТОДА ИНДУКЦИИ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ДЖ ИЗУЧЕНИЯ

ВОЗДЕЙСТВИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СВЕТОВЫЕ И ТЕМНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ФОТОСИНТЕЗА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ /НА ПРИМЕРЕ ГЕРБИЦИДОВ И АНТИОКСИДАНТОВ/.

В этой главе представлены результаты спектроскопических исследований действия гербицидов и антиоксидантов на первичные процессы в листьях и хлоропластах и связанные с ними регуляторные изменения фотосинтетической системы. Выбор именно этих классов физиологичес- , ки активных веществ был продиктован теми проблемами, которые возникли в последнее время на пути их практического применения. Даль-, нейший прогресс в применении" гербицидов сачзан с выявлением простых а адекватных методов, которые позволили бы получать информацию о таких свойствах гербицидов, как избирательность и степень ингиби-рующего действия. Антиоксиданты - вещества, обладающие высокой антиокислительной активностью, могут быть-эффективно применены для

борьбы с различными патологическими процессами, а также в качестве стимуляторов роста растений. Вместе с тем механизмы действия анти-оксидантов на собственно фотосинтез ещё не изучены. Выяснение указанных механизмов важно с точки зрения определения оптимальных дог препаратов, оказывающих защитное действие на растения, но не нару-гх фотосиктетической активности.

В разделе 6.1 отмечены основные особенности индукционных флуо ресцентных методов; подведены некоторые итоги предцдутсих работ с ех применением. Подчёркнуто, что метод медленной индукции флуоресценции до настоящего времени не нашёл широкого применения для качественной и количественной оценки состояния фотосинтетического ап • парата и его изменения под действием Енешних факторов ввиду значительной биологической вариабельности и сложностей в интерпретации этого явления.

В разделе 6.2 представлены результаты опытов по одновременной регистрации быстрой и медленной индукции флуоресценции листьев в присутствии гербицидов диурона г пирамина и антиоксидантов феноза-ка и прогпоталлата. Концентрационные зависимости для '""ф

имеют вид, представленный на ряс.9; рабочий интеграл 3 БКФ меняет ся однонаправленно с Гр2Л1^. Выявлены различия в ингибирующем эф>-фекте диурона и пирамина. Для диурона (С^Ъ ■ ^.Э 2 ^С1/2Ьр2/Гт = 1 0.3)-10-еМ. Для пирамина (Сг/2)3 - (3,2 ± 1 0,5),10~%; (С1/2)Гр2Д>т - (1,3 1 0,3)-Ю-5М.

Превышение 3 над контрольными значениями в присутствии антиок сидантов, очевидно, обусловлено увеличением пула переносчиков, восстанавливаемых через ФС2. Этот результат, как предполагается, обусловлен усилением системы биоантиоксидантов, нейтрализующих повреждающее действие окислителей, в частности, синглетного кислорода 10.

I! супероксида б^. Положительная корреляция Гт^/Р^ и ^ БИ ■'коэффициент корреляции г =0,87/ свидетельствует о связи процессов, ответственных за тушение флуоресценции Бр2~Р^, с электронным транспортом и изменением окислительно-восстановительного состояния тереносчиков электронов между ФС» Один из механизмов такой связи заключается во влиянии окислительно-восстановительного состояния гула переносчиков на распределение энергии возбуждения между ФС'.

В разделе 6,3 описаны изменения индукции- флуоресценции листь-!в пшеницы при обработке гербицидами через корневую систему. Иссле-девано 7 гербицидов из класса сим-триазинов. Измерения МИФ позволига расположить их в ряд по убыванию степени: ингибирующего действия ю фотосинтез. Показано также, что в этом случае метод МИФ может (ыть применён для измерения скорости поступления гербицидов через сорневую систему в листья.

В разделе 6.4 исследованы флуоресцентные и биометрические по-сазатели растений, обработанных антиоксидантами.. Показано, что вы-тщивание растений на растворах фенозана и пропилгаллата приводит с увеличению биометрических показателей растений, наиболее выражен-юму для 3,2-10"%. Установлено соответствие между биометрически-[и показателями и степенью тушения флуоресценции Гр^? МИФ, что •акже указывает на возможность использования МИФ для оценки физио-югического состояния фотосинтетического аппарата.

Разделы 6.5 и 6.6 посвящены действию антиоксидантов на первич-. 1не процессы фотосинтеза в хлоропластах, а также на структуру и по-1ерхностный заряд мембран тилакоидов. Установлено, что в широком яапазоне концентраций, вплоть до концентрации хлорофилла в образ-;е, фенозан и пропилгаллат не оказывают существенного влияния на ункциональнув активность изолированных хлорошгастов. При больших

- 42 -

количествах антиоксидантов последовательно нарушаются фотофосфори-лирование, обратимое связывание протонов во внутритилакоидном пространстве, восстановление переносчиков в ЭЩ между ФС.

Действие антиоксидантов на структуру и 8аряд мембран хлоро-пластов изучали с помощью спиновых зондов, парамагнитные фрагмент! которых локализованы на разных глубинах в мембране. Показано, что ингибирующий, аффект антиоксидантов в больших количествах имеет неспецифический характер и связан с изменением характеристик приповерхностных областей мембраны и плотности отрицательных зарядов на её наружной поверхности.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ отмечены основные итоги работы. Указаны пути • дальнейшего развития предложенной теоретической схемы и зкспериман тальных работ по индукции флуоресценции интактных фотосинтезирую-. щих объектов.

ВЫВОДЫ

1. Взаимодействие световых и темновых процессов фотосинтеза, учитывающее производство и расходование НАД® и АТФ, описывается теоретической моделью в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений для переменных, соответствующих концентрациям основных компонентов фотосинтетической системы.

2. Эта модель адекватно описывает имеющуюся совокупность наблюдаемых в эксперименте кинетических закономерностей световых и темновых стадий фотосинтеза, включая процессы флуоресценции хлорофилла, поглощение С02 и выделение О,,, окислительно-восстановительные превращения Р700+ и переносчиков электронов между фотосистемами. В рамках модели получает теоретическое описание одно из фундаментальных явлений в биофизике фотосинтеза - медленная индукция флуоресценции фотосинтезярующих объектов.

- 43 -

I 3. Регуляция фотосинтеза в различных условиях, согласно про! веденному численному анализу, осуществляется за счёт следующих процессов: циклического электронного транспорта в фотосистеме I, псевдоциклического потока электронов на кислород, обратных реакций в фотосистемах I и 2, перераспределения световой энергии между фотосистемами.

4. Анализ модели показал также, что переход системы к экстремальным условиям /интенсивный свет, низкое содержание и высокое содержание COg/ приводит к появлению режима затухающих колебаний в фотосинтезе, имеющего регуляторный характер. Сопоставление расчётное характеристик этого режима с экспериментальными данными даёт здличественяую оценку скорости взаимопревращений j леродных соеди-10ний в цикле Кальвина (для реакции карбоксилирования РВ5 около

¡0 мМ" РБФ/ U хл-ла в секунду).

5. Теоретически и экспериментально установлена высокая поло-ительная корреляция относительного тушения: флуоресценции листьев

индукционном периоде с их фотосянтетической активностью (коэффя-stenr корреляции 0,95-0,99),

S. Установлено, что количественное изучение функционального >стояния фотосинтетических объектов и их отклика на изменение temHHx условий с использованием быстрой и медленной индукции флуо-юценции хлорофилла возможно в следующих оптимальных условиях ре-страции: интенсивность света 15-30 Вт/м2, область возбуждения уоресценцин 400-500 нм, 30 секунд предварительного освещения и минут темновой адаптации.

7. Экспериментально установлена зависимость медленной индукции горесценции фотосинтезирующих объектов от процессов, влияющих на 1ряжение световых и темновых стадий фотосинтеза: циклического и

- 44 -

нециклического электронных потоков, состояния вденилатной системы перераспределения энергии возбуждения между фотосистемами. Показано, что происхождение первого пика медленной индукции фяуоресценц обусловлено лимитированным оттоком электронов от фотосистемы I.

8. С помощью рабочего интеграла быстрой индукции флуоресцен-. цяи интахтныг. листьев показано, что Og принимает непосредственное

участие "в процессе темновой адаптации фотосинтезирующих объектов /эффективная константа скорости окисления переносчиков электронов кислородом К = (1,4 i 0,2МО3 М~Г мин."1/.

9. Обнаружены скоррелированнне изменения параметров быстрой (рабочий интеграл) и медленной (^pg/Fj) индукции флуоресценции

■ листьев в различных условиях (коэффициент корреляции 0,87). Koppe яяция этих параметров отражает взаимозависимость процессов элект-. ровного транспорта и фото синтетической, активности.

10. Количественное изучение структурно-функциональных измене ний фотосинтетического аппарата растений, под действием ряда герби цидов и антиоксидантов с применением индукции флуоресценции и даз гих биофизических методов ПОЗВОЛИЛО:

- дать количественную оценку ингибирующего действия гербицид на фотосинтез при различных способах обработки растений и располс жить их в ряд по степени активности;

- показать, что в широком диапазоне концентраций /до Ю"3^ антиоксиданты фенозан и пропилгаллат не оказывают существенного влияния на функциональную активность изолированных хлоропластов;

- установить, что ингябиругщий эффект антиоксидантов в болы концентрациях на электронный транспорт и фзтофосформирование об; ловлен их неспецифичесюш деструктивным действием на тклакондные мембраны.

Основные материалы диссертации изложены в следующих работах:

! I. Караваев В.А., Кукушкин А.К. Исследование некоторых вопросов быстрой индукции флуоресценции высших растений и водорослей // Каталог ВИНИТИ АН СССР. 19-73. №7253-73 Деп. 18 с.

2. Караваев В.А., Кукушкин А.К. Адаптация к темноте и дальнему красному свету листьев высших растений, в условиях недостатка кислорода //Биофизика. 1975. Т.20. Вып.1. С.88-92.

3. Караваев В.А., Кукушкин А.К. Влияние предварительного освещения' светом различного спектрального состава на быструю индукцию флуоресценции листа // Биофизика. 1975. Т.20. Вып.4. С.739-740.

4. Караваев В.А., Кукушкин А.К. Исследование состояния электронно-транспортной цепи в листьях высших растений методом, быстрой индукция-флуоресценции //Биофизика. 1976. T.2I. Внп.5. C.8S2-B56.

5. Караваев В.А., Павлова ИЛ., Кукушкин А.К. Влияние условий-освещения при выращивании на индукцию флуоресценции тастьев древесных растений // Физиология растений. 1978. Т.25. Вып.4. C.7SS-80I.

6. Караваев В.А., Кукушкин А.К. Теоретическое исследование кинетики окислительно-восстановительных превращений в цепи электронного транспорта // Биофизика. 1979. Т.24. Вкл.Г. С.92-95.

7. Кукушкин AJC., Караваев В.А. Теоретическое исследование влияния эндогенных восстановителей и сложного строения цепи электронного транспорта на кинетику первичных процессов фотосинтеза // Биофизика. 1980. Т.25. Вып.5. С.827-831.

8. Караваев В.А. Быстрая иидукция флуоресценции хлорофилла и состояние цепи электронного транспорта в листьях высших растений //

I Всесоюзный биофизический съезд / Тез. докл. стенд, сообщ. T.I. Москва, 1982. С.325..

9. Караваев В.А. Теоретические аспекты кинетики первичных процессов фотосинтеза высших растений // Математическое моделирование физических процессов. Я.: МГУ, 1982. C.I09-II5.

[0. Грибова З.П., Солнцев М.К., Зинчекко В.А., Постнов Д.А., Гу-нар Л.Э., Караваев В.А., Ельчина Д.М. Действие тордона на световые стадии фотосинтеза пшеницы при первичной и многолетних обработках // Известия ТСХА. 1984. Выл.2. С.85-91.

I. Солнцев MJC., Тихонов АЛ,, Караваев В.А. Влияние хин< • ,;ых переносчиков электронов на процессы запасания энергии света хлоро-

пластами // Проблемы фотоэнергетики растений и повышение урожаЗ-• ностк / Тез. докл. Всес. конф. Львов, 1984. С.48-49.

12. Караваев В.А., Солнцев М.Х., Шагурина Т.Л., Грибова З.П. Влияние i феназона и диурона на конверсия световой энергии в фотосинтези-руящкх объектах // Виоконверсия солнечной энергии / Матер, мек-дунар, симпоз. Пущино, 1984. С.101-106.

13. Караваев В.А., Кукушкин А.К., Шагуряна Т.Л., Солнцев М.К. Медленная индукция флуоресценции листьев высших растений в различных условиях освещения в процессе роста // Физиология растений.. 1985. Т.32. Вып.2. C.274-28I.

' 14. Караваев В.А., Шагурина Т.Л., Кукушкин А.К., Солнцев М.К. Действие феназона и диурона на индукцию флуоресценции листьев пшеницы // Известия АН СССР. Сер. биол. 1985. т. С.458-46Г.

15. Караваев В.А., Кукушкин А.К., Шагурина Т.Л., Солнцев М.К. Изменения индукции флуоресценции листьев высших растений в присутствии метилвиологена и диурона // Биофизика. 1985. Т.ЗО. Вып.4.

С.661-666.

16. Караваев В.А., Шагурина Т.Л., Солнцев М.К. Индукционные изменения флуоресценции листьев бобов в присутствии антиоксидантов // Физиология растений. 1985. Т.32. Вып.5. С.884-893.

17. Шагурина Т.Л., Караваев В.А., Кукушкин А.К. Действие фенозана и пропилгаллата на первичные процессы фотосинтеза в хлоропластах // Физиология растений., 1986. Т.33. Выл.З. С.498-503.

18. Тихонов А.Н., Караваев В.А., Шагурина Т.Л., Керимов Т.М. Влияние антиоксидантов на спектр ЭПР спиновой метки в тилакоидных мемб- ■ ранах при хранении хлоропластов // Биофизика. 1986. T.3I. Вып.З. С.524-526.

19. Шагурина Т.Л., Караваев В.А., Зоз H.H. Влияние фенозана и пропилгаллата на световые стадии фотосинтеза // Биоантиоксидант / Тез. докл. П Всес. конф. Т.2. Черноголовка, 1986. C.I53-I54. .

20. Караваев В.А., Шагурина ТЛ., Кукушхин А.К., Солнцев MJC. Корреляция изменений быстрой и медленной индукции флуоресценции листьев бобов в присутствии гербицидов и антиоксидантов // Физиология растений,. Г987. Т.34. Вып Л. С.60-66.

21. Караваев ВЛ., Шагурина ТЛ., Кукушкин А.К. Медленная индукция флуоресценции и перераспределение энергии возбуждения между фотосистемами // Физиология растения. 1987. Т.34. Вып.2. С.221-228.

22. Шагурина Т.Л., Керимов Т.М., Тихонов А.Н., Караваев Б.А., Зоз H.H. Действие антгоксидантов <|енозана и пропилгаллата на мембраны хлоропластов // Физиология растений. 1987. Т.34, Вып.З. 0.469-475.

23» Белогрудов И.О., Караваев Б.А., Кукушкин А.К. Изучение медленной индукции флуоресценции листьев высших растений, выращенных в разных световых условиях, а также в присутствии химических • агентов - антимицяна А и NH^CI // Вестник МГУ. Сер. физ., астр. 1987. Т.28. Я. С.4Г-46.

24. Шагурина Т.Л., Караваев Б.А. Действие гербицидов пирамина и ди-урона на индукцию флуоресценции листьев пшеницы // Биология клетки / Труды Всес. конф. 4.1. Тбилиси, 1987. С.273-274.

25. Шагурина Т.Л., Караваев В.А. .Медленная индукция флуоресценции листьев и регуляторные изменения в световых стадиях фотосинтеза

'// Биология клетки / Труды Всес. конф. 4.1. ТС лиси, 1987. С .2 75-275.

26. Караваев В.А. Теоретическая модель взаимодействия световых и темповых процессов фотосинтеза // Физиология растений. 1988. Т.35. Вып.2. С.234-243.

27. Юрина Т.П., Умнов А.Н., Караваез В.А., Кукушкин AJÍ., Солнцев М.К. Физиологические особенности листьев моногенных линий пшеницы, различающихся по устойчивости к стеблевой ржавчине // Физиология растений. 1988. Т.35. Вып.З. C.56I-566.

28. Сазанов Л.А., Караваев В.А. Теоретическое описание регуляторных, механизмов в переходных процессах фотосинтеза // Каталог ВВДЛИ АН СССР. 1988. »I606-B88. 14 с. .

29. Караваев В.А. Моделирование колебательного режима фотосинтеза о учётом взаимодействия световых и темновых реакций // Биофизика. • 1988. Т.ЗЗ. Вып.5. С.876-877.

30. Караваев В.А., Шагурина Т.Л. Медленная индукция флуоресценции и С02-газообмен листьев бобов в присутствии различных химических . агентов // Физиология растений. 1988. Т.35. Выд.5. C.9S2-968.

31. Караваев В.А. Взаимодействие световых и темновых процессов фотосинтеза (теоретическое описание) //Доклады АН СССР. 1988.

Т.302. Н.-С.2Т8-22Т.

За. Ташиш В., Грина Т.П., Караваев В.А., Солнцев M"JC. Изменения люминесцентных параметров листьев огурцов при поражении мучюгетой

росой // Проблемы современной биологии / Труды кон*. Ч.З. М., • IS88. С.215-219. детт. в ВИНИТИ АН СССР. ^712-BSS.

33. Сазанов JI.A., Караваев В.А., Кукушкин А.К. Математическая моде . регуляции фотосинтеза. Влияние внешних факторов, затухающие ко лебанпя // Хурнал физической химии. 1988. Т.62. &Г2. C.335I-3354.

34. Белогрудов И.О., Караваев В.А. Изучение последействия высоких температур на параметры быстрой и медленной индукции флуоресцен цик и С02-газообмен листьев бобов // Преобразование световой энергии в фотоскнтезирующих системах и их моделях /Тез. докл, Всес. конф. Пуп®но, 1989. C.I48-I49.

35. Сазанов Л.А., Караваев В.А. Колебания при переходных процессах в фотосинтезе С^-растений: математическая модель // Преобразование световой энергии в фотосинтезирующих системах и их моделях / Тэз. докл. Всес. конф. Пущине, I9S9. С.52-53.

'36. Белогрудов И.О., Караваев В.А., Кукушкин Д.К. Моделирование све товых кривых фотосинтеза // Вестник Моск. ун-та. Сер. фаз. астр 1989. Т.30. К. С.56-61.

37. Караваев В.А., Шагурина Т.Л., Кукушкин А.К., Солнцев М.К. Индур ция флуоресценции интактных листьев как индикатор направленности первичных процессов фотосинтеза ir* vivo в зависимости от различных внешних факторов // Факторы среды и организация первичного процесса фотосинтеза. Киев: Наукова думка, 1989.

С.86-91.

38. Грибова З.П., Солнцев М.К., Караваев В.А., Антоновский В Л. Дей ствяе гербицидов класса сим-триазинов на запасание световой энергии и электронный транспорт в листьях пшеницы // Известия АН СССР. Сер. биол. 1989. №2. С.232-237.

39. Караваев В.А., Белогрудов И.О., Кукушкин AJÍ. Медленная индукця флуоресценции и СОр-газообмен листьев бобов в присутствии длуро на // Биофизика. 1989. Т.34. Вып.4. С.710.

40. Юрина Т.П., Умнов А.М'., Караваев В.А., Солнцев М.К. Влияние три хотецина на процесс патогенеза у растений пшеницы, поражённых возбудителем стеблевой ржавчины // Физиология растений. 198Э. Т.36. Вып.З. С.58Г-587.