Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОТОБИОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ВЫСШИХ И НИЗШИХ РАСТЕНИЙ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОТОБИОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ВЫСШИХ И НИЗШИХ РАСТЕНИЙ"

Ь-Ъобро

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СиЬрМЭХОЗЯЙСТВШШ НАУК

ОРДЕНА Трдавого НРАСШГО ЭНлИКНИ АГКЩЗВЧКЖИ» ШЧНО^ШХИВДСШТЕ^^ '

На правах рутпмя

посудин ■

вр*й Иванович

ошичвзюа ивтды жшдовшй ютошргогнч^^ васонх н ннзвцх растиий

- /Об.ОГОЭ-Лгрвпвчвомдоки» r агро^имна/'

. ЛвтораНра* xmetpvamoi ' ' на со*с**чнв уч»ноЛ с*впвн* доктора Скмогнчмхях wyi

Ca»wr-0at«pÖypp-I9e2

Работа выполнена в Украинское сель-.кг~оэлйотевнноЙ академии, Научный консуяьтант- доктор гехккчеегкх наук, профессор И.С.Лискер Официальшв опт *ненпп.'. ■

доктор 'иологнчвокнх наук, профессор О,Д.Иьтоа •

доктор биологических наук, профессор Л.В,1увин

ллктор физико-математических г"*ук, профессор А.А.Мак

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государствен»*

Зааита состог гся ' .*--■■■■■ Т992 г. в часов

на ааседаниисмццалмакроаакного совета Д 020.21.01 в Агр. '^иэи-чеекоы научно-иссяедоватедьском кнотитуте по адресу: 195220, Санк^-ПатеДОрх1?, Граждане**" пр., 14. . >•'" 'С диссертацией можно ознакомиться Vбиблиотеке института.

АвтотеДеюгт разослан* "- : • 199Й г. V.

Учешй секретарь • специализированного соавта , >- _ _

• ОБЩАЯ XAPAtvTEFllcniKA РАБОТЫ '/".. >

Актуальность проблем«. Важнейией а дачей совр^чен ого расте-юглодства является повышение его эффективности за счет оснащения производства передовыми технологами, связанными с разработкой и ' внедрением методов высокоточной и rtucтродейсте уииеЯ диагностики' состояния сельскохозяйственных угодий, оценки их продуктивности, прогнозирования урожайности, анализа качества и состава продукции растениеводства, контроля epepy обитания растений. Per wo этих . проблем способствует исследование фотебиологических процессов и реакций, ¿^которых участвуют растительные объекты. Изучение ^закономерностей взаимодействия растений со светом как одним из основных внешних факторов позволяет получить информации о-жизнедеятельности растений под влиянием окружатаих условий и использовать ее для .практических нужд".' ^!■' ' '-.-',

V Основные фотоЗиопогичесхие реакции, в которых могут участвовать растения, подраздемются, согласно существующей классификации /КоневВолотовскиЙ, 1979/,* ка функционально-физиологические" /которые, в с во» очередь, делятся на энергетические,' информационные и "5иосинтетические/ кна деструктивно-модифицирующие. Приме- .' ром энергетических фотокологических реакций является фотосинтез, представ ляюсчий собой .определенную последовательность физик о-химических процессов, приводящих't преобразование световой энергии в . химическую. Часть световой.атргии при этом переизлучается в виде флуоресценции. " Паралдатры фяуоресценцчи растительных органиэмоя эа-i виепт от состояния! и функциитрованмя фотосинтетическот . аппарата :и воэдейстаия-внеаних.факторов - освещения, температуры, водного ,,* «■солевого режимов, состава среди /Литвин, Беляева,'1968,71971}

Синнвеков..1993; Кат-зпетан..'Еухор. 1966 я др.'/. Именно поэтому : "

■7.:ЦЕНТРАЛЬНАЯ .. '..'•. / ' я".•••••'•"'•

, ,НЛ>ЧИАЯ ГСК#И0ТЕК\ * ■■"■■'/'Ч-.- ;,";■■V,

Moot, со/ . •учдеши

"* ИМ* К. fj. , , -•fU/iw^ai

Инв ЫаА-ЗОбтЮ

яти 'параметры представляют собой эффективные тест-ф'чкции, несу- ; щие информации о саном растении и окружающей его среде i Особое . раз» и i ^флуоресцентные методы получили с разработкой лазера как источника возбуждения флуоресценции растительных объектов. Мето--ды лазерной флуоресцентной ы.гктроскопии петляй широкое применение s исследовании фотосинтеза /Рубин Л,Б.. 1976; Лазеры и фотосинтезу 1966; Пащенко, 1907,и "р./. Однако, работ, посвященных использовав кию техники лазерной флуориметрии и спектрофлуориметрии сельскохозяйственных с тений in vivo не та* уж и много Абросхин и др., IC35; Бункин я др., 1965; Кочубей и др., ¿986; Ыиркамилов и др.,* - 1989; Архипов и др., 1990; Лискер и др.„1990; сьаррвИь et «1.«: ' 1964/. "f

В целом, ети работа н.сят разрозненный характер; представдя-. ,ется целесообразны« детальное Исследование флуоресцентных харак- • теристик сельскохозяйственных культур » процессе энергетических : " фотобиологичес.;их реак^Й в эавясюийсти от состояния растений, в ли-; 'яния внешних факторов и условен культивирования;; выработка:на ос-', нов® анализа »той зависимости эффективных диагностических иритери-.ев, необходимых для получения информации о растениях в лабораторных и поллвых условиях и ее использования для ну*д сельского хо- ■ эяйетеа, Кроме того, j связи появлением в последние годы много; ; численных работ,, пропагандирующих предпосевную обработку семян ■ . сельскохозяйственных культур лазерным излучением и утверждепяих -:.-"нефотосинтетические" ыеханиэиы преобразования световой энергии, ' в программу наших исследованийвводила экспериментальная провер- -

ка'эффективности лазерного облучения семян с целью выявления "ла-■'•'/": зероспецифических" »фактов. • \

" К информационный фотЛЗиологическим реакциям, в процессе которых свет используется растениями для получения информации об ,

окружащем мире, можно отнес ;я фотойняуцировеннсе движение растительных организмов, фотсморфогенеэ, фототропизм, фотопериодизм. Среди них в меньшей степени изучены ток«е реакции ; эк '^ютздвиже-ни. подвижных растительных организмов и клеточных органелл.'Низ-, кие растения /и, в частности, водоросли/ в состоянии реагировать на изменявшиеся окружаюгт условия и, в первую очерсдч, на свет,, вырабатывая при этом определенные двигательные отклики. Такие перемещения живьгх организмов в пространстве под воздействием света называют фототздуцированнда диске кием /ил« фото движешь' /Част., и др., 1988/.

Исследование Фотодвижетш низиих растений шлеет непосредстч : венное отношение к выявлению общих принципов регуляции внутриклеточных процессов метаболизма,' онтогенеза, эмбриогенеза, морфоге- . неза.а также предетаспет немаловажное значение для экологии и биоценологии, эволюционной биологии и морфологии, фи логене.ики и систематики.. Следует отметить к возможные практические приложения явления фотойндуцированного движения низких растений, связанные с кх использованием в качестве модальных систем или тест-ойъектов ; при решении проблем,бионики, биотестирования, контроля еккгжлтаей среда, водной токсикологии,' биотехнологии, аявакультуры /Масюк' и др.;, 1288,; Посудин к др., 1987, 1968/. Особое значение играют низ шие растения в сельском хозяйстве, иыполнялфуняции накопителей . органических веществ в. почве, регуляторов^влажности почвы, азот-фиксаторов, кормовых добавок, источников' микроэлементов и ростовых веяеетв /Топачевский, Масск, 1984/. •

'■ . Изучению фотодрижёния. низших растений посвящены рг^отн таких исследователей как Литвин, О.А.Синещеков, $.Ленчи, Дк.Колом- ; бетти, В.1?уяч,Л.Хэдер, М.5ей»лейб,'В.Хаулт и п. Исследования, фо-тодвидеюет растений идут, в направлении кок выяснения .феноменоло-

гии основных процессов фоторецепции " фотопрсоСразовашя' на молекулярном » ор, ¿низменной уровнях, так и разработки новых методов г определения параметров фотодвкжения и их эавиС1шости с*. екружав-• си* условия., ' "■ ,'ч f' ;;...

•* i Вмес1.« с тем, следует подчеркнуть; что хотя многие рьститель-. iura орг яизмы демонстрируют фотоиндуцированное движение, лйяъ нь-' которые йэ них стели объектами детального исследования с точки < зрения фотодвижения,.Но даже у эти* объектов остается или иевыяс-. ; ценным.'iили спорный' ряд 'вопросовi .e. Л38КННХ с попыткпми осшс-л..ть, различи**» аспекты фото регуляции движения* Многие же првдстаг-7 вители подвнжних рвстительных оргАниаиоп вообще не изучен в отом v плане. Остается открытии вопрос о/практическом использовании под; .вижнызс растительны* орган» нов в качестве тест-объектов, апара- ' .-.■■метров их фотодвижения - в качестве тест-фушций в процесса био- • / тестирования ¿редыих обитания или при изучении совместного дей-*. стаия света и химически* препаратов: * \ - ;

; К малоизученним относдтс и дестрагктивко-модифицирущке ре-, вакцин,. в' частности, отраженные в настояцейработереахции фото-еенеийИлиэации," впроцоссе яоторыхсветовал анергия, поглощенная " ыолекула!"1 пигментов-сенсибилизаторов »передав тсядругим молеку-' • лах.нв способны« са.мОстояте/ но поглотать свет. Исследования де->* структибно-модиф^щирупачх ревкций рветений", связанные кал с Коля-чественмиыи'оценками параметров света и химических соединений, ■ приводящих к этим реакциям, тая и с выяснением механизмов фото- -сенсибилизации, актуальны для'медицины и ветеринарии, в частнос-*' ти, для диагностики и терапии онкологически*,' накожных, аллергических и других заболеваний.• , ■ . ■ ;• ■Цель и задачи исслм^ввнияУ'ОсноумрД целы» настоящей диссертационной работы являе.ея изучение с помощью оптически* методов;

[Общих и специфических законе ¿ркосте^фотсбиояогических реакций ■ шсших и низших растений /на примере фотосинтеза» фотодвижения организмов и фотосенсибилизецин/, изводящих сфор; дроьать представления о структурно-Функциональных свойствах систем, отвмст-* вешых за эти*реакции, и полуодь практическую информации о сос-' тоянии растений и окружг-щей их среда.

: Основными задачами, решение которых необходимо для осущест-. влекия поставленной цели, являются; ■ - •

I.' Комплексное исследова? ле флуоресцентных характер ;тик : • сельскохозяйственных растении ь процессе энергетических фотоСно-'/ логических реекциЕГдля получения информации .о состоянии растений '■■ и учота влияния на них окружавших условий! разработка днагности- , ческих критериев на основе регистрируемых параметров'флуоресцен- , цки. ■ ■ . ■ • '•' -

, 2. 'Экспериментальное изучение возможной вф^ктивиости лрел-^ посегной обработки семян сельскохозяйственных культур лазерным .' 4 излучением и выявление специфичности действия этого излучения.'

3. Изучение общих' и спецп$1. <еских закономерностей фотоинду- \ - цированного движений низших растений при кэыешнки вкевнизс уело- ; вкЯ; исследование. структурмо-^уккциокальшх свойств фоторецептор» них систем п возможных механизмов, фоторегуляция движения этих . растений.; ';■■ ■.;.".;.,--., • . •;

'■".■■'4.' Рассмотрение возможности использования параметров фото-.;'-, дпижения низших растений в процессе биотестирования.1юдшхеред;;;; к,оценки совместного действия света к химических соединений на-' - V растительные оргвнизуи.' '■/'„'.-л1 ' ■г , 1'.'Нцучнпя ровиэнц'.'В-резуяьтате! исследования энергетических.' ■ информационных и-деструкт>!1)но-модн5ицир},щих ф тобдологических; :реокциЯ высиих и низких растений/на.примере,фотосинтеза, фото--у

движения организмов, фото сенсибилизации/ иэ; <енн общие и специфические законе, ерности процессов, происходящих п^сле поглощения ' молекл лой растительного пигмента кванта света и приводящих, к регистрируемому ыакроэффекту. Принципиально новыми научными результатами яетястся следущие:

- ча основе комплексного исследований флуоресценткьгх хароя-.теристкк сельскохозяйственных растений выбраны и обоснованы тест-4ункции,\ позволяющие получить информацию. о состоянии растений и условиях их культивирования; . -„ . : - ; ■

^-проведено сравнение предпосевного воздействия на семена сельскохозяйственных культур когерентного лазерного излечения и * некогерентного излучения лампового источника одинакогчхинтенсив-

остей и длин'волнI покаэг ю отсутствие специфических эффектов* •прои^эодишх лазерным излучением; • • - дан критический анализ сутествуиисй терминологии в классификации явлек :Й, связанных с фотоикпуцироьанньм движением организмов; предложен параметрический принцип классификации светоза-висимогй поведения'организмов; , . : .

- впервые исследованы,основные закономерности фотодвижения'- ■ двух видов зеленой водоросли ОипаЦлИа Твой.. /Э.ваНаа" и 0*у1-т±й1а/, а частносп , устанопена зависимость поступательной,.вращательной скорости движения и фототопотаксиса от параметров светового стимула и окр^-.>ащеЙ среды, сформированы представления о структурно-функциональюпе особенностях.фоторецепторной системы. \ этих, видов; предложен механизм фотоориентации клеток. ЕшпаИвИа на основе усиления или ослабления светового сигнала с помощью стигма, выполняющей функции как: четверть-волновой пластины, так

л дифракционной решетки;-«предложен маханиям'фоторегуляции движе-; ния клеток ХК1йа11в11а>: предусматривающий участие конформационных

изменений белковых молекул, присутствуют« как в фоторецепторной хкстеме, так и в двигательном аппарате, при днпольном возбуждении этих молекул; '

- разработаны методы лазерной микрослектрофлуориметрии чГ-раэрепгенной во времени лазерной иикрофлуоркметрии щ .. поз-

волят^ регистрировать спектры вс »Сужения флуоресцт ;ик и измерять время затухания флуоресценции фоторецепторних пигментов и идентифицировать пигментный состав отделив клеточных органяля;

■ - предложено использование подвижных организмов в к^естве тест-объектов, а параметров их фотодвижения - в качестве тест-функций в процессе бмотестированкя полных сред; для количестве)*- ■ ноЛ оценкижмических соединений, лрифггствутих в этих средах,' предложен векторный ме*од биотеоткровения. • * , -

Науч'-чя и пряктнчссквя значимость г^отаУ В результате про-' веденных исследований разработаны 1 тучные положена « метода, совокупность которых можно рассматривать как новое направление в' исследовании фотобиологических реакций растений на основе сопос-/ тявления параметров световых стимулов я регистрируемых парамот- *. ров жизнедеятельности-растений* Разработанные оптические, в том. числе и лазерные Методы исследования фотобиологических реакций высших и низших растений и подученные на их основе результаты могут Сыть использованы для получения информации о состоянии ееяь-. сксхоздйственных культур, влиянии на них внешних факторов; условий культивирования; для прогнозирования урожайности ёельскохо-зяйственных угодий средствами дкстанционного лазерного зондирования. Рпзряботанные с этические и лазерные методы и с с ледова кия про-; цессов фотодвиж'ния 'низших' растений и полученные с их'помощью ре-; зультяти 'могут быть использованы для формирования представлений ■ .о мехтшэмпх футоре гуллцки движения подвижных организмов. Метод

видес микро графи и может нейти свое применение -«и изучении зависимости параметров фотодвижения отдельных организмов и клеточных органе"n от характеристик светового стимула и окружавших условий. Установление общие и специфические закономерности процессов фо-торегуяяции движе'-ля низших растений /на примере двух видов зеленой водспосли Ptrnaiielle/ и сформированные представления об "С- , жмньгх аслег. дх фоторецепции и сенсорного преобразования светового сигнала позволили прийти к заключении с целесообразности использования подвижных организмов ? качестве тест-объектов, а параметров фотодвижения - с. качестве тест-функций в процессе биотести-^ованкя водных сред на предмет количественной и качественной оце -нон присутетвущих в них химических соединений. Результаты проведенного иэ^енйя я в лечил фотосенсибилизацки, его связи с параметрами гвета ч, сенсибилизаторов 'могут быть использованы при лазер» ной фотохемотерапии влокачественных опухолей, при лечении нахож-ных я др. заболеваний человека и сельскохозяйственных животных. Разработанные методы лазерной ткроспектрофлуориметрии и мижро-_фяу<?римйтрип фоюпигмектов In. xlvft могут быть реализованы для исследования клеток и клеточилс органелл растительных организмов. Показана перспективность использования заработанных методов при создании приборов, предназначенных для диагностики состояния сель ек охозяйствекных растений, контроля в состава разнообразной' сельскохозяйственной редукции. - -

ибтодо и объекты исследования ;

■Для реализации псставленной в работе цели и решения конкрет-""ных задач был; нспользбвац комплекс оригинальной и созданной ня ■ основе промышленные прибоев экспериментальной аппаратуры^позво-лягщей реализовать оптические методы исследования фотобиодогичес-

кнх реакций растеидй. В частности, были исполъэоъ&нн метой» иь-' верной спектрофлуориметрии In -»Ivo и регистрации индукции флуо-'. ресценции сельскохозяйственных растений, видеомикрографии подвижных организмов, лазерной.мккроспектрофлуоримстрии и розрсаепкой во времени мия рофлуориме три и фото реце п торньгх пигментов in vi» о, -лазерной допплерогской слектроског«! пллвижных оргони-чов в процессе биотсстирования, .сяектрсфугометрии хлоропяастов в процессе . их фотоориектацки. ; • . ' -

. Для регистрации спектро* излучения флуоресценции роптаний. \ был создан лазерный спей трофлуориметр на основе промышленных лри-бо ров-импульс ног о* азотного лазера ИШ1-503, ,спектрофотометра 0526 и самописца Н306," позволяющий регистрировать скорректированный спектры излучения флуоресценции хлорофилла о жинйх pacTatftuix, со* поставляя их со спектрь^<и флуоресцентного стандарта. * '

Многоцелевая установка, созданной на оскоро люминесцентного, микроскопа ЛГМАМ-ИЗ и самописца 11306, позволила реализовать кккх^ флуориметрио и осуществить регистрации индукция флуорссцеиции (мстительных объектов.

Для выяснения специфичности лазерного.облучения в процессе ■. предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур била ■ разработка экспериментальна* установка, предусматривали«! одновременное облучение партий семян лазерным,излучением с дяиноП волны генерации 630.нмг излучением лампового источника, пропущенного ,через интерференционный фильтр с длиной волны пропускания 630 ны.'; " и излучением лампового источника белого'света. Интенсивности ■ из-лучйниЯ в первых дву вариантах,уравнивались. .-.'

Кгмплекс№"1 подход к изучению фотодвижеиия низших растений <; .стал возможным благодаря использований техника -гиде смик рог рафин. ■ основанной на сочетании микроскопа с'исследуемыми о<Гккта«и, citc-

темы'видеорегистрвцки и набора источиихев белого /в том числе по--яризованного/ и монохроматического света /РисЛ/, /лнная зкспе- . римвнт&дьная система позволила осуществить регистрацию поступательной и вращательной скорости исследуемых клеток, фототолотакси-с», строить гистограммы углового распределения клеток в зависимости от параметров светового стимула и других условий. Исследование', состава, месторасположения, структурно-функциональных свойств фоторсчелторных систем исследуемых низших растений проводили, с поиощьь таких методических приемов /ох регистрация спектров действия фотоки.^за и фототопотаксиса, использование ультрафиолетового и иониз^ущего излучений, изучение характера фотодвиження; -клеток при Одновременном облучении, двумя вэаимноперпендикулярны-1 ми яуча-и 'чета, а т^чяе в поляризованной свете. Рассмотрение воп росов .сенсс. кого преобразования, принятого фоте рецептором кванта . . света, в сигнал, управдящий движением клетки, стало возможным при использовании ионов кальция, «локаторов кагчдоевых каналов, ионо-форов, оуабяина, азида натрия, а также при действии на исследуемые хлё тки электрических.полей.

, Для идентификации растительных пигментов на клеточном уровне был разработок лазерный микроспеятрофлуориметр /рис.2/, пред-. ставлягяциГ. собой сочетание перветраиваемого лазера на красителях^ микроскопа и системы регистрации и позволяющий определять спектры возбуждения флуоресценции 1п клеточных оргенедл; модифицированный вариант установки был использован для определения времени затухания флуоресценции фоторецептерных пигментов, .

'■ Для идентификации пигментов, ответственных за внутриклеточную подвижность хлоропластов растений, бы* создан спектрофотометр позволяящяй регистрировать епектры действия фотоориентации хлороз пластов в;видимой я ультрафиолетовой областах спектра. '„г.

Рпе.1. Экспериментальная установка для'регистрации, гарамзтрой фо'г*

. тодвиження растительнихорганизмов /1,3,7-исгочнили света,\

; - 2-оЛслт, 4-но«охрокатор, 5 »П-свотоделитояьше

- б-поллриавтор, В-линза, 9,10-Д(»фрохрйсные фильттык1£-эар^ пяло, 13-микростгоп, 14-вадеокоморо, 15-блок сопряжения ;

. 16-мокитор. *.■"•■■ - . . *

Л, л

Рис.2, Схема лазерного микроспектрофлуориметра /1-лазер на красив • те лях, 2-азотный лазер накачки,3-жилдостныЙ ■ фильтт) ,* 4-фо?»' ..' топриемник, 5,6-уногоканалькые* анэлизатг-ы, [■ "" Г2-диафрагмы, 31, 32 зеркалаЗД ДЗ-лпнЭы. Л^УЁЙ^р;^^-/^ - ■ ; нмЯ ф и л ь тр, <ТД1 ,ФД2-фотоди оды, ФИ-формиро вате ль' кмдульсбв.V

И".

^^^ДЛ.'Дляг 'исследования параметров фс •одвижеь.л в качестве тест-фунхцнЯ процессе биотестирования использовали методы видеомик-'

лазерной спентрофлуориметрии и лазерной дога^еровской ,'спекуроскопии^ Для количественной оценки химических соединений, ' »-присутств;тяцих в иодных сред.х /на примере поверхностно-активных -гведаств','ч< тяжелых металлов, пестицидов/ был предложен векторный ' метод биотестирования. -. 'ч-,-^ "

'Предложено-'использование подвижных одноклеточных раститель-

ПЬ'М V* ■■ ■ ■ '¡'г ^ . . ■■ • ..,.- ' - ■

-гепс о^ганизум! в качестве-модельных е/отем для оценки совместно-

',!■ Го действие "вет^ и фитосенсибилиэаторов и "изучения возможных ме-

'ханнгадов фотосенсябилизацин, - ' ; . ' • г

; ' л •••: ■■, • . • ■

- .Использование в работе методы и з'кспериментаяы<че подходы;.^.

^-¡Уйыли лршюженй к конкретно ¿¿мктан-высшмм и низшим растениям» (, ^

. Так,' мотоды лазерной "епектрофлуориыетрии, регистрации пндуи-.

/Г.циМ. флуоресценция и михрофлуориметрии быги использованы для комп-

^ яексйого иссл дования "■флуоресцентных харакгеристик сельскохозяй- г

/ стветт- раетений-злаховых /р«*ь, паеница, ячмень, гибриды емфи-

^'ДйллриднЫв?кукуруза/ культур, картофеля иовогдных /помидоры,

^йгурцы,;*-'каба'оси ■ йерец/культур в процессе внергетических фотоби-

в логических реакций. ■^■^■■^'С*" ••'• •

>''к:^У.дС!<}ьектеми исследования глТормацвониых фотобиологических ре-

«кций были два вида 39пеноЙ водоросвк Втьг1*ид. ,1во<1.» в част- .

-; чости, (Твой* м 1>.т1*'1<14-» Т*<х1. /Рис.З/ Ати виды были

:; - о(|ьектами исследоваш1Я м двструктивно-модифшдирутаих фотобиологи- -

ческкх ре акций/ и звгае нофитовая; водо рос ль £ов1м* вгао111вК1«ъ«,

УРис .4/.* Внутриклеточную подвижность хлоропластов исследовали на

водном рес^шся Бр1го<Ь1а г . , ;■

: : ■ , . ' -Апробация работы. ОЙ10вные'тезуяьтати диссертационной работы ',

--"доложены и.обсуадена /-.ли представлены в ^йде тезисов/ на научных ■

-1

- --г: .'-г—...... — .......

.3. Ойиий вид двух видов, СиаоИеПа Твод< » а-И. ■

0.т1г1<11а11-стигмо, 2 - жгу тик и | З-хлороплест» ■" ' те зерна, 5-гшреноид., ! - " * '■' '-У.,".',^

. ■■ . : ......■■ -.: . : - : /V;

• Л'1 '- •: •

• ' ■ ■ - ••• •.' ■'/•*. ^ •

'*" , :Рис.4, Ойцв» вид ЕивНпл- ■

'..'.-. ехасЩви-жгургк.Г-сти-; ■ гма;'>

; теиввЪ-в!*,'

• •"'..';'"' '' ' '

саманаpax и конференциях Украинской сельско:-зяйствекной академии,кафедры.ботаники Киевского государственного университета, * . ¿лаборатории микробиологии дологического ШИ Санкт-Петербургско-, '■Государе.венного университета, Санкт-Петербургского аграрного " университета', Кн :итуте ботаники им.Н. Г, Холодного-АН Украины, Агрофизического научно-исследовательского института, Всероссийское Vpo отделение ЙАСХШИ /1977-1992 гг./; II Национальной конгрессе • ГКван.овал электроника и плазма"/Италия, 1980; Всесоюзном сове-л-щании^семпнаре "Применение лаа^ ров, в Оологии", Тбилиси,. I960; - ¿ Всесоюзной био*изич том с^рзде, Москв?, I9B2; Всесоюзной кон-ференции*'по применению лазеров в медицине, Красноярск, >1983; Н»--уччо^практической ко^еренции "Применение лазеров .« магнитов в i . л^Йиологьи и медицине", Рост^в-на Дону, 1983; Всесоюзной научном со-, : Квещаичи'.,,Пр11менение-лазеров в> биологии";Москва, 1983; Националь-; ';гном конгрессе по лазерной хирургии и биомедицинеким приложениям, " Италия» 1983; 1У Всесоюзной научно-¡гехпиче кой конференции "Проб-лемы;техники в медицине"; Тбилиси, 1986; 1У Всесоюзной школе "При-.. ,- мененпа лазеров в биологии", Кишинев; 198$; Всесоюзном симпозиуме

^Биохекилшинесценция в медицине и сельской хозяйстве", Ташкент, .,<1986; 13 Всесоюзной конференции!по спектроскопии комбинационного

'рассеяния света';. I Европейском конгрессепо фотоби-

;;ологни, Франция,: 1966; I Всесоюзной конференций "Актуальные проб-1'Улемы альгологии"',. Чер"ассы;*1987;'Меядународном симпозиуме "Биоло- . гия и таксоиомия зеленых водорослей", Чехо-Словакня, 1990; Между- . неродной ко^еренции'"Ыофивика фртррецепции'и фотодвююнвд

/ организмов",'И«и.ия, -1990, v * ;".. : .' '■-Mi..:.,;:. ■ 1

, i™. ■ - ii - Ч- .: ^ ' --'

.Л;■'■■ Структура 'Диссертации;: Работа состоит кз введения, шести

•; яа вида клтения. Объем рукописи составляет .433 стр., из них'..

--''' стЬ.гвксга.27 ( таблиц.' 132 ' рисУнков.' 544 'ссылки на

литературные ясточнмш. . . / -;■■ *

'Л.,;1 ООЛЕРЗКАНИБ РАБОТЫ - :

. Исследование tfo токологических те акций .. растений /о^эор/ ■ >.:

В данном обзоре рассмотрены с iex тыльные свойсте- растительных пигментов, ответственных за фотобиологические рсб&цип рас'те-. ниЯ-тлорофилла, кпротинондов, флавилов, ф;-;тохрома и др.; природ-' ных пигментов, учвствугсщх■ в фотосенсибилизацкл '- rmiepi^mcoVJ■ ; хлорофиллов, порфиринэа, - фурокумаринов Г Показаночто. др* • погло- f щенки кванта света молекулой пигмента последняя возбуждается}.. при этом энергия возбуждения 'затрачивается на безызлучателы^Уг, iv, индуцированные перехода, на фотохимтеские реакция или litt пвре* нос энергии, Исследоваьие.основных процессов, происходящих грп>.\ взаимодействии растительного объекта со свотом,'.цвлесообраэно^лрр водить с помсць» методов сптичййпоЯ и лазерной спектроскопия,' Ьб-ладакиях высокой чувствительностью, экспрессивность*: и..нграэрШ-юким 'исследуемый о'бгект действием* Особенно яитенсквноэ развитие! эти методы получили в-связи с созданием л азерй-устрой сто а , ■ -сбя а- ^ даицего высокой спектральной селективностью, йнтснсивность»., пространственной направленностью. Эти свойства^ наряду со способность» некоторых типов лазеров работать в импульсном реккме.'И ¿'feс-" печивать плавцув перестройку частоты в mtpostix пределах*,псзволя-4 вт исследовать чрезвычайно малые количеств»/иссйе^*г»^вещеста;:> реализовать селективное воздействие лазерного .'издучзния на'стзел!;' ,'ные клетки и клеточше органеллы, соизмеримые rio размерам с. дли^ ч ной ролш лазерчого излучения, исследовать бнетропротекв^е-гч»^. цессы в фоте биологических системах. " Of- *"„

. Показано, что особое место при исследовании зноргеткчэекпх ';

■фотобиологических реакций растений занимают методы лазерной флуоресцентной спектроскопии. Большой интерес представляют вопросы практического.приложения этих методов к\цуждам сельского хозяй-.отва,- ; .....у; , ^ ■■■'"■'

ч . • ■ * . . . ■ ■■'.. ■.,:■..■■■ ■'■■■"■;

обзоре освещены результаты теоретаче- -:их и эксперименталь-, 'них* работ, посвященных предпосевной лазерной обработке семян ее-',ль,СЛохоаяйстгенных: культур;* авторы »тих работ, используя представ-• лення/» нефотосинтетичсском "способе преобразования световой энер-•ши, настаивают ка "специфическом" •действии лазерного излучения. Последнее утверждение явно требует строгих доказательств'на тео-

-1-. \ -ч ■■. • * : » . . .

оетическом в экспериментальном ур-внях, - у у.Особое'^есто в обзорэ занимают проблем* терминологии и клас-; рйфикахг'и.'-ветоэависимого поведения подвижных организмов иих со- ' '.¡рокулностеК;; показано, что существующая классификация и ©пределе- .

терминов страдают ряде«'логических ошибок,. Приведенный в об-^ зоре, критический енадия .'терминелогической путаницы привел к необ- г ' ходюМст разработки принципиально новых подходов к . классификации /светоаависюиого поведения подгнжкых организмов,' суть которых осве-

••'чается в четвертой главе работы, . /

■ ■.*•!.•';-"•■"■;'.. ■■ г--."... ■ .... . :.:,- ■

■ . Рассмотрены основные методические приемы, отраженные в лите- ■

ретурв,.позволяющие ввяснить харахтер,основных втвпов фоторегуля-

ця» движения/низших растительных организмов: фоторецепции, пер- .

; гичных фотореакций сенсорного преобразован?« поглощенного фото-- -

.(Лцчптором кванта" света в сигнал, приводящий к движению организ- -

'^гк-ч:.: •' • . ' А- ■

• • - •;. • •. ? -у Л . ' • :■■..•;■. г., . ," ■ • • ... . .

^;.Срав|ттвльн1гЙ анализ литературных данных о фоторецепторкых ' 4

.^сиетемах'тзших растений оояаэвл, что состав, местоположение, ■ '¿структура я"принцип действия »тих систем отличаются большим раз.: ^.тоо<г^эиеМ'.у-вредставитвлей рр.янвх, отделов, классов^ррдов и дя-

1 ' ,' ^■ ..г ' "'*' ' ■ . - -: ■ ."' '.. " ■.- . ' . ■ ■

" ад гидов, принадлежаотх одному и тому же роду /Масюк, Посудин,'■ ' 1991/. Недостаточные и явно неполные ов-л.е(тия имеются «'дитерату-; ре относительно первичных фотореакций пигментов, многие предположения нуждаются в проверке. Проблема исследования^основных путей; \ сенсорного преобразования светового сигнала в процессе фоторогу-1 ' ляции движения низких растений изучена далеко ив-полностью и фрагментарна^-Наиболее изученными в этом плане являются Чвгленсфито-; рая водоросль Еи£1»па вгасШв и зеленые; водоросли СЬХ^в^Летсал« г«1пЬагйШ. и ПаеоаЪоооссоа рЮТ1а11в( • Рассмотрены имеющиеся -в1 .. литературных источниках гипотезы, проливайте свет на возможные.'.^ втаяы преобразования светового сигнала у этих организмов.',.О уи^е^.' • но, что ки один из существующих методических подходов не'ДЛет кого ответа на вопрос об истинных путяхсенссрног' ■ преоброзойг I¡ил; . зачастую »тот процесс представляется, неким "черным ящиком", У жимое которого предстоит исследовать, ■У-'У

Очень мало сведений в литературе о результатах' иесдвдбзанкл,

■ деструктивно-модифицирущих фото биологических реакций* |1Изиихр'во-«: -тений, В основном представлены исследования бесцветных, лйаенньгх у, пигментов волорослейСШймг, 1982, 1964•НиЗ^всЬ.Шавг ," 1984*, 19851 . 19С5,*198б и др./. Вместо с тем, практлпес- У гие приложения явления фотосенсибидиэация требуют точных, кояаче- .

■ : ственных оценок различных параметров светового стимула и .сен гиб и- _

■ лизатора. Одноклеточные водоросли представляются удобными .модель?„'.

нкми г*ьектамк для реализации таких оценок; данных' в литератур!'-*"/ . на пту тему очень мяло.. Естественный интерес вызывают рщросы^ ч^;'1 • связанше с выяснением возможных механизмов фоТосвисибилиэвции; ' ' Комплексное исследование Флурпесцентных характеристик' сельсЦу уохозяйств^нных растений в Ъноцессе энергетических фотобиэлогичен»' ■'■'■ ->кх ггакпяй.- ■ .,.'■ ; У^УУУ':\_ ; ' .;';.*. ■'" ; ' ■

. / 20 ' ' .. ■ ■■ " ,

■ It * V . . ' ' * г * . L , . Т

, ' 1 ■ , ' 1 ' ' t1^ ^ В процессе лазерной слектрофлуоошетрвг сельскохозяйственных растений *ыли получены спектры излучения ф^оресцекции хяо-, рофил-^а; :'присутствуицего i- листьях растений. При этой актуальной ; ; Ьредставля£:ся проблемы поиска и выбора;эффективных тест-функций,, позволяющих оценгвать биологические показатели,растений, В наших исследованиях тест^ункциями, характеризующими состояние paciem tt '.рря* измене¿кружащих условий, являются параметры флуоресцен-(цта хлорофилла, Анешиз подученных спектров покязал,что при всем >рц$нообразии Е[тих спектров им присущи общие черты. Во-первых, " спектры характеризуютч наличием полос V синей и красной областях спектра,гКроме^того» в красной области.спектраыожно вцголить два , ммега^а^длинноволновый и коротковолновый IK!t» разделенные. •;«1Г)|имук;о« Ответ ч5твеннчии за ете максимумы при 683 нм и 740 ■11М^вдю^!:хлоР0Ф,'лл",йвдК0ВЫ*9'КЙМПявксы /Ладыгин, 1982/, В синей* Области спектра имеется также-два максимума-длинноволновый 1„_ . (тря '533 >1м и коротковолновый Тск при .'477 За Первый максимум , . ответственными могут быть восстановленные пиридиниуклеотиды, за ' т ■ет4роЧ\-тМ№Слаты9'фл«8нкы /Четвериков, 1989/. Синее я красцур .■■ области';"спектра разделяет.минимум" ^ ; Г ,

■. v.-iWiB процессе исследований били использованы в качестве тест; функций соотношения' »щтенсивкостей флуоресценции, измеренных на - раэдичн« спёктрмьных цветках: l^/I^, l„/lwt ' ^

1 ю/* екм*'екм• *кд^*ек» 1кд^1сд» ^кк^сд' ^сд^ск*

^.Сопоставление'Этих соотношений о признаками растений позволило ' ;••.* . <

уетановить елёдущие захономерности /ИваницкаяПосудин« 1969/t ' •

Г ' ^.Ироведвклое, в; помсщьЬ методов лазерной епектрофдуоримет- "■

[,,рий и'рвгис^вции^индукции флуоресценции комплексное исследова- -

I " ч ие. флуоресцентных характуриспге Сельскохозяйственных' растений В ,

процессе ^енергетических фотобиологических' реакций позволяет уста-

новить взаимосвязь »тих характеристик с фотосинтвтической актив- . ностью растений, на хоторуп влияют фаза развития и возраст рас- ; тения, внешние факторы к условиях культивирования;

- процессы зеленения злаковых культур при их развитей от-зерна до этиолированного проростка и стебля сопровождается уве- ': личением параметров ХКД/*ГКК. ХКДЛ,К, Т .Д/1СД, Гкк/Гск, 1КК/ГСД;

- облучение этиолированных проростков злаковых культур белым светом /освещенность Б«4000 лк, продолжительность облучения*; до 1,5 суток/ приводит к увеличению параметров 1КД/1КК, -КД/ГСК» ^кд^сд /Рис.5/: нельзя исключить наличие спектральных сдвигов . максимумов в красной области спектра.в процессе зеленения рзсто-ний; ''

- очевидно явное до сравнению со злаковыми кулыурми /находящимися > стадии этиолированных проростков/ увеличение пйрбм^т-ров 1к/т

гк' *кд^ся* ^КК^СК* ^СД^СК ДЛЯ ■культу /нсхз-

дяшихся в стадии цветения идя плодоношения/; ,

- не установлено сколь-либо существенных отличий в использованных соотношениях для образцов злаковых культур разных сортов *,-в пределах одного рода, между озимыми и яровыми культурами, твердыми и мягкими ви-ами пшеницы) в то же время," можно отметить наличие существенных отличий в использованных ссотноиегмях ддя различных овощных культур;

.--обнаружен* зависимость использованных соотношений от участ га листа растения /максимумы соотношения Приходятся на середину: ' листа /Рис,б//, от возраста растения /максимумы соотнсгенкЯ соот-ретструпт молодым культурам/,'от состояния растения, определяемого условиями кучьтивирования /внесением в почву удобрений различ-' ных тягов/, ?вболевам(Ц!ми. , , ■ ■ ;

Z. В процессе регистрации спектров флуоресценциирастите ль-

ных объектов следует обязательно учитывать хараят р инцукционних ■ кривых. ■ , ■■ ^ / '..'

3. Проведенное предпосевное воздействие на се'-ми сельского-' эл';твенных куль тур лазерного излучения с длиной волш генерации, 630 нм и излучения лампового источника, пропущенного через интерференционный фильтр с д/чной роллы пропускания 630 на, при одинаковых интенсивностнх о*оих типов излучений и сряышняе характерис тик растений, выращенных иг-облученных и контрольных партий сеют свидетельствует об отсутствии статистически достоверных «тяичий,' зтих характеристик. " ' ;*. 'ЛО' /

Обнаруженные в процессе проведенных исследований аакономер-^' ности пнергеткческих Фотобиологических реакций позволяют получить практическую информацию о состоянии сельскохозяйственных 1рйст<м-П!а I. Определенные с помощью метода лазерной спектрпфлуоримст-рии 1а *1то сельскохозяйственных растений соотнесения инт^нси*-ностей флуоресценции на длинах волн, соответствующих максимумом к - минимумам спектров излучения флуоресценции, возбуждаемой лазер! излучением на длине волны 337.к-:, целесообразно испсльзозпть » качестве теет-<*уккций для получения т^огмацт осос-гоягши е-кохозяР.ственниу растений, определяемом фязой разгктня, воэрасточ, в л ия ни см ^ внешних факторов, условий культивирования. Получ^няя таким о*раэ<?м ин-^рмвция может быть использована л процесс? диагностики, в том числе и листг ционной, состояния сельскохог^кПст-.'; угодил. .<_-■■ ; •;••..'

;.'■'■ 2. В процессе предпосевной обработки семян селъскогоаяйст-..V генных куль тур гегерным излучением отсутствуют епеци 'э скне фекта, сг'язалше с когерентным взаимодействием »того излучения с' секенеми, пр^детярдягиэтми собой конденсированию биологические среды. К гипотезе о стимулирукцем действии лазерного излучения

ir езмена сельскохозяйственных хультур елг-дучт относиться с определенной осторожность«,

Исследования йн!юрм*к: tQHtiMx Фото биологических гевкций низки^ растену" при изменениидслови^окпужаг^ей среды.

К полученные.в результате проведенных исследований данный, характеризующим основные закономерности информационных фотобиологических v -акций низших растений, можно отнести следующие: ¡ I. Теоретическое исследование информ-ционных фотобиологичес-кнх реакций, в частности, фотодвижения подвижных организмов позволило установить, чт" существующая система терминологии и классификации параметров фотодвижения подвижных организмов и' их совокупностей страдает рядом логических ошибок и неточностей, приводящих "г.рминологкчзской путанице. .. ". " " .2. Экспериментальное исследование фотодвижения двух видов 'зеленой водоросли Свю11е11& с помощью метода видеомикрографии позволило "у ста но вить следующие закономерности /Посудин к др., 1080У 1990,' 1991, 1992/:. ■ ' '

■ " ;' ' - максимальные скорости поступательного движения исследованных видов DvtnaXiolla составляют /48_+2/ мкм/с для D.ealin» и /36*2/ мкм/с для D.TiridiaB области темпвгвтут) 20-30°Cj

V максимальные значения скорости вращательного движения составляют /0,52 + 0,04/ с-1 для D.sftUn* и /0,64^0,04/ для D.-»iridie в области «>*пвратур 20-30°С|

- спектры действия фотокинеэаи фототопотаксиса обоих видов, определяются-областью 400-520.им. где имеет место суперпозиция спектров поглоте.шя таких пигментов как флавины, каротиноиды и; родопсин /рис.?/; в ультрафиолетовой области спектра фотореакции 1вух видов Dunaliallá' отсутствуют;* t ■ . ' •

максимальные значения: положительное фототопотаксиса двух

«и м *т /ч*

Тис,7. Спектры поглощения каротиноидор /К/, фларинов /ф/-'и' pô-f .'-_ допсино /Р/ /согласно Коневу,Волотовс *оку,I979}Нобелу, " ï£73; Lenoi, 1975/. ' * ■ Г

, " ■ - " , ' ' ' ' ' I -, ;

■ ■ ' ■ -V ' * 4 ■ ■

Рис,В. Диаграммы углового';^ распределения движу--

■ цихся клеток двух •<

■ ■ видев ■■ для ряя»ак 'уровнеЙ

' псвешенности образ-;?, tw белым одетом. '-' '* /

виде л Dimalieiia достигаются при ог^ещеннот белым светом 500 лк; при освешвн1юсти порядка 1500 лк имеет исто переход от поло- . f*HTen^Horo фототопотаксиса к отрицательному, который глблгдается при освещетюстях вплоть до 40000 ля /рис.8, таблица I/; "

•у ^ - ус та но в л ем зависимость параметров фотодвижения D. salina от ptl среды: в конце первых суток клетки проявляют фотодвижеьие »' области 2 -, ¿5 < рН < 9,50,грипем максимальные значения скорости движения и фототопотексиса приходятся на,„нтервал 5,60< рН<8,40; эти интервалы сужаются со* греми hsmi область рН, при которой клетки демонстрируют фотодзижение» в конце 20-х суток составляет 6,50 < рН <ь,47; ^ ' . . /

- при воздействии двух вэаимноперпендикулярных световых потоков. стимул ирумцего света умеренных и высоких уровней освещен-.ности на суспензию клеток двух видов Sunaliall* имеет место движение клеток по реэультирупцей направлений распространения обоих потоков* /рис,9/; такое поведение клеток в лучае действия двух потоков умеренной освещенности отличается от такового для клеток Sugl«t>A Braille ( которые в аналогичной ситуации движутся по -обоим направлениям;

";■ - угловое распределение клеток двух гидов Eunaliella , дви_ гсшихср в одной пло^чости, пои действии поляризованного света, электрический вектор которого параллелен ятой плоскости, при повороте плоскости' поля-кэеции стимулирупщего света на 90 не демонстрирует наличия и соотретствуппего поворота доминирующих на- . прчвлеяий в угловом распределении- движущихся клеток;

" зависимость параметров фотодвкж^ния двух видов Luo»li»ll» от дозы ипнйзирутщего^ излучения /вплоть до 1000 Гр/ свидетельствует о рззличном ^склоне доэорыт кривртдяя скорости поступательного движения и фото тог i тек си с а клеток обоих ридов;~в.результате

" • ' . . Таблица I '

- результата статистической г^а^опя сазьцки методами зависимости углового распределения . тггсктт^ двух видов BuaaliaUa от ургння ссеевекноети о^саэца гри минроскопи-

. рзая!::: /НС -> ;есу-стреитео, С-сутеетesнтл стличия угле?ого распределения от изотрепного/

^¿íc^Hf ¡число jUçeaeTÇH ген- ; : р~ : J ~ ;«етоя

-ó-,.. ' it„ Ufl-^J't iест P?лея | Т-тест ■ i X -критерий' ¡меиен-.pug8< . ? ^se^tefgi^^-í W.03 P-C,0I Р.0.С5 ?«С,01 Ао.бЗ FKí.OljTCB.r-/лч/ Г - .- ".наш' i _ } , , ■ f _ ! ~

3,salina ; ■ * . ■ *'

" 0 " - . TOS . - ' 0,090 O.ÊSO КС П -I ,303 КС КС " '3,729 HC ' КС. 0,50

; ™ 112' 171° 0,119 1,586 КС HC -1,761 ; С HC 4,594 HC КС 0,63

• • 3C0 144 190° 0,273 10,732 С С 4,631 С 18,750 С С 0,76

• I5C0 104 174° 0;С85 0,746 НС.■ НС -+1,222 ' НС ВС 1,832 Ш .Нс' 0,60

,40000 ' г"- 591 25° 0,275 44,560 С -С -Q.5C7 С С ^ 16,52 С ,;С 0,71

— ' i ' " ~ ~

Л ; \ ' ÎI9 . . Г;,096 I.IC6-HC НС >1,487 КС КС • 8,379 С НС 0,50

30 134 . ч!40°-. • 0,150 ; 3,015.. С НС +2,456 '..Сл.С ' 4,824 КС НС 0,63.

.i- 500 152. ;• '147° - 0,240 , 9J24 С . С '^,27t-.{с* "с 12,255 С С 0,£6

/ 1500 123:. \:Ег6'.. ;0,150 " 5.8СС НС НС - НС.. 3,257:.Ю НС Ч,ЗЭ ;

' •<0000 ' 604 'Ч'.-".'С,1?42 ' 2.П5 — J ■ С • -4^SÍ? : С ;С;. 13,950* '"-С 'Ç.-jfijsr^

Тмс.9.Реэулътаты Фурье-аналиэа углового распределения движущих-■• " i с клеток Dunallall» прн.'освещених образца Ajyua взеимо-

• перпендикулярными ."от^чниками свеЧа учарениой интенсивное

t та /500 як/,. Здесь; а реальная гистограмма углового рас пределения; Я - амплитуды гармоник; в - фазыгармоник; f - гистограмма обратного Фурье-преобразования для семи основ:-»* гармоник. ■"■* , ч- • >. / V'-" '■..'.

-воздействия иоттрущего излучения имеет*место изменение размеров или формы облученшх клеток ло срввнани» с контрольными об-рвВЦйМИ; - ,',... >*"' ' _

; "3—~ * °^асти интенсив ноете Й с ткмулируицего ■ бе лого света 1-10 реакции двух видов ЬипаИаПа на иямененкя интенсивное^ ,ти ствдулирущего света во времени не обнаружены; *

- установлена зависимость фототототаксиса двух .видов Вша» И«11а от коиг-ктраоди конбв кальция в среде: максимальные значения параметра Ф, характеризующего способность клеток ориемти-' роваться относительно направления распространения стицулирупцего евега.'достигвптся в обллсти концентраций .ПГ5-» 10"%, где уве-

дичение параметра Ф составляет 20-4по сравнению с контрольными значениями; в то же время не обнаружена зависимость скорости ' лоотупательного движения клетох обоих видов от концентрации ионов кальция в среде; ' .

- добавление ионофора А23107 в концентрации Ю-5!.! в среду вызывает подавление фото топо тек си с а двухвидов 7)иааИвХ1а »который восстанавливаемся до начального.уровня в течение суток; скорость поступательного движения этих видов не зависит от добавления ионофора; ■'.':'. -

✓ Х - добавление ионов кобальта в среду влияет и на скорость. движениями на фототопотахсио двух видов £юа11е11а » но в рпз-. личной степени; ■ ч.- * .

- отмечен различный уровень ингибирования скорости, движения7; и фототопбтаксиса двух' в.дов Сш>в.11*11а блоклторами кальциевых ' каналов: циннаризин обеспечивает полное подавление поступа(«ль-ного движения и фототопотаксиса при концентрации ЮЛ, тогда как. изоптин ингибирует оба параметра фотодвижения в различной степе«' ни - скорость движения уменьшается до 75-8Э£, а фототопотахсио -до 40& относительно контрольных значений при концентрации препарата кНм*, " • - Д;.--; .>>■''■

- не установлены ооутимые изменения обоих параметров фотодвижения двух видов Риаа11*11а . /рм внесении в среду суабаина в пределах концентраций Ю"7 - : ...

- установлено специфическое подавление.азвдом натрия-поя тельного /при концентрации Ю'^Н/ и отрицательного /при кош г , рации 10"^М/ фототопотаксиса двух видов ВшаИаЦк * скорость движения клеток обоих видов практически не изменяется в пр^де». (гочг^чтрпцмй Ю-7 - 10"*^; ,' , ■ '

- , гчегпие электрические поля напряженностью 10-20 Ь/м,'при-

.^ложенные к суспензии клеток D.e&lin* при ее освещении боковым /белым'светом /500 лк/ приводят к ингибированип фототопотаксиса, . ' \ Использование метода лазерной мнкроспек трофлуо рчме три и la vive фоторецепторной системы явгленофитовой водгросли Bagl«» вг»сШв позволило зарегистрировать спектр возбуждения флуо- ' ресценции фоторецепторных пигментов в области 385-480 ''M и сравнить eró сс спектром возбуждения водного раствора рибофлавина . /ряс. 10,. II/. ' - . .

4. Использование метода разрешенной во времени лазерной мик-. . рофлуорнметрии In *i*o фоторецепторных пигментов Buglen» lia позволило определить вр"мя затухания флуоресценции этих пигментов, которое составило 8,4 не."

.6." Использование метода слектрофотометрии позволило зарегис-. трировать спектр действия фотоориентации хлоропластов водного растения spiroíeia polyrxbl«« в видимой и ультрафиолетовой области спектра /310-540 нн/с максимумами при 373 им и 450 нм.■

0. Исполъзованиг метода лазерной допплеровской спектроскопии, основанной на регистрации флуктуаций рассеянного не подвижных клетках Dun»li«.ll» света до и после внесения токсических вене с тг в суспензию позволяет определить изменения скорости посту- J петельного движения, число подвижных клеток и величину пнергоэвт- ■ рат в зависимости от концентрации токсиканта и времени воздейст-

. ГКЯ. " ^ "'■■

■ На основе обнаруженных в результате проведенных исследова- - . ний закономерностей фотобиологических реакций рястенкй сформиро-вёны представления о структурно-функциональных свойствах систем, ответственных за »ти,реакции: _ / ; .

1,'Пигментный состав фоторецепторных систем: . '

- обнв]*уженная с гоьолью методя видеомикрегра^ии спек траль-

мая чувствительность фотореакций двух видов Bunaliaila ; в види-

■ мой области спектра /400-520 нн/ и отсутствие таковой в ультра-■V- фиолетовой /240-400 нк/ свидетельствует об участии каротиноидов

■ в фоторецепции этик видов; .

■ - сопоставление спектров возбуждечия1 флуоресценции фоторе-

цепторной системы /перажгутикового тела/ Englena graoille и -

водного раствора рибофлавина, полученных с помощью метода лазер-

,■ной микроспектрофлуориметрии, свидетельствует о флавиновой при' Г -. ' -

роде фотогецептора E.graeiliet .

] - измеренное с помощь» метода лазерной микрофлуориметрии, , ; разрешенной во времени, в ре (¿л затухания флуоресценции фоторецеп-: торной системы /паражгутикового'тела/Ettglena gtaellla , составляющее типичное для флавинов значение /0,4 ко/, свидетельствует' ■} о флавиновой природе фоторецептора E.eraoillai .

- регистрация с помощью метода спехтрофотометрни спектра

■ действия фотоориентации глоропластов Eptrod«la ро1ттхЫяа в еи_ димоЛ и ультрафиолетовой области спектра и анализ характера это- , . го ^ спектра свидетельствует о флавиновой природе фоторецепторгой системы этого растения,

■V 2, Структура, форма, размеры и местоположение фоторецептор-• ных систем:

■ J-- исследование с помощьо метода видеомикрогрш{'ии характера -

углового распределения дрюуимхся. клеток двух видов Dooaltalla рри действии поляризованного светя позволяет установить недихро- , . ичный характер фоторецептора этих видов;.

- обнаруженное с г.смоиыо метода вчдеомикрогрефии наличие различных наклонов дозсрнх кривых, полученных при воздействии

^-излучения на суспензию клеток двух, видов rumalleila , для скорости ломуп я тельного движения и фстотопотаксиса свилетчльет-

. i'-"' 33

вует о возможных различиях в местоположении, размерах и формы фоторенепторных систем, ответственных за движение и фотоориента-ци»'клеток, а также о неодинаковой чувствительности к ионизирующим излучениям .двух^исследованных видов DunaliollA.

3,.Механизмы фотоориентеции подвижных организмов^——-— -^обнаруженные с помощью метода видеомккро(рафии отличия в -характере углового:распределения движущихся в поле действия двух вваяшюперпеццикулжрных ( потоков стимулирующего света клеток' друг видов Dupüllclla. и клеток Eugl*na grao 11 la __ с виде те л ь ству-ют о наличии механизма периодического усиления и ослабления светового сигнала, попадающего на фоторецептор Ounaliolla » раслоло женный в области плазмалеммы, с помощью стигмы, слои пигментированных глобул которой выполняют функции четверть-волмвой пласти ны и дифракционной реп-е'тки í анализ полученных оригинальных результатов и литературных данных позволяет предположить, что подобный механизм типичен для Volvooal«».

4. Первичные фото реакции и механизмы ¡сенсорного преобраэова ния поглощенного фоторецептором кванта света в физиологический сигнал: . .■ ■■ j .

- - установленные зависимости фототопотаксиса'двух «идов: ®tm» llalla от концентрации ионов кальция в среде и от внесения в сред£ ионофора А23Г07 и зависимость скорости поступательного дви жения ифототоп о таксиса о тих видов от концентрации ионов тбель-та, блокат^ров кальциевых каналов циннаризина и изоптина в'ср^л^ свидетельствуют об участии ионов кальция в процессе фоторегуляции движения исследуемых-видев Duaeliallai .V

- различный уровень воздействия ионов кальция, кобальта, а также ионофора A23IP7 и блокеторов кальциевых каналов /циннари-и:изоптина/ нп скорость поступательного движения и фотото-

потаксис двух* видов ВипаИвИа свидетельствует о реализации фото регуляции движения обоих процессов по различным каналам цепи сенсорного преобразования поглощенного фоторецептором кванта света в сигнал, управляющий движением клетки к ее фотоорнентчцией;

- отсутствиемлилния_оуабаин&р вне се нног о в суспензию двух

У —А

видов 1)иааХ1е*1а в пределах концентраций Ю- - Ю М .свидетельствует о том, что На+-К+-ДТФаза не участвует в процессе фоторе--гуляции-движения этих вигов;

- различный уровень ингибирования параметров фотодвижения двух видов иипаНеНа азидом натрия свидетельствует о возможном участии мембранных потенциалов в процессе фоторегуляции движения, исследуемых в.щов ИипаИвПа»

- ингибирование фототопотаксиса двух видов ВипаНеПа внешними электрическими полями также подтверждает возможность участия мембранных потенциалов в процессе фоторегуляции движения двух видов &ш&11»11а{

, - индуцированное светом изменение внутриклеточной концентрации нонов кальция в подвижных жгутиковых водорослях связано с возможным участием кон^ормацконных изменений белковых, молекул фото-^>ецэпторной системы и двигательного аппарата при дипольном возбуждении этих"молекул. . ' ' ~

5. Поведенческие отклики: ..

. . - при данных экспериментальных условиях /рассеяние света на подвижных клетках в области интенсивности света 1-10 мВт/см^/ фс-тофобические реакции двух видов ЕипаИвИд не обнаружены.

Обнаруженные в процессе проведенных исследований закономерности (!нформацион!!ых фото би оло гкчо сх их реакций гозеолячт получить педуклото практическую информацию: ~ ■.

I. Параметрически* принцип терминологии и классификации па- ."

реыетров фотоиндуцированного движения подвижных организмов, основанной на учете зависимости параметров движения организмов от

параметров светового стичула /таблицы 2, 3/, ПОЭВОЛЯеТ УПОРЯДОЧИ - ' ' ■ -

чить;£уществупцую на сегодняиний день терминологию и денные по взаимодействию некоторых характеристик светового стихла с пара- ' метрами ,, Движения живых организмов и наметить пути дальнейших, исследований, развитие которых позволит конкретизировать представленную схему и завершить классификацию на строго логической . t

основе, — ■ ■. ^

■ - * ~ \ . ..

-'. 2, Зависимость средних эначешй скорости движения клеток j двух видов Dunallelle от освещенности образца и температуры воздуха nru ми к ро скопи ровен» и является отлнчитедьнии- видовым приз на-', ком, в то время как зависимость аналогичных параметров движения от изменений освещенности и температуры идентична для двух исследованных видов. Сравнение параметров фотодвижения различных водорослей свидетельствует о том,-что скорость движения клеток обоих видов Dunallalla не одич-два порядка выше скорости движения си-незеленых и красных водорослей, не обладающих жгутиковым вппара- . том, но несколько ниже, чем у жгутиковых водорослей Chlaeydeeoa»« и Bugle»* . Отмепениое разнообразие параметров фотодвижения для рпзличных'водорослей убеадае* в том, что параметры фотодвижя-.ния низких растений могут быть использована в качестве системети-. ческих признаков,- . " ■ - ■ ■ -

Э. Ме.тоды лазерной микроспектро^луориметрки, микрофлУсримет-рии, разрегенной.во времени (гмикрсспектрофотометрии могут быть использованы в .процессе -исследования клеточных органелл различны« растительных организмов на предмет идентификации присущих в этих оргемеллах:пигментов, ответственных за гервичнуш /в проо^есе энергетических и информоционнмх фото^иологических реакций/ или втприч-

'. ' ■ ' Таблица 2

Параметров екая класси^югация светогависимого движения отдельных организмов

. Пасеметэы с вето- ■

стимула Интенсив- Градиента • Каправ- Длина Поляри-

- нссть интенсивности ленке эслш . зация

Гг^эметш ■ * движения I лг/м' 41/й* Г Р .

■ Линейная скорость т .. 7(1) 7(<1Х/<Ю ТСв): жр "

Углов вя скорость

/частота пространст-

. венных изменений траек- "

тории индивидов: холеба- ' * <

' ■ гга,1,5реиеиаЯ,р«скакиЯ/ а п(1) в(<Ц/«) а(а) аСу») 11(1)

Напрояление движения

индирилег ■ ? ?<« г(&Х/йЪ) гС41/йх) г(а) ър К*),

■ Трректория.ЛБИяения

" ИНЕИРКЯОВ 1 1(1) г(«/«) 1(«/<1х) К») кр КР>;

. ' Таблица 3

Параметрическая классификация светозависимого движения совокупностей организмов

Параметры ■ -

свиаеяия :■■-■'.

. ' > ■ t *

':'v Параметры свето— 'вого стимула

Интенсив- V Градиент-ность ! интенсивности

I 41/4Ь dl/dr

Напрев- '' Длина'-." Поляри-■ ление ' ■ волы J .эвдия

.'. л .' *

Скорость движения ». f ' ■ ■ Направление .двгакнм '^f ; .Траек рая двюврчя ; . > .

.^.'поцуияйя,-колонии ь'-" ':1

Ксвдентрири жадивид-в; ■■-¿.л в популяции,

колонии ;

. пространственное- *. _/ распределение.индивидов.' в популяции 'V t ^-Hi'S* f . Относительнее -

- - индивидов',проявляикпci} фатореавчиГу*

?(!);•- tCdl/dt) 7(<U/4t) Î(I)4' .a(M/üt) Bídí/to)

btt)V ûdi/at), ««Vax)

7(a) . V(jl) ,T(P) V B(?) • . S'y) 5CP)

< Ь(в) ; Ъ(р . UP)

"' . • '' J'

1(1) H(4I/4t) ff(£T/<!x> . H(î) : , j H(P)

■ 4 S(¿) S(dî/4t) 8(41/0) ; S(S) - BUy ~~r SÍP)

W -• ■ ', •:--" " ■■ ■ ■ -.'.y '■ -. -

' 38 Ч - .. ■■' -;,

| Ную/вызванную фотосенсибилизаторами/флуоресценцию.. - , V-, ' ¡14. Обнаруженная в процессе проведенных исследований эависи-. " мость параметре" фотодвижениядвух видов С1та11е11а от освещен-. ■ поста образца белым светом /до 40000 ли/, спектрального■состава света, :.онизи*у]пщих излучений /до 100С Гр/, электрических и электромагнитных полей, состава среды может быть положена в основу ■ при разработке бионических датчиков ^ регистраторов разкообраз- ■ , ных физических и химических факторов.: . -

Использование М^-екта фотодвижения' ни^пгихд|рестений пои *>ио-^ С тиров а нии „водных сред.

V Антропогенное воздействие на окружающую среду и возрастающая Химизация сельского хозяйства остро ставлт вопрос о необходимости поиска и разработки новых средств контроля загрязнений, попадающих в сельскохозяйственные растения и продукты. Одним из перспективных подходов к решению этой проблемы является биотес-•гироваиие, заключающееся в регистрации способности живых организмов реагировать на воздействие химических соединений, присутет->уи1ях в водной среде. В качестве тест-объектов в настоящей-работе предложено использовать клетки двух видов зеленой водоросли 1>ипаХ1»11& ХеоД. , в частности .И.ваЦпа '•! Ьиг1г1<Ця , представляющие' собой удобные для количественных оценок действия раз- личных токсикантов■объекты. В качестве' тест-функций предложено . использовать совокупность разнообразных параметров фотодвижения клеток -скорости поступательного и вращательного движения^ награв- . ления,'траектории движения,'частоты биения жгутиков и т.д..Зависимость этих параметров от характеристик светового стимула и вне-. я*т1их факторов'Детально рассмотрена в предыдущей главе. Для сравнительной оценки эффективности химических соединений предложен л так^называемый■"векторный" метод.Аиотеетирования /Посудин, 1991/, .

основанный на помещении используемых тест-объектов в опытную« с

химическим соединением,' и контрольную среды, внесении обеих сред ,

г экспериментальные ячейки системы ввдеомйкрографии, освещении

ячеек, стимулирующим фотореакции светом, определении параметров

фотодвижения тест-объектов и .оценке величины 1Е| и ны равления Й

вектор^'-В по формулам /Иаделунг, 1968/: : ' •

V:» ■-, ■ х* ■■ 1В|воавч| .' .'

~ ■, ■ 1 " , .'V.-. ■: ■ . . .:

. ■ ■ хг,- ^соа^ПаАпв^ ч .

7 '• 'и ' . ; : ;

.1В' "Иу

"'"'V 1 г>3».».»В-1. Л; ,' ■ ■ _ :•

Здесь - отношение 1-го параметра фото движения юст-обьектоа опытной образце к аналогичному параметру в.контрольном образце; )А| йб — полярные координаты; » - количество регистрирующих ■ параметров.' , - ■■".-■'. •; V ' ' ' ' :

Факт наличия химического вещества устанавливается по статистически достоверному отклонению величины I в Г од У н' ^количественная оценка действия этог*5 вещества натеет-рбгрхтыпроводится ■ путем определения отклонений направления в у «"»мичинн. | В ^ вектора В относительно значений 0К н , присущих. контрольному образцу.; ^ • ■ ^ >■; и ■-1

В процесса настоящих исследований предложенные тест-оемкта'; /клетки : и В.у1т141в /. были использованы для биоТестиро-

вания и количественных оценок присутствующих в водной среде ток-' сиквнтов - поверхностно-активных веществ Лив/, тяжелых металлов, ; пестицидов; Бек торный метод биотестирования позволил-оценить дей-стгие ГиВ'раэ личных тип&в*/анионахтивных /ЛПАВ/, к атио)(активных * /КЩВД нёионогеннмх ЛШЛВ/ и природных /ППАВ//.и кончен/раций в

; : : ■ - • ■ 40 ■ . ■. г "./.. .■ . ■

"течение различны* промежутков времени. Тек, показано, что увеличение концентрации ПАВ в суспензии приводит^ как правило, к'пово-' poiy вектора 1Г против часовой стрелки относительно вектора с одновременным уменьшением его величины. Наиболее токсичными яв-ляг-ся КЛАВ, наименее токсичными - ППАВ. Обнаружено стамулирую-, аде действие АПАВ при малых, порядка -'Г яр/л., концентрациях. В

большинстве случаев два вида водорослей, используемых в качестве ..¡Тест-объектов, демонстрируют различаю чувствительность к ПАВ од-'ного типа ч одинаковой концентрации. Определена зависимость вели-:чины и направления вектора- в от типа ПАВ. С увеличением продолжительности действия ПАВ веггеина вектора й уменьшается, что 'Свидетельствует о возрастании ингибируицего эффекта, производимо-

■ го ПАВ" на фотодвижение водорослей.

В таблице 4 Представлены результаты неследования зависимости трех параметров фотодвижения водрослей - скорости V nociyna-' тельного движения, фототопотакснса $ и числа подвижных клеток К 'от nina к концентрш,ш внесенных в*.суспензию тяжелых металлов. В .декн'ой ситуации токсическое действие металла характеризуется величиной | а{ и направлением, задаваемым двумя углами 0j и &>,век~ .'тора В Видно, что параметры вектора 'В изменяются неоднозн&ч- ■ .но." Так, при добавлении кадмия наблюдается увеличение величины . -'йектЬра, которая продолжает увеличиваться *е ростом концентрации цкадМ1Я. Малые, порядка 1СГ%, концентрация меди вызывают увели-

■ чешге. величин» вектора',1 а свинца - уменьшение, величины вектора; дальнейшее увеличение концентрации /меди - до свинца - до 10-3Н/ приводит,'к уменьшению величины вектора. При'всех этих процедура* изменяется пространственное положение вектора 1Г , характеризуемое углами 8j и Óg. Графически списываемые зависимости-изображены на.рис.12. В этой же главе рассмотрена возможность. -

. ' Л-'' .:;;,. " ■ . 41 • • . ..

. ' V,■ 'V.■' Таблица 4 ... ..г

£^аис^юсть величины 1 й) и.направления /бц 9^/ вектора я ; в трехмерной /х^, эс^, системе координат от типа и концентрации тяжелого металла в суспензии вш&ШИа. , , '.. V

Тип тяжелого металла; концентрация С

'/'к

Н/Къ

ЦО

г '

I. Контроль С - о

^ Си|0=10"*® д.СщОИо"4!

7. РЪ|С-10~5;

1,00 1,00 1,00

1,05 .1,18 1,00

1,14 '1;24 Л1,28

0,99/* 1,15 0,92

0,71 С 1.12 1,13

1,07 ;'0,89 , 0,99

0,64 0,75 0,95

1,7320 ,; 54,73 44,93

1,8695 - 55,83 40,28

2,П56 :( .57,40 • 45,91

1,7745 56,09 ■ 32,64

1,7422 . 65,95 , 45,25

1,7079 . 51,21 . 48,<"4

1,4733 55,24 . 51,71.

: л1.:

■ ■ ' . ' 1> У1П<1|« ... > I г,

»V • *'

V * * ~

v ^ "

• РисЛ£. Пространствешт положвние вектора *н для рвзли<"их -:„ : нов тяже лык металлов /концентрация.10~ М/ в трехмегн* ■ •''; ' системе кооридант. " • ■■ ■

■^диагностики тбкеическо-о дейс+вия тяжелых металлов на организмы, 'присутствующие в водной среде, на основе лазерной допллеровской 1Спея*росяоли«, предусматривающей регистрацию флуктуации рассеянного движущимися клетками ШшаХ1е11а света. В качестве к. итери- ■ ев оценки токсичности внесенных в суспензию тяжелых металлов использованы скорость движения, число подвижных клеток и величина Энергозатрат. ■

IЛ' Метод биотестирования был использован для оценки действия 'Пестицидов /в неюих экспериментах было апробировано 35 пестицидов/, Результаты вычислений величины и направления вектора а /таблица .5/ свидетельствуют о высокой ^вствительности метода, ",Можно говорить, например, о возможности регистрации действующих пестицидов типа ладок и эрадикан начиная с концентраций порядка

остальных пестицидов - при концентрациях > 1СГ%. В целом : векторный'метод биотестирования, основанный на регистрации фотодвижения Подвижных организмов, обладает высокой чувствительностью ".позволяет фиксировать присутствие в водной среде токсикантов при ч&тгх концентрациях, занимает мало времени и прост о обращении; ■ гдновременная регистрация ряда параметров фотодвижения позволяет ».различить присутствующие в водной среде токсиканты по их специфическому действию на каддый из этих параметров, прит.>длшему к из-, .иенению величины и направлению вектора в* •

-у;- одкн'метод - лазерная спектрофдуориметрия пестицидов,при 'сутстеувщих в растениях или суспензиях водорослей - представляется, на наш взгляд,.весьма перспективным, поскольку позволяет ре' гистрировать спец1*}нческпе характеристики спектров излучения, флу-.оресцекцин и, .тахим образом, идентифицировать наличие в растите-д- -мх объектах химического вещества и оценивать их количественно.-Нами были выявлены II пестицидов, обладающих первичной флуорес-

Таблица 5

наименование пестицида, величина я. и натгоав веки« в вектора i ' .

Концентрация пестицида /К/ в -суспензии"

1СГЮ Т0-9 10-6 1(Г7 то-б то-5 10-4 1(Г3 îq-2 ,20*1

: Текто '

•» í ► * к •■.

' ' "Ацетал Длвхлор ■ ;; Ледок

. Арилан . . /.Cjrpepe J

.-¡.у

■•f"

■ V -. '

ч. *

' Зрадикан ■' -V

Ч,• 1 • ■ , »

^'.-Ацетазин .

ДОС '•* i' Гармони Л!

S «

fi 9

В «

В «

в

е

в*'

f ' : S

i«

S

' в

В »,

1 в

■m

КЦ

( '. -

1,22 1,17 1,04' 1,09 0,94 0,81 \\ •V.,. .36,53 31 ¡71 21 ¡70 16*92 0 0 . .? ■

т V 47¡2I 43;6!39^ 35¡50 Э$3 2<$!6 О

; 1,45 1,06 Г,С2 0,89 0

45¡79 23¡16 14¡20 13;ЭВ 0 ; .

ЗД'аОДЯ HfW«.-' : :

'НШ Р • " ■•."Л® ¿ЯАйаШ'АЗ' 8; ■ гг

•1,24' 1,17 1,02' 0,98 0,94 '0,87 - . v; '

40¡77 36¡I2 25¡46 2Ó¡50 I9¡34 i6¡08 - v 4 r >

л. J,28 1,13 !,04 0,96 0,70 . \ : ; •'> ' . ?7,77 31,74 24,29 26,42 19,73 ■

i i ■*.

•Mj'

1,28 1,29 I,H 0,93 37 ¡44 39¡65 38¡05 39.,47,

* - ■ . 1,40 1,33 1,32. r.II

, ' . ■ 45¡ J7 40¡78 36¡64 I7¡96

" Я . -Г:; . Л,67 Mg'U? 1,09

■■„ N -'.5|;б1 47,19 17 ¡83 II ¡57

■'ценцией. Наибольшей интенсивностью флуоресценции обладают пести-;.',цидн ткп&техто, гармони, ДРХ, ацетал. Образец спектра излучения

!■'флуоресценции су сгенэии клеток Випа11в11а с добавленным в нее

$ , ' - . ;

пестицидом /гар'-они/ представлен на рис.ГЭ; видно, что добавление пестицида приводит К увеличению амплитуды коротковолнового максимума. В ч^"же время, отмечено, чту в процессе регистрации спектров флуоресценции, которая длится конечное время, следует . обязательно учитывать присущую растительным объектом индукцию < г флуоресценции. 1 ■ ' ' .

следование д ее трУ1гг ивно-модя^етурутчщх »о то биологических днаакцвЯ ■ пи»шпт растений ври совместном действии света и сенсибилизаторов

^Процесс одновременного воздействия света и сенсибилизатора , /вещества,' молекулы которого способны поглощать свет и передавать ■ энергию возбуждения другим молекулам, не участвующим в поглоеении света/на' подвижше организмы приводит к потере их двигательной, активности и *иэ не способности. Помимо интереса к исследованию ме-Х81газмоя фотосенсибилизации, данная проблема актуальна с точки прения диагностики и терапии ряда заболеваний. В процессе нэуче-!(ия явления фотосенсибилизацик необходимо учитывать целый ряд -факторов, характеризующих действующие на организм "птическое изучение и сенсибилизатор,.

гВ настоящей работе отражены результаты исследования деструк-иного действия сепсибилиэаторов-рибофлавкна а мсзо-тетра /и-льфофенил/ оорфина /ГОФП/ на жизнеспособность и двигательную ак вкость клеток Рда*11е11в при их облучении видимым светом; неогена, е иге л иди на и рибофлавина при воздействии'ультрафиолетово-' , излучения. Фотосенсмг5кглэирущие свойства использованных препв тов зависят от типа и »ондентраадти сенсибилизатора,, его сгект-

' <41 ■

. 0.2

.1

г ' - * ■ ■ '

505 ?ео ; л™}

РисЛЗ. Спектр излучения флуоресценции пестицида /гармони/ I и \ . хлорофилла /длинноволновый 2 и коротк ^олновнй 3 шки/ -в суспензии водорослей. . ■;■■.

■ ■ ; -т,. '." .'V.:' 4 . ■' ;

. 4»

ч»

. \ '

* * .

• .■ а " " * . *

, Ч** ' • » • • ни«

■*»■. .V . - . ■ .

»ы« «• в Мм« ам

Рис.14. Результаты измерения временной,кинетики жизнеспособности клеток 1>.в&11па при действии сре»1 и сенсибилизатора.

',-- ральиых характеристик, длины волны воздействующего излучения и I - грод..шительности облучения /посудин, Репецкий, 1980/.

Для выяснения возможных механизмов фотосенсибилиэгции был проведен эксперимент, основная идея которого заключалась в использовании акцептора синглетного кислорода - В -каротина, растворенного в мицеллах Тритона Х-100. В суспензию водоросл зй добавля-* ли сенсибилизатор'ТС5П в'концентрации и определяли в зтом ■

'образце скорость убыли подвижных клеток при воздействии монохроматического света. В опытный образец был вреден В-каротин.в .. концентраций . Время облучения образцов красным светом /в ка-

' честве источника излучения использовали лазер ДГ-73 с длиной волны 630 ни/ составляло 180 минут.'Сравнивали зависимости относите-лыюго'числа неподвижных клеток от времени облучения для контрольного образца', для. образца с ТСЙ1 к для образца с ТИП и К-каротоном. * Результаты сопоставления свидетельствуют о том; что деструктивное действие ^излучения и ТС$П вше, чем в случае хонтроль-• ного образца; однако, добавление В -каротина снижает деструктивное действие света,и ТСФП до значений, соизмеримых, с контрольным образцом /Рис,14/. Все ато свидетельствует об участии в процессе фото сенсибилизации, обусловленной действием.видимого свете и ТС К?, синглетного кислорода, туиителем которого' является В -каротин.

• ЗА К Л С Ч Е II И Б '.'.г'"

В атом разделе рассмотрены перспектива'использованил оптических .методов в сельском хозяйстве, изложены результаты иссле- . довэния основных закономерностей фотобислогических реакций растения, сформирован» представления о структурно-фунщионплыагх свойствах систем, ответственных'за эти реакции, предложены практичес-. . кие прилогеккя обнаруженных закономерностей^ддя получения да^ор-:

мации о ее стоянии растений и среды их обитания,

' ■ ■ . , ' ■ в и ВОДЫ " V ■. ■ ■ .

;|С основным выводам, полученным в результате проведенных исследований, можно отнести следующие; ■

Проведенное с помощь» методов лазерной спектрофлуоримет-. рии и .регистрации индукции флуоресценции комплексное исследовав у ние параметров, характеризующих спектральную и временную зависну'

/г ь - ' ^ '

мость интенсивности флуоресценции сельскохозяйственных растемй; в процессе энергетических фотобиологических реакций позволило установить связь флуоресцентных параметров с состоянием растений, влиянием внешних факторов, условий культивирован* и предложить ; эти .параметры в качестве диагностических критериев./-- ;,'

- 2. Экспериментальное изучение и сравнение результатов воздействия когерентного и некогеренгного оптического излучения на семена сельскохозяйственных.культур дало возможность установить отсутствие специфических эффектов в процессе предпосевной обработки семян лазерным излучением, *' - '

3. Изучение с помощью, оптических методов закономерностей фотеиндуцированного движения ниэтих растений при изменении внешних условий /параметров светового стимула, температуры, состава среды/ позволило исследовать структурно-функциональные свойства фоторецепторных.систем, в частности,установить пигментный состав фоторецептора, его структуру, месторасположение, участие в первичных фотореекциях и в процессах фотоориентации, изучить основные, этапы сенсорного прео «зевания и предположить возможниэ/ механизмы фоторегуляции движения. -," ■ ■-•.■■' "" .

4.Рассмотрен« возможности, практического использовения параметров фотодвижения низггих растений, определённых с помощью'

оптических методов, в процессе биотестирования водных сред;пред-аожеь. методы оценки совместного действия света и химических соединений на ра с тите л ьные_орге*гизыы; .

' СПИСОК.ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ' ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ -

I. Коломбетти Д*., Гетти ф., Ленчи О,, Полакко Э., Посудин Г.И., Кампани Э. Лазерная микроспектрофлуориметрия фотопигментов ■ . 1л y1v«Î//Kb8ht.электроника. - 1981. - Т.З.- У12.- C.2CGC-2G83. 2; Посудин Ю.И. Измерение воемени затухания флуоресценции Euglena eraoille i Неуч.труды УСХА,- Киев,' 1981,- C.I77-IP3.

3. Коломбетт! Дж., Гетт! Ф., Ленч! 5., Полак*о Е., Посуд1нЮЛ., 1 . Камлан! Е. Ля зерна м!кроспектрофдуор*метр1я фотоп!гмент(в io

vivo // Укр.ботан.журнал/1981,- Т.37.-' J6.- С.74-76.

4. Посудин С.И. Фотоповедение Eugleaa craoil-te // Усп.солр.*и-ол,- 1902. - Т.93. - Вып.2. - С.230-235, •

5.- Посудин Г.И. Спектральные характеристики рибофлавина тетрабу7 , тирата // У к р. бисхим. журнал. - 1982.- Т.54,- il.- С Л 98-201;

6. Посудин С.И. Разрешенная во времени флуоресцентная спектроскопия биологических'обьектов // Еиол.няуки, 1983,- JT 7. -С. 29-37. ;.'■.'■.'.'■■.

. Посудин С,И, Фотосенсорное преобразование в Euglena gracilis // Доклады АН УССР. Серия В.- 1983,- » 9, - С.77-80, Colaobatti G.,Gbetti У.,Ъ*по1 Т.,Гclпссо E.,Po«sudinIu.I., : CMpeni E.KicronpottroIluoroE»trle laser di fotepienMiti in viTo//Qaaderni de "La ricerca eoientifiisa",19Q3f-V.11l.p.223-

225. . ■ ' ■ / л ■

Посудин Ю.И., Червинсиий Л.С. Применение оптических стимулов ■■ в биологических исследованиях: С1.ноуч:трудов/УСХА,- Киев, . 1984,- С.62-70. .

10. Посуди' D.H, Проблемы воздействия сфокусированного оптического излучения на биологические объекта / Ред.журн. "Виол,

-науки". - М/, 1984.- И е.- Деп. в ВИНИТИ, № 1478-85 Деп. ■ ■

11. Посудин О.И. Идентификация фотопигментов Euglena gracilis ■ Иав. АН СССР. Сер. виол, - 1984. - »1. - С. 82-68.

12. Посудин С.И. Лазерная микрофлуориметрия биологических объектов. - Киев: &гаа тколг; Головное изд-во, 1985. - 1Ю,с,

13. Посудин D,H, Регистрация восстановления флуоресценции после . обесцвечивания как метйд исследования клетки // Цитология,

/ 1985. - Т.27,- Р II, - С., I3I5-13I9. :

14. Посудин Р.Й. 5отоиндуцированная'орс«н'- ция хлоропластов: Сб. . науч.трудов "Человек и свет" / Саранск, I9E5,С. 94-101,

15. Посудин , ЧервмнскиЙ Л.С., Чирко В.И, Использование бйо-■ хемилюминесцентных и флуоресцентных методов в сельском хозяйстве // Сб.науч.трудов . "Ейохемилюминесценция в сельском хоэяй-

■ . стве". - И. , I960. -' С. 39-40. ' ■ -

16., Посудин Ю.И. Индуцированное светом движение.хлоропластов на; примере некоторых водных растений и водорослей // Гидрабиол,'.

; журнал,' I9S6.' - Т.22. -> 6, - С. 46-53. 7 .,

17. Посудин П.И, . Спектрофотометрические-исследования фотоиндуцн-рованного перемещения хлоропластов /",Ред.». "Биол.неуки". - '*..■

" ".' М., 1986. - 10 с. - Деп. в ВИНИТИ, » 1957-В'. ...■■■' v '.

'18;. А.С. 1263039 СССР-,' ШИ9 (toiW2l/64.':Устройство для измерения \ времени затухания флуоресценции Посудин /СССР/, .

> 3840847/24-25;- Заявлено 09.01.85; Опубл. Ов.Об-.Об,- 3 с.

19. Гордиенио Т.К., Конончук В.Р., КучинВ.Д;, Посудин Ю.И, t 'iyn-

. ' : рун А.Д. Воздействие ."лазерного нзлучёни.. на растения / Ред. ж. "Биол.туки". - М., 1966.- 9 с.-.Деп. в ВИНИТИ,- № 4ПЗ-В86. .

■ 20.; Гордиенко Т.К., Конончук В.Р., Кучин.L,Д., Посудин D.V1., Суп-

рун-А. Д. Воздействие" лазерного излучения1 на семена.// Биол. • неуки. - ТРГСЧ Г С1. - С. 27-2G. 1'

21. Посудин D.Ii. Фотосенсибилизация в ветеринарии: Учеб.пособие.-

• Киев: УСХА, 1967. - 66 с.

22. ».осудим Ю.И,, Macw Н.П., Радченко М.И., Лилицкая Г.Г, '.Фото.. ' кинетические реакции двух видов Buaallella Те od. /,' Микробиология, I9C8. - Т.57.- Вып.б. - С. 1001-1006;

23.- Посудин В.И., Репецкий Н.С. Деструктивные реакции низших организмов на воздействие света.и сенсибилизаторов Биол.на-уки, 1938. - - С. 33-36. . ;

24. )£ае£к Н.П., Поеуд*н D.I., Радчен; э Ы.Й., Шейко О.М. Лог!чн! ■ основи класиф!кац!1 св!тлозалежно1 повг tiiwn pyxливкх орго-

HtSMiB // Укр.бот.журнал.1988. - Т.45,- В S.- С. 1-7.

25. Горд!енко Т.К., Конончук B,Pt, Кучхн В.Д., Посудтн D.I., Суп-| рун А.Д. Лазерне вигром!нення''с!льекогосподярських культур // -■/ . BtcHKK с.г.науки, Т98ч. - № 3, - С. 67-71.

26. Зельяиченко А,Т., Ковальчук B.C., Посудин Е.И, Влияние алект-ромагнитных полей на движение микроорганизмов // Биофизика, -1968. - Вып.б. - С. 041-844.

27. Посудин Ю.И. Лаг.рная фотобиология^ - Киев: Выща школа,Головное изд-во, 1909. - 248 с.

28.' Иваницкая С.А., Посудин D.H. Лазерная спектрофлуоримзтрия злаковых кулыур / Ред.*. "Виол.науки".- И.,* IS89.- Деп. в

. ВМШТИ, * 5350-В89. V.V

■29. Ивяющкая С,Д., Посудин D.H. Лазерная епектрофлуориметрмя .. овощных культур / Ред.ж. "Биол.наукя".- М., 1969,- Деп. в1 '

.' . ВШГГИ, * 535I-B39.» :" :; - ■

go, A.C.I482837 СССР, МКИ3 A6IK3I/S2. Способ оценки токсического. д действия химических веществ, содержащихся в водной среде /., ' А.А.Бег^а,'В.В.Власенко,'В.И.Мацкиевский, Ф.Н.Пенькор, СЛ".':*"'. Посудин, Г.В.Фролов /СССР/. - £ 4260249/30-13; Заявлено

' ' 10.06.67; Опубл. 30.05.89, Бия.» 31. - 10 с. , 31. Ку^еровА.П., Ольховск л К.П., Посудин D.H., Разложение спектральных контуров кеч метод диагностики растительных обгек-' . ГСВ / Ред.ж. "Биоа.науки".- И., 1990.- 12 с,- Деп в Bffitmt, ; »254-391. ..; ■': , .... •

32. tfefsjulc н.р. ,poeuain Xu.i.TbotümoYMent of Dunaliella/Aroe^ .JUfO-lSI "Elepbyeios of Jpbotoreoeptor0 and Ph0t0a07«Q «nt'1»'

33, Посудим Ю.И., Насю* Н,П,, Лилицкая Г, Г., Радченко М.И, Фото^ ' v - топотоксис двух видов Dunalletla Teod. ' в ультрафиолетовое!

■ * обласп* спектра // Биофизика, 1990;- Т.35.- Вып.б.- С.969-971,

34. Ку*:ин В.Д.', Посудин Ю.И. Наука и охрана окружающей Среды // . ■ Человек-техника-природа / В.П.Кдгчников, О.Г.Приимяк,'.В.- ■

Переснпкин и дрТЩод ред.В.П.Ключникова. *- Киев: Вица г кола, . Головное и9д-во, 1990. - С. 20-33.

35,- Паршикова .Т,В,, Липницька Г.П., Л1*ицька Г,Г.» ПосудЫ D.I.,: Л. Валив поверхнево-ективних речовин на фоторух тафлуоресцен-

\ ц{*> Хлороф1лу двох вид* я Du&ali»lXa T»od. //'/1 Укр.бот.журнал, 1990.. - Т. 47^- »5. - С. 60-63, ''': - '^Г/ . ! ,

,¡'"■"36; ПосудЬг ЮЛ., Uac-ч Н.П., Л!лицька Г.Г. i РадченкоМ.Й. фото-п ; топотаксис двох вид!в turaall^Xla Т*о4*// Укр.бот.журнал, • ' ■ 1991. - Т.48. - f 4. - С 4^53. .V:.,\ .S - ' :

37. A.C.4737382/I3/II7I72 СССР^ 1ЯИЭ ООШЗЗ/18, Способ биотеста-V ровакия наличия химических'соединений в водной среде / D.H. ■ ■ :■; V ' Посудин /СССР/, ■ :■ "4-.-V. .: ,"■'■'.■ ' . '

;.'v-.33. Посудин Ю.И;,Конотук Б,Р., Йасгк К.П.» Лилицкая Г.Г. "К иэу- , . ; чению механизмов фоторецепции Dunaliella ealin* Teod.// Аль-, . '..-'< .гологяя, 1992. - Т. 2.-1? 2.С. 37-46. .' _ , "■ .

. 39., Масюк П.П., Посудин Г,И. Фоторёцепторные системы монадгчх во-

дорослей? М«тод.р-зработка / УСХА. - Киев, 1991. - 60 о.

40. tfaesjut Я, Р. ,РоашЯл Гц.Т.ТЬе paramötrical priiJötpXe оt tbe : Classification of photeaerwaattt of organleme/yj. Piiot ochea.

pbotobiol.L.tßiol.

41. Посудин О.Vi., Macutc H.H., Лизшцкая Г.Г., Голу'■нова М.Г. Воздействие ионизирующего излучения на фотодвижение водорослей // Радиобиология, 1992. - Т.32. - -Вып.2.,- С. 292-296.

42. ГородниЯ Н.И., Пойурч М.Ф., Посудин D.H., Блкин A.B. Флуорес-центиые методы контроля эффективности удобрений // Агрохимия,

■ 1992. - № 4. - С. 133-133." „

Шк ynJi -'too mar