Регуляция стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата индукторами различной природы

Креславский, Владимир Данилович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Регуляция стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата индукторами различной природы
ВАК РФ 03.01.05, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Регуляция стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата индукторами различной природы"

На правах рукописи

КРЕСЛАВСКИЙ ВЛАДИМИР ДАНИЛОВИЧ

РЕГУЛЯЦИЯ СТРЕСС-УСТОЙЧИВОСТИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА ИНДУКТОРАМИ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

03.01.05 - физиология и биохимия растений

3 0 СЕН 2010

Москва-2010

004609613

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино

Научный консультант:

Доктор биологических наук

Аллахвердиев Сулейман Ифхан оглы

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор

Пронина Наталия Александровна

Доктор биологических наук, профессор

Кошкин Евгений Иванович Мамедов Махир Джафар оглы

Доктор биологических наук

Ведущая организация: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет

Защита диссертации состоится « 19 » октября 2010 г. в 11 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.210.01 при Учреждении Российской академии наук Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН по адресу. 127276, Москва, ул. Ботаническая 35.

Факс: (495) 977-80-18, электронная почта: m-azarkovich@ippras.ru: ifr@ippras.ru

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

Автореферат разослан 8 _2010 г.

Ученый секретарь Совета по защит и кандидатских

М.И. Азаркович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На всем протяжении процесса вегетации растения подвержены негативному воздействию стрессовых факторов различной природы, что приводит к снижению продуктивности за счет ингибирования роста и фотосинтеза. Изучение путей повышения устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды относится к числу приоритетных направлений современной физиологии растений. Оно связано с именами ряда известных ученых, в частности, В.Я. Александрова, А.Ф. Титова, Вл.В. Кузнецова, J.A. Berry, О. Björkman, N. Murata.

Фотосинтетический аппарат (ФА) растений - одна из наиболее чувствительных к абиотическому стрессу клеточных систем. Хотя физиологические, биофизические и биохимические аспекты фотосинтеза и функционирования фотосистем подробно изучены благодаря исследованиям известных Российских и зарубежных ученых: A.A. Красновского, В.А. Шувалова, А.Б. Рубина, Н.В. Карапетяна, В.В. Климова, Ю.С. Карпилова, Дж. Барбера, Говинджи и др., - закономерности формирования устойчивости ФА к неблагоприятным внешним факторам и механизм действия физиолого-биохимических защитных реакций исследованы недостаточно. Между тем, понимание основных закономерностей формирования стресс-устойчивости ФА позволяет выявить наиболее эффективные пути повышения устойчивости растений к стрессовым факторам, и, следовательно, снизить их негативное действие на продукционный процесс.

Одним из ключевых путей повышения стресс-устойчивости ФА является, по-нашему мнению, использование индукторов защитных систем растений, то есть факторов, активизирующих естественные стресс-защитные механизмы растений (Шакирова,

Индуктором может быть слабый предшествующий стресс, который индуцирует устойчивость к стрессу другого типа (кросс-адаптация). Слабый стресс может быть вызван неблагоприятными факторами внешней среды, в частности, повышенной температурой, различными факторами химической природы, такими как некоторые ретарданты, например, холинхлорид (XX) (ЗИегщ е1 а1., 2006) и фитогормоны (Шакирова, 2001; Титов и др., 2006), а также физической природы, например, узкополосным красным светом (Будаговский, 2008). ФА часто играет ключевую роль в устойчивости растений к неблагоприятным внешним факторам, однако механизм повышения устойчивости ФА индукторами защитных систем растений во многом остается невыясненным. Имеются только единичные работы по сравнительному исследованию влияния индукторов различной природы на стресс-устойчивость ФА и целого растения (Оа1 й а1., 1998). Можно предположить, что одним из наиболее общих механизмов действия таких индукторов является кратковременное накопление активных форм кислорода (АФК), играющих регуляторно-сигнальную роль, а также,

2001).

в ряде случаев, - абсцизовой кислоты (АБК) и активной формы фитохрома (Фх). Такого рода исследования могли бы быть полезны для целенаправленного отбора эффективных индукторов, повышающих стресс-устойчивость растений.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы являлось исследование регуляции стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата высших растений с помощью индукторов защитных систем растений.

На основе литературных данных (Lingakumar, Kulandaivelu, 1993; Gilley, Fletcher, 1997) мы предположили, что эффективными индукторами защитных систем являются ретарданты хлорхолинхлорид (XXX) и XX, а также красный свет (КС) в спектральной области 620-660 нм. Представляло интерес сравнить действие этих разных по природе факторов между собой и с традиционным фактором, который увеличивает стресс-устойчивость растений - закаливающей температурой. Были изучены условия, при которых данные факторы индуцируют повышенную (пониженную) стресс-устойчивость ФА и некоторые пути ее регуляции.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние индукторов защитных систем растений (хлорхолинхлорид, холинхлорид, а также КС и закаливающие повышенные температуры) на устойчивость ФА к высоким температурам, УФ-облучению и свету высокой интенсивности.

2. Исследовать роль антиоксидантной и фитогормональной систем в повышении стресс-устойчивости ФА при действии индукторов защитных систем растений.

3. Изучить роль Н202 в первичных ответных реакциях ФА на действие индукторов защитных систем.

4. Исследовать роль фитохромной системы в повышении стресс-устойчивости ФА растений к УФ-радиации.

5. Изучить влияние кратковременной тепловой предобработки растений пшеницы на устойчивость ФА к повторному тепловому стрессу и свету высокой интенсивности, а также на скорость пост-стрессового восстановления фотосинтетической активности.

Научная новизна. Проведенные исследования позволили выявить ряд общих и специфических закономерностей по регуляции устойчивости ФА к стрессам абиотической природы при действии различных доз разных по природе индукторов защитных систем растений.

1. Впервые обнаружено защитное действие индукторов защитных систем растений: КС низкой интенсивности и ретардантов XXX и XX на ФА высших растений при действии УФ-радиации и повышенной температуры.

2. Установлено участие активной формы фитохрома в формировании УФ-защитных систем ФА при предоблучении растений КС. Обнаружена связь между защитным действием КС против УФ-радиации и КС-индуцированным повышением пероксидазной активности, а также увеличением содержания каротиноидов и флавоноидов.

3. Впервые установлено, что повышение пула Н202 в листьях растений, обработанных ретардантными дозами XXX, а также облученных КС с Хм=660 нм предшествует увеличению стресс-устойчивости ФА, что предполагает участие АФК в повышении устойчивости.

4. Впервые выявлена связь между кратковременной генерацией Н202 при тепловом закаливании, повышением уровня антиоксидантной активности и скоростей темнового дыхания в листьях, а также циклического фотофосфорилирования в изолированных хлоропластах с одной стороны и повышением стресс-устойчивости ФА в закаленных растениях с другой стороны.

5. Установлено, что разные по природе индукторы защитных систем:. КС низкой интенсивности, ретарданты XXX и XX, а также закаливающие повышенные температуры, - участвуют в формировании повышенной стресс-устойчивости ФА аналогичным образом - через транзитное повышение пула Н202, которое наблюдается при достаточно высоких дозах индуктора и предшествует повышению активности антиоксидантных ферментов и увеличению содержания низкомолекулярных антиоксидантов.

Научно-практическая значимость. Проведенные исследования позволяют понять основные закономерности формирования повышенной стресс-устойчивости ФА под действием различных индукторов защитных систем химической и физической природы: ретарданты XXX и XX, закаливающие температуры и красный свет низкой интенсивности. Предложена концепция - повышение стресс-устойчивости ФА при действии этих индукторов происходит путем увеличения активности антиоксидантных ферментов и уровня низкомолекулярных антиоксидантов, вероятно, за счет транзитного повышения пулов сигнальных интермедиатов, участвующих в формировании устойчивости: АФК, ионов Са2+ и АБК.

Результаты наших исследований были использованы для создания новых типов светопреобразующих пленок на основе наноразмерных фотолюминофоров (Воробьев и др., 2008). Было изучено влияние дополнительного КС, получаемого от свето-трансформирующих пленок (Полисветан, РэдЛайт) с разными типами фотолюминофоров, на основе неорганических комплексов редкоземельных элементов, и светодиодов на фотосинтез и рост растений (Кособрюхов и др., 2000; Мартиросян и др., 2008). Использование таких пленок и светодиодов приводит к снижению фотоингибирования при высокой интенсивности света и к увеличению

содержания в листьях каротиноидов. Наши концепции о трансдукции светового и теплового сигналов в растительной клетке и механизмах стресс-устойчивости ФА представлены в обзорах (Биологические мембраны 2006, 2007; Photosynthesis Research 2008; Photochemistry Photobiology (С) 2009) и могут быть использованы при чтении базового курса и спецкурсов по физиологии растений в вузах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Хлорхолинхлорид и холинхлорид повышают устойчивость ФА к УФ-радиации и тепловому стрессу. Защитное действие XXX связано с увеличением активности антиоксидантных ферментов и содержания низкомолекулярных антиоксидантов в листьях и хлоропластах. Увеличение уровня АБК в листьях также может дать вклад в повышение стрессс-устойчивости ФА. Повышение содержания Н202 в листьях растений, обработанных XXX, предшествует росту стресс-устойчивости ФА, что свидетельствует об участии АФК в ее увеличении.

2. Предоблучение растений КС низкой интенсивности повышает устойчивость их ФА к УФ-радиации. Защитное действие КС связано с повышением пероксидазной активности и увеличением содержания УФ-поглощающих соединений в листьях растений. Ключевыми сигнальными интермедиатами в трансдукции сигнала КС являются активная форма фитохрома, а при относительно высоких дозах красного света (-0.3-2 Дж см"2) - АФК.

3. Кратковременное тепловое закаливание растений повышает устойчивость ФА к вторичному тепловому стрессу и к фотоингибированию. Закаливание приводит к кратковременному повышению пула АФК, с последующим повышением активности антиоксидантных ферментов и скорости темнового дыхания в листьях, а также скорости циклического фотофосфорилирования, что обуславливает повышение стресс-устойчивости ФА.

4. Один из ключевых путей повышения стресс-устойчивости ФА является увеличение уровня антиоксидантной активности и содержания низкомолекулярных антиоксидантов, регулируемых пулом АФК и других сигнальных интермедиатов, образующихся при обработке растений индукторами защитных систем.

Апробация работы. Основные материалы диссертации были представлены на Всесоюз. конф. «Преобразование энергии в фотосинтетических системах и их моделях» (Пущино, 1989); межд. конф. «Фотосинтез и фотобиология» (Пущино, 1991); III и V межд. конф. «Регуляторы роста и развития растений» (Москва, 1995, 1999); X конгр. федерации Европейских обществ физиологов растений (Florence, 1996); XIII межд. конгр. по фотобиологии (San-Francisco, USA, 2000); XIII Western Photosynthesis Conf. (Asilomar, California, USA, 2004); межд. конф. «Photosynthesis in the Post-Genomic Era: Structure and Function of the Photosystems» (Пущино, 2006), II

межд. симп. «Plant Growth Substances: Intracellular Hormonal Signaling and Applying in Agriculture» (Киев, Украина, 2007); VI съезде общества физиологов растений России «Современная физиология растений: от молекул до экосистем» (Сыктывкар, 2007); межд. конф. РГАУ-МСХА (Москва, 2009); межд. симп. «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования (Москва, Пущино, 2003-2009), конф. и съездах фотобиологов России (1996-2008).

Личный вклад соискателя. Диссертация выполнена самостоятельно. Основные теоретические концепции предложены соискателем. В обсуждении данных участвовали: Климов В.В., Ерохин Ю.Е., Аллахвердиев С.И., Ладыгин В.Г., Музафаров Е.Н., Христин М.С. (ИФПБ РАН, Пущино), Кузнецов Е.Д. (ИОФАН, Москва), Бухов Н.Г. (ИФР, Москва), Murata N. (Национальный институт общей биологии, Япония), Carpentier R. (Квебекский университет, Канада) и др. Автор выражает им всем глубокую благодарность.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 75 научных работ, из них 22 статьи в отечественных научных журналах, рекомендованных в списке ВАК, и 11 в ведущих международных журналах, а также монография (Музафаров и др., 1995), получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, объектов и методов исследования, 4 экспериментальных глав, заключения, выводов и списка литературы, включающего 460 источников, в том числе 309 на английском языке. Работа изложена на 330 страницах, включает 78 рисунков и 15 таблиц.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Обзор литературы состоит из 5 разделов. В первом разделе дано развернутое определение стресса, окислительного стресса, индукторов стресс-защитных механизмов. Во втором разделе рассмотрены мишени окислительного стресса, образование и роль АФК при действии окислительного стресса на ФА, проанализированы основные защитные механизмы против развития окислительного стресса, роль света, энергетического обеспечения и баланса про/антиоксидантов в стресс-защитных механизмах. С одной стороны АФК обладают повреждающим действием, с другой стороны, АФК, участвуют в передаче стрессового сигнала, запуская адаптивные механизмы клетки (Барабой, 1991; Demmig-Adams, Adams, 2002), в частности, на уровне ФА (El-Shintinawy et al., 2004). Другими общими вторичными мессенджерами в цепи трансдукции стрессового сигнала могут быть Са2+ и АБК (Larkindale, Knight, 2002; Титов и др., 2006; Колупаев, Карпец, 2009).

Рассмотрено стресс-защитное действие ряда регуляторов роста, в том числе холинсодержащих соединений (ХСС), ретардантов XX и XXX. Изменение гормонально-ингибиторного статуса и уровня антиоксидантной активности в листьях

растений являются одним из путей регуляции стресс-устойчивости ФА при действии этих соединений.

ОН—сн2—СН2— N+— (СНз)з— СГ CI—СН2—СН2—N+—(СН3)3—С|-Холинхлорид Хлорхолинхлорид

В третьем разделе рассмотрены механизмы действия УФ-облучения на ФА растений и защитное действие оранжево-красного света в области 600-730 нм при УФ-облучении, роль активной формы фитохрома (Фхдк) в механизме защитного действия света. В четвергом разделе проанализировано влияние кратковременной тепловой предобработки растений на теплоустойчивость и устойчивость ФА к свету высокой интенсивности. В пятом разделе дан анализ особенностей фотоингибирования в цианобактериях, роль каталазы-пероксидазы в защитном действии против фотоингибирования и ЫаС1-индуцированного фотоингибирования. Высказана гипотеза о том, что при действии индукторов различной природы на ФА растений общим звеном формирования повышенной стресс-устойчивости ФА является транзитное повышение содержания АФК, цитозольного Са2+ и АБК в листьях и хлоропластах, вследствие чего возрастает активность антиоксидантных ферментов и содержание низкомолекулярных защитных соединений.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В материалах и методах описаны объекты, схемы экспериментов и измерительные методики. В экспериментах использованы листья высших растений (пшеница, фасоль, шпинат и салат), зеленые микроводоросли и цианобактерии. Для оценки стресс-устойчивости использованы несколько стресс-индуцирующих факторов: 1) -кратковременное (обычно 20 мин) воздействие высокой температуры; 2) - свет высокой интенсивности ± прогрев, ± NaCI; 3) - УФ-облучение.

Действие стресс-факторов и индукторов устойчивости на растения было изучено по следующим схемам:

1. Высшие растения: кратковременный прогрев; кратковременный прогрев -> свет различной интенсивности; свет высокой интенсивности; обработка растений холинсодержащими соединениями или низкоинтенсивным светом в видимой области —>УФ или кратковременный тепловой стресс; УФ-ЖС. Стрессовые факторы: прогрев при 39-44°С (20 мин); УФ-А (365 нм, 20 Вт м-2, 0.5-1 ч); УФ-В (300 нм, 0.45-5 Вт м-2); УФ-С (254 нм, 6 Вт м'2); белый свет (100-400 Вт м"2).

2. Цианобактерии: свет высокой интенсивности (100-600 Вт м"2) ± солевой стресс (0.5

М NaCI).

Влияние XX и XXX изучали на проростках фасоли и пшеницы. В экспериментах на фасоли XX и XXX (0.002-0.6%) вводили с питательным раствором или проводили обработку листьев раствором этих ретардантов (0.01-5%). В опытах на пшенице использовали семена, замоченные в растворах ретардантов. УФ-защитное действие предоблучения разных длин волн изучали на 8-10-дн. проростках салата и на полностью развитых листьях шпината. Использовали КС с А,м=625, 660 и 690 нм, а также дальний красный свет (ДКС) с Хм=730 нм и свет с кы=570, 470 и 400 нм, который получали с помощью светодиодов, либо от ламп накаливания, используя интерференционные светофильтры. Продолжительность облучения от 5 мин до 4 ч при интенсивности света 1-10 Вт м"2. Использовали как относительно высокие дозы КС (0.3-2 Дж см'2), облучая отделенные листья, так и низкие дозы КС (0.05 Дж см"2), облучая сами растения.

Для оценки состояния ФА в стрессовых и нормальных физиологических условиях использовали методы переменной и замедленной флуоресценции (ЗФл) хлорофилла (Хл) а, а также измеряли скорость газообмена С02 (Biel et al., 2009). Активность ФС2 оценивали по отношению Fv/Fm, где Fv - фотоиндуцированное изменение флуоресценции Хл a, a Fm - максимальная интенсивность флуоресценции. Кроме того, определяли отношение (Im-D)/D, где Im- максимальная амплитуда быстрой или медленной компоненты ЗФл Хл a, a D - минимальная амплитуда ЗФл. Содержание фотосинтетических (Хл айв, каротиноиды) и УФ-поглощающих (преимущественно флавоноиды; Mirecki, Teramura, 1984) пигментов определяли, используя спектрофотометрический метод. Антиоксидантную активность оценивали по изменению активности супероксиддисмутазы (СОД), пероксидазы, аскорбатпероксидазы (АсП), глутатионредуктазы (ГР), каталазы (Бапахнина и др., 2005), а также по содержанию каротиноидов и УФ-поглощающих пигментов. Уровень окислительного стресса оценивали по накоплению продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (ТБК), а также по образованию Н202 с помощью метода биолюминесценции. Выделение этилена изучали в экспериментах с хлореллой Chlorella pyrenoidosa Pringh 82Т. Содержание свободных фитогормонов цитокининов, гиббереллинов и АБК определяли с помощью иммуноферментного анализа.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. XXX и XX повышают устойчивость ФА к УФ-радиации и тепловому стрессу

XXX является ретардантом, который используется в растениеводстве. Вместе со своим аналогом XX он защищает растения от негативного действия абиотических стрессов (Grossmann, 1992; Пруссакова и др., 1993; Fletcher et al., 2000; Sheng et al., 2006; Zhao et al., 2007). Однако, мало известно о том, как предобработка этими соединениями влияет на стресс-устойчивость ФА.

Влияние XX и XXX на рост, активность ФА и содержание пигментов на уровне клетки (микроводоросли) и целого растения. Механизмы развития стресс-устойчивости и адаптации фотосинтезирующих организмов во многом определяются влиянием регуляторов роста на ФА, состав фотосинтетических пигментов, гормонально-ингибиторный баланс и, в конечном итоге, на рост этих организмов. Нами было изучено влияние XX на рост, активность ФА и пигментный состав клеток СЫатус1отопси гетНагЛи в 5 и 10-дн. культурах. При [ХХ]>1 мМ обнаружено уменьшение фотосинтетического выделения 02, активности ФС2, содержания хлорофилла и скорости деления клеток, что, вероятно, связано с деструкцией мембран хлоропластов, индуцированной присутствием XX (рис. 1). Отсюда был сделан вывод, что ретардантное действие XX на клетки СЫатуйотопаз сопровождается развитием в них слабого окислительного стресса.

В высших растениях обработка XXX и XX также вызывала развитие слабого окислительного стресса и ретардантные эффекты. В результате обработки наблюдалось заметное уменьшение высоты растений фасоли, а также площади и сырого веса листьев, тогда как сухой вес листьев возрастал (табл. 1). При низкой концентрации XXX (0.08 мМ) ретардантные эффекты практически не наблюдали.

Обработка растений фасоли и пшеницы XXX и XX приводила к увеличению содержания в листьях фотосинтетических и УФ-поглощающих пигментов (табл. 1 и 2). По-видимому, рост этих показателей является следствием усиленного синтеза хлорофилла (БапкЫа й а1., 1985; КоЬгаг а а!., 1999) и более высокой плотности хлоропластов на единицу площади листа (КЬаШ, 1995).

Ретардантное действие XXX также обнаружено при листовой обработке растений фасоли (0.1-1% XXX) и обработки семян пшеницы (0.5-1% XXX).

Было исследовано влияние предобработки растений XXX и XX на устойчивость ФА настоящих листьев растений фасоли к УФ-В-облучению и кратковременному нагреванию (К.гез1аУ8к'1 е1 а!., 2001), а также на устойчивость к УФ-С препаратов тилакоидных мембран (ПТМ), выделенных из листьев предобработанных растений

А Б В Хл Кс

Рис. 1. Влияние обработки XX на структуру клеток СМату^тоть ге1пкагЛИ. Электронные

микрофотографии клеток,

выращенных без (А) и в присутствии 1.7 и 17 мМ XX (Б и В, соответственно) в течение 10 сут. Кс - клеточная стенка, Хл -хлоропласт, К - крахмал, П -пиреноид, ОГ - осмиофильная глобула, Е - тилакоиды, Я - ядро (Ладыгин и др., 2001).

ге1пИагЛИ.

(рис. 2). После тепловой обработки растений (43°С, 6 мин) активность ФС2 падала, затем постепенно восстанавливалась в течение 2-3 суток. В то же время в XXX-обработанных растениях, как первичная теплоустойчивость, так и скорость восстановления активности ФС2 были выше. Аналогичные данные о защитном действии XX на ФА растений огурца, подвергнутых действию низких температур,

Таблица 1. Влияние обработки XX и XXX, а также УФ-В (УФ) на содержание Хл (а+Ь), каротиноидов (Кар), пигментов, поглощающих УФ (ППУ), площадь (Пл.) и относительное содержание сухого вещества настоящих листьев (СВЛ) 11-дн. растений фасоли. XXX или XX в конечных концентрациях 1.6 мМ и 19 мМ, соответственно, вносили с питательным раствором. Отделенные листья подвергали УФ-облучению, затем определяли СВЛ и площадь листьев, а через 48 ч выдерживания в темноте анализировали на содержание пигментов (+5Е; п=3). ЕОП-единицы оптич. плоти, при >.«=327 им (Кгез1аузк1 й а1., 2001).

Параметр Варианты обработки фасоли

Контроль УФ XXX ХХХ+УФ XX ХХ+УФ

Хл (а+в), мг г"1 с.в. 1.10(0.04) 0.89 (0.05) 1.27 (0.04) 1.05 (0.035)* 0.98 (0.04)* 0.83 (0.03)

Кар, мкг г" с.в. 156(11) 124(10)* 184(19)* 161 (12)** 143(8)* 111(7)

ППУ, ЕОП г"' 0.86 (0.06) 1.06 (0.08) 1.26 (0.10) 1.27 (0.10) 1.10(0.08) 1.14(0.07)

Пл., см2 23.0 (4.0) 22.0 (3.0)* 9.5(1.4) 10.0(1.6) 15.5 (3) -

СВЛ, % 8.8 (0.5) 8.9 (0.5)* 10.0(0.6) 9.6 (0.7) 9.2 (0.6)* -

*- незначительная разница между контролем и опытом (р>0.05).

Листья

Е и.

0,8

0,6

0,4

0,2

прогрев

.а-

Чес

—•— 1 . 2

—о— з

Листья

УФ-В

«Й *----

20 40 60 ч 0 20 40 60 ч

Мембраны

УФ-С

\ч

••^■-й, 0Ч "а. .5

6 мин

Рис. 2. Влияние XXX, XX и разных стрессоров на активность ФС2.

Проростки фасоли нагревали при 40°С (20 мин) или облучали УФ-В. ПТМ из листьев

1-без обработок, 2-без предобработки ХСС, 3 и 0.6%ХХХ—> прогрев; 0.04%ХХХ (3) или 0.002%ХХХ(4)-»УФ-В; 0.6%ХХ->УФ-С.

проростков облучали УФ-С. 4- предобработка ХСС. Варианты:

были получены в работе (8Ьеп§ й а1., 2006). УФ-облучение листьев фасоли также приводило к снижению активности ФС2, которое заметно усиливалось в процессе выдерживания отделенных листьев в темноте, тогда как в предобработанных XXX растениях снижение активности ФС2 было значительно меньше (рис. 2).

Таблица 2. Влияние обработки XXX (0.75%) на содержание хлорофилла, каротиноидов и ППУ (преимущественно флавоноиды) в листьях 10-дн. растений пшеницы. Разница между опытом и контролем во всех вариантах достоверна (р<0.05) (Креславский и др., 20106).

Параметр Контроль XXX

абс. единицы абс. единицы % к контролю

Хл (а+b), мг г'1 с.в. 1.9 (0.1) 2.5 (0.1) 132

Кар, мг г"1 с.в. 0.45 (0.02) 0.58 (0.03) 129

ППУ, ЕОП г"1 0.58(0.014) 0.65 (0.013) 112

Мы предположили, что одной из ключевых причин защитного действия XX и XXX является стабилизация тилакоидных мембран и сохранение их целостности в условиях окислительного стресса. Действительно, устойчивость ПТМ, выделенных из листьев обработанных XX растений фасоли, к облучению УФ-С была выше устойчивости ПТМ из контрольных растений (рис. 2).

Относительная максимальная амплитуда медленной компоненты ЗФл также падала после термообработки, а на свету вновь восстанавливалась, причем у XXX-обработанных растений фасоли восстановление шло быстрее, чем у необработанных (рис. 3). ЗФл связана с обратной рекомбинацией зарядов в ФС2, а ее медленная компонента в основном отражает изменения ДрН на тилакоидных мембранах (Bigler, Schreiber, 1990). Таким образом, обработка растений ХСС приводит к меньшему снижению и более быстрому восстановлению фотохимической активности ФС2, как ее квантовой эффективности, так и свето-индуцированной величины ДрН.

а Е

Г i

/ /

/7 •••■••• контроль

V/ —•— прогрев

—О— ХХХ+прогрев

Рис. 3. Влияние листовой предобработки XXX (0.6%) на медленную компоненту ЗФл проростков фасоли, подвергнутых тепловому стрессу при 43°С (6 мин). Через 2 сут. после обработки проростки прогревали и экспонировали на свету (30 цЕ м"2 с'1) в течение 24 ч.

Время после прогрева, ч

25 Аналогичные результаты были получены при изучении влияния замачивания семян пшеницы в 0.5-1% XXX или 5% XX на первичную теплоустойчивость ФС2 и на скорость пост-стрессового свето-индуцированного восстановления активности фотосинтеза в первых листьях пшеницы (Креславский и др., 20106). В обработанных таким образом проростках пшеницы наблюдали повышение первичной теплоустойчивости препаратов мембран тилакоидов, выделенных из листьев обработанных растений (табл. 3). Снижение активности ЭТЦ было значительно ниже в препаратах из растений, обработанных XXX.

В литературе (Bode, Wild, 1984) высказано предположение о том, что в листьях растений пшеницы, обработанных XXX, развивается окислительный стресс, подобный стрессу при засухе. Эта идея нашла подтверждение в опытах с нативными листьями фасоли, обработанными XXX. Согласно нашим данным при концентрации XXX, вызывающей заметный ретардантный эффект (0.75%), наблюдали снижение активности ФС2, увеличение темнового дыхания и содержания Н202 (рис. 4). При этом теплоустойчивость ФА листьев через 1.5-4 суток была заметно повышена, а транзитное повышение уровня Н202, предшествовало снижению активности ФС 2 и увеличению теплоустойчивости ФА.

Действие XXX и XX на активность антиоксидаитных ферментов и уровень низкомолекулярных антиоксидантов. Известно, что развитие умеренного окислительного стресса в растениях обычно сопровождается повышением активности ключевых антиоксидаитных ферментов (Mittler, 2002). Действительно, активности

Н202, % Темновое дыхание, % Активность ФС2 (Fv/Fm)

% к контролю о —* г*0 (а> о о о о is / \ / \ / \ / * IHH I --О— 0.75%ХХХХ ^ т —-Д.— 0.03%ХХХ 6 » контроль ^ 0,82 0,80 0,78 0,76 0,74

О 20 40 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 Время после обработки, ч

Рис. 4. Динамика изменения пула Н2О2, темнового дыхания и фотохимической активности ФС2 в листьях 10-дн. фасоли после листовой обработки XXX (0.03% и 0.75%).

СОД, АсП и ГР, определенные в листьях, СОД и пероксидазы - в препаратах тилакоидных мембран, были выше в предобработанных XX или XXX растениях, по сравнению с контрольными (табл. 4 и 5). Более того, повышенная активность ферментов сохранялась и после развития окислительного стресса, вызванного УФ-радиацией (КгезЬуэИ й а1., 2001).

На основе полученных данных можно заключить, что антиоксидантная активность в хлоропластах из листьев обработанных растений выше, чем в контрольных. Это происходит за счет повышенной активности пероксидаз, СОД и других антиоксидаитных ферментов, а также вследствие увеличения содержания каротиноидов и УФ-поглощающих пигментов, которые с одной стороны играют роль внутреннего фильтра при УФ-облучении, с другой стороны являются антиоксидантами (СиНпБЗ, Р0§50П, 2004). Защитное действие этих пигментов и

повышение уровня антиоксидантной активности объясняют также повышенную стресс-устойчивость ФС2 в препаратах тилакоидных мембран, выделенных из листьев растений, обработанных ХСС по сравнению с необработанными.

Таблица 3. Влияние обработки растений XXX (0.75%) на теплоустойчивость препаратов тилакоидных мембран, выделенных из листьев 11 -дн. растений пшеницы. Активность ЭТЦ определяли путем восстановления дихлорфенолиндофенола (ДХФИФ). Устойчивость оценивали как отношение активностей после прогрева при 40°С в течение 5 мин и до прогрева (%) (п=3) (Креславский и др., 20106).

Вариант +20°С +41°С, 5 мин. Отношение активностей

Контроль 100 70±4 0.70±4

XXX 75±5 69+6 0.92+5

Таблица 4. Влияние обработки XXX (1.6 мМ) и УФ-В на активность антиоксидантных ферментов (СОД, АсП и ГР), а также на содержание абсцизовой кислоты (АБК), гиббереллинов (ГК[-подобных веществ) и цитокининов (З+ЗР), (пмоль/г сырого веса) в листьях 11-дн. растений фасоли. Активности ферментов даны на 1 г белка. Условия

Параметр Контроль УФ-В XXX ХХХ+УФ

СОД, % к контролю 100 (5) 237(14) 130 (9) 254 (20)

АсП, % к контролю 100 (9) 126 (7)* 122(8)* 140 (7)

ГР, % к контролю 100 (8) 130(7) 135(7) 178 (7)

АБК, пмоль г'1 72 (7) 50(4) 154 (20) 60(5)

Гибб., пмоль г"1 0.91 (0.02) 0.57 (0.03) 0.34 (0.05) 0.23 (0.01)

Цит., пмоль г"' 0.33 (0.01) 0.32 (0.02) 0.46 (0.01) 0.43 (0.02)

* незначительная разница между контролем и вариантами XXX и УФ-В (р>0.05).

Таблица 5. Влияние обработки XX (0.6%) на активность СОД и пероксидазы в препаратах тилакоидных мембран, выделенных из листьев 11-дн. растений фасоли. Активность рассчитывали на 1 г белка. Условия выращивания и обработки, как в табл. 1.

Параметр XX, % к контролю

СОД 120 (7)

Пероксидаза 234 (22)

Повышенная активность антиоксидантных ферментов в ХСС-обработанных растениях может проявляться в быстром и более существенном усилении антиоксидантной активности в ответ на действие стрессора. В этой связи было изучено влияние XXX и тепловой предобработки на активность ферментов гваякол-

зависимой (ГЗ) пероксидазы и АсП, определенных в первых листьях растений пшеницы после теплового стресса при 40°С (рис. 5). В результате нагревания обнаружен более быстрый рост активности АсП и ГЗ пероксидазы в листьях XXX-предобработанных, а также закаленных тепловой предобработкой растений по сравнению с контрольными, необработанными растениями. В обработанных вариантах впоследствии наблюдалось и более быстрое снижение активности ферментов, что свидетельствует о большей эффективности антиоксидантной системы в листьях обработанных растений, что в значительной степени определяет повышенную теплоустойчивость ФА (рис. 2, 3 и 5).

Известно, что в ряде случаев увеличение уровня цитокининов (Чернядьев, 1997, 2005) и АБК (Liu, Huang, 2002; Таланова, 2009) дает вклад в увеличение стресс-

устойчивости растений, в

ГЗ пероксидаза

Аскорбатпероксидаза

Время после прогрева, ч

частности засухоустойчивости

Рис. 5. Влияние предобработки XXX (0.75%) или закаливания при 40°С (20 мин) на изменение активности ГЗ пероксидазы и АсП в листьях 10-дн. проростков пшеницы, подвергнутых тепловому стрессу (40°С, 20 мин): 1 - прогрев; 2 -ХХХ+прогрев; 3 - закаливание +прогрев. Для закаливания после первичного прогрева при 40°С растения выдерживали на свету 24 ч (Креславский и др., 20106).

и термоустойчивости. Было изучено влияние XXX на содержание АБК, цитокининов и гиббереллинов в настоящих листьях фасоли, облученных УФ-В (табл. 4). Содержание АБК и цитокининов в листьях проростков, обработанных XXX, было выше, а уровень гиббереллинов ниже, чем в необработанных, эта тенденция сохранялась и во время УФ-облучения. При низкой концентрации XXX (0.08 мМ) увеличение содержания АБК и повышение устойчивости к УФ-В не наблюдали (рис. 2). Повышенное содержание АБК и цитокининов в листьях обработанных растений может отчасти объяснять повышенную устойчивость ФС2 этих растений к УФ-облучению и высокой температуре.

Предполагается, что накопление АБК является одним из триггерных механизмов формирования повышенной стресс-устойчивости растений, в частности теплоустойчивости (Титов и др., 2006), хотя конкретные механизмы функционирования АБК пока неясны (Larkindale, Huang, 2004). Возможно, что повышение содержания АБК приводит к индукции образования АФК (Hung et al., 2005; Ни et al., 2006) и специфических для АБК стрессовых белков (Шакирова. 2001).

Снижение фотосинтетической активности и повышение антиоксидантной активности в препаратах тилакоидных мембран - все это признаки окислительного стресса, развивающегося в хлоропластах. Эксперименты с обработкой листьев XXX (0.1-1%) и прямое определение уровня Н202 в листьях (рис. 4) показали, что повышению стресс-устойчивости ФА через 1.5-4 суток после предобработки предшествует усиленное образование Н202 (burst) и рост темнового дыхания. По-видимому, предобработка XXX или XX приводит к генерации АФК, которые активируют антиоксидантную систему, что приводит клетку в состояние с повышенной стресс-устойчивостью ФА. Мы предлагаем следующую схему повышения стресс-устойчивости ФА при действии ХСС на растения: ХХХ(ХХ) АБКУН202 (окислительный стресс) -> сигнальные белки повышенный синтез белков и низкомолекулярных соединений, участвующих в стресс-защитных реакциях -» повышение стресс-устойчивости ФА (Kreslavski et al., 2001; Креславский и др., 2007а; Sheng et al., 2006; Креславский и др., 20106).

Повышенная устойчивость ФА растений, обработанных XXX или XX, к нагреванию и УФ-облучению может объясняться увеличением активности антиоксидантных ферментов, а также пула низкомолекулярных антиоксидантов (Kreslavski et al., 2001; Sheng et al., 2006), которое, по нашим данным, инициируется образованием Н202 и/или, возможно, АБК. Накопление осмотически активных веществ, к которым относятся продукты разложения XXX и XX - бетаин и пролин (Sheng et al., 2006), также может вносить вклад в повышение стресс-устойчивости ФА.

2. Предоблучение красным светом повышает устойчивость ФА к УФ-радиации

Известно, что УФ излучение повреждает различные молекулы мишени и системы ФА, особенно ФС2, прежде всего такие компоненты как QA, QB, PQ и белок D1 (Kolli et al., 1998; Babu et al., 1999). С другой стороны, УФ-радиация активирует различные защитные системы ФА, усиливает синтез фотозащитных соединений, поглощающих УФ. При этом возрастает активность и/или синтез антиоксидантных ферментов, и происходит накопление низкомолекулярных антиоксидантов (Strid et al., 1994; Hader et al., 2003; Соловченко, Мерзляк, 2008). Важную роль в фотозащите ФА от УФ-радиации и/или в процессах фотореактивации может играть видимый свет низкой интенсивности, в частности, в синей (Han et al., 2001; Hader et al., 2003) и красной области спектра (Joshi et al., 1991; Biswal et al., 2003), которые могут действовать через фоторецепторы синего света - (криптохромы и фототропины) и красного света -фитохромы. Предполагается, что КС индуцирует переход фитохрома в физиологически активную форму (Фхдк), которая поддерживает структуру и активность хлоропластов во время старения листьев, а также предохраняет Хл от деградации (Joshi et al., 1991; Lingakumar, Kulandaivelu, 1993; Biswal et al., 2003). Вместе с тем имеется мало данных и теоретических разработок о том, как

формируются механизмы защитного действия КС против УФ-индуцированного ингибирования фотосинтеза, какие фоторецепторы и сигнальные интермедиа™, а также стресс-защитные системы ФА, такие как антиоксидантная, участвуют в процессе формирования и регуляции защитных механизмов.

Одним из важнейших фоторецепторов КС является фитохром, который является, прежде всего, датчиком качества света (Smith, 1986). Роль этого фоторецептора больше всего исследована в «классических» фитохром-контролируемых реакциях. В этом случае при последовательном облучении КС с Я.мах=660 нм (5-10 мин), затем ДКС с Л.тах=73 0 нм (5-10 мин), регуляторные эффекты КС снимаются (Kendrick, Kronenberg, 1994).

Предоблучение КС защищает фотосинтетические пигменты от УФ-индуцированной деградации. Известно, что в листьях растений, помещенных в темноту, может наблюдаться старение (Biswal, Biswal, 1984; Biswal et al., 2003), которое проявляется в постепенной потере Хл и белков. Как УФ-В, так и УФ-А могут ускорять, а КС и/или синий свет замедлять старение листьев (Biswal et al., 2003). Однако, механизм действия КС во многом не ясен.

Роль Фх и возможных интермедиатов защитного действия КС была изучена на двух основных объектах - отделенных настоящих и нативных семядольных листьях, которые часто используются для исследования старения. При длительном выдерживании растений салата в темноте (>2 сут.) наблюдали старение листьев, которое проявлялось в постепенной деградации Хл (а+в) и каротиноидов. Облучение растений УФ приводило к более быстрой деградации пигментов в темноте, особенно у растений, выращенных на слабом свету (табл. 6). При предоблучении проростков КС (А.м=660 нм, 8 мин) наблюдали частичное снижение скорости деградации пигментов, которую вызывало УФ-облучение (рис. 6), тогда как сам по себе КС (без УФ) оказывал незначительное влияние. Последующее облучение листьев ДКС (^„=730 нм) полностью снимало защитное действие КС (табл. 6), что свидетельствует об участии Фх в качестве фоторецептора. Вес семядольных листьев снижался после УФ-А-облучения, но потери веса были ниже при предоблучении КС (КС-»УФ), что указывает на интегральное развитие окислительного стресса в листьях, облученных УФ, и меньший уровень стресса в листьях, предоблученных КС. На другом объекте исследований - отделенных листьях шпината, при более длительном КС-облучении (2 ч) обнаружены аналогичные закономерности: предоблучение листьев КС уменьшало потери Хл и каротиноидов.

Считается, что важную роль в процессе деградации Хл в листьях играют протеолитические ферменты (Pjon et al., 1992), а образование некоторых АФК, по-видимому, индуцирует их синтез. Следовательно, УФ-облучение, индуцирующее образование АФК, может приводить к усилению деградации фотосинтетических

пигментов. Обнаруженное нами повышение антиоксидантной активности в листьях растений, предоблученных КС, наоборот, вероятно, обеспечивает защиту Хл от деградации (Креславский и др., 2009).

Пигменты, поглощающие УФ. В зависимости от световых условий выращивания и дозы УФ-облучение приводило как к увеличению, так и уменьшению содержания пигментов, поглощающих УФ (ППУ) в листьях салата и шпината. Эти пигменты являются преимущественно флавоноидами (М1гес1а, Тегатига, 1984). Предобработка КС приводила к возрастанию уровня ППУ (табл. 6), вероятно, вследствие КС-индуцированного их синтеза. Вывод согласуется с ростом пула ППУ в листьях, облученных одним только КС, которое проявляется после некоторой лаг-фазы.

Таблица 6. Действие предоблучения КС и ДКС, а также УФ-А на содержание (на 1 г сырого веса) фотосинтетических пигментов и пигментов, поглощающих УФ (ППУ), а также сырой вес пары семядольных листьев 10-дн. растений салата, выращенных при разной интенсивности света. Все параметры определяли после облучения растений и выдерживания их в темноте (Т) в течение 2 или 26 ч. [Хл (а+в)] составляла в контроле для № 2, № 3, № 4 -0.4, 0.5 и 0.7 мг г"1, соответственно. ППУ определяли в единицах оптической плотности. Время УФ экспозиции - 50 и 100 мин (Креславский и др., 2009).

№ оп. Инт. света, Вт м"2 Экспоз. УФ-А, мин Т, ч Параметры УФ-А КС->УФ* КС->ДКСч>УФ

% к контролю

1 0.5 50 2 Каротиноиды 97.5 (2.0)* 98.0 (2.0) -

Хл (а+в) 96.5 (3.0)* 97.0(3.0) -

2 0.5 50 26 Сырой вес 95.5 (1.0) 100 (0.5) 98.0 (0.08)*

Каротиноиды 83.5(3.1) 97.5 (2.5) 86.0 (2.6)

Хл (а+в) 82.5 (3.2) 96.0 (3.6) 84.0 (2.3)

3 1.5 50 26 Каротиноиды 89.0 (2.1) 101.0(2.5) -

Хл (а+в) 91.5(1.5) 100.1 (1.5) -

ППУ 97.0 (2.0) 106.0 (2.0)

4 10 100 26 Каротиноиды 93.0(1.6) 100.0(1.7)

Хл (а+в) 92.0(1.3) 99.0(1.2) -

*- недостоверная разница между опытом и контролем (р>0.05). Во всех вариантах нет разницы между контролем и (КС-УУФ).

Фотосинтетическая активность. В наших (Кобзарь и др., 1997,1999; КоЬгаг ег а1., 1998; Креславский и др., 2004а, 2009) и других работах (Ыг^акшпаг, Ки1апсЫуе1и, 1993; Воэйакпско е1 а!., 2001; В1э\ч'а1 Й а!., 2003; Константинова и др., 2004) показано,

• и -.

.»/ с.ч Ь

»»ж.

■•ТС ' V*

••-К >

* Л

Рис. 6. Фотографии 8-дн. растений салата,

предоблученных КС, затем УФ-А, или только УФ-А, выдержанных в темноте в течение 5 сут. Исходно до обработок ^„=3.5+0.1. Через 5 сут. отношение Ру/Т0 снижалось до 3.0+0.2 в контроле и в варианте КС->УФ, и до 1.5+0.3 в варианте УФ.

контроль УФ КС-УФ что КС низкой

интенсивности

модифицирует действие УФ-радиации на рост, фотосинтез и накопление хлорофилла. Однако неясно, как развивается защитное действие КС, какие сигнальные интермедиаты участвуют в формировании повышенной устойчивости ФА к УФ-радиации. Для решения этой задачи были проведены эксперименты по исследованию действия УФ-радиации на фотосинтетическую активность и развитие окислительного стресса в листьях салата и в отделенных листьях шпината, фасоли и рябины, а также по изучению защитного действия предоблучения КС. В результате облучения листьев УФ-А/В и последующего их выдерживания в темноте наблюдали ингибирование активности ФС2 (рис. 7, 8) и усиление перекисного окисления липидов (см. диссертацию). Наиболее существенно снижалась после УФ-облучения относительная амплитуда быстрой (-100 мс) компоненты ЗФл (рис. 7), которая отражает активность электронного транспорта на акцепторной стороне ФС2 (1.атЬгеу, во^еу, 1999).

1,6 1.2 0.3 0,2 0,1 0.0

контроль

кс

¡1 I

¡! - >''

уф

кс-уф

1 2 3

Время облучения КС, ч

Рис. 7. Влияние облучения КС на амплитуду быстрой компоненты ЗФл (1т-0)/Б в отделенных листьях шпината. Отделенные листья облучали КС в течение 0; 0.5; 1; 2; 4 ч (КС). После каждого указанного промежутка времени часть листьев, облученных КС, подвергали УФ-А-облучению (КС+УФ). Другую часть облучали только УФ, без КС предоблучения (УФ). Контроль - без облучений.

Защитное действие КС проявлялось через 1 -2 ч и выражалось в меньшем снижении этой компоненты в УФ-облученных листьях.

Обнаружено два типа защитного действия КС при действии УФ-радиации: один тип реакций (Креславский и др., 2001, 2004а) наблюдали при относительно длительном (>1 ч) облучении и умеренных дозах КС (-0.3-2 Дж см"2) (рис. 8, 9). Предоблучение

КС (КС—>УФ) частично снимало ингибирующее действие УФ, а последующее облучение ДКС, в свою очередь, снимало эффект КС.

Само облучение КС вызывало снижение быстрой (рис. 7, 8) и медленной компоненты ЗФл. Эти изменения наблюдались не менее, чем через 1 ч после облучения листьев КС вследствие, как мы предполагаем, транзитного повышения пула Н2О2 в КС-облученных листьях с максимумом через 0.5 ч (рис. 9).

Другой тип защитных реакций изучен на нативных семядольных листьях салата при кратковременном облучении (5-10 мин) и низкой дозе (0.05 Дж см"2) КС (рис. 10).

В экспериментах было обнаружено УФ-индуцированное снижение скорости (Р„) и эффективности (Рт-Р8)/Р8, где Р5- стационарный уровень флуоресценции, фотосинтеза и защитное действие КС. Частичная обратимость эффекта КС при последующем облучении ДКС и низкая интенсивность (1-2 Вт м"2) свидетельствуют

Рис. 8. Влияние световых предобработок (КС и КС-»ДКС) и облучения УФ-А отделенных листьев шпината на активность ФС2, измеренную после 24 ч выдерживания листьев в темноте. Варианты облучения: УФ-А (40 мин) (УФ), КС (2 ч), КС->УФ, а также КС-»ДКС-»УФ. Контроль (К) необлученные листья.

Ч 0)

z н о

сч

кс-дкс

Рис. 9. Влияние облучения КС (2-4-, 1.5 Вт м', 660 нм) на содержание Н2О2 в отделенных листьях шпината. Контроль - необлученные листья.

0 12 3 4

Время облучения, ч 0 проявлении классической КС/ДКС

обратимой низкоэнергетической реакции, свойственной обычно фотостабильному ФхВ (Креславский, Аллахвердиев, 2006).

Защитное действие КС, оцененное по изменению быстрой компоненты ЗФл в листьях шпината при относительно высоких дозах (~0.3-3 Дж см"2), не наблюдалось в присутствии ингибитора белкового синтеза линкомицина (0.4 мМ) (см. диссертацию). Отсюда следует, что синтез de novo белков играет определенную роль в защитном действии предоблучения.

Предоблучение при тех же дозах другими длинами волн (>.„=540 и 570, 690, и 730 нм) не приводило к заметному проявлению защитного эффекта при действии УФ-А-

радиации. Это согласуется с участием в защитном действии предоблучения активной формы фитохрома, предположительно, ФхВ.

Было также изучено УФ-защитное действие КС при одновременном облучении листьев КС и УФ-радиацией. И в этом случае КС частично снимал индуцированное УФ ингибирование активности ФС2, что предполагает комплексное влияние КС в защите ФА. Защитное действие КС было наиболее выражено после достаточно длительной темновой экспозиции растений до облучений, что, вероятно, связано с уменьшением % Фхдк в этих условиях.

Роль фитогормонов в защитном действии КС. На основании полученных данных по световой регуляции роста хлореллы и выделения этилена в клеточной суспензии было высказано предположение, что Фх-подобный фоторецептор регулирует рост хлореллы и образование этилена (Креславский и др., 1988, 1989; Кге51ау51а й а1., 1997). При этом наблюдали увеличение уровня этилена при действии КС (10-30 мин)

Рис. 10. Влияние предоблучения 10-дн. растений салата КС (660 нм), а также КС и ДКС (по 8 мин) по схеме КС->ДКС->УФ на УФ-А-

индуцированное снижение нетто-фотосинтеза Р„, и отношение (Рт-Р5)/Р5. Растения, выдержанные в темноте 16 ч, облучали и вновь выдерживали в темноте 5 или 29 ч (Креславский и др., 2009).

и снятие этого эффекта последующим облучением ДКС (рис. 11), что К1 кс к2 кс кс-дкс свойственно низкоэнергетическим процессам, контролируемым ФхВ. На основании литературных (МоИег е1 а1., 2002) и наших данных по регуляции выделения этилена экзогенными фитогормонами (Креславский и др., 1988) высказано предположение, что как Фхдк, так и эндогенные цитокинины играют роль интермедиатов, через которые реализуется влияние КС и ДКС на выделение этилена. Это также согласуется с обнаруженной корреляцией между относительным уровнем Фхдк и уровнем цитокининов, образующихся в листьях пшеницы в процессе их зеленения (Креславский и др., 20046; КгеБкувк! е1 а1., 2005). Вероятно, одним из путей влияния на клетку КС (при исходно низком пуле Фхдк) является повышение пула Фхдк, что приводит к изменению гормонального баланса.

Роль соотношения про-/антиоксидантов в защитном действии КС. Изменение про-/антиоксидантного равновесия является одним из неспецифических признаков

£ 15

IXе 5

3,6

1» п. 3,2

"е

ц.

2,8

5ч

УФ

5ч

УФ

29 4 уф Д,

29 ч

УФ

стрессовой реакции (Веселова и др., 1993), в частности при УФ-облучении (Frohnmeyer, Staiger, 2003). Помимо этого, в настоящее время высказывается предположение о том, что это соотношение является также инструментом, с помощью которого клетка может регулировать многие процессы роста и адаптации (Dat et al., 2000; Pastori, Foyer, 2002), а также реагировать на действие некоторых экзогенных фитогормонов (Dat et al., 1998; Pei et al., 2000). Мы попытались связать обнаруженные защитные эффекты КС с индукцией синтеза антиоксидантных ферментов, которые часто служат важным звеном в нейтрализации окислительного стресса в растениях (Allen, 1995).

Одним из ключевых антиоксидантных ферментов при УФ-индуцированном окислительном стрессе является пероксидаза (Rao et al., 1996), которая обладает

Рис. 11. Влияние КС (1 Вт м ) с >.т=660 нм и последующего ДКС на выделение этилена клетками хлореллы (КС/ДКС). Контроль - без облучения КС и ДКС. Исходная плотность (по)=70.5 х 106 клеток на 1 мл (Креславский и др., 1988; КгезкувЫ е! а1., 1997).

широкой субстратной специфичностью и способна катализировать реакции окисления различных органических соединений. Активность пероксидазы также может регулироваться фитохромной системой (8Ьагша й а1., 1976) и УФ. Эти результаты подтверэвдаются нашими данными по исследованию влияния предоблучения УФ-А и КС на пероксидазную активность в листьях шпината, которая повышалась практически сразу после УФ-облучения (рис. 12). Кроме того, мы наблюдали синергизм в действии КС и УФ, а также частичную обратимость эффекта КС последующим облучением ДКС, что предполагает участие Фхдк в стимулирующем действии КС на пероксидазную активность. Аналогичные закономерности были обнаружены при исследовании пероксидазной активности в препаратах тилакоидных мембран, выделенных из облученных УФ-А, а также из КС-предоблученных листьев салата.

Участие Фхдк в индукции пероксидазной активности также согласуется с нашими данными, полученными на этиолированных 7-8-дн. проростках пшеницы. После их предоблучения КС с >.мах=660 нм (7.5 мин) вслед за лаг-фазой наблюдалось быстрое увеличение пероксидазной активности в листьях, которое было частично обратимо ДКС (Любимов, Креславский, 2008).

Таким образом, нами установлено, что индукция стресс-устойчивости ФА к повреждающему действию УФ связана с активацией Фх в результате предоблучения растений КС с А.м=625 и 660 нм, а также с усилением активности антиоксидантной системы, включающей как антиоксидантные ферменты, так и низкомолекулярные антиоксиданты. К последним также относятся УФ-поглощающие фотозащитные пигменты флавоноиды и каротиноиды (ТакеисЫ, 1996).

Мы предполагаем, что активация пероксидазы и других антиоксидантных ферментов с помощью КС может происходить путем, описанным для трансдукции фитохромного сигнала через активацию факторов транскрипции типа Р1РЗ, обеспечивающих прямую фоторегуляцию экспрессии защитных генов (Креславский и др., 1993; Креславский, Аллахвердиев, 2006) и через транзитное повышение уровня

Листья шпината

ПТМ

Рис. 12. Эффект предоблучения листьев шпината КС и/или ДКС на пероксидазную активность в отделенных листьях, облученных УФ-А (УФ) и необлученных светом (контроль), а также в препаратах тилакоидных мембран (ПТМ),

выделенных из листьев.

КС КС-ДКС

свободного Са в цитозоле. Как при УФ, так и КС облучении активность пероксидазы, может быть повышена за счет усиленного синтеза субстратов пероксидазы, например, фенольных соединений, в частности флавоноидов. Считается, что повышение уровня флавоноидов происходит через свето-индуцированную активацию ФАЛ и халкон-синтазы (Gaspar et al., 1982; Wade et al., 2001). При относительно высоких дозах КС при облучении в темноте могут наблюдаться повышение уровня АФК, и активация защитных клеточных систем (Lubart et al., 1997; Саляев и др., 2003). Эти данные согласуются с наблюдаемым нами транзитным, с максимумом образования через 0.5 ч, повышением пула Н202, которое предшествовало повышению пероксидазной активности и снижению активности ФС2 при длительном предоблучении листьев КС (рис. 9). При высоких дозах КС (>5 Дж см"2) наблюдали более значительное снижение активности ФС2 и понижение устойчивости ФС2 к УФ-А-радиации.

Установлено, что образование Фхдк сопровождается увеличением уровня стрессового гормона этилена (Kreslavski et al., 1997), а также активности пероксидазы и пула каротиноидов и пигментов, поглощающих УФ (преимущественно флавоноиды), которые защищают ФА от АФК и продуктов ПОЛ (Креславский и др., 2009). По

нашим данным повышенная антиоксидантная активность индуцируется вследствие транзитного увеличения пула Н202.

На основе полученных данных можно предположить, что в естественных условиях защитное действие видимого света от УФ-излучения, ингибирующего рост и фотосинтез растений, проявляется в значительной степени благодаря поглощению света в области 620-670 нм (КС), которая стимулирует образование активной формы фитохрома. В полуденное время и в солнечный день, когда велика доля УФ-радиации, а отношение КС/ДКС высокое (Музафаров и др., 1995), пул Фхда в листьях высокий, и наблюдается заметная компенсация ингибирующего эффекта УФ-радиации за счет активации Фх. В потоке солнечного света, попадающего в листовую тень, а также в условиях облачности отношение КС к ДКС падает с 1.1 до 0.2-0.7 (Weinig et al., 2004) компенсация ингибирующего эффекта не нужна, так как доля УФ мала.

Предоблучение растений КС может приводить к активации антиоксидантных ферментов, но механизм во многом неясен (Sharma et al., 1976; Qi et al., 2000, 2002). В настоящее время все большее признание находит идея свободно-радикальной регуляции синтеза белков (Артюхов и др., 2005). Развивая эту идею, мы предположили, что реализуется следующая схема повышения стресс-устойчивости ФА к УФ-облучению: КС (А.м=660 нм) —> Фх -» Фхдк (транзитное повышение содержания Са2+, АФК и некоторых фитогормонов) —> повышение активности антиоксидантных ферментов и пула низкомолекулярных антиоксидантов —> повышенная стресс-устойчивость ФА (рис. 13). По этой схеме, АФК, транзитно образующиеся при действии КС, играют роль сигнальных интермедиатов в формировании повышенной стресс-устойчивости ФА.

Установлено, что повышение пула Н202 происходит даже при облучении листьев умеренными дозами КС и инициирует повышение пероксидазной активности, а также синтез низкомолекулярных антиоксидантов, в частности флавоноидов и каротиноидов (Креславский и др., 2009). При высоких дозах КС, следовательно, высоких уровнях АФК, устойчивость ФА к УФ-А-радиации снижена. Внутриклеточное транзитное возрастание АФК, даже в небольших количествах, может вызвать переход многих факторов транскрипции в активное состояние. Они связываются с соответствующим промоторным участком гена и индуцируют экспрессию генов, кодирующих различные защитные белки.

Повышение стресс-устойчивости ФА при облучении низкими дозами КС необязательно связано с усиленным транзитным образованием АФК. В недавних работах было показано, что после активации кратковременным КС, Фхдк переходит из цитозоля в ядро, где с помощью факторов транскрипции прямо взаимодействует со светоактивируемыми генами, вызывая их экспрессию (Quail, 2002, 2006,2007).

ФА устойчивости ФА

Рис. 13. Общая схема регуляции устойчивости ФА к УФ-облучению как итог предоблучения растений красным светом (КС) и видимым светом (ВС). Стрелки показывают путь трансдукции светового сигнала. Предполагаемые интермедиа™ световой сигнализации -АФК, Са2+, факторы транскрипции и т.д. Схема составлена на основе наших и литературных данных (Hung et al., 2005; Каш, 2008; Kreslavski et al., 2009a; Романов, 2009).

3. Тепловая предобработка повышает устойчивость ФА к повторному тепловому стрессу и фотоингибированию. Факторы, регулирующие устойчивость

Явление «тепловой закалки» — способность к обратимому увеличению устойчивости клеток в ответ на действие высокой, но еще не летальной температуры, является важным адаптивным механизмом (Александров, 1958, 1975, 1995; Титов и др., 2006). Часто тепловое закаливание изучается при достаточно длительном действии повышенных температур и при одновременном освещении (Кислюк и др., 2007, 2008). В этом случае успевают синтезироваться белки de novo, и происходит восстановление сниженной во время стресса фотосинтетической активности. Эффекты закаливания исследуются также в результате кратковременного нагревания порядка нескольких минут, когда синтез белков не успевает проявиться (Титов и др., 1987, 2006; Карпец, 2007). Нами был использован несколько другой подход. Было исследовано, как кратковременное нагревание проростков пшеницы при закаливающих температурах (39-42°С) и длительное последующее свето-зависимое восстановление влияют на устойчивость ФА к вторичному тепловому стрессу и фотоингибированию. Важно было понять, как формируется повышенная стресс-

устойчивость ФА, какова роль АФК, а также изменения баланса про-/антиоксидантов и насколько обеспечено энергетически это повышение стресс-устойчивости.

Результаты влияния кратковременного прогрева растений при умеренной температуре (40°С, 20 мин) на устойчивость ФА к последующему тепловому шоку (44°С, 20 мин) представлены на рис. 14. Из них следует, что первичная устойчивость ФА в закаленных растениях меняется незначительно, тогда как свето-зависимое восстановление ФА заметно ускоряется. Этот результат можно объяснить как ускоренной репарацией поврежденной ФС2 и системы фиксации С02, так и синтезом белков теплового шока (БТШ). Это согласуется с тем, что БТШ стимулируют восстановление фотосинтеза при тепловом стрессе (Allakhverdiev et al., 2008).

Вероятно, в процессе термоиндуцированного фотоингибирования одной из ключевых реакций является ингибирование образующимися АФК синтеза фотосинтетических белков de novo (прежде всего, белка D1), необходимых для восстановления ФС2. Это означает, что большую роль в восстановлении поврежденного ФА играет активность

нмоль С02 г'1 с"1

0,80 0,60 0,40 0,20 0,00

■со-

___-о-----О

контроль ---

p-5-г;

/ 44°С/24ч

// // 44°С

Н/ ----с----"О

к___

10 8 6 4 2 О

20 40

40 60

Время после прогрева, ч

Рис. 14. Влияние тепловой закалки при 40°С (20 мин) и теплового шока при 44°С (20 мин) на активность ФС2 (Р^/Бт) и фотосинтез (Рм). После инкубации на свету в течение 12 или 24 ч, закаленные (44°С(12) и 44°С(24)) и незакаленные растения подвергали (44°С) или не подвергали (контроль) тепловому шоку и инкубировали на свету.

антиоксидантных ферментов, а также содержание низкомолекулярных антиоксидантов и осмолитов, таких как пролин и глицинбетаин, снижающих уровень АФК (Мап^оу й а1„ 1993; АИакЪуегШеу е1 а1., 1996, 2007; КЬап е1 а1„ 2009). Содержание этих антиоксидантов можно также увеличить экзогенным путем, например, обрабатывая растения ХСС (Креславский и др., 2007а; БЬепд е1 а1., 2006).

Усиленное образование Н202, обнаруженное нами сразу после прекращения прогрева растений пшеницы при 40°С (рис. 15), сменялось снижением уровня Н202 через 12 ч, которое соответствует максимальной теплоустойчивости (рис. 14). Однако такое длительное снижение не наблюдалось при 42°С. По-видимому, вклад в повышение теплоустойчивости, вносит увеличение активности антиоксидантных ферментов и уровня низкомолекулярных антиоксидантов вследствие транзитного накопления

АФК, а также образование БТШ. Это согласуется с проявлением повышенной активности АсП в листьях предобработанных (закаленных) при 40°С растений (рис. 5 и 15) и с ускорением свето-индуцированного восстановления ФА растений пшеницы при внесении в питательный раствор антиоксиданта-аскорбиновой кислоты (Kreslavski et al., 2008). Стимуляция синтеза БТШ в результате образования Н202 известна из литературы (Konigshofer et al., 2008). Вероятно, основные БТШ образуются на свету после прекращения прогрева.

Сразу после прогрева оценивали первичную теплоустойчивость, не зависимую от восстановления ФА, а также скорость светозависимого восстановления фотосинтетической активности (рис. 14). Видно, что первичная теплоустойчивость мало зависит от предшествующего прогревания, тогда как скорость восстановления

после теплового шока зависит

Рис. 15. Изменение уровня Н202 и активности СОД, каталазы и АсП после прогревания при 40 и 42°С и в процессе пост-стрессового

восстановления при 20°С и 1=40 цЕ. Исходные активности СОД, каталазы и АсП - 430±40 ед. г"1, 2500 цмоль Н202 г'мин"1, и 6.3+1 цмоль мин"'г"', соответственно (Kreslavski et al., 2009b).

существенным образом.

Восстановление блокируется ингибиторами белкового синтеза, линкомицином и

хлорамфениколом, и ускоряется светом (Креславский, Христин, 2003; Kreslavski et al., 2008; 2009b). To есть для

восстановления активности ФА нужны свет и синтез белков de novo. Важна также обеспеченность процесса восстановления АТФ. Более эффективное восстановление активности ФА закаленных растений, по-видимому, является следствием повышения скоростей циклического фотофосфорилирования и темнового дыхания у закаленных прогреванием проростков по сравнению с незакаленными (Kreslavski et al., 2008).

Ранее было обнаружено, что тепловая предобработка растений приводит к повышению их устойчивости к комбинированному действию света и температуры (Шаркова, 2001; Буболо и др., 2004; Кислюк и др., 2004, 2008). Мы предположили, что ФА растений, предобработанных нагреванием при 40°С, обладает повышенной устойчивостью не только к совместному действию света высокой интенсивности и

Время после прогрева, ч

повышенной температуры, но и к свету высокой интенсивности (перекрестная адаптация) при комнатной температуре в условиях обратимого фотоингибирования. Действительно, после предобработки при 40°С ФА растений был более устойчив не только к высокой температуре (44°С) (рис. 14), но и к свету в условиях фотоингибирования (рис. 16). Сразу (и через несколько часов) после нагревания при 40°С и через 24 ч после предобработки при 42°С не наблюдали повышения устойчивости ФА к свету высокой интенсивности. Предполагается, что теплоустойчивость ФА растений, приобретенная при умеренных температурах, частично индуцируется усилением механизмов, защищающих клеточные структуры от окислительного повреждения, вызванного нагреванием (Larkindale, Huang, 2004).

160

<р

120

с"

в 80

40°С

; т контроль

! "i.....i......

• \ V А'" .„al

Cp83V

42°С

0 12 3

5 6

Рис. 16. Влияние тепловой предобработки пшеницы на фотоингибирование (1=1000 цВ м"2 с*'), оцененное по максимальной интенсивности замедленной флуоресценции (ЗФл). Нет закалки - без предобработки при 40°С; закалка - прогрев при 40°С или 42°С и восстановление

при 1=40 цЕ м с' в течение 24 ч. Нижняя кривая - сразу

0 1 2 3 4 5 6 Время световой экспозиции, ч

после прогрева при 40°С. (Kreslavski et al., 2008).

Для развития этих защитных механизмов необходимо определенное время, а также транзитное, не слишком значительное повышение пула АФК. Увеличение содержания Н202 предшествовало повышению активности каталазы и АсП, которые достигали максимума через 6-12 ч после термообработки при 40°С, что соответствовало минимальному уровню Н202 и высокой термоустойчивости (рис. 14). В закаленных тепловой предобработкой растениях скорость повышения активности одного из ключевых для хлоропластов антиоксидантных ферментов - АсП в ответ на вторичный тепловой стресс была выше, чем в незакаленных растениях (рис. 5). На основе этих данных мы заключили, что наблюдаемое увеличение термоустойчивости ФА частично обусловлено повышением активности антиоксидантных ферментов в результате кратковременной тепловой закалки. Предполагается, что Н202 является сигнальной молекулой и регулятором экспрессии ряда генов, которые кодируют антиоксидантные ферменты, стресс-защитные и сигнальные белки, такие как киназы, фосфатазы и факторы транскрипции (Hung et al., 2005). Имеются доказательства того, что факторы транскрипции теплового шока (ФТТШ) являются прямыми сенсорами Н202 и других АФК (Miller, Mittler, 2006).

Таким образом, на основании полученных нами (Креславский и др., 20076; Kreslavski et al., 2009b) и литературных данных (Lopez-Delgado et al., 1998) можно заключить, что АФК регулируют формирование повышенной теплоустойчивости ФА, и, действуя, вероятно, через регуляторно-сигнальные белки, такие как ФТТШ, регулируют скорость экспрессии генов, кодирующих различные белки, которые участвуют в системах, защищающих ФА от окислительного стресса.

Показано, что тепловое закаливание при 40°С заметно ускоряет восстановление ФА растений при тепловом шоке (44°С) и усиливает устойчивость ФА к фотоингибированию (Kreslavski et al., 2008). При этом, согласно нашим (рис. 5 и 14) и литературным данным (Dat et al., 2000; Dash, Mohanty, 2002) в листьях, закаленных прогреванием растений, обнаруживается более высокая антиоксидантная активность. Следовательно, наблюдается корреляция повышенной теплоустойчивости с более высокой антиоксидантной активностью в листьях.

С другой стороны, сразу после предобработки при 40°С устойчивость ФА к свету высокой интенсивности понижена (рис. 16, Kreslavski et al., 2008). Причиной уменьшенной устойчивости к вторичному стрессу и более медленного восстановления ФА может быть значительно повышенное в результате двойного стресса (нагревание и свет высокой интенсивности) содержание АФК, и, как следствие, значительное снижение антиоксидантной активности в процессе фотоингибирования. В процессе термо-индуцированного фотоингибирования, которое наблюдали в препаратах тилакоидных мембран, возможно образование агрегатов светособирающих Хл-белковых комплексов типа ССК 2, что также может вносить вклад в снижение стресс-устойчивости ФА (рис. 17).

Таким образом, существует корреляция между потенциалом теплоустойчивости и потенциальной способностью антиокислительных ферментов нейтрализовать Н202 и другие АФК и, таким образом, уменьшить фотоокислительное повреждение ФА.

Известно, что активности антиоксидантных ферментов, таких как СОД, каталаза и пероксидаза, могут возрастать после предобработки растений 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислотой - предшественником этилена и АБК (Larkindale, Huang, 2004). По-видимому, фитогормоны индуцируют теплоустойчивость ФА путем повышения антиоксидантной активности. Это согласуется с данными об увеличении устойчивости растений к высоким температурам с помощью экзогенных цитокининов, что объясняется активацией цитокининами работы белоксинтезирующего аппарата (Кулаева и Кузнецов, 2004; Таланова, 2009).

Можно предположить, что повышенная устойчивость растений к нагреванию формируется путем увеличения активности антиоксидантных ферментов, повышения содержания низкомолекулярных антиоксидантов, осмолитов и некоторых гормонов, а также усиления синтеза белков теплового шока. При этом функцию первичного

сигнального элемента, по-видимому, выполняют АФК (Н202), которые через ФТТШ и другие сигнальные элементы регулируют генную активность стресс-защитных систем

Рис. 17. Низкотемпературные спектры флуоресценции (77°К) препаратов тилакоидных мембран из растений шпината после разных обработок. Без предобработок (1), прогретые при 42°С 10 мин, затем выдержанные в темноте (2), или на свету 1=30 Вт м'2 (3) в течение 3 ч. Прогретые при 42°С (10 мин), затем выдержанные на том же свету (4). Стрелкой показано положение полосы предполагаемого агрегата Хл а/в комплекса ФС2 (>.„=700 нм). Ам возбуждения = 435 нм.

1-контроль

2-нагрев

3-свет

4-нагрев+свет

650 700 750 800 А-,НМ

(Hung et al., 2005). Увеличение антиоксидантной активности приводит к снижению уровня АФК и повышению стресс-устойчивости ФА, что согласуется с опытами на трансгенных растениях-суперпродуцентах антиокислительных ферментов, таких как СОД (Allen, 1995). Все эти факторы, по-видимому, способствуют созданию в клетке условий, стимулирующих синтез АТФ, например, за счет активации циклического фотофосфорилирования и темнового дыхания (Kreslavski et al., 2008; Singh, Graver, 2008). Нами показано, что после кратковременного теплового стресса увеличивается активность некоторых антиоксидантных ферментов, скорости темнового дыхания в листьях и фиксации С02, а также циклического фотофосфорилирования в препаратах тилакоидных мембранах, выделенных из листьев закаленных растений (Kreslavski et al., 2008). Наряду с усиленным образованием БТШ и осмолитов, эти факторы, как следует из наших данных, важны для кросс-толерантности к вторичному тепловому стрессу и фотоингибированию (Kreslavski et al., 2008; Mohanty et al., 2009).

Вероятно, важную роль в высокой общей стресс-устойчивости ФА растений, подвергнутых кратковременной тепловой предобработке, к повторному тепловому стрессу и свету повышенной интенсивности, играет высокая скорость восстановления активности ФА (рис. 14, 16). Критическим для восстановления является скорость синтеза фотосинтетических белков de novo, для обеспечения которой необходимо достаточное поступление энергии в виде АТФ. С другой стороны, повышенный уровень АФК ведет к снижению скорости восстановления фотосистем благодаря ингибированию синтеза белков избыточным количеством АФК, которые нейтрализуются антиоксидантной системой. Это означает, что обеспечение АТФ и соотношение антиоксидантной активности и степени развития окислительного стресса являются критическими факторами для восстановления (Allakhverdiev et al., 2005, 2008). Сделанный вывод подтверждается результатами экспериментов по тепловому закаливанию проростков пшеницы (Kreslavski et al., 2008) и с мутантом Synechocystsis sp РСС 6803, дефицитным по гену, ответственному за синтез

антиоксидантного фермента каталазы-пероксидазы (Креелавекий и др., 2010а). Постстрессовое восстановление ФА проростков пшеницы ускорялось в присутствии экзогенной аскорбиновой кислоты, а в отсутствии каталазы-пероксидазы восстановление замедлялось.

Есть доказательства, что важными интермедиатами между стрессовым сигналом при повышенной температуре и биохимическим ответом растения, обуславливающим адаптивный ответ, могут быть Са2+, АФК и продукты перекисного окисления липидов (Курганова и др., 1999; Dat et al., 2000; Hung et al., 2005; Suzuki, Mittler, 2006), а также АБК (Титов и др., 2006). Определенную роль в начальной быстрой реакции на тепловой стресс, по-видимому, играет изменение текучести мембран (Allakhverdiev et al., 2008), которое может действовать как тепловой сенсор (Los', Murata, 2004). Из наших данных следует, что повышение стресс-устойчивости ФА в результате кратковременного действия закаливающих температур связано с временным повышением пула Н202 и последующим повышением уровня антиоксидантной активности, что можно изобразить следующей схемой: индуктор —» рецептор -» АФК, Са2+ и сигнальные белки -» регуляция синтеза белков —» повышение активности антиоксидантных ферментов и пула низкомолекулярных антиоксидантов -> индукция стресс-устойчивости (Miller, Mittler, 2006; Креелавекий и др., 2007а).

Предлагаемая нами идея заключается в том, что такая схема первичных этапов сигнализации достаточно универсальна, и подобные системы активации сигнальных систем, приводящие, к повышению стресс-устойчивости ФА, могут работать при использовании умеренных доз индукторов защитных систем, будь то КС, ХСС или повышенная температура.

4. Фотоингибирование у цианобактерии Synechocystis sp РСС 6803. Роль антиоксидантных ферментов

Мы установили, что повышение устойчивости ФА растений к свету высокой интенсивности в результате их предварительного прогрева или обработки ХСС в значительной степени обусловлено повышенной скоростью восстановления ФА в обработанных растениях. Степень фотоингибирования зависит от баланса между повреждением ФС2 и восстановлением после повреждения (Nishiyama et al., 2001; 2006). Поэтому важно разделение процессов прямого повреждения ФА и репарации повреждения с помощью ингибиторов белкового синтеза, а также знание факторов, регулирующих каждый из этих процессов. Важным механизмом улучшенного постстрессового восстановления ФА может быть изменение соотношения оксидантов и антиоксидантов в сторону увеличения пула антиоксидантов, которое происходит в ходе предобработки индукторами различной природы. Для проверки этого предположения мы использовали цианобактерии, как простую модельную систему с

известным, хорошо изученным и небольшим набором генов, кодирующих определенные антиоксидантные ферменты.

Наряду с СОД, одним из ключевых антиоксидантных ферментов у цианобактерий является каталаза-пероксидаза (ТюЬу, Уегтааз, 1999). Фотоингибирование у мутанта ШС, в котором отсутствует активность каталазы-пероксидазы, сравнивали с фотоингибированием у исходного дикого типа (ДТ), предполагая, что разница в фотоингибировании будет проявляться в основном за счет разной скорости восстановления фотосинтетической активности. Суспензии клеток освещали сначала сильным фотоингибирующим светом, затем светом низкой интенсивности, восстанавливающим активность ФА (рис. 18).

При подавлении репарации ФА спектиномицином (ингибитор белкового синтеза) скорости фотоингибирования, оцененные по величине (1т-11)/1ь где 1га-11 - разница между максимальными интенсивностями медленной и быстрой компонент ЗФл, у ДТ и мутанта ка(0' были практически одинаковы. В отсутствии спектиномицина скорость фотоингибирования, оцененная как по величине (1т-1|У1ь так и по С02-зависимому выделению кислорода, была выше у мутанта, чем у ДТ. Тот факт, что без подавления репарации фотоингибирование у мутанта происходит быстрее, свидетельствует о менее эффективном восстановлении активности ФА мутанта.

От-^)/!, Выделение 02, % контролю

Время световой экспозиции, мин Рис. 18. Кинетики восстановления после фотоингибирования относительной амплитуды медленной фазы кривой ЗФл, рассчитанной из индукционных кривых ЗФл, и светонасыщенного выделения 02 в клетках штамма дикого типа (ДТ) и кмО мутанта. Интенсивность света при фотоингибировании: 500 цЕ м'2с"' или 2400 рЕ м"2с"', а при восстановлении 50 рЕ м"2с"'. 8р - спектиномицин (80 цМ). Результаты выражены в % от начальной величины (1=0). (Креславский и др., 2010а).

Действительно, восстановление фотосинтетической активности шло эффективней у ДТ, чем у мутанта (рис. 18). Вероятно, ген ШС не участвует в защите ФС2 от фотоингибирования при подавлении репарации ФА и важен именно для процесса репарации при окислении.

Считается, что индукторы окислительного стресса (Н202 и МВ) подавляют

активность ФС2 не путем прямого повреждения компонентов реакционного центра, а ингибируя восстановление ФС2 за счет снижения скорости синтеза белков, в основном за счет подавления трансляции и транскрипции гена рзЬА, кодирующего белок Д1, образующимися АФК (АПакЬуегсНеу е1 а1., 2002, 2005). Наши (Кгез1ау$к1 й а1., 2010а) и литературные (МзЫуата е1 а1., 2001; 2006) данные иллюстрируют важность соотношения про-/антиоксиданты для восстановления активности ФА при фотоингибировании.

Индукторы защитных систем растений приводят к увеличению первичной стресс-устойчивости ФА и скорости пост-стрессового восстановления его активности путем сдвига соотношения про-/антиоксиданты в сторону антиоксидантов. При сдвиге баланса в сторону прооксидантов стресс-устойчивость ФА и скорость постстрессового восстановления снижаются.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При анализе механизмов адаптации организмов в стрессовых условиях можно выделить несколько основных защитных механизмов: снижение метаболизма, и, соответственно, образования АФК и различных токсинов; активация образования антиоксидантов, защищающих организм от действия свободных радикалов; активация синтеза стрессовых белков под действием стрессовых факторов, а также накопление низкомолекулярных защитных соединений (осмолиты и др.).

В результате обработки растений регуляторами роста (Ковалев, 1998; Шакирова, 2001) или действия факторов физической природы, например, лазерного облучения (Будаговский, 2008), устойчивость растений к различным стрессорам может повышаться. Устойчивость ФА играет важнейшую роль в защите растений от действия стрессоров. Между тем закономерности регуляции стресс-устойчивости ФА и механизмы ее повышения с помощью регуляторов роста и физических факторов, индуцирующих защитные системы растения, изучены явно недостаточно.

Ранее было показано, что ретарданты XXX и XX модифицируют фитохром-контролируемые реакции роста и морфогенеза растений, которые индуцируются кратковременным КС (Василенко и др., 1991; Кобзарь и др., 1997; КоЬгаг' й а1., 1999), что предполагает существование общих интермедиатов при действии ХСС и КС. В дальнейшем были исследованы физиологические механизмы регуляции стресс-устойчивости ФА при действии на растения указанных ретардантов и КС. Впервые было изучено действие различных доз этих факторов на ФА и проведено сравнение с действием на стресс-устойчивость ФА закаливающих повышенных температур.

Установлено, что XXX и XX повышают устойчивость ФС2 и тилакоидных мембран к окислительному стрессу, вызванному УФ-радиацией и нагреванием растений. При этом важную роль в повышении стресс-устойчивости ФА растений играет,

индуцированное ХСС, кратковременное повышение пула Н2О2, активирующее антиокеидантную систему, а также, вероятно, накопление АБК, что отражено в общей схеме стресс-защитного действия индукторов устойчивости (Рис. 19).

Из наших и литературных данных следует, что стресс-защитное действие пред-(после)облучения КС от УФ-радиации носит достаточно универсальный характер и проявляется не только у дрожжей, бактерий (Фрайкин и др., 1995; Kohli et al., 2000) и животных клеток (Karu, 2008; Храмов и др., 2007, 2008), но и у высших растений в первичных и вторичных процессах фотосинтеза (Креславский и др., 2001, 2004а, 2009а). Из наших данных следует, что важную роль в защите ФА от УФ-радиации играет повышение пероксидазной активности и пула низкомолекулярных антиоксидантов, индуцируемое в листьях КС через повышение пула Фхдк, а также сохранение достаточно высокого уровня хлорофилла при УФ-индуцированном старении листьев.

Кратковременная предобработка (закалка) растений умеренными температурами может приводить как к повышению первичной устойчивости растений, так и к увеличению скорости восстановления при вторичном стрессе (Титов и др., 2006, Allakhverdiev et al., 2008). Согласно нашим данным, предобработка растений пшеницы при 40°С (но не при 42°С) приводит к повышению скорости восстановления ФА после вторичного теплового стресса и после воздействия света высокой интенсивности. Это согласуется с тем, что именно в закаленных при 40°С растениях обнаружены более высокие скорости темнового дыхания и циклического фотофосфорилирования, а также более высокая активность антиоксидантных ферментов (Kreslavski et al., 2008, 2009b), что согласно нашей концепции, является причиной повышенной скорости пост-стрессового восстановления активности ФА.

Результаты, полученные с помощью мутанта katG цианобактерии Synechocystis sp. РСС 6803, свидетельствуют о важной роли активности антиоксидантных ферментов, в частности каталазы-пероксидазы, в процессе пост-стрессового восстановления ФА. Это согласуется с развиваемой нами (Креславский и др., 2007а, 2010а) и другими исследователями (Nishiyama et al., 2005; Murata et al., 2007) концепцией о том, что АФК в условиях окислительного стресса ингибируют в основном систему белкового синтеза, но не повреждают белки фотосистем. Усиление антиоксидантной активности в обработанных индукторами растениях приводит к снижению уровня АФК, следовательно, и к ускорению восстановления фотосистем за счет увеличения скорости синтеза белка de novo. Усиление темнового дыхания и циклического фотофосфорилирования обеспечивают этот процесс энергией.

Во многих работах показано, что сорта культурных растений, которые обладают более высоким исходным уровнем антиоксидантной активности или способностью к ее быстрому увеличению, отличаются большей устойчивостью к окислительному

стрессу (Allen, 1995; Mittler, 2002). На основе наших данных о повышенной антиоксидантной активности листьев растений при действии КС и использованных ХСС сделан общий вывод о том, что одним из ключевых механизмов повышения стресс-устойчивости ФА является активация антиоксидантных ферментов и повышение уровня низкомолекулярных антиоксидантов, которое индуцируется предобработкой индукторами различной природы (рис. 19). Согласно нашей концепции, эта активация является следствием транзитного повышения уровня АФК при использовании относительно высоких доз индукторов устойчивости, приводящих к развитию в листе слабого окислительного стресса. Наши данные о повышенном образовании гормонов АБК при обработке растений ХСС и этилена при облучении КС (через Фхдк), а также данные других авторов (Шакирова, 2001; Веселов, 2001; Титов и др., 2006) позволяют предположить, что повышение содержания свободной АБК и этилена является важным первичным звеном при формировании повышенной стресс-устойчивости ФА при использовании индукторов различной природы. Другими стресс-защитными механизмами ФА могут быть усиление темнового дыхания и циклического фотофосфорилирования, а также повышение скорости тепловой диссипации поглощенной энергии.

Из наших данных следует, что повышение стресс-устойчивости ФА связано с кратковременным развитием слабого окислительного стресса, вызванного облучением растений КС в достаточно высоких дозах (>0.3-2 Дж см"2), а также обработкой растений ретардантными дозами ХСС или действием закаливающей температуры. Из совокупности полученных данных следует, что одним из общих первичных механизмов действия индукторов устойчивости ФА при относительно высоких дозах используемого фактора является транзитная генерация АФК и изменение содержания гормонов, участвующих в преобразовании сигнала от индукторов в биохимический и физиологический ответ клетки (Рис. 19). Образование АФК может также привести к усилению темнового дыхания и циклического фотофосфорилирования важных для энергетического обеспечения повышенной стресс-устойчивости фотосинтезирующих организмов (Kreslavski et al., 2008).

Образование даже небольшого количества АФК может вызвать переход многих факторов транскрипции в активное состояние и индуцировать транскрипцию белков и ферментов антиоксидантной защиты, регулирующих стресс-устойчивость ФА.

При действии КС через Фхдк, может работать схема, рассмотренная ранее для цепи трансдукции фитохромного сигнала (Kreslavski et al., 2009а). Фхдк может действовать на промоторы свето-активируемых генов опосредованно через сигнальные белки и различные интермедиа™ светового сигнала, в частности, ФхА и ФхВ могут связываться с факторами транскрипции, влияя на экспрессию защитных генов, кодирующих пероксидазы и ферменты фенилпропаноидного пути. В большей

степени при кратковременном, но также и при длительном воздействии стрессовых факторов функционируют общие механизмы устойчивости, которые позволяют организму снизить энергетические затраты, связанные с формированием специальных механизмов устойчивости. Повышение содержания гормонов, таких как АБК и этилен, образование стрессовых белков, а также, индукция активности антиоксидантной системы могут рассматриваться как наиболее общие механизмы повышения стресс-устойчивости ФА индукторами различной природы.

ФА устойчивости ФА

Рис. 19. Предполагаемые пути трансдукции сигнала от различных по природе индукторов стресс-устойчивости ФА и преобразования этого сигнала в биохимические и физиологические ответы клетки. Низко-мол. анти-тов - низкомолекулярных антиоксидантов. Предложено ва основе полученных экспериментальных данных и обзоров (Hung et al., 2005; Singh, Grover, 2008; Колупаев, Карпец, 2009; Kreslavski et al., 2009a; Романов, 2009).

ВЫВОДЫ

1 Обработка растений ретардантными дозами хлорхолинхлорида и холинхлорида приводит к повышению устойчивости фотосинтетического аппарата к УФ-радиации и высоким температурам. Обнаружена связь защитного действия этих ретардантов с увеличением активности антиоксидантных ферментов и содержания низкомолекулярных антиоксидантов в листьях и хлоропластах, а также с повышением содержания АБК в листьях.

2. Увеличение пула Н202 в листьях растений, обработанных хлорхолинхлоридом, предшествует росту тепловой устойчивости ФА, что предполагает участие АФК в ее повышении.

3. Одним из ключевых факторов в защитном действии предоблучения узкополосным КС с Хм -625 и 660 нм от УФ-индуцированного ингибирования фотохимической активности ФС2 и фиксации С02, а также потери Хл и каротиноидов при экспозиции листьев растений в темноте является увеличение пероксидазной активности и повышение пула низкомолекулярных антиоксидантов в предоблученных листьях. Активная форма фитохрома участвует в формировании КС-индуцированного повышения устойчивости ФА растений к УФ-радиации.

4. При длительном (> 1ч) облучении и умеренных дозах КС (~0.3-2 Дж см"2) перекись водорода является сигнальным интермедиатом, что предполагает участие АФК в повышении устойчивости ФА к УФ-радиации.

5. Приобретенная в результате кратковременного теплового стресса повышенная стресс-устойчивость ФА обеспечивается более высокой скоростью синтеза белков, темнового дыхания и циклического фотофосфорилирования, а также более высокой антиоксидантной активностью в листьях закаленных растений, что является следствием транзитного увеличения уровня Н202 в листьях.

6. Соотношение про/антиоксиданты является одним из ключевых факторов, регулирующих скорость восстановления фотосинтетической активности после кратковременного теплового или светового стресса. Сдвиг соотношения в сторону антиоксидантов приводит к ускорению восстановления и, наоборот, в сторону прооксидантов ведет к его замедлению.

7. Из совокупности полученных данных следует, что одним из ключевых путей повышения стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата при действии индукторов защитных систем растений является увеличение активности антиоксидантных ферментов и/или содержания низкомолекулярных антиоксидантов. Общими сигнальными интермедиатами в индукции защитных систем при действии всех рассмотренных индукторов являются АФК. В результате действия индукторов, фотосинтетический аппарат и растение в целом переключаются с обычной программы развития на адаптивную, что обеспечивает повышение стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Крсславский В.Д., Макаров А.Д., Брандт А.Б. и др. Влияние красного света, фитогормонов и производных дихлорфенилмочевины на выделение этилена хлореллой И Физиология растений. 1988. Т. 35. № 6. С 1162-1169.

2. Василенко В.Ф., Креславский В.Д., Кузнецов Е.Д. Хлорхолинхлорид как модификатор ряда регулируемых фитохромом процессов роста и фотосинтеза // Доклады АН СССР. 1991. Т. 316. №6. С. 1512-1514.

3. Kuznetsov E.D., Vasilenko V.F., Kreslavski V.D. Stimulation effects of short-term red light and plant growth retardant on greening and formation of photosynthetic apparatus in wheat seedlings // Plant Physiol. Biochem. 1992. V. 30. P. 559-564.

4. Креславский В.Д., Василенко В.Ф., Кузнецов Е.Д., Музафаров Е.Н. О первичных этапах трансдукции светового сигнала в растительной клетке // Успехи современной биологии. 1993. Т. 113. С. 415-424.

5. Креславский В.Д., Садовникова Н.А, Оловянишникова Г.Д., Столовицкий Ю.М. Спектральные и фотохимические свойства комплексов фотосинтетических пигментов с азотсодержащими п-донорами // Ж. Физической химии. 1993. Т. 67. №5. С. 1059-1066.

6. Музафаров Е.Н., Креславский В.Д., Назарова Г.Н. Световая и гормональная регуляция фотосинтеза и роста растений. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, монография, 1995.140 с.

7. Кобзарь Е.Ф., Креславский В.Д., Кузнецов Е.Д., Музафаров Е.Н. Взаимодействие холиновых соединений и фитохромной системы в процессе роста и развития проростков пшеницы // Доклады РАН. 1997. Т. 63. С. 696-698.

8. Kreslavski V.D., Kobzar E.F., Muzafarov E.N. Effect of red radiation, kinetin and linurone on growth and ethylene production in Chlorella I/ Biologia Plantarum. 1997. V. 39. P. 427-430.

9. Kobzar' E.F., Kreslavski V.D., Muzafarov E.N. Photomorphogenetic responses to UV radiation and short-time red light in lettuce seedlings // Plant Growth Regulation. 1998. V. 26. P. 73-76.

10. Kobzar' E.F., Kreslavski V.D., Muzafarov E.N. Red radiation and choline compounds influence growth and greening of wheat seedlings // Photosynthetica. 1999. V. 36. P. 333-340.

11. Кобзарь Е.Ф., Креславский В. Д., Кузнецов Е. Д., Музафаров Е.Н., Оловянишникова Г. Д. УФ радиация и фитохромная система как регуляторы роста и зеленения проростков салата // Доклады АН СССР. 1999. Т. 364. С. 553-556.

12.Kosobryukhov А.А., Kreslavski V.D., Khramov R. N., Bratkova L.R., Shchelokov R.N. Effect of additional low intensity luminescence radiation 625 nm on plant growth and photosynthesis of plants // Biotronics. 2000. V. 29. P. 1-6.

13. Кособрюхов A.A., Креславский В.Д., Храмов P.H., Браткова JI.P., Щелоков Р.Н. Модифицирующее действие низкоэнергетического люминесцентного света 625 нм на рост и фотосинтез растений // Доклады РАН. 2000. Т. 372. №6. С. 827-829.

14. Kreslavski V.D., Balakhnina T.I., Khristin M.S., Bukhov N.G. Pretreatment of bean seedlings by choline compounds increases the resistance of photosynthetic apparatus to UV radiation and elevated temperatures // Photosynthetica. 2001. V. 39. P. 353-358.

15. Ладыгин В.Г., Ширшикова Г.Н., Семенова Г.А., Креславский В.Д. Ультраструктура хлоропластов и рост клеток Chlamydomonas reinhardtii при действии холинхлорида // Биофизика 2001. Т. 46. №2. С. 256-264.

16. Ширшикова Г.Н., Креславскнй В.Д., Ладыгин В.Г. и др. Фотосинтетическое выделение кислорода, переменная и замедленная флуоресценция хлорофилла клеток Chlamydomonas reinhardtii при действии холинхлорида // Биофизика. 2001.Т.46. С. 647-651.

17. Креславскнй В.Д., Христин М.С. Последействие теплового шока на индукцию флуоресценции и низкотемпературные спектры флуоресценции листьев пшеницы // Биофизика 2003. Т. 48. №5. С. 865-872.

18. Креславскнй В.Д., Иванов A.A., Кособрюхов A.A. Низкоэнергетический красный свст в области длин волн 620-660 нм уменьшает УФ-В-индуцированное уменьшение повреждения фотосистемы II в листьях шпината // Биофизика. 2004а. Т. 49. №5. С. 840-844.

19. Креславскнй В.Д., Кобзарь Е.Ф., Музафаров E.H., Кузнецов Е.Д. Влияние кратковременного красного света и холиновых соединений на рост, зеленение и уровень цитокининов в проростках пшеницы // Доклады Россельхозакадемии. 20046. №6. С. 3-5.

20. Krcslavski V., Kobzar Е., Ivanova Е., Kuznetsov Е. Effects of short-time red radiation and choline compounds on cytokinin content, chlorophyll accumulation and photomorphogenesis in wheat seedlings // Plant Growth Regulation. 2005. T. 47. C. 9-15.

21.Балахнина Т.И., Кособрюхов A.A., Иванов A.A., Креславскнй В.Д. Влияние кадмия на С02 газообмен, переменную флуоресценцию хлорофилла и уровень антиоксидантных ферментов в листьях Pisum sativum II Физиология растений. 2005. Т. 52. №1. С. 21-26.

22. Креславскнй В.Д., Аллахвердиев С.И. Механизмы трансдукции фоторецепторного сигнала в растительной клетке. Биологические мембраны. 2006. Т. 23. С. 275-295.

23. Креславскнй В.Д., Карпентиер Р., Климов В.В., Мурата Н., Аллахвердиев С.И. Молекулярные механизмы устойчивости фотосинтетического аппарата к стрессу // Биологические мембраны. 2007а. Т. 24. №3. С. 195-217.

24. Креславскнй В.Д., Любимов В.Ю., Шабнова Н.И. и др. Последействие теплового шока на активность фотосинтетического аппарата и перекисное окисление липидов в листьях пшеницы // Доклады Россельхозакадемии. 20076. №4. С. 5-9.

25. Креславскнй В.Д., Фомина И.Р., Кособрюхов A.A., Херберт С.К., Бабыкин М.М., Б иль К.Я. Эффекты индукторов окислительного стресса на фотосинтетический аппарат мутанта Prq20 цианобактерии Synechocystis sp. PPC 6803 // Биофизика 2007аТ.52. С. 277-286.

26. Храмов Р.Н., Катков Ю.А., Креславскнй В.Д. и др. Оранжево-красный свет снижает ингибирование ультрафиолетом-A пролиферации фибробластов крыс // Доклады РАН. 2007. Т. 413. С. 1-3.

27. Храмов Р.Н., Катков Ю.А., Креславскнй В.Д. и др. Оранжево-красный свет снижает ингибирование ультрафиолетом-A пролиферации фибробластов крыс и оказывает дозозависящий эффект на их прикрепление // Биофизика. 2008. Т. 53. С. 294-298.

28. Allakhverdiev S.I., Kreslavski V.D., Klimov V.V., Los D.A., Carpentier R., Mohanty P. Heat stress: An overview of molecular responses in photosynthesis // Photosynthesis Research. 2008. V. 98(1-3). P. 541-550.

29. Воробьев В.А., Храмов Р.Н., Власьянц Г.Р., Синельников Б.М., Каргин Н.И., Кособрюхов А.А., Креславский В.Д. Светопреобразующий материал и композиция для его получения. 2008. Авторское свидетельство. No: WO 2008/111878 А2.

30. Мартиросян Ю.Ц., Кособрюхов А.А., Креславский В.Д. и др. Фотосинтез и продуктивность растений картофеля, выращиваемых в условиях аэропоники при дополнительном освещении светодиодами // Сельхоз. Биол. 2008. №.3. С. 102-104.

31. Фомина И.Р., Креславский В.Д., Иванов А.А., Татаринцев Н.П., Кособрюхов А.А., Биль К.Я. Фотоингибирование в цианобактериях. Роль каталазы-пероксидазы // Труды VIII-ого международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Москва. 2009. Т. 2. С. 323-325.

32. Kreslavski V., Tatarinzev N., Shabnova N., Semenova G., Kosobryukhov A. Characterization of the nature of photosynthetic recovery of wheat seedlings from short-time dark heat exposures and analysis of the mode of acclimation to different light intensities // J. Plant Physiol. 2008. V. 165. P. 1592-1600.

33. Креславский В.Д., Христин M.C., Шабнова Н.И., Кособрюхов А.А. Предоблучение растений красным светом с /.„=660 нм снимает ингибирующее действие УФ-А на фотосинтетический аппарат // Труды VIII-ого международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Москва. 2009.Т.З. С. 127-129.

34. Kreslavski V.D., Carpentier R., Klimov V.V., Allakhverdiev S.I. Transduction mechanisms of photoreceptor signals in plant cells // J. Photochem. Photobiol. C. Photochem. Reviews. 2009a. V.10. P. 63-80.

35. Kreslavski V.D., Lubimov V.Yu., Shabnova N.I., Balakhnina T.I., Kosobryukhov A.A. Heat-induced impairments and recovery of photosynthetic machinery in wheat seedlings. Role of light and prooxidant-antioxidant balance // Physiol. Mol. Biol. Plants. 2009b.V.15..№2P. 115-122

36. Biel., Fomina I.R., Kreslavski V.D., Allakhverdiev S.I. Methods for assessment of activity and stress acclimation of photosynthetic machinery in cyanobacteria and symbiotic microalgae // Protocols on algal and cyanobacterial research (W. Kliner, Nath Bogchi S., Mohanty P. Eds.), Narosa Publishing House. New Delhi. 2009. Chapter 13. 20p.

37. Mohanty P., Kreslavski V.D., Los'D.A., Klimov V.V., Carpentier R., Allakhverdiev S.I. Heat stress: Susceptibility, recovery and regulation // In: Photosynthesis. Plastid biology, energy conversion and carbon assimilation (Eaton-Rye J.J., Tripathy B.C. (Eds). Springer, Dordrecht. The Netherlands. 2010 (in press).

38. Креславский В.Д., Фомина И.Р., Иванов A.A. и др. NaCl-стимулированное фотоингибирование и восстановление фотосинтетической активности мутанта katC цианобактерии Synechocystis sp. РСС 6803 // Биофизика. 2010а. Т.55(2). С. 252-258.

39. Креславский В.Д., Бапахнина Т.И., Жармухамедов С.К., Шабнова Н.И., Христин М.С., Любимов В.Ю. Механизм повышения термоустойчивости ФС 2 растений пшеницы хлорхолинхлоридом // Доклады Россельхозакадемии. 20106. №3. С. 7-10.

Заказ № 41-а/08/10 Подписано в печать 13.08.2010 Тираж 110 экз. Усл. п.л. 2

4?ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30 I, I ^у) \\пт/. с/г. ги; е-таИ: т/о@с/г. ги

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Креславский, Владимир Данилович

Список сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

Часть I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 1.1. Стресс, стрессоры и индукторы

1.1.1. Определение стресса и предистория.

1.1.2. Стресс и растения.

1.1.3. Индукторы защитных механизмов.

1.1.4. Окислительный стресс. Оксиданты и антиоксиданты.

Глава 1.2. Влияние окислительного стресса на фотосинтетический аппарат.

1.2.1. Мишени окислительного стресса.

1.2.2. Механизмы защиты фотосинтетического аппарата от окислительного стресса.

1.2.3. Роль баланса оксидантов и антиоксидантов в стресс-защитной системе.

1.2.4. Стресс-защитные соединения и их возможная роль.

1.2.4.1. Холинсодержащие ретарданты.

1.2.4.2. Осмопротекторы.

1.2.4.3. Фитогормоны и соединения с гормональной активностью.

Глава 1.3. Влияние УФ радиации на фотосинтетический аппарат. Защитное действие оранжево-красного света.

1.3.1. Действие ультрафиолетовой радиации на фотосинтетический аппарат.

1.3.2. Защитное действие красного света в животных и растительных организмах. Участие фоторецепторов.

1.3.3. Обсуждение механизмов защитного действия красного света.

Глава 1.4. Механизмы теплоустойчивости и фотоингибирования

1.4.1. Тепловой стресс.

1.4.2. Фотоингибирование.

1.4.3. Тепловой стресс и фотоингибирование.

1.4.4. Перекрестная теплоустойчивость.

1.4.5. Особенности фотоингибирования в цианобактериях. Роль катал азы-пероксидазы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Регуляция стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата индукторами различной природы"

Актуальность проблемы. На всем протяжении процесса вегетации растения подвержены действию высоких и низких температур, засухи, засоления, света высокой интенсивности и других стрессовых факторов внешней среды, что приводит к потере продуктивности за счет ингибирования роста и фотосинтеза растений. Из-за ухудшения экологии и изменений климата эта проблема является особенно актуальной и важно разработать эффективные способы усиления защитных механизмов растений при действии стрессоров различного происхождения, прежде всего абиотических. Часто они обусловлены резкими изменениями температуры, дефицитом влаги, а также светом высокой интенсивности (Boyer, 1982). В частности, заметно возросший уровень УФ-радиации (Caldwell et al., 1995) и потепление климата (Jones et al., 1999) привели к большему изучению влияния на растения УФ-радиации, повышенных температур и света высокой интенсивности, а также их сочетания.

Современная наука расширила и углубила учение Селье о стрессе и фазах его развития в животном организме (Селье, 1972, 1982). В последние десятилетия были получены многочисленные факты, раскрывающие механизмы действия стресса, как на уровне животного, так и растительного организма. Так, показано, что практически неизбежным следствием стресса являются активация свободно-радикального и перекисного окисления липидов и белков (окислительный стресс) за счет образования активных форм кислорода (АФК), а также повреждение или структурно-функциональная модификация различных клеточных мембран и органелл, таких как митохондрии и хлоропласты. С другой стороны индуцируются стресс-защитные адаптивные механизмы, которые связаны с синтезом белков теплового шока, накоплением стрессовых гормонов, антиоксидантов, осмолитов и других защитных соединений.

АФК, такие как супероксид-анион радикал, синглетный кислород, перекись водорода, гидроксил радикал (НО) и т.д. генерируются во всех клеточных компартментах, и их образование является неотъемлемой характеристикой метаболизма живого организма (Asada, 2006; Suzuki, Mittler, 2006). Действие любого стрессового фактора сопровождается дополнительным образованием АФК, которые при избыточном количестве повреждают белки, нуклеиновые кислоты, липиды мембран и, в конечном итоге, могут вызвать в клетках апоптоз (Mckersie, Leshem, 1994; Mittler, 2002). Для защиты клетки существуют различные пути, включающие как низкомолекулярные, так и ферментативные системы (каталаза, аскорбатпероксидаза, глутатионредуктаза, СОД и т.д.) и низкомолекулярные вещества — антиоксиданты и осмопротекторы: пролин, полиамины, токоферол, фенолы и т.д. Комплекс последовательно включающихся биохимических реакций, катализируемых вышеуказанными ферментами, и аккумуляция низкомолекулярных соединений составляет одну из ключевых защитных систем растения.

Изучение молекулярных механизмов устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды относится к числу приоритетных направлений исследований в современной физиологии растений, к числу важнейших задач фитофизиологии. Оно связано с именами многих известных исследователей, в частности Александрова В.Я. (1975, 1985), Титова А.Ф.

2006), Кузнецова Вл.В. (1990, 2006), Berry J.A, Björkman О. (1980), Murata N.

2007) и других. Очевидно, что ответные биологические реакции живых организмов при действии различных стресс-индуцирующих факторов эволюционно сформированы в процессе длительной адаптации растений к внешней среде (Веселовский и др., 1993) и имеют универсальный характер. Универсальность биологического ответа заключается в том, что под влиянием различных физических или химических факторов наблюдается сходная последовательность ответных реакций и индуцируется сходный спектр защитных реакций и систем (Levitt, 1980). В рамках этих представлений рассматриваются неспецифические (общие) реакции растений на действие самых различных стрессоров. Одним из таких примеров является неспецифическое повышение устойчивости растений, которое называется перекрестной устойчивостью или адаптацией, когда предобработка растений одним типом стрессора вызывает последующее повышение их устойчивости ко многим другим (Александров. 1975; Александров, Кислюк, 1994; Sabehat et al., 1998; Allan et al., 2006; Yang et al., 2007). Так, в листьях, адаптированных как к холоду, так и к теплу, может снижаться чувствительность к фотоингибированию (Krause, 1994). Отчасти это может быть связано с повышенной активностью антиоксидантных соединений - как высокомолекулярных (ферментов), так и низкомолекулярных (Schoner, Krause, 1990; Sairam et al., 2000), важных для нейтрализации радикалов, повреждающих ФА и другие клеточные структуры. Облучение умеренными дозами УФ-В (УФА) также может приводить к большей устойчивости фотосинтетического аппарата (ФА) растений к действию других стресс-индуцирующих факторов. По-видимому, это связано со стимуляцией синтеза фенольных соединений и каротиноидов (Strid et al., 1994).

Заметим, что наблюдения перекрестной резистентности стимулировали попытки создания с помощью методов генной инженерии трансгенных растений, которые обладают повышенной устойчивостью к ключевым абиогенным факторам внешней среды (Allen, 1995; Grover et al., 2000; Demmig-Adams, Adams, 2002; Chinnusamy et al., 2005; Singh, Grover, 2008; Los' et al., 2008). Для этого важно изучать общие неспецифические физиолого-биохимические защитные реакции, к которым можно отнести снижение активности процессов метаболизма, например, в результате применения ингибиторов роста - ретардантов (Деева, 1980; Rademacher, 1990; Grossman, 1990, 1992; Fletcher et al., 2000), сдвиг гормонально-ингибиторного баланса в сторону синтеза АБК, этилена, цитокининов и фенольных соединений (Ракитина и др., 1994; Чернядьев., 1997, 2005; Шакирова, 2001; Борисова и др., 2001; Чиркова, 2002; Таланова, 2009), повышение скорости процессов диссипации поглощенной в ФА энергии в тепло (Бухов и др., 2001; Schreiber et al., 1996), синтез стрессовых белков (Косаковская, 2008), повышение уровня антиоксидантной активности (Allen, 1995) и т.д. Развитие этих механизмов индуцирует переход растения в так называемое стрессовое состояние. В этом состоянии ингибируется синтез многих соединений, необходимых для роста растения и поддержания фотосинтеза. С другой стороны, синтезируется и/или активируется много защитных, противодействующих развитию окислительного стресса, низкомолекулярных соединений, стрессовых белков, антиоксидантных ферментов и других защитных соединений (Креславский и др., 2007а). В результате такой активации и/или синтеза может индуцироваться повышенная устойчивость растений ко многим абиотическим стрессорам.

При этом не только факторы внешней среды, вызывающие умеренный окислительный стресс, но и некоторые экзогенные биологически активные соединения, могут индуцировать защитные механизмы, повышая устойчивость растений и их ФА к действию абиотических факторов среды, индуцирующих в растении окислительный стресс (Та1апоуа, Ткоу, 1994; Уогс1апоу, 1993, 1995; Шакирова, 2000, 2001; БЬе^ е1 а1., 2006; Креславский и др., 2007а; 0§\уепо 2007; Воронина, 2008). В ряде случаев также обнаружено стресс-защитное действие низкоинтенсивного оранжево-красного света (1обЫ е! а1., 1991; Ьн^акитаг, Ки1апёа1уе1и, 1993; СН е! а1., 2000, 2001; Креславский и др., 2001, 2004а), который, как мы считаем, при определенных условиях можно рассматривать в качестве индуктора стресс-устойчивости ФА.

ФА - одна из наиболее чувствительных к абиотическому стрессу клеточных систем. Хотя физиологические, биофизические и биохимические аспекты фотосинтеза и функционирования фотосистем во многом изучены благодаря исследованиям известных российских и зарубежных ученых: Красновский А.А., Шувалов В.А., Рубин А.Б., Карапетян Н. В., Климов В. В., Карпилов Ю.С., Говинджи, Дж. Барбер и др., способы повышения устойчивости ФА и механизм действия общих физиолого-биохимических защитных реакций исследованы недостаточно. Между тем, использование факторов различной природы, индуцирующих устойчивость ФА к абиотическим стрессам, и понимание механизмов их действия на ФА позволит эффективно контролировать пути повышения устойчивости растений к стрессовым факторам, и, следовательно, регулировать их продуктивность. Одним из таких направлений повышения устойчивости может быть использование индукторов устойчивости ФА химической и физической природы. К индукторам устойчивости химической природы могут быть отнесены ретарданты, в частности холинхлорид (СС) и хлорхолинхлорид (ССС). Они подавляют синтез гиббереллинов, и нашли применение не только как средство борьбы с полеганием зерновых культур, но и как фактор, помогающий адаптировать растения к неблагоприятным факторам внешней среды, по-видимому, за счет торможения роста и изменения гормонально-ингибиторного баланса (Grossman, 1990, 1992; Fletcher et al., 2000; Sheng et al., 2006). К индукторам физической природы может быть отнесен и низкоинтенсивный свет в области 600-750 нм. Имеется ряд работ, в которых изучены защитные эффекты света этого диапазона на активность ФС2 растений в ответ на ингибирующее действие УФ облучения (Lingakumar, Kulandaivelu, 1993) и на уровень Хл (а+в) (Joshi et al., 1991; Biswal et al., 2003). Однако еще мало изучены физиолого-биохимические механизмы защитного действия индукторов стресс-устойчивости растений на ФА, в частности роль активной формы фитохрома и Но02 как сигнального интермедиата в формировании повышенной стресс-устойчивости ФА. Такие исследования могут быть полезны для целенаправленного отбора эффективных индукторов защитных систем с целью увеличения стресс-устойчивости и продуктивности растений.

Генная и гормональная регуляции, будучи важнейшими эндогенными составляющими саморегуляции в живом организме, являются центральной частью регуляторных механизмов клетки как целостной системы (Шевелуха, 1992), в том числе и для регуляции защитных реакций ФА. По-видимому, запуск стрессовой реакции различными факторами связан с их воздействием на активность генов, ответственных за общую неспецифическую устойчивость растительного организма. В частности были получены аргументы в пользу существования неспецифических элементов в первичной реакции генома растений на воздействие как пониженных, так и повышенных температур (Кузнецов и др., 1987). В работах Шакировой (2000, 2001) рассмотрены в сравнительном плане неспецифические защитные механизмы природных и синтетических регуляторов роста. В работах Титова с соавторами (2006), Талановой (2009) и Веселова (2001) отражена роль фитогормонов в первичной реакции растений на стресс. К числу таких реакций мы относим сдвиги в гормонально-ингибиторном балансе в сторону образования стрессовых гормонов, изменения в соотношении антиоксиданты/оксиданты, ингибирование процессов роста и фотосинтеза. К числу общих или основных звеньев относятся генерация АФК, накопление абсцизовой кислоты и различных низкомолекулярных соединений, изменение спектра индуцируемых защитных белков и ряд других. В работах Колупаева и Карпеца (2007, 2009, 2010) анализируются общие сигнальные интермедиаты, участвующие в формировании адаптивных реакций растений при действии ряда стрессоров. К таким интермедиатам относятся Н2О2, Са2+ и ряд других.

Проведено много исследований, которые показали, что стрессоры не однозначны по механизму ингибирующего и повреждающего действия, и при выборе достаточно эффективных протекторов, необходимо учитывать тип стрессора. Существующие универсальные стресс-протекторы способны повышать неспецифическую устойчивость растений. Однако максимально защитить растительный организм от определенного типа стрессового фактора, можно только зная механизм действия стрессора. Например, при действии УФ радиации важно образование защитных УФ-поглощающих пигментов и наличие толстого кутикулярного слоя листовой пластинки (Данильченко и др., 2002), а при действии повышенных температур - повышение теплостойкости тилакоидных мембран и ключевых белков кислород-выделяющего комплекса ФС2 (АНакЪуегсНеу й а1., 2008).

Механизм действия общих (неспецифических) физиолого-биохимических защитных реакций растений исследован явно недостаточно, особенно на уровне ФА и фотосистем, и нуждается в некотором обобщении. Например, в развитии нуждается такой аспект как соотношение механизмов повреждения и восстановления активности ФА, механизм пост-стрессового восстановления активности ФА, роль света и энергетическое обеспечение восстановления.

Мы считаем, что изучение молекулярных и физиолого-биохимических механизмов устойчивости растений к неблагоприятным факторам различной природы относится к числу приоритетных направлений исследований в современной физиологии растений. Ключевым элементом в стресс-физиологии растений является стресс-устойчивость ФА. Поэтому использование различных закаливающих факторов, обладающих четко выраженным антистрессовым эффектом, и понимание механизмов их действия на ФА, позволит эффективно контролировать пути повышения стресс-устойчивости растений, и, следовательно, сохранения их продуктивности, что является актуальной фундаментальной и одновременно прикладной проблемой. Одним из путей повышения стресс-устойчивости ФА может быть применение ретардантов, в частности холинсодержащих соединений (ХСС) - СС и ССС, которые увеличивают не только стресс-устойчивость растений в целом, но и ФА, в частности (Kreslavski et al., 2001; Sheng et al., 2006; Креславский и др., 2009a, 20106). Известно также защитное действие низкоинтенсивного узкополосного красного света (КС), снижающего повреждающее и ингибирующее действие УФ облучения на ФА растений (Joshi et al., 1991; Lingakumar, Kulandaivelu, 1993; Biswal et al., 1997, 2003). Однако физиолого-биохимические механизмы стресс-защитного действия ретардантов и КС на ФА мало изучены. Эти исследования необходимы для целенаправленного отбора эффективных индукторов увеличения стресс-устойчивости и продуктивности растений.

Рассмотренная нами проблема имеет также общебиологическую ценность. Известно, что малые дозы стрессовых нагрузок могут приводить к малым повреждениям в организме или не создавать их вовсе, и одновременно играть важную сигнальную роль. Так, в экспериментах с червями С. elegans непродолжительное нагревание в начале жизни увеличивает среднюю продолжительность их жизни на 10%, без вреда для организма (Michalski et al.,

2001; Яшин и др., 2007). Такие малые дозы могут играть сигнальную роль, активируя защитные механизмы организма, и увеличивая его устойчивость к последующим стрессам. В результате организм, с улучшенными механизмами защиты, будет менее чувствителен к более сильному стрессу, чем организм без предактивации. Это приводит к эффекту «гормезиса», который характеризуется увеличением устойчивости к сильному стрессу в результате действия слабого стимула. Частые, но слабые стрессовые воздействия могут стимулировать развитие резервных сил организма человека обеспечивающих надежную защиту путем формирования более мощного преодоления развивающегося стресса. Подобные примеры хорошо рассмотрены в радиобиологии и называются радиационным гормезисом (Кузин, 1991).

Механизмы защиты ФА при облучении растений низкоинтенсивным КС могут иметь значение и для понимания механизмов действия лазера на животный организм и человека. И у растений, и у животных, могут быть общие фоторецепторы, например, хромопротеиды содержащие порфириновый хромофор. В клетках тех и других также содержится митохондриальная дыхательная цепь, через которую могут реализоваться защитные эффекты низкоинтенсивного КС (Ruyters, 1988; Kam, 2008).

Цель и задачи исследования. Целью данной работы являлось исследование регуляции стресс-устойчивости ФА высших растений с помощью индукторов защитных систем растений. На основании своих (Креславский и др., 1988, 1989; Kuznetsov et al., 1992) и литературных данных (Bode, Wild, 1984; Biswal et al., 2003; Mackey et al., 1987) мы предположили, что эффективными индукторами защитных систем могут быть низкоинтенсивный узкополосный КС и ретарданты ХСС. Это совершенно разные по природе факторы и было бы интересно сравнить их друг с другом и с традиционным фактором, который может повышать стресс-устойчивость растений - кратковременным тепловым стрессом. Мы исследовали, при каких условиях они индуцируют стресс-устойчивость ФА и ряд возможных механизмов их действия.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать роль антиоксидантных ферментов и низкомолекулярных антиоксидантов, а также некоторых фитогормонов при действии индукторов устойчивости химической природы холинхлорида и хлорхолинхлорида в формировании повышенной устойчивости ФА растений фасоли и пшеницы к ультрафиолетовому облучению и высокой температуре;

2. Изучить роль активной формы фитохрома в механизме действия низкоинтенсивного КС в защите ФА высших растений при облучении УФ-А и УФ-В. Выяснить роль антиоксидантной системы и фитогормонов в защитном действии КС, опосредованном активной формой фитохрома;

3. На примере цианобактерий исследовать роль каталазы-пероксидазы в защите ФА от света высокой интенсивности;

4. Изучить влияние кратковременного прогревания растений пшеницы на устойчивость ФА к повторному тепловому стрессу и свету высокой интенсивности, выяснить связь изменений устойчивости ФА с уровнем антиоксидантной активности, циклическим фотофосфорилированием и дыханием;

5. Обобщить данные по общим механизмам при действии указанных индукторов защитных систем растений различной природы: химической (ХСС) и физической природы - низкоинтенсивный КС и кратковременный тепловой стресс. Предложить схемы повышения стресс-устойчивости ФА при предобработке растений индукторами различной природы.

1. Впервые обнаружено защитное действие индукторов защитных систем растений: КС низкой интенсивности и ретардантов ССС и СС на ФА высших растений при действии УФ-радиации и повышенной температуры.

3. Впервые установлено, что повышение пула Н202 в листьях растений, обработанных ретардантными дозами ССС, а также облученных КС с А,м=660 нм предшествует снижению активности ФС 2 и последующему увеличению стресс-устойчивости ФА, что предполагает участие АФК в формировании повышенной стресс-устойчивости.

4. Впервые выявлена связь между кратковременной генерацией Н202 при тепловом закаливании, повышением уровня антиоксидантной активности и скоростей темнового дыхания в листьях, а таюке циклического фотофосфорилирования в изолированных хлоропластах с одной стороны и повышением стресс-устойчивости ФА в закаленных растениях с другой стороны.

5. Установлено, что разные по природе индукторы защитных систем: КС низкой интенсивности, ретарданты ССС и СС, а также закаливающие повышенные температуры, - участвуют в формировании повышенной стресс-устойчивости ФА аналогичным образом - через транзитное повышение пула Н202, которое наблюдается при достаточно высоких дозах индуктора и предшествует повышению активности антиоксидантных ферментов и увеличению содержания низкомолекулярных антиоксидантов.

Выдвинута гипотеза о том, что индукторы устойчивости могут действовать путем изменения уровня Н202, АБК и/или прямым путем через сигнальные интермедиаты, такие как Са2+ и факторы транскрипции, что, в конечном итоге, приводит к повышению антиоксидантной активности и уровня защитных гормонов, что является физиолого-биохимической основой регуляции устойчивости ФА.

Научно-практическая значимость. Наши теоретические разработки и концептуальные представления в отношении механизма стресс-устойчивости ФА при использовании индукторов защитных систем, таких как ретарданты, закаливающие температуры и низкоинтенсивный КС, расширяют современные представления о механизмах регуляции стресс-устойчивости ФА, в частности, защите ФА и растений от ингибирующего действия УФ-радиации. Результаты наших исследования о путях повышения антиоксидантной активности, прежде всего уровня низкомолекулярных антиоксидантов, включая каротиноиды, витамины, хлорофилл, с помощью индукторов стресс-устойчивости могут быть использованы для получения продуктов питания, обогащенных антиоксидантами (Креславский и др., 2004в), что может быть важно для повышения устойчивости к заболеваниям и для геронтологии (Хавинсон и др., 2003). Были изучены закономерности влияния дополнительного КС, получаемого как от свето-трансформирующих пленок Полисветан или РэдЛайт с разными типами фотолюминофоров на основе неорганических комплексов редкоземельных элементов, так и от светодиодов (А,м=615-625 нм) на фотосинтез и рост растений, а также на содержание низкомолекулярных антиоксидантов. Использование таких пленок позволило заметно повысить продуктивность растений и фотосинтез на сильном свету, а также увеличить пул некоторых антиоксидантов. Эти исследования послужили основой для создания патента на изобретение, в котором предлагается для таких пленок новый тип фотолюминофора из наноразмерных частиц (Воробьев и др., 2008).

Результаты исследований также были представлены на ряде международных выставок по инновациям и новым технологиям. Так, в 2009 г. (Кузнецов, Креславский, 2009) получена золотая медаль за разработку фотобиологических технологий регуляции устойчивости растений на V-ом международном салоне инноваций и новых технологий в г. Севастополе, Украина.

Наши гипотезы о трансдукции светового и теплового сигналов в растениях и молекулярных механизмах стресс-устойчивости ФА, представлены в обзорах журналов (Креславский и др., 2006 и 2007, Биологические мембраны), (Allakhverdiev, Kreslavski et al., 2008, Photosynth. Res.), (Kreslavski et al., 2009, Photochem. Photobiol. С.) и могут быть использованы при чтении базового курса и спецкурсов по физиологии растений в вузах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. ССС и СС повышают устойчивость ФА к УФ-радиации и тепловому стрессу. Защитное действие ССС связано с увеличением активности антиоксидантных ферментов и содержания низкомолекулярных антиоксидантов в листьях и хлоропластах. Увеличение уровня АБК в листьях также может дать вклад в повышение стресс-устойчивости ФА. Повышение содержания Н2О2 в листьях растений, обработанных ССС, предшествует росту стресс-устойчивости ФА, что предполагает участие АФК в ее увеличении.

2. Предоблучение растений КС низкой интенсивности повышает устойчивость их ФА к УФ-радиации. Защитное действие КС связано с повышением пероксидазной активности и увеличением содержания УФ-поглощающих соединений в листьях растений. Ключевыми сигнальными интермедиатами в трансдукции сигнала КС являются активная форма фитохрома, а при л относительно высоких дозах красного света (-0.3-2 Дж см" ) - АФК.

4. Один из ключевых путей повышения стресс-устойчивости5 ФА. является. увеличение1 уровня антиоксидантной активности и содержания низкомолекулярных антиоксидантов; регулируемых пулом. АФК и. других сигнальных интермедиатов,. образующихся при обработке растений-индукторамизащитных систем'.

Личный; вклад соискателя. Диссертационная работа' выполнена самостоятельно, на основе концепций предложенных соискателем-. Автор лично < участвовал в постановке и решении экспериментальных задач, обработке результатов и написании научных трудов. В обсуждении полученных данных также участвовали, сотрудники ИФПБ РАН Климов В.В., Аллахвердиев С.И., Любимов В.Ю., Ладыгин B.F, Музафаров Е.Н:, Биль К.Я., Ерохин КХЕ,. Христин М.С. и др. (ИФПБ РАН, г. Пущино), Кузнецов1 Е.Д: (ИОФАН, г. Москва), Лось Д.А. и Бухов Н:Г. (ИФР, Москва), Мурата Н. (Национальный* Институт общей биологии, Япония), Карпентье Р. (Квебекский университет, Канада), Херберт G. (Университет в Вайоминге, США); Моханти П. (Университет Джавахарлала Неру, Индия) и др. Автор выражает им всем глубокую благодарность.

Апробация- работы. Результаты работы докладывались на всесоюз. Конф. «Преобразование энергии^ в фотосинтетических системах и их моделях (Пущино, 1989); Межд. Конф. «Фотосинтез и фотобиология (Пущино, 1991); 3 межд. Конф. «Регуляторы роста и развития растений» (Москва, 1995); I Всесоюз. Конф; фотобиологов (Пущино, 1996); 10-м конгрессе федерации Европейских обществ физиологов растений (Флоренция, 1996); V межд. Конф. «Регуляторы роста и развития растений» (Москва, 1999); 13-й Межд. Конгрессе по фотобиологии (Сан-Франциско, Калифорния, 2000); XV Межд. Симп. по Environmental Biogeochemistry (ISEB 15) (Wroclaw, 2001); V съезде общества физиологов растений России (Пенза, 2003); V Межд. симп.: Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования (Москва, 2003); 13th Western- Photosynthesis Conference (Asilomar, Pacific Grove, California, USA, 2004); Межд. Конф:, «Физиологические и молекулярно-генетические- аспекты» сохранения биоразнообразия» (Вологда, 2005); VI Межд. Симп.: Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования (Москва, 2005, 2009); Межд. Конф. "Photosynthesis in the post-genomic era: Structure and function of the photosystems", (Pushchino, 2006); VII Межд. Симп. и научной конф. «Нетрадиционные и редкие растения, природные соединения и перспективы их использования» (Белгород, 2006); совместном Российско-Индийском рабочем совещании "Stress-photosynthesis" (Пущино, 2006); II Межд. Симп. "Plant growth substances: Intracellular hormonal signaling and applying in agriculture (Киев, Украина, 2007); VII Межд. Симп. «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования (Пущино, 2007); VI съезде общества физиологов растений России и межд. Конф. «Современная физиология растений: от молекул до экосистем» (Сыктывкар, 2007); III Межд. Научно-практической конф. «Культура, экология, здоровье: новая научная концепция» - (Волгоград, 2007); WG1 and WG3 Workshop (Израиль, 2007); III (Воронеж, 2001) и V съездах (Пущино, 2008) фотобиологов России; VIII Межд. .симп. «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования (Москва, 2009); Межд. научно-практической Конф. РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (Москва, 2009); XIX Пущинских чтениях по фотосинтезу (Пущино, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 75 научных работ, из них 20 статей в отечественных научных журналах, рекомендованных в списке ВАК и 11 в ведущих рецензируемых международных журналах, а также монография по регуляции фотосинтеза и роста растений и глава в книге по фотосинтезу; получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, описания объектов и методов исследования и 4 экспериментальных глав, заключения, выводов и списка литературы, включающего 460 источников, в том числе 151 на русском и 309 на английском языке. Работа изложена на 330 страницах, включает 78 рисунков и 15 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Креславский, Владимир Данилович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

2. Увеличение пула Н202 в листьях растений, обработанных хлорхолинхлоридом, предшествует росту тепловой устойчивости ФА, что предполагает участие АФК в формировании повышенной устойчивости ФА к высокой температуре.

3. Одним из ключевых факторов в защитном действии предоблучения узкополосным КС с А,м -625 и 660 нм от УФ-индуцированного ингибирования фотохимической активности ФС2 и фиксации С02, а также потери Хл и каротиноидов при экспозиции листьев растений в темноте является увеличение пероксидазной активности и повышение пула низкомолекулярных антиоксидантов в предоблученных листьях. Активная форма фитохрома участвует в формировании КС-индуцированного повышения устойчивости ФА растений к УФ-радиации.

4. При длительном (> 1ч) облучении и умеренных дозах КС (-0.3-2 Дж см"2) перекись водорода является сигнальным интермедиатом, что предполагает участие АФК в формировании повышенной устойчивости ФА к УФ-радиации.

6: Соотношение про-/антиоксиданты является? одним из ключевых факторов, регулирующих скорость восстановления фотосинтетической активности после кратковременного теплового или светового стресса. Сдвиг соотношения в сторону антиоксидантов приводит к ускорению восстановления и, наоборот, в сторону прооксидантов ведет к его замедлению.

7. Из совокупности полученных данных следует, что одним из ключевых путей повышения стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата при действии индукторов защитных систем« растений является увеличение активности антиоксидантных ферментов и/или содержания низкомолекулярных антиоксидантов. Общими сигнальными интермедиатами в, индукции защитных систем при действии всех рассмотренных индукторов являются АФК. В результате действия индукторов, фотосинтетический аппарат и растение в целом переключаются с обычной программы развития на адаптивную, что обеспечивает повышение стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает глубокую благодарность консультанту д.б.н. С.И.

Аллахвердиеву, д.б.н. В.Ю. Любимову, д.б.н. А.А Кособрюхову, проф. В.В.

Климову, профессору Ю.Е. Ерохину и проф. Г.Р. Кудояровой за обсуждение структуры диссертации и автореферата.

ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Важнейшей, задачей фитофизиологии является, изучение реакций растений на неблагоприятные факторы, внешней среды. Эта функция у живых организмов эволюционно сформирована в процессе длительной^ адаптации растений к внешней среде (Веселовский и др., 1993): Универсальность биологического ответа заключается в том, что под влиянием различных физических или химических факторов наблюдается сходная по характеру реакция растений и других организмов (Levitt, 1980)г Общие (неспецифические) ответные реакции на развитие стресса широко распространены среди различных организмов. Одним из типичных примеров является кросс-устойчивость, когда, например, в результате тепловой обработки растений, формируется повышенная устойчивость не только к вторичному тепловому стрессу, но и к другим стрессовым факторам (Александров, Кислюк, 1994; Sabehat et al., 1998). Самые разнообразные повреждающие воздействия приводят к торможению роста осевых органов и снижению митотической активности тканей Неспецифические реакции проявляются и на биохимическом уровне. При самых разнообразных воздействиях активируется антиоксидантная система, часто возрастает дыхание, изменяется гормонально-ингибиторный баланс (Пахомова, Чернов, 1996; Шакирова, 2001; Титов и др., 2006; Таланова, 2009). В меньшей степени, однако, изучены защитные реакции на уровне ФА растений, в частности, роль изменений гормонально-ингибиторного баланса в сторону накопления стрессовых гормонов и соотношения антиоксидант-оксидант в сторону повышения уровня антиоксидантов. Еще одним мало разработанным вопросом является участие фитогормонов и антиоксидантов в формировании повышенной устойчивости растений в начальный период действия неблагоприятных факторов, хотя результаты ряда исследований указывают на то, что именно в этот период в клетках и тканях растительного организма могут происходить ключевые события, во многом предопределяющие весь последующий ход формирования устойчивости (Титов и др., 2006; Pastori, Foyer, 2002).

Мы предположили, что такие общие ответные реакции ФА могут происходить не только при действии традиционных стрессоров-химической или физической природы, но и при обработке растений факторами, которые приводят к транзитной генерации небольшого дополнительного количества АФК, и вызывают небольшие изменения в ФА. Происходит своеобразная закалка ФА, так что последний приобретает повышенную устойчивость к действию достаточно сильных стрессоров, например, к высокой температуре или УФ облучению (рис. 77).

В данной работе представлены и обобщены результаты исследований выполненных автором в течение примерно 20 лет, с 1987 по 2009 г. Ранее было обнаружено, что два разных фактора — ретарданты - ХСС и низкоинтенсивный кратковременный КС с А,м=660 нм, действующий через Фх, модифицируют влияние друг друга в процессах зеленения растений и некоторых фотоморф огенетических процессах, проявляя в ряде случаев эффект синергизма и сходное действие (Kuznetsov et al., 1992; Kobzar' et al., 1999). Развивая эти представления, мы предположили, что оба этих фактора - один химической, другой физической природы могут индуцировать формирование повышенной устойчивости ФА, проявляя общие механизмы повышения, и улучшать адаптивную способность растений. Мы также сравнили механизмы действия этих индукторов устойчивости ФА растений с закалкой растений кратковременным тепловым стрессом.

Впервые детально изучены механизмы защитного действия, важных для практического растениеводства холинсодержащие соединения (СС и ССС), на ФА растений при разных способах обработки. Показано, что экзогенные ХСС защищают ФС2 и тилакоидные мембраны от окислительного стресса, вызванного облучением листьев ультрафиолетовым светом или прогреванием проростков. Из наших данных следует, что основой повышения устойчивости

ФА может быть повышенная активность антиоксидантных ферментов и более высокое содержание низкомолекулярных антиоксидантов, а также некоторых фитогормонов, обнаруженные в листьях обработанных растений.

Значительное повышение пула АФК

Рецепторы

Стрессор

Повышенный синтез низко-мол. антиокс.

Повышение активности ферментов: СОД, АсП.

Повышение пула защитных белков vу

Рис. 77. Предполагаемые пути трансдукции сигнала от различных по природе индукторов защитных систем и его преобразования в биохимические и физиологические изменения клетки, что приводит к развитию повышенной устойчивости ФА к окислительному стрессу, возникающему при воздействии абиотических стрессоров. АФК - активные формы кислорода. Вторичные мессенджеры и сигнально-регуляторные белки - молекулы-посредники, включая ФДк, активные формы кислорода (АФК) и факторы, взаимодействующие с Фдк (PIFs), Са2+, протеинкиназы, фосфатазы, факторы транскрипции. СК - салициловая кислота. Цветом отмечены изученные нами элементы. Повышение и активация отмечены стрелками вверх, снижение -стрелкой вниз. Предложено на основе обзоров: (Hung et al., 2005; Karu, 2008; Singh, Grover, 2008; Kreslavski et al., 2009a; Романов, 2009) и наших экспериментальных данных.

Обнаружено, что КС в области 620-660 нм уменьшает УФ-индуцированное повреждение ФС2 (Креславский и др., 2001, 2004а, 20096). Показана обратимость защитного действия КС при последующем облучении кратковременным ДКС с А,м=730 нм, что свидетельствует в пользу того, что защитный ответ следует классической КС/ДКС обратимой реакции низкоэнергетического типа (ТЛ^И.), свойственной обычно фотостабильному Фх В (Креславский, Аллахвердиев, 2006).

Из наших данных следует, что защитное действие узкополосного КС в условиях УФ стресса носит достаточно универсальный характер и проявляется не только у дрожжей, и бактерий (Фрайкин и др., 1995; КоЬН е1 а1., 2000), но и у высших растений как на уровне первичных реакций фотосинтеза, так и вторичных — фиксации С02. Важную роль в этой защите, играет индуцированное низкоинтенсивный КС, который действует, через фитохромную систему, повышение антиоксидантной активности листа, которая определяется активностью антиоксидантных ферментов и низкомолекулярных антиоксидантов (каротиноиды, флавоноиды и т.д.). По-видимому, в условиях достаточно высоких доз низкоинтенсивнового КС порядка 1 Дж см", которые вызывают слабый стресс, происходит транзитная генерация АФК, что ведет к активации антиоксидантной системы. Действительно, при интенсивности (I) КС 1-3 Вт м" и времени облучения порядка 2 ч мы наблюдали уменьшение активности ФС2, характеризуемой отношением Ру/Рт с 0.75±0.01 до 0.73 при 1=1 Вт м"2 и - 0.69 при 1=2 Вт м"2.

Кратковременная тепловая предобработка растений, сопровождаемая развитием слабого теплового стресса, приводит в основном не к повышению первичной теплоустойчивости ФА, а к проявлению более высокой скорости восстановления ФА растений при вторичной термообработке и при фотоингибировании. В предобработанных растениях наблюдали более высокую скорость фиксации С02, темнового дыхания, повышенный уровень циклического фотофосфорилирования, более высокую активность антиоксидантных ферментов (Креславский и др, 20076; Kreslavski et al, 2008). Все это может быть причиной улучшенного восстановления ФА.

Согласно нашим данным, полученным на мутанте katG' цианобактерии Synechocystis sp РСС 6803, при умеренном стрессе, проявляющемся в процессе восстановления ФА при NaCl-стимулированном фотоингибировании, важную роль играет активность фермента каталазы-пероксидазы (Креславский и др, 2010а). На основе наших данных о повышенной антиоксидантной активности и/или более высоком содержании пигментов (Хл и др.) в листьях и препаратах тилакоидных мембран растений, обработанных КС, ХСС или термообработанных, сделан вывод о том, что одним их важных механизмов повышения стресс-устойчивости является повышение активности антиоксидантных ферментов и уровня низкомолекулярных антиоксидантов.

Обнаруженное нами накопление стрессовых гормонов при действии ХСС и КС (Kreslavski et al, 1997; Креславский и др, 2010в) вместе с литературными данными позволяет предположить, что накопление стрессовых гормонов также вовлечено в механизм формирования повышенной стресс-устойчивости ФА при действии индукторов различной природы (Креславский, 2009).

В последнее время появляется все больше работ, в которых представлены доказательства участия Н202 в регуляции процессов роста, развития, а также при адаптации растений к стрессам окружающей среды (Hung et al, 2005; Pastory, Foyer, 2002). Так, H202 работает как сигнальная молекула в процессах регуляции размера устьиц и свето-индуцированного движения хлоропластов в листе. Н2О2 может синтезироваться также в ответ на внесение фитогормонов, например, АБК и салициловой кислоты (Pei et al, 2000). Сигнал Н202 преобразуется в физиологический ответ с помощью различных медиаторов и сигнальных молекул типа протеинкиназ и факторов транскрипции, а также фосфатаз и ионов кальция (Miller, Mittler, 2006; Vandenbrocke et al, 2008).

Мы предположили, что во многих случаях при действии индукторов защитных систем (ИЗС) происходит повышенное образование АФК, и, прежде всего,

Н202. Это повышение может реализоваться через механизм, предложенный для приобретенной устойчивости в результате предобработки растений салициловой кислотой (Оа1 еХ а1., 1998). В этом случае было обнаружено, что предобработка ведет к снижению активности каталазы и аскорбатпероксидазы, утилизирующих Н202. В итоге происходит транзитное увеличение образования Н202, что, по-видимому, активирует антиоксидантную систему. В результате, индуцируется повышенная стресс-устойчивость ФА.

Повышение содержания АФК индуцирует синтез многих белков, в частности, антиоксидантных ферментов и стрессовых белков (ЗсапёаНоэ, 2005), а также гу, появление продуктов ПОЛ и рост содержания Са в цитоплазме (Колупаев, Карпец, 2009). Анализ экспрессии генов, проведенный различными генными методами, показал, что возрастание уровня Н202 влияет не только на экспрессию генов антиоксидантной защиты, но и на экспрессию генов вовлеченных в регуляцию транскрипции генов связанных с липидным и белковым метаболизмом клетки.

Согласно разработанной схеме (рис. 77) в растениях, обработанных ИЗС (ХСС, КС и закаливающие температуры) увеличивается активность антиоксидантных ферментов, усиливается накопление низкомолекулярных антиоксидантов (каротиноиды, флавоноиды и др.), осмолитов, стрессовых и сигнальных белков, а также повышается уровень стрессовых гормонов. Одной из причин развития таких изменений может быть обнаруженная нами транзитная генерация Н202 и, вероятно, других АФК, при действии ИЗС растений.

В заключении укажем, что наиболее перспективным направлением этих исследований является, на наш взгляд, попытка найти общие механизмы стресс-зашитного действия КС на уровне животных и растительных организмов. Важно обнаружить в животных организмах фоторецептор, подобный по основным свойствам (свет-индуцированная обратимость эффектов, мобильность) растительному фоторецептору фитохрому, и изучение его роли в формировании стресс-защитных систем животных организмов.

Другое актуальное направление - это исследование роли различных фоторецепторов, в частности фитохромов, в формировании повышенной устойчивости растений и их ФА к свету высокой интенсивности и УФ-радиации.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Креславский, Владимир Данилович, Москва

1. Аверчева О.В., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Жигалова Т.В., Погосян С.И., Смолянина С.О. 2009. Особенности роста и фотосинтеза растений китайской капусты при выращивании под светодиодными светильниками. Физиология растений. 56: 17-26.

2. Акимова Т.В., Титов А.Ф., Топчиева JI.B. 1994. Сравнительное изучение реакции растений на действие высоких закаливающих и повреждающих температур. Физиология растений. 41(3): 381-385.

3. Аксенова Н.П., Константинова Т.Н., Голяновская С.А., Гукасян И.А., Гатс К., Романов Г.А. 2002. Клубнеобразование и рост в культуре in vitro трансгенного картофеля с суперпродукцией фитохрома В. Физиология растений. 49(4): 535-540.

4. Александров В.Я. 1975. Клетки, макромолекулы и температура. Л.: Наука, 329 с.

5. Александров В. Я. 1985. Реактивность клеток и белки. Л.: Наука, 317 с.

6. Александров В.Я., Фельдман Н.Л. 1958. Исследование реактивного повышения устойчивости клеток при действии нагрева. Бот. журн. 43(2): 194-213.

7. Александров В.Я., Кислюк И.М. 1994. Реакция клеток на тепловой шок: физиологический аспект. Цитология. 36: 5-59.

8. Бабыкин М.М., Сидорук К.В., Зинченко В.В., Нефедова Л.Н., Церфф Р., Шестаков C.B. 2003. Об участии регуляторного гена prqR в развитии устойчивости к метилвиологену у цианобактерии Synechosystis sp. РСС 6803. Генетика. 39(1): 18-24.

9. Балахнина Т.И., Кособрюхов A.A., Иванов "A.A., Креславский В.Д. 2005. Влияние кадмия на С02 газообмен, переменную флуоресценцию хлорофилла и уровень антиоксидантных ферментов в листьях Pisurn sativum. Физиология растений. 52(1): 21-26.

10. Барабой В.А. 1991 Механизмы стресса и перекисное окисление липидов. Успехи современной биологии. 111: 923-932.

11. Борисова Т.А., Бугадже С.М., Ракитин В.Ю., Власов П.В., Кузнецов Вл.В. 2001. Тепловой шок повышает устойчивость растений к УФ-Б облучению. 2. выделение этилена и СОг. Физиология растений. 48(5): 733-738.

12. Буболо Л.С., Кислзок И.М., Палева Т.В., Шерстнева O.A. 2004. Защитный эффект тепловой закалки от фотоингибирования фотосинтетического аппарата пшеницы при высокой температуре. Физиология и биохимия культурных растений. 36(6): 485-494.

13. Будаговский A.B. 2008. Теория и практика лазерной обработки растений. Мичуринск-наукоград РФ: Рос. акад. с.-х. наук, 548 с.

14. Бухов Н., Хебер У., Шувалов В.А., Карпантье Р. 2001. Нефотохимическая диссипация возбужденных состояний в фотосистемах 1 и 2 хлоропластов: механизмы защиты от ингибирования. Вестник Башкирского университета. №2(1): 17-19.

15. Василенко В.Ф., Креславский В.Д., Кузнецов Е.Д. 1991. Хлорхолинхлорид как модификатор ряда регулируемых фитохромом процессов роста и фотосинтеза. Докл. АН СССР. 316 (6): 1512-1514.

16. Веселов А.П. 2001. Гормональная и антиоксидантная системы при ответе растения на тепловой шок: Автореф. дисс. докт. биол. наук, М:ИФР,40с.

17. Веселов А.П., Лобов В.П., Олюнина Л.Н. 1998. Изменение в содержании фитогормонов в ответной реакции растений при тепловом шоке и в период его последействия. Физиология растений. 45(5): 709-715.

18. Веселова Т.В., Веселовский В.А., Чернавский Д.С. 1993. Стресс у растений. Биофизический подход. М.: Изд-во Моск. ун-та, 144 с.

19. Веселовский В.А., Веселова Т.В. Люминесценция растений. М.: Наука, 1990.

20. Веселовский В.А., Веселова Т.В., Чернявский Д.С. 1993. Стресс растения.

21. Кару Т.Й. 2001. Клеточные механизмы низкоинтенсивной лазерной терапии".

22. Успехи современной биологии. 121(1): 110-120.

23. Кобзарь Е.Ф., Креславский В.Д., Кузнецов Е.Д., Музафаров E.H. 1997. Взаимодействие холиновых соединений и фитохромной системы в процессе роста и развития проростков пшеницы. Докл. РАН. 63: 696-698.

24. Кобзарь Е.Ф., Креславский В.Д., Музафаров E.H. 1996. Фитохромный контроль роста и зеленения проростков пшеницы и их модификация УФ-светом. 1-ая всеросс. Конф. фотобиологов. 28-30 мая. Пущино. С. 21-22.

25. Колупаев Ю.Е., Карпец Ю.В. 2009. Активные формы кислорода при адаптации растений к стрессовым температурам. Физиология и биохимия культурных растений. 41(2): 95-108.

26. Колупаев Ю.Е., Карпец Ю.В. 2010. Формирование адаптивных реакций растений на действие абиотических стрессов. Киев: Основа, 352 с.

27. Константинова Т.Н., Аксенова Н.П., Гукасян И.А., Голяновская С.А., Романов Г.А. 2004. Усиление устойчивости к средневолновой области ультрафиолетовой радиации у фитохромных трансформантов картофеля. Докл. РАН. 395(3): 424-426.

28. Косаковская И.В. 2008. Стрессовые белки растений. Киев: Институт ботаники им Н.Г. Холодного. 151с.

29. Кособрюхов A.A. 2008. Адаптационные изменения фотосинтеза при повышенной концентрации С02. Дисс. докт. биол. наук. М.: МСХА, 230 с.

30. Кособрюхов A.A., Креславский В.Д., Храмов Р.Н., Браткова Л.Р., Щелоков Р. Н. 2000. Модифицирующее действие низкоэнергетического люминесцентного света 625 нм на рост и фотосинтез растений. Докл. РАН. 372(6): 827-829.

31. Кочетова F.B. 2008: Участие фитохромов; А и< В в регуляции? устьичных движений. Автореф. дисс. канд. биол. наук. Москва: МГУ, 24 с.

32. Кошкин Е. И: 2010. Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур. М.: Дрофа, 638 с.

33. Креславский В.Д. 1982. Исследование спектральных и фотохимических свойств комплексов; фотосинтетических пигментов с донорами и акцепторами электрона;. Автор; Дисс. канд. физ-мат. наук. Пущино: Институт биофизики РАН, 32 с.

34. Креславский В.Д., Герц С.М., Столовицкий Ю.М., Евстигнеев В.Б. 1979; Специфическая сольватация хлорофилла эфирами. Биофизика. 24(4): 770.

35. Креславский В:Д., Брандт А.Б., Киселева М;И:,. Руденко Т.И;, Якунин А'.Ф.,. Макаров А.Д. 1989. Гормональная и световая регуляция роста хлореллы. Биопродуктивность агроценозов как комплексная, проблема. Пущино. ОНТИ НЦБП АН СССР, с. 112-116.

36. Креславский В.Д:, Василенко В. Ф., Кузнецов Е.Д. и Музафаров E.H. 1993а. О первичных стадиях трансдукции светового сигнала в растительной клетке (обзор). Успехи современной биологии. 113: 422-431.

37. Креславский В.Д., Садовникова Н;А, Оловянишникова Г.Д., Столовицкий Ю.М. 19936. Спектральные и фотохимические свойства комплексов фотосинтетических пигментов с азотсодержащими «-донорами. Ж. Физ. Хим. 67(5): 1059-1066.

38. Креславский В. Д., Иванов А. А., Храмов Р. Н. и Кособрюхов А. А. 2001. Низкоэнергетический красный свет повышает устойчивость фотосинтетического аппарата проростков шпината к УФ-В. Вестник Башкирского университета. 2(1): 50-52.

39. Креславский В.Д., Христин М.С. 2003. Последействие теплового шока на индукцию флуоресценции и низкотемпературные спектры флуоресценции листьев пшеницы. Биофизика. 48(5): 865-872.

40. Креславский В.Д., Иванов А. А., Кособрюхов А. А. 2004а. Низкоэнергетический красный свет в области длин волн 620-660 нм уменьшает УФ-В-индуцированное уменьшение повреждения фотосистемы II в листьях шпината. Биофизика. 49(5): 840-844.

41. Креславский В.Д., Кобзарь Е.Ф., Музафаров E.H., Кузнецов Е.Д. 20046. Влияние кратковременного красного света и холиновых соединений на рост, зеленение и уровень цитокининов в проростках пшеницы. Докл. РАСХН. N6: 3-5.

42. Креславский В.Д., Кузнецов Е.Д., Миляев В.А. 2004в. Теория и практика живого питания. Препринт. М.: Институт общей физики РАН, 45 стр.

43. Креславский В.Д., Аллахвердиев С.И. 2006. Механизмы трансдукции фоторецепторного сигнала в растительной клетке (обзор). Биол. Мембраны. 23: 275-295.

44. Креславский В. Д., Карпентиер Р., Климов В. В., Мурата Н., Аллахвердиев С. И. 2007а. Молекулярные механизмы устойчивости фотосинтетического аппарата к стрессу (обзор). Биол. Мембраны. 24(3): 195-217.

45. Креславский В. Д., Любимов В. Ю., Шабнова Н. И., Балахнина Т. И., Кузнецов Е. Д., Кособрюхов А. А. 20076. Последействие теплового шока наактивность фотосинтетического аппарата и перекисное окисление липидов в листьях пшеницы. Докл. РАСХН. №4: 5-9.

46. Креславский В.Д., Фомина И.Р., Кособрюхов A.A., Херберт С.К., Бабыкин М.М., Биль К.Я. 2007в. Эффекты индукторов окислительного стресса на фотосинтетический аппарат мутанта Prq20 цианобактерии Synechocystis sp. PPC 6803. Биофизика. 52: 277-286.

47. Креславский В.Д., Балахнина Т.И., Жармухамедов С.К., Шабнова Н.И., Христин М.С., Любимов В.Ю. 20106. Механизм повышения термоустойчивости ФС2 растений пшеницы хлорхолинхлоридом. Докл. РАСХН. №3: 7-10.

48. Креславский В.Д., Любимов В.Ю., Котова Л.М., Котов A.A. 2010в. Влияние предобработки хлорхолинхлоридом на устойчивость ФС 2 растений фасоли к УФ-В радиации, содержание фитогормонов и перекиси водорода. Физиология растений (принято в печать).

49. Кудоярова Г.Р., Чередова Е.П., Гюли-Заде В.З., Мустафина А.Р., Крутьков В.М. 1988. Влияние глифосата на содержание свободных и связанных ауксинов в проростках кукурузы. Физиология растений. 35(5): 888-892.

50. Кудоярова Г.Р., Веселов С.Ю., Каравайко H.H., Гюли-Заде В.З., Чередова Е.П., Мустафина А.Р., Мошков И.Е., Кулаева О.Н. 1990. Иммуноферментная тест-система для определения цитокининов. Физиология растений. 37(1): 193-199.

51. Кузин А. М. 1991. Проблема малых доз и идеи гормезиса в радиобиологии. Радиобиология. 31(1): 16-21.

52. Кузнецов Вл. В., Дмитриева Г.А. 2006. Физиология растений: Учебник. М.: Высш. шк., 742 с.

53. Кузнецов Вл. В., Ракитин В.Ю., Садомов Н.Г., Дам Д.В., Стещенко Л.А., Шевякова H.H. 2002. Участвуют ли полиамины в дистанционной передаче стрессового сигнала у растений? Физиология растений. 49(1): 136-147.

54. Кузнецов В.В., Рощупкин Б.В. 1994. Стрессорный ответ клеток Nicotiana sylvestris L. на засоление и высокую температуру. Синтез белков теплового шока и фосфорилирование полипептидов. Физиология растений. 41(4): 566-572.

55. Кузнецов B.B, Кимпел Дж, Гокджиян Дж, Ки Дж. 1987. Элементы неспецифической реакции генома растений при холодовом и тепловом стрессе. Физиология растений. 34(5): 859-868.

56. Кузнецов В.В, Трофимова М.С, Андреев И.М. 1997. Кальций как регулятор синтеза белков теплового шока в клетках растений. Докл. РАН. 354(3): 416-418.

57. Кузнецов Вл.В, Шевякова H.H. 1999. Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция. Физиология растений. 46: 391-336.

58. Кузнецов В.В, Хыдыров Б.Т, Рощупкин Б.В, Борисова H.H. 1990. Общие системы устойчивости хлопчатника к засолению и высокой температуре: факты и гипотезы. Физиология растений. 37: 987-996.

59. Кузнецова E.H. 2004. Роль света в устойчивости растений томата к вирусу табачной мозаики. Автор, дисс. канд. биол. наук. Томск, 154 с.

60. Кулаева О.Н. 1973. Цитокинины, их структура и функция. М.: Наука. 264 с.

61. Кулаева О.Н. 1982. Гормональная регуляция физиологических процессов у растений на уровне синтеза РНК и белка. М.: Наука, 83 с.

62. Кулаева О.Н. 1997. Белки теплового шока и устойчивость растений к тепловому шоку. Соросовский образовательный журнал. №2:5-13.

63. Кулаева О.Н, Кузнецов В.В. 2002. Новейшие достижения и перспективы в области изучения цитокининов. Физиология растений. 49(4): 626-640.

64. Кулаева О. Н, Кузнецов В.В. 2004. Аналитический обзор: новейшие достижения и перспективы изучения механизма действия фитогормонов и их участия в сигнальных системах целого растения. Вестник РФФИ. №2: 12-26.

65. Курганова JI.H, Веселов А.П, Гончарова Т.А, Синицына Ю.В. 1997. Перекисное окисление липидов и антиоксидантная система хлоропластовгороха (Pisum sativum L.) при тепловом шоке. Физиология растений. 44(5): 742-746.

66. Курьята В.Г., Дабижук Т.М., Ременюк Г.Л., Берестецкий В.А., Негрецкий В.А. 1995. Действие ретардантов на гормональный статус, мезоструктуру листьев и рост растений малины. Физиология и биохимия культурных растений. 27(5-6): 374-382.

67. Ладыгин В. Г. 1970. Пигментные мутанты Chlamydomonas reinhardtü, индуцированные нитрозоэтилмочевиной и ультрафиолетовыми лучами. Генетика. 6(3): 42-50.

68. Ладыгин В. Г., Ширшикова Г. Н., Семенова Г. А. И Креславский В. Д. 2001. Ультраструктура хлоропластов и рост клеток Chlamydomonas reinhardtii при действии холинхлорида. Биофизика. 46(2): 256-264.

69. Люкевич Т.В., Кузнецов В.В., Каравайко H.H., Кулаева О.Н., Селиванкина С.Ю. 2002. Изучение функциональных свойств зеатин-связывающего белка, участвующего в гормон-зависимой регуляции транскрипции хлоропластного генома. Физиология растений. 49: 105-112.

70. Мерзляк М.Н. 1999. Активированный кислород и жизнедеятельность растений. Соросовский образовательный журнал. № 9: 20-26.

71. Минин И. Б. 2005. Влияние красного низкоэнергетического люминесцентного излучения на морфогенез и баланс эндогенных гормонов растений. Дисс. канд. биол. наук, Томск, 105 с.

72. Музафаров E.H., Креславский В.Д., Назарова Т.Н. 1995. Световая и гормональная регуляция фотосинтеза и роста растений. Пущино: ОНТИ ПНЦРАН, монография. 1995, 140 с.

73. Муромцев Г.С, Кукорин A.B., Павлова З.Н. 1984. Физиологические механизмы действия ретардантов. Изв. АН СССР. Сер. Биол. №5: 669-675.

74. Назаркина Е.А. 2005. Влияние локального прогрева и охлаждения на устойчивость растений. Автореф. дисс. канд. биол. наук, Петрозаводск, 22 с.

75. Нефедова JI.H., Фантин Ю.С., Зинченко В.В., Бабыкин М.М. 2003. ГеныprqA и mvrA, кодирующие белки-транспортеры, контролируют устойчивость к метилвиологену у цианобактерии Synechocystis sp. РСС 6803. Генетика. 39(3): 336-340.

76. Новицкая Г. В., Кочешкова Т.К., Феофилактова Т.В., Новицкий Ю.И. 2004. Действие холинхлорида на состав и содержание липидов в листьях основных магнитоориентационных типов редиса. Физиология растений. 51(3): 404-414.

77. Пахомова В.М., Чернов И.А. 1996. Некоторые особенности индуктивной фазы неспецифического адаптационного синдрома растений. Докл. РАН. Сер. биол. №6: 705-715.

78. Пилат Т.П., Иванов A.A. 2002. Биологически активные добавки к пище. М.: Авваллон, 710с.

79. Плохинский H.A. Математические методы в биологии. М.: МГУ. 1978, 226с.

80. Пруссакова Л.Д., Лукман А-К., Мещерякова А.Б. 1993. Влияние хлорхолинхлорида на устойчивость яровой пшеницы к хлоридному засолению. Физиология растений. 40: 776-780.

81. Пустовойтова Т.Н., Баврина Т.В., Ложникова В.Н. Жданова Н.Е. 1997. Использование трансгенных растений для выяснения роли цитокининов в устойчивости к засухе. Докл РАН. 354: 702-704.

82. Ракитина Т.Я., Власов П.В., Жалилова Ф.Х. Кефели В.И. 1994. Абсцизовая кислота и этилен в мутантах, различающихся по устойчивости к ультрафиолетовой (УФ-Б) радиации. Физиология растений. 41: 682-686.

83. Романов Г.А. 2009. Как цитокинины действуют на клетку. Физиология растений. 56(2): 295-319.

84. Романов Г.А. 1982. Рецепторы фитогормонов. Физиология растений 49: 615625.

85. Селье Г. 1982. Стресс без дистресса. М.: Прогресс, 125с.

86. Селье Г. 1972. На уровне целого организма. М.: Наука, 122 с.

87. Саляев Р.К., Дударева Л.В.,Ланкевич C.B., Екимова Е.Г., Сумцова В.М. 2003. Влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на процессы перекисного окисления липидов в культуре ткани. Физиология растений. 50(4): 561-563.

88. Синещеков В.А. 1998. Система фитохромов: фотобиофизика и фотобиохимия in vivo. Биол. Мембраны. 15(5): 549-572.

89. Соловченко А. Е., Мерзляк M. Н. 2008. Экранирование видимого и УФ излучения как механизм фотозащиты у растений. 55(6): 803-822.

90. Таланова В.В. 2009. Фитогормоны как регуляторы устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды. Автореф. дисс. докт. биол. наук, Петрозаводск, 45 с.

91. Таланова В.В., Акимова Т.В., Титов А.Ф. 2003. Динамика содержания АБК в листьях и корнях проростков огурца и их теплоустойчивости подвлиянием общего и локального прогрева. Физиология растений. 50(1): 100-104.

92. Таланова В.В., Топчиева JI.B., Титов А.Ф. 2006. Влияние абсцизовой кислоты на устойчивость проростков огурца к комбинированному действию высокой температуры и хлоридного засоления. Известия РАН. Сер. биологическая. № 5: 757-761.

93. Тарчевский И.А. 1993. Катаболизм и стресс растений. М.: Наука, 83с.

94. Тарчевский И.А. 2002. Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука, 294 с.

95. Титов А.Ф., Акимова Т.В., Таланова В.В., Топчиева JI.B. 2006. Устойчивость растений в начальный период действия неблагоприятных температур. М.: Наука, 143 с.

96. Титов А.Ф., Дроздов С.Н., Таланова В.В., Акимова Т.В. 1987. О механизмах повышения теплоустойчивости растений' при краткосрочном и длительном действии высоких температур. Физиология растений. 34(1): 173-177.

97. Титов А.Ф., Критенко* С.П. 1983. Влияние цитокинина на терморезистентность проростков огурца и содержание пигментов в их листьях. Биол. Науки. №11: 69-73.

98. Трунова Т.И. 2007. Растение и низкотемпературный стресс. LXIV Тимирязевские чтения. М.: Наука, 54 с.

99. Фоменко ОЮ. 2007. Распространение путей свободного окисления дыхательных субстратов и регуляция их экспрессии в митохондриях высших растений. Автореф. канд. биол. наук, Воронеж, 23 стр.

100. Фрайкин Г.Я., Пиняскина Е.В., Страховская М.Г. 1995. Новая фотоиндуцибельная защитная система в клетках при летальном действиисредневолнового ультрафиолетового излучения. Докл. АН СССР. 343(2): 265-267.

101. Хавинсон В.Х, Баринов В. А, Арутюнян А.В, Малинин В.В. 2003. Свободнорадикальное окисление и старение. Спб: Наука, 327 стр.

102. Храмов Р.Н, Катков Ю.А, Креславский В.Д, Мурашев А.Н, Цыганова В.Г, Симонова В.Б, Манохин A.A. 2007. Оранжево-красный свет снижает ингибирование ультрафиолетом-А пролиферации фибробластов крыс. Докл. РАН. 413: 1-3.

103. Христин М.С, Креславский В.Д, Хоробрых A.A. 2001. Восстановление фотосистемы 2 после кратковременного прогревания листьев пшеницы. Вестник Башкирского университета. № 2 (I): 84-85.

104. Часов A.B., Гордон JT.X, Колесников О.П, Минибаева Ф.В. 2002. Пероксидаза клеточной поверхности — генератор супероксид-аниона в корневых клетках пшеницы при раневом стрессе. Цитология. 44(7): 691-696.

105. Чернядьев И.И. 1997. Фотосинтез растений в условиях водного стресса и протекторное влияние цитокининов (Обзор). Прикл. Биохимия и микробиол. 33: 5-17.

106. Чернядьев И.И. 2005. Влияние водного стресса на фотосинтетический аппарат растений и роль цитокининов (обзор). Прикл. Биохим. Микробиол. 41(2): 133-147.

107. Чернядьев И.И, Монахова О.Ф. 2003. Влияние цитокининовых препаратов на пул пигментов и белков, различных по устойчивости к водному стрессу сортов пшеницы. Прикл. Биохим. Микробиол. 39(5): 593-601.

108. Чиркова Т.В. 1988. Пути адаптации растений к гипоксии и аноксии. Л.: ЛГУ, 244 с.

109. Чиркова Т.В. 2002. Физиологические основы устойчивости растений. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского ун-та, 244 с.

110. Шакирова Ф.М. 2001. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. УФА. Гилем, 160 с.

111. Шакирова Ф.М. 2000. Салициловая кислота — индуктор устойчивости растений (Обзор). Агрохимия. 11: 87-95.

112. Шаркова В.Е. 2001. Влияние теплового шока на способность клеток растений пшеницы к восстановлению фотосинтетического транспорта электронов после действия света или повторного теплового шока. Физиология растений. 48: 911-916.

113. Шевелуха B.C. 1992. Рост растений и его регуляция в онтогенезе. М.: Колос, 594 с.

114. Шевякова Н.И., Стеценко JI.A., Мещеряков А.Б., Кузнецов Вл. В. 2002. Изменение активности пероксидазной системы в процессе стресс-индуцированного формирования САМ. Физиология растений. 49(5): 670677.

115. Ямбуренко М. В. 2008. Роль фитогормонов и света в регуляции транскрипции хлоропластных генов в ячмене. Автореф. дисс. канд. биол. наук. М, ИФР РАН, 23 С.

116. Яшин А.И., Романюха А.А., Михальский А.И., Новосельцев В.Н., Украинцева С.В., Халявкин А.В., Анисимов В.Н. 2007. Геронтология in silico: становление новой дисциплины. Успехи геронтологии. 20(1): 7-19.

117. Adir N., Zer Н., Shochat S., Ohad I. 2003. Photoinhibition a historical perspective. Photosynth. Res. 76: 343-370.

118. Alexieva V., Ivanov S., Sergiev L, Karanov-E. 2003. Interaction between'Stresses, Bulg. J: Plant Physiol: Special Issue: P: 1—17.

119. Alia, Hayashi H., Sakamoto A., Murata N. 1998". Enhancement of" the tolerance of Arabidopsis to, high temperatures by genetic engineering of the synthesis of glycinebetaine. Plant J. 16: 155-161.

120. Al-Khatib K., Paulsen G.M. 19891 Enhancement* of thermal* injury to photosynthesis in wheat«plants and thylakoids by high light intensity. Plant Physiol. 90: 104148?.

121. Allakhverdiev S.I., Nishiyama Y., Suzuki I., Tasaka Y., Murata N. 1999. Genetic engineering of the unsaturation of fatty acids in membrane lipids alters the tolerance of Synechocystis to salt stress. Proc. Natl. Acad: Sci.USA. 96: 5862— 5867.

122. Allakhverdiev S.I, Kinoshita M., Inaba M., Suzuki I., Murata N. 2001. Unsaturated fatty acids in membrane lipids protect the photosynthetic machinery against salt-induced damage in Synechococcus. Plant Physiol. 125:1842-1853.

123. Allakhverdiev S.I., Klimov V.V., Hagemann M. 2005. Cellular energization protects the PM against salt-induced inactivation in Synechococcus. Biochim. Biophys. Acta. 1708: 201-208.

124. Allakhverdiev S.I., Los D.A., Mohanty P., Nishiyama Y., Murata N. 2007. Glycinebetaine alleviates the inhibitory effect of moderate heat stress on the repair of photosystem II during photoinhibition. Biochim Biophys Acta. 1767: 1363-1371.

125. Allakhverdiev S.I., Kreslavski V.D., Klimov V.V., Los D.A., Carpentier R., Mohanty P. 2008. Heat stress: An overview of molecular responses in photosynthesis. Photosynth. Res. 98(1-3): 541-550.

126. Allan A.C., Maddumage R., Simons J.L., Neill S.O., Ferguson I.B. 2006. Heat-induced oxidative activity protects suspension-cultured plant cells from low temperature damage. Funct. Plant Biol. 33: 67-76.

127. Allen R. 1995. Dissection of oxidative stress tolerance using transgenic plants. Plant Physiol. 107: 1049-1054.

128. Allen R.D., Webb R.P., Schake S.A. 1997. Use of transgenic plants to study antioxidant defenses. Free Radicals Biol. Med. 13: 437-479.

129. Alscher R.G., Donahue J.L., Cramer C.L. 1997. Reactive oxygen species and antioxidants: relationships in green cells. Physiologia Plantarum. 100: 224— 233.

130. Alscher R.G., Erturk N., Heath L.S. 2002. Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants. J. Exp. Bot. 53( 372): 1331-1341.

131. Andersson B., Aro E.-M. 2001. Photodamage and D1 protein turnover in photosystem II. Regulation of photosynthesis. Eds Aro E-M., Andersson B. Dordrecht, Netherlands: Kluwer Acad. Publ. P. 377-393.

132. Aro E.-M., Virgin I., Andersson B. 1993. Photoinhibition of photosystem II: inactivation, protein damage and turnover. Biochem. Biophys. Acta. 1143: 113-134.

133. Asada K., Kiso K., Yoshikawa K. 1974. Univalent reduction of molecular oxygen by spinach chloroplasts on illumination. J. Biol. Chem. 249: 2175-2181.

134. Asada K. 1996. Radical production and scavenging in the chloroplasts. Photosynthesis and the environment. Ed. Baker N.R. Dordrecht, Netherlands: Kluwer Acad. Publ., P. 123-150.

135. Asada K. 1999. The water-water cycle in chloroplasts: scavenging of active oxygen and dissipation of excess photons. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 50: 601-639.

136. Asada K. 2006. Production and scavenging of reactive oxygen species in chloroplast and their functions. Plant Physiol. 141: 391-396.

137. Barber J, Andersson B. 1992. Too much of a good thing: light can be bad for photosynthesis. Trends Biochem Sci. 17: 61-66.

138. Bennett J. 1981. Biosynthesis of the light-harvesting chlorophyll a/b protein. Polypeptide turnover in darkness. Eur J. Biochem. 118: 61-70.

139. Bergo E, Segalla A, Giacometti G. M, Tarantino D, Soave C, Andreucci F, Barbato R. 2003. Role of visible light in the recovery of photosystem II structure and function from ultraviolet-B stress in higher plants. J. Exp. Bot. 54(388): 1665 1673.

140. Berova M, Zlatev Z, Stoeva N. 2002. Effect of paclobutrazol on wheat seedlings under low temperature stress. Bulg. J. Plant Physiol. 28(1-2): 75-84.

141. Berry J.A, Bjorkman O. 1980. Photosynthetic response and adaptation to temperature in higher plants. Annu Rev Plant Physiol. 31: 491-543.

142. Bharti A.K, Khurana J.P. 1997. Mutants of Arabidopsis as tools to understand the regulation of phenylpropanoid pathway and UV-B protection mechanisms. Photochem Photobiol. 65: 765-776.

143. Bhattacharjee S. 2005. Reactive oxygen species and oxidative burst: Roles in stress, senescence and signal transduction in plants. Current Science. 89(7): 11131121.

144. Bigler W, Schreiber U. 1990. Chlorophyll luminescence as an indicator of stress-induced damage to the photosynthetic apparatus. Effects of heat-stress in isolated chloroplasts. Photosynth Res. 25: 161-71.

145. Bisht R., Singariya P., Mathur N., Bohra S.P. 2007. Triazoles: Their effects on net photosynthetic rate, transpiration rate and stomatal resistance in Setaria italica plants grown in vivo. Asian J. Exp. Sci. 21(2): 271-276.

146. Biswal B., Joshi P. N., Kulandaivelu G. 1997. Changes in leaf protein and pigment contents and photosynthetic activities during senescence of detached maize leaves influence of different ultraviolet radiations. Photosynthetica 34: 37-44.

147. Biswal U.C, Biswal B. 1984. Photocontrol of leaf senescence. Photochem Photobiol. 39: 875-879.

148. Biswal U.C., Biswal B., Raval M.K. 2003. Chloroplast biogenesis. From propastid to gerontoplast. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.

149. Boccalandro H.E., Mazza C.A., Mazzella M.A., Casal J. J., Bailaré C.L. 2001. Ultraviolet B radiation enhances a phytochrome-B mediated photomorphogenic response in Arabidops. Plant Physiol. 126(2): 780-788.

150. Bode J., Wild A. 1984. The influence of (2-(chloroethyl)treemethylammoniumchloride (CCC) on growth and photosynthetic metabolism of young wheat plants (Triticum aestivum L.). J. Plant Physiol. 116: 435-446.

151. Bowler, C., Van Montagu M., Inze D. 1992. Superoxide dismutase and stress tolerance. Ann. Rev. Plant Physiol. Mol. Biol. 43: 83-116.

152. Boyer J.S. 1982. Plant productivity and environment. Science. 218: 443-448.

153. Brookes P. S., Y. Yoon, J. L. Robotham, M. W. Anders and S.-S. Sheu. 2004. Calcium, ATP, and ROS: A mitochondrial love-hate triangle. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 287: 817-833.

154. Brown B.A., Cloix C., Jiang G.H., Kaiserli E., Herzyk P., Kliebenstein D.J., Jenkins G.I. 2005. A UV-B-specific signaling component orchestrates plant UV protection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102(50): 18225-30.

155. Caldas T., Demont-Caulet N., Ghasi A., Richarme G. 1999. Thermoprotection by glycinebetaine and choline. Microbiology. 145: 2543-2548.

156. Caldwell M.M., Teramura A.H., Tevini M., Bornman J.F, Bjorn L.O., Kulandaivelu G. 1995. Effects of increased solar ultraviolet radiation on terrestrial plants. Ambio 24: 166-173.

157. Cary A.J., Liu W, and Howell S.H. 1995. Cytokinin action is coupled to ethylene in its effects on the inhibition of root and hypocotyl elongation in Arabidopsis thaliana seedlings. Plant Physiol. 107: 1075-1082.

158. Casal J.J., Sánchez R.A., Botto J.F. 1998. Modes of action of phytochromes. J. Exp. Bot.49: 127-138.

159. Cathey H. M. 1964. Physiology of growth retarding chemicals. Ann.Rev.Plant Physiol. 15:271-302.

160. Che F-S., Cho C., Hyeon S-B., Isogai A., Suzuki A. 1990. Metabolism of choline chloride and its analogs in wheat seedlings. Plant Cell Physiol. 31(1): 45-50.

161. Che F.-S., Sato F., Hyeon S.-B., Isogai A., Yamada Y., Suzuki A. 1993. Stimulation of photosynthesis and growth of photoautotrophically cultured plant cells by choline and its analogs. Plant Cell Reports. 12: 691-693.

162. Chen Z., Silva H., Klessig D.F. 1993. Active oxygen species in the induction of plant systemic acquired resistance by salicylic acid. Science. 262: 1883-1885.

163. Chen M., Chory J., Fankhauser C. 2004. Light signal transduction in higher plants. Ann. Rev. Gen. 38: 87-117.

164. Chinnusamy V., Yagendorf A., Zhu J.-K. 2005. Understanding and improving salt tolerance in plants. Crop Sci. 45: 437-448.

165. Christie J.M. 2007. Phototropin blue-light receptors, Annu. Rev. Plant Biol. 58: 21— 45.

166. Corcoran E.E., Means A.R. 2001. Defining Ca /calmodulin-dependent protein kinase cascades in transcriptional regulation. J. Biol. Chem. 276(5): 29752978.

167. Cormier M.J., Prichard P.M. 1968. An investigation of the mechanism of the luminescent peroxidation of luminal by stopped flow techniques. J. Biol. Chem. 243:4706-4714.

168. Cropat J., Beck C.F. 1998. Characterization of photoreceptor and signaling pathway for light induction of the Chlamydomonas heat-shock gene HSP70A. Phochem. Photobiol. 68: 414-419.

169. Dash S., Mohanty N. 2001. Evaluation of assays for the analysis of thermo-tolerance and recovery potentials of seedlings of wheat (Triticum aestivum L.) cultivars. J. Plant Physiol. 158: 1153-65.

170. Dash S., Mohanty N. 2002. Response of seedlings to heat-stress in cultivars of wheat: Growth temperature-dependent differential modulation of photosystem 1 and 2 activity, and foliar antioxidant defense capacity. J. Plant Physiol. 159: 49-59.

171. Dat J.F., Lopez-Delgado H., Foyer C.H., Scott I.M. 1998. Parallel changes in H202 and catalase during thermotolerance induced by salicylic acid or heat acclimation in mustard seedlings. Plant Physiol. 116: 1351-1357.

172. Dat J., Yandenbeele S., Vranova E., Van Montagu M., Inze D., Van Breusegm F. 2000. Dual action of the active oxygen species during plant stress responses. Cell. Mol. Life Sci. 57: 779-795.

173. Dekker J. P., Hassold A., Petterson A., Roon Van H., Groot M-L., and R. Van Grondelle. 1995. On the nature of the F695 and F685 emission of photosystem II. In: P. Mathis (ed), Photosynthesis: from Light to Biosphere, 1, 53-56.

174. Demmig-Adams B., Adams W.W. 2002. Antioxidants in photosynthesis and human nutrition. Science. 298; 2149-2153.

175. Demmig-Adams B., Adams W. W. 2006. Photoprotection in an ecological context: the remarkable complexity of thermal energy dissipation. New Phytolog. 172: 11—21.

176. Desikan R., Mackerness A.H.S., Hancock J.T., Neill SJ. 2001. Regulation of the Arabidopsis transcriptome by oxidative stress. Plant Physiol. 127: 159-172.

177. El-Khawas S., Khatab H. 2007. Comparative studies on the Effects of Different Light Qualities on Vigna Sinensis L. and Phaseolus Vulgaris L. Seedlings. Res. J. Agric. Biol. Sci. 3(6): 790-799.

178. El-Shitinawy F., Ebrahim M.K.H, Sewelam N., El-Shourbagy M.N. 2004. Activity of photosystem 2, lipid peroxidation, and the enzymatic antioxidant protective system in heat shocked barley seedlings. Photosynthetica. 42: 15-21.

179. Evans A., Smith H. 1976. Localization of phytochrome in etioplasts and its regulation in vitro of gibberellin levels. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 73: 138-142.

180. Fabijan D.M., Dhindsa P.P., Reid D.M. 1981. Effects of two growth retardants on tissue permeability in Pisum sativum and Beta vulgaris. Planta. 152: 481-486.

181. Fletcher R.A., Hofstra G. 1988. : Triazoles as potential plant protectants. In: Berg D. and M. Plempel (ed.): Sterol biosynthesis inhibitors. Pp.321-331. Ellis Horwood Ltd, Chichester England.

182. Fletcher R., Gilley A., Davi T., Sankhla N. 2000. Triazoles as plant growth regulators and stress protectants. Hort. Rev., 24: 55-138.

183. Fomina I.R., Balakhnina T.I., Hertz S.M., Ivanov A.A., Ivanova E.P., Kosobrukhov A.A., Lyubimov V.Yu., Nazarova G.N., Serdyuk O.P., Smolygina L.D., Bil'

184. Foyer C.H, Halliwell B. 1976. The presence of glutathione and-glutathione reductase in chloroplasts: A proposed role in ascorbic acid metabolism. Planta-133: 2125.

185. Foyer C.H, Descourvieres P, Kunert K.J. 1994. Protection against oxygen radicals: an important defense mechanism studied in transgenic plants. Plant Cell Environ. 17: 507-523.

186. Foyer C.H, Lopez-Delgado'H, Dat J.F, Scott I.M. 1997. Hydrogen peroxide- and glutathione-associated mechanisms of acclimatory stress tolerance and signalling. Physiol. Plant. 1004: 241-254.

187. Foyer C.H, Noctor G. 2003. Redox sensing and signalling associated with reactive oxygen in chloroplasts, peroxisomes and mitochondria, Physiol. Plant. 119: 355-364.

188. Frohnmeyer H, Staiger D. 2003. Ultraviolet-B Radiation-Mediated Responses in Plants. Balancing Damage and Protection. Plant. 133: 1420-1428.

189. Hakala M., Tuominen I., Keranen M., Tyystjarvi T., Tyystjarvi E. 2005. Evidence for the role of oxygen-evolving manganese complex in photoinhibition of photosystem II. Biochim. Biophys. Acta. 1706: 68-801

190. Hader D.-P., Kumar HI D., Smith R. C., Worrest R. C. 2003. Aquatic ecosystems: effects pf solar ultraviolet radiation and interactions with other climatic change factors. Photochem. Photobiol. Sci., 2: 39-50.

191. Hall-A.E. 2001. Grop responses to environment. CRS Press LLC, Boca Raton, p. 324.

192. Halliwell Bl 1994. How to characterize an antioxidant: an update. Biochem. Soc. Symp. 61: 73-101.

193. Han T., Sinha R. P., Hader D.-P. 2001. UV-A/blue light-induced reactivation of photosynthesis in UV-B irradiated cyanobacterium, Anabaena sp. J. Plant Physioll, 158: 1403-1413.

194. Havaux M. 1993. Rapid photosynthetic adaptation to heat stress triggered in potato leaves by moderately elevated temperatures. Plant Cell Environ. 16: 461-467

195. Havaux M., Greppin H., Strasser R.J. 1991. Functioning of photosystems I and II in pea leaves exposed to heat stress in the presence or absence of light. Planta 186: 88-98

196. Havaux M., Tardy F. 1996. Temperature-dependent adjustment of the thermal stability of photosystem II in vivo: possible involvement of xanthophyll-cycle pigments. Planta. 198: 324-333.

197. Hayashi H., Murata N. 1998. Genetically engineered enhancement of salinity tolerance in higher plants. Stress responses of photosynthetic organisms / Eds Satoh K., Murata N. Amsterdam, Tokyo: Elsevier, P. 133-148.

198. Heckathorn S.A., Downs S.A., Sharkey T.D., Soleman J.S. 1998. The small, methionine-rich chloroplast heat shock protein protects photosystem II electron transport during heat stress. Plant Physiol. 116 (1): 439—444.

199. Hideg E., Kalai T., Hideg K., Vass I. 1998. Photoinhibition of photosynthesis in vivo results in singlet oxygen production detection via nitroxide-induced fluorescence quenching in broad bean leaves. Biochemistry 37: 11405-11411.

200. Hu X., Zhang A., Zhang J.s Jiang M. 2006. Abscisic acid is a key inducer of hydrogen peroxide production in leaves of maize plants exposed to water stress. Plant Cell physiol. 47(11): 1484-1495.

201. Hung S.-H., Yu C.-W., C.H. Lin. 2005. Hydrogen peroxide functions as a stress signal in plants. Bot. Bull. Acad. Sin. 46: 1-10.

202. Gaspar T, Penel C, Thorpe T, Greppin H. (Eds.) Peroxidases 1970-1980. A survey of their biochemical and physiological roles in higher plants. University of Geneva, Switzerland. 1982.

203. Gilley A., Fletcher R.A. 1997. Relative efficacy of paclobutrazol, probiconanzole and tetraconazole as stress protectants in wheat seedlings. Plant Growth Reg. 4: 181-188.

204. Goltsev V., Yordanov I. 1997. Mathematical model of prompt and delayed chlorophyll fluorescence induction kinetics. Photosynthetica 33: 571-586.

205. Goltsev V., Chernev P., Zaharieva I., Lambrev P., Strasser R. J. 2005. Kinetics of delayed chlorophyll a fluorescence registered in milliseconds time range. Photosynth. Res. 84: 209-215.

206. Gombos Z., Wada H., Hideg E., Murata N. 1994. The unsaturation of membrane lipids stabilizes photosynthesis against heat stress. Plant Physiol. 104: 563567.

207. Gong M., Li Y. J., Chen S. Z. 1998. ABA induced thermotolerance in maize seedlings is mediated by calcium and associated antioxidant systems. J. Plant Physiol. 153: 488-497.

208. Gong M., Chen B., Li Z.G., GuoL.H. 2001. Heat shock-induced cross adaptation to heat, chilling, drought and salt stresses in maize seedlings and involvement of H202. J. Plant. Physiol. 158: 1125-1130.

209. Grover A. 2002. Molecular biology of stress responses. Cell Stress Chap. 7(1): 1-5

210. Grover A., Agarwal M., Katiyar-Agarwal S., Sahi C., Agarwal S. 2000. Production of high temperature tolerant transgenic plants through manipulation of membrane lipids. Curr. Sci. 79: 557-559.

211. Grossmann K. 1990. Plant growth retardants as tools in physiological research. — Physiol Plant. 78: 640-648.

212. Jansen M.A.K., Gaba V., Greenberg B.M., Mattoo A.K., Edelman M. 1996. Low threshold levels of ultraviolet-B in a background of photosynthetically active radiation trigger rapid degradation of the D2 protein of photosystem II. The Plant J. 9: 693-699.

213. Jansen M.A.K., Gaba V., Greenberg B.M. 1998. Higher plants and UV-B radiation: balancing damage, repair and acclimation. Trends Plant Sci. 3: 131-135.

214. Jiang M., Zhang J. 2002. Water stress-induced abscisic acid accumulation triggers the increased generation of reactive oxygen species and up-regulates the activities of antioxidant enzymes in maize leaves. J. Exp. Bot. 53( 379): 2401-2410.

215. Jiao Y., Lau O.S., Deng X.W. 2007. Light-regulated transcriptional networks in higher plants. Nat. Rev. Genet. 8: 217—30.

216. Jones P.D., New M., Parker D.E., Mortin S., Rigor I.G. 1999. Surface areatemperature and its change over the past 150 years. Rev. Geophys. 37: 173— 199.

217. Joshi P.N., Biswal B., Biswal V.C. 1991. Effect of UV-A on aging of wheat leaves and role of phytochrome. Environ Exp. Bot. 31: 267-276.

218. Kadir S., Von Weihe M. 2007. Photochemical efficiency and recovery of photosystem II in grapes after exposure to sudden and gradual heat stress. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 132: 751-882.

219. Kara A.N., Kotov A.A., Bukhov N.G. 1997. Specific distribution of gibberellins, cytokinins, indole-3-acetic acid, and abscisic acid in radish plants closely correlates with photomorphogenetic responses to blue or red light. J. Plant Physiol. 151:51-59.

220. Karu T. 2000. Mechanisms of low-power laser light action on cellular level, In: Lasers in Medicine and Dentistry, Simunovic, Z., ed., Vitgraf, Rijeka, (Croatia), pp. 97-125.

221. Karu T.I. 2008. Mitochondrial signaling in mammalian cells activated by red and near-IR radiation. Photochem. Photobiol. 84: 1091-1099.

222. Karu T. I., Pyatibrat L.V., Afanasyeva N. I. 2004. A novel mitochondrial signaling pathway activated by visible-to-near infrared radiation. Photochem. Photobiol. 80: 366-372.

223. Kendrick R. E., Kronenberg G. H. M. (eds) (1994) Photomorphogenesis in Plants, 2nd Ed., Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands.

224. Khalil A. 1995. Chlorophyll and carotenoid contents in cereals as affected by growth retardants of the.triazol series. Cereal Res. Comm. 23: 183-189.

225. Kim K., Portis Jr. A.R. 2004. Oxygen-dependent H2O2 production by Rubisco. Fed. Europ. Biochem. Soc. Lett. 571:124-128.

226. Kobzar' E.F., Kreslavski V.D., Muzafarov E.N. 1998. Photomorphogenetic responses to UV radiation and short-time red light in lettuce seedlings. Plant Growth Regul. 26: 73-76.

227. Kobzar' E.F., Kreslavski V.D., Muzafarov E.N. 1999. Red radiation and choline compounds influence growth and greening of wheat seedlings. Photosynthetica. 36 (3): 333-340.

228. Kolli B. K., Tiwari S., Mohanty P. 1998. Ultraviolet-B induced damage to photosystem II in intact filaments of Spirulina platensis, Z. Naturf. 53c: 369377.

229. Kohli R., Gupta P.K., Dube A. 2000. Helium-neon laser preirradiation induces protection against UVC radiation in wild-type E. Coli strain K12AB1157. Rad. Res. 153: 181-185.

230. Konigshofer H., Tromballa H.W., Loppert H.G. 2008. Early events in signalling high-temperature stress in tobacco BY2 cells involve alterations in membrane fluidity and enhanced hydrogen peroxide production. Plant Cell Environ. 31(12):1771-80.

231. Kosobryukhov A.A., Kreslavski V.D., Khramov R. N., Bratkova L.R., Shchelokov R.N. 2000. Effect of additional low intensity luminescence radiation 625 nm on plant growth and photosynthesis of plants. Biotronics. 29: 1-6.

232. Kotilainen T., Telelberg R., Julkunen T., Lindfors A., Aphalo P.J. 2007. Metabolic specific effects of solar UV-A and UV-B on alder and birch leaf phenolics. Global Change biology. 14(6): 1294-1304.

233. Kotov A.A., Kotova L.M. The contens of auxins and cytokinins in pea internodes as related to the growth of lateral buds. J. Plant Physiol. 2000. 156(4): 438-448.

234. Krause G.H. 1994. The role of oxygen photoinhibition of photosynthesis. Causes of photooxidative stress and amelioration of defense system in plants / Eds Foyer C.H., Millenaux P.M. Boca Raton: CRC Press, P. 43-76.

235. Krause G.H., Weis E. 1991. Chlorophyll fluorescence and photosynthesis: the basics. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 42: 313-349.

236. Kreslavski V.D., Kobzar E.F., Muzafarov E.N. 1997. Effect of red radiation, kinetin and linurone on growth and ethylene production in Chlorella. Biol. Plant. 39: 427-430.

237. Kreslavski V.D., Balakhnina T.I., Khristin M.S., Bukhov N.G. 2001. Pretreatment of bean seedlings by choline compounds increases the resistance of photosynthetic apparatus to UV radiation and elevated temperatures. Photosynthetica. 39(3): 353-358.

238. Kreslavski V.D., Carpentier R., Klimov V.V., Allakhverdiev S.I. 2009a. Transduction mechanisms of photoreceptor signals in plant cells (review). J. Photochem. Photobiol. Photochem. Rev. 10: 63-80.

239. Kreslavski V., Kobzar E., Ivanova E., Kuznetsov E. 2005. Effects of short-time red radiation and choline compounds on cytokinin content, chlorophyll accumulation and photomorphogenesis in wheat seedlings. Plant Growth Regul. 47: 9-15.

240. Krishna P. 2003. Brassinosteroid-mediated stress responses. J. Plant Growth Regul. 22:289-297.

241. Krizek D.T., Britz S.J., Mirecki R.M. 1998. Inhibitory effects of ambient levels of solar UV-A and UV-B radiation on growth of cv. New Red Fire lettuce. Physiol Plant 103: 1-7.

242. Krol E., Dziubinska H., Stolarz M., Trebacz K. 2006. Effects of ion channel inhibitors on cold- and electrically-induced action potentials in Dionae muscipula. Biol. Plant. 50: 411 416.

243. Kuk Y.I., Shin J.S., Burgos N.R., Hwang T.E., Han O., Cho B.H., Jung S., Guh J.O. 2003. Antioxidative enzymes offer protection from chilling damage in rice plants. Crop Sci. 43:2109-2117.

244. Kuznetsov E. D., Vasilenko V. F., Kreslavski V. D. 1992. Stimulation effects of short-term red light and plant growth retardant on greening and formation of photosynthetic apparatus in wheat seedlings. Plant Physiol. Biochem. 30: 559564.

245. Kuznetsov E. D., Kobzar' E. F., Kreslavski V. D, Muzafarov E. N. 1996. Cytokinin level changes by chlorocholine chloride and red light. 10th FESPP CONGRESS, Florence, Italy, September 9-13, p.208.

246. Mackay C.E., Senaratna T., McKersie B.D., Fletcher R.A. 1987. Ozone induced injury to cellular membranes in Triticum aestivum L. and protection by the Triasole S-3307. Plant Cell Physiol. 128: 1271-1278.

247. Maestri Ev Klueva N., Perrotta C., Gullil M., Henry T., Nguyen H.T., Marmiroli N. 2002. Molecular genetics-of heat tolerance and heat shock proteins in cereals. Plant Mol. Biol9. 48: 667-81.

248. Martin C., Thimann K.V. 1972. The role of protein synthesis in the senescence of leaves. Plant Physiol. 49: 64-71.

249. Mckersie B.D., Leshem Y.Y. 1994. Stress and stress coping in cultivated plants. Kluwer Academic Publishers, Netherland.

250. McKee I.F., Long S.P. 2001. Plant growth regulators control ozone damage to wheat yield. New Physiologist. 152(1): 41-51.

251. Melis A., Nemson J.A., Harrison M. 1992. Damage to functional components and partial degradation of photosystem II reaction center proteins upon chloroplast exposure to ultraviolet-B radiation. Biochim. Biophys. Acta. 1100: 312-320.

252. Michalski A.I., Johnson T.E., Cypser J.R., Yashin A.I. 2001. Heating stress patterns in Caenorhabditis elegans longevity and survivorship. Biogerontology. 2:35-44.

253. Miller G., Mittler R. 2006. Could heat shock transcription factors function as hydrogen peroxide sensors in plants? Ann. Bot. (Lond) 98:279-288.

254. Minorsky. 2004. The hot and the classic. Plant Physiol. 134:16-17.

255. Mirecki R.M., Teramura A.H. 1984. Effect of ultraviolet B irradiance on soybean. V. The dependence of plant sensitivity on photosynthesis flux density during and after leaf expansion. Plant Physiol. 74: 475-480.

256. Mita T., Shibapka H. 1984. Effects of S-3307, an inhibitor of gibberellin biosynthesis, on swelling of leaf sheath cells and an arrangement of cortical microtubules in onion seedlings. Plant Cell Physiol. 25: 1531-1839.

257. Mittler R. 2002. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in Plant Sci. 7(3): 405-410.

258. M0ller S.G., Ingles P.J, Whitelam G.C. 2002. The cell biology of photochrome signalling. New Physiol. 154: 553-590.

259. Mubarakshina M., Khorobrykh S., Ivanov B. 2006. Oxygen reduction in chloroplast thylakoids results in production of hydrogen peroxide inside the membrane. Biochim. Biophys. Acta. 1757: 1496-1503.

260. Muller-Moule P., Golan T., Niyogi K.K. 2004. Ascorbate-deficient mutants of Arabidopsis grow in high light despite chronic photooxidative stress. Plant Physiol. 134: 1163-1172.

261. Murata N., Nishiyama Y. 1998. Molecular mechanisms of the low-temperature tolerance of the photosynthetic machinery. Stress responses of photosynthetic organisms. Eds Satoh K., Murata N. Amsterdam, Tokyo: Elsevier, P. 93-112.

262. Murata N., Takahashi S., Nishiyama Y., Allakhverdiev S.I. 2007. Photoinhibition of photosystem II under environmental stress. Biochim. Biophys. Acta. 1767: 414-421.

263. Nakano Y., Asada K. 1981. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate -specific peroxide in spinach chloroplasts. Plant Cell Physiol. 22: 867-880.

264. Neuhaus G., Bowler C., Kern R, Chua N.-H. 1993. Calcium/calmodulin-dependent and -independent phytochrome signal transduction pathways. Cell. 73: 937952.

265. Neuhaus G., Bowler C., Hiratsuka K., Yamagata H., Chua N-H. 1997. Phytochrome-regulated repression of gene expression requires calcium and cGMP. EMBO J. 16(10): 2554-2564.

266. Nishiyama Y., Yamamoto H., Allakhverdiev S.I., Inaba M., Yokota A., Murata N. 2001. Oxidative stress inhibits the repair of photodamage to the photosynthetic machinery. EMBO J. 20: 5587-5594.

267. Nishiyama Y., Allakhverdiev S.I., Yamamoto H., Hayashi H., Murata N. 2004. Singlet oxygen inhibits the repair of photosystem II by suppressing the transport elongation of the D1 protein in Synechocystis sp. PCC 6803. Biochemistry (USA). 43: 11321-11330.

268. Nishiyama Y., Allakhverdiev S.I., Murata N. 2005. Inhibition of the repair of photosystem II by oxidative stress in cyanobacteria. Photosynth Res. 84:1-7.

269. Nishiyama Y., Allakhverdiev S.I., Murata N. 2006. A new paradigm for the action of reactive oxygen species in the photoinhibition of photosystem II. Biochim. Biophys. Acta. 1757: 742-749.

270. Nitta K., Suzuki N., Honma D., Kaneko Y., Nakamoto H. 2005. Ultrastructural stability under high temperature or intensive light stress conferred by a small heat shock protein in cyanobacteria. FEBS Lett. 579:1235-1242.

271. Nooden L.D. Plant cell death processes. Academic Press/Elsevier Science Pub. 2004.

272. Paliyath G., Fletcher R.A. 1995. Paclobutrazol treatment alters peroxidase and catalase activities in heat stressed maize coleoptiles. Physiol. Mol. Biol. Plants. 1: 171-178.

273. Palozza P., Krinsky N.I. 1992. (3-Carotene and a-tocopherol are synergistic antioxidants. Arch. Biochem. Biophys. 297: 184-187.

274. Paoletti F., Aldinicci D., Mocali A., Caparrini A. A. 1986. Sensitive spectrophotometric method for the determination of superoxide dismutase activity in tissues extracts. Anal. Biochem. 154: 536-541.

275. Pastori G.M., Foyer C.H. 2002. Common components, networks and pathways of cross-tolerance to stress. The central role of 'redox' and abscisic-acid-mediated controls. Plant Physiol. 129: 460-468.

276. Payton P., Webb R., Kornyeyev D., Allen R., Holaday S. 2001. Protecting cotton photosynthesis during moderate chilling at high light intensity by increasing chloroplastic antioxidant enzyme activity. J. Exp. Bot. 52: 2345-2354.

277. Pei Z.-M., Murata Y., Benning G., Thomine S., Klusener B., Allen G.J., Grill E., Schroeder J.I. 2000. Calcium channels activated by hydrogen peroxide mediate abscisic acid signalling in guard cells. Nature. 406: 731-734.

278. Pinhero R.G., Rao M.V., Paliyath G., Murr D.P., Fletcher R.A. 1997. Changes in activities of antioxidant enzymes and their relationship to genetic and paclobutrazol induced chilling tolerance of maize seedlings. Plant Physiol. 114:685-704.

279. Piippo M., Allahverdiyeva Y., Paakkarinen V., Suoranta U-M., Battchikova N., Aro E-M. 2006. Chloroplast-mediated regulation of nuclear genes in Arabidopsis thaliana'm the absence of light stress. Physiol. Genomics. 25:142-152.

280. Pitcher L.H., Repetti P., Zilinskas B.A. 1994. Overproduction of ascorbate peroxidase protects transgenic tobacco plants against oxidative stress (abstract No. 623). Plant Physiol. 105: S-169.

281. Pjon C.J. 1981. Effects of cycloheximide and light on leaf senescence in maize and hydrangea. Plant Cell Physiol. 22: 847-854.

282. Pjon C.-J., Kim Yu-M., Pak J-Y. 1992. Interaction of cycloheximide and light onchlorophyll content and chloroplast ultrastructure in Brassica campestris. Bot. Mag. Tokyo 105: 681-685.

283. Powles S.B. 1984. Photoinhibition of photosynthesis induced by visible light // Annu. Rev. Plant Physiol. 35: 15-44.

284. Pradhan M.K., Joshi P. N., Nair J. S., Ramaswamy N.K., Iyer R.K., Biswal B., Biswal U. C. 2006. UV-B exposure enhances senescence of wheat leaves: modulation by photosynthetically active radiation. Rad. Environ. Bioph. 45{3}: 221-229.

285. Prasad T.K., Anderson M.D., Stewart C.R. 1995. Localization and characterization of peroxidases in the mitochondria of chilling-acclimated maize seedlings. Plant Physiol. 108: 1597-1605.

286. Opanasenko V., Agafonov A., Demidova R. 2002. Effects of heterocyclic and tertiary permeant amines on the electron transfer in thylakoid membranes. Photosynth. Res. 72: 243-53.

287. Qi Z., Yue M., Wang X.L. 2000. Laser pretreatment protects cells of broad bean from UV-B radiation damage. J. Photochem. Photobiol. B: Biology. 59: 33-37.

288. Qi Z., Yue M., Han R., Wang X.L. 2002. The damage repair role of He-Ne laser on plants exposed to different intensities of ultraviolet-B radiation. Photochem. Photobiol. 75(6): 680-686.

289. Quail P.H. 2002. Phytochrome photosensory signaling networks. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 3: 85-93.

290. Quail P.H. 2006. Phytochrome signal transduction network. In E. Schäfer, F. Nagy, eds, Photomorphogenesis in Plants and Bacteria. Springer, Dordrecht, The Netherlands, pp. 335-356.

291. Quail P.H. 2007. Phytochrome-regulated gene expression. J. Integrative Plant Biol. 49:11-20.

292. Quist G., Cambell D., Clarke A., Gustafsson P. 1995. The cyanobacterium Synechococcus modulates photosystem II function in response to excitation stress through D1 exchange, Photosynth. Res. 46: 151—158.

293. Rademacher W. 1990. New types of plant growth retardants: Additional perspectives for practical application in agriculture and horticulture. In: Plant growth substances. Springer-Verlag. Berlin. Heidelberg, P. 611-618.

294. Rajala A., Peltonen-Sainio P. 2001. Grain and oil crops. Plant growth regulator effects on spring cereal root and shoot growth. Agron. J. 93:936-943.

295. Raskin I. 1992. Role of salicylic acid in plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant,Mol. Biol. 43: 439-463. '

296. Renger G, Volker M, Eckert H. J, Fromme R, Hohm-Veit S, Graber P. 1989. On mechanism of photosystem II deterioration by UV-B radiation. Photochem. Photobiol. 49: 97-105.

297. Robertson A.J, Ishikawa M, Gusta L, MacKenzie S.L. 1994. Abscisic acid-induced heat tolerance cell Bromus inermis Leyss suspension culture. Plant Physiol. 105: 181-190.

298. Rodriguez E.M, Svensson J.T, Malatrasi N. Choi D.W, Close T.J. 2005. Barley Dhnl3 encodes a KS-type dehydrin with constitutive and stress responsive expression. Theor. Appl. Genet. 140: 852-858.

299. Ryan M. T, Hoogenraad N. J. 2007. Mitochondrial-nuclear communications. Annu. Rev. Biochem. 76: 701-722.

300. Ruyters G. 1988. Light-stimulated respiration in green alga Dunaliella tertiolecta: involvement of ultraviolet/blue light photoreceptors and phytochrome. Planta. 174: 422-425.

301. Sabehat A, Weiss D, Lurie S. 1998. Heat shock proteins and cross-tolerance in plants. Physiol. Plant. 103: 437-441.

302. Sairam R.K, Svastava G.G, Saxena D.C. 2000. Increased antioxidant activity under elevated temperatures: A mechanism of heat stress tolerance in wheat genotypes. Biol. Plant. 43 (2): 245-251.

303. Salvucci M.E, Crafts-Brandner J. 2004. Relationship between the heat tolerance of photosynthesis and the thermal stability of rubisco activase in plants from contrasting thermal environments. Plant Physiol. 134:1460-1470.

304. Salvucci M.E, DeRidder B.P, Portis A.R.Jr. 2006. Effect of activase level and isoform on the thermotolerance of photosynthesis in Arabidopsis. J.Exp. Bot, 57: 3793-3799.

305. Sankhla N, Davis T.D, Upadhyaya A, Sankhla D, Walser R.H, Smith B.N. 1985. Growth and metabolism of soybean as affected by paclobutrazol. Plant Cell Physiol. 26:913-921.

306. Scandalios J.G. 2005. Oxidative stress: molecular perception and transduction of signal triggering antioxidant gene defenses. Braz. J. Med. Biol. Res. 38(7): 995-1014.

307. Schäfer E., Bowler C. 2002. Phytochrome-mediated1 photoperception and signal transduction in higher plants. EMBO reports. 3(11): 1042-1048.

308. Schäfer E., Nagy F. 2006. Photomorphogenesis in Plants and Bacteria. Function and Signal Transduction Mechanisms. Springer, Dordrecht, the Netherlands.

309. Schoner S., Krause G.H. 1990. Protective systems against active oxygen in spinach: response to cold acclimation in excess light. Planta. 180: 383-389.

310. Schreiber U., Kriger A. 1996. Two fundamentally different types of variable chlorophyll fluorescence in vivo. FEBS Lett. 397: 131-135.

311. Schroda M., Vallon O., Wollman F-A., Beck C.F. 1999. A chloroplast-targeted heat shock protein 70 (HSP70) contributes to the photoprotection and repair of photosystem II during and after photoinhibition. The Plant Cell. 11: 1165— 1178.

312. Sharkey T.D. 2005. Effects of moderate heat stress on photosynthesis: importance of thylakoid reactions, rubisco deactivation, reactive oxygen species, and thermotolerance provided by isoprene. Plant Cell Env. 28: 269-277.

313. Shao H-B., Chu L-Y., Lu Z-H., Kang C-M. 2008. Primary antioxidant free radical scavenging and redox signaling pathways in higher plant cells. Int. J. Biol. Sei. 4:8-14.

314. Sharma R., Sopory S.K., Guha-Mukherjee S. 1976. Phytochrome regulation of peroxidase activity in maize. Plant Sei. Lett. 6(1): 69-75.

315. Sharma N., Kaur N., Gupta A.K. 1998a. Effects of gibberellic acid and chlorocholine chloride on tuberisation and growth of potato {Solanum, tuberosum L.). J. Sei. Food Agric. 244(78): 466-470.

316. Sharma P.K., Anand P., Sankhalkar S. 19986. Oxidative damage and changes in activities of antioxidant enzymes in wheat seedlings exposed to ultraviolet-B radiation. Curr. Sei. 75: 359-366.t325 . •

317. Sheng R.Y., Li P!M., Xue G.X., Zhao X.X., Gao H.Y. 2006; Choline chloride protects ceirmembrane and the photosynthetic apparatus in-cucumber seedling leaves at low temperature and; weak light:;!- PlanfcPhysidl; Mol. Bioll 32:87-93;:

318. Sicora C., Mate Zl, Vass I. 2003. The interaction of visible and UV-B light during . photodamage and repair of photosystem II. Photosynth. Res. 75: 127-137.

319. Sidoruk K., Melnik V., Babykin M;, Cerff R;,. Shestakov S. 1999. The Phototrophic Prokaryotes / Eds. .G;A.':. Peschek, W; Eoffelhardtj G; Schmetterer. Plenum« Publ. N.Y.: Kluwer Acad., P. 715-718.

320. Singh N.K., Handa A.K., Hasegawa P.M., Bressam R.A. 1985. Proteins associated with adaptation of cultured tobacco cells to NaCl. Plant Physiol. 79:126-137.

321. Singh A., Grover A. 2008. Genetic engineering for heat tolerance in plants. Physioli Mol. Biol. Plants. 14(1, 2): 155-166:

322. Singh I, Shono Mi 2005. Physiological and molecular effects of 24-epibrassinolide, a brassinosteroid on thermotolerance of tomato. Plant Growth Regul. 47:111-119.

323. Smirnoff N. 1993 : The role of active oxygen in the response of plants to water deficit and desiccation; New Phytol. 125:27-58.

324. Smirnoff N. 2000; Ascorbic acid: metabolism and functions of a multi-faceted molecule. Curr. Opin. Plant Biol. 3: 229-235.

325. Smith H., Whitelam G.C. 1997. The shade, avoidance syndrome: Multiple responses mediated by multiple phytochromes. Plant Cell Environ. 20: 840-844.

326. Spalding E.P;, Eolta K.M. 2005. Illuminating topics in plant photobiology. Plant Cell Environ. 28: 39-53.

327. Stapel D. E. Kruse K. Kloppstech. 1993. The protective effect of heat shock proteins against photoinhibition under heat shock in barley (Hordeum vulgare). J. Photochem. Photobiol. B. 21: 211-218.

328. Storz G., Imlay J.A. 1999. Oxidative Stress. Curr. Opin.Microbiol. 2: 188-194.

329. Strid A.W., Chow S., Anderson J.M. 1994. UV-B damage and protection at the molecular level in plants. Photosynth. Res. 39: 475-489.

330. Suzuki N., Mittler R. 2006. Reactive oxygen species and temperature stresses: Adelicate balance between signaling and destruction. Physiol. Plant. 126(1): 45-51.

331. Takahashi S., Murata N. 2008. How do environmental stresses accelerate photoinhibition? Trends in Plant Science. 13:178-182.

332. Talanova V.V., Titov A.F. 1994. Endogenous abscisic-acid content in cucumber -leaves under the influence of unfavorable temperatures and salinity. J. Exp. Bot. 45: 1031-1033.

333. Talbott L.D., Zhao J., Han Swez. 2002. Phytochrome and blue light -mediated stomatal opening in the orchid, Paphiopedilum. Plant Cell Physiol. 43: 639-646.

334. Talbott L.D., Shmayevich I.J., Chung Y., Hammad J.W., Zeiger E. 2003. Blue light and phytochrome-mediated stomatal opening in the npql and photl phot2 mutants of Arabidopsis. Plant Physiol. 133:1522-29.

335. Tanaka Y., Nishiyama Y., Murata N. 2000. Acclimation of the photosynthetic machinery to high temperature in Chlamydomonas reinhardtii requires synthesis de novo of proteins encoded by the nuclear and chloroplast genomes. Plant Physiol. 124: 441-450.

336. Tang Y., Wen X., Lu O., Yang Z., Sheng Z. and Lu C. 2007. Heat stress induces an aggregation of the light-harvesting complex of photosystem II in spinach plants. Plant Physiol. 143:629-638.

337. Tepperman J.M., Hwang Y-S., Quail P.H. 2006. PhyA dominates in transduction of red-light signals to rapidly responding genes at the initiation of Arabidopsis seedling de-etiolation. Plant J. 48:728-742.

338. Teramura A. H 1983. Effects of ultraviolet-B radiation on growth and yield of crop plants. Physiol. Plant. 58: 415-427.

339. Teramura A. H., Sullivan J. H. 1991. Potential impacts of increased solar UV-B on global plant productivity. In Photobiology, ed. E. Riklis. New York: Plenum Press, p. 625-634.

340. Teramura A.H., Sullivan J.H. 1994. Effects of UV-B radiation on photosynthesis and growth of terrestrial plants. Photosynth. Res 39: 463-473.

341. Thiele A., Herold M., Lenk I., Quail P.H., Gatz C. 1999. Heterologous expression of Arabidopsis phytochrome B in transgenic potato influences photosynthetic performance and tuber development. Plant Physiol. 120: 73-81.

342. Thomas D.J., Thomas J., Youderian P.A., Herbert S.K. 2001. Photoinhibition and light-induced electron transport in ndhB~ and psaK mutants of Synechocystis sp. PCC 6803. Plant Cell Physiol. 42(8): 803-812.

343. Thompson L.K., Blaylock R., Sturtevant J.M., Brudvig G.W. 1989. Molecular basis of the heat denaturation of photosystem II. Biochemistry. 28: 6686-6695.

344. Tichy M., Vermaas W. 1999. In vivo role of catalase-peroxidase in Synechocystis sp. strain PCC 6803. J. Bacteriol. 181: 1875-1882.

345. Torsethaugen G., Pitcher L.H., Zilinskas B.A., Pell E.J. 1997. Overproduction of ascorbate peroxidase in the tobacco chloroplast does not provide protection against ozone. Plant Physiol. 114: 529-537.

346. Trebst A., Depka B., Hollander-Czytko H. 2002. A specific role for tocopherol and of chemical singlet oxygen quenchers in the maintenance of photosystem II structure and function in Chlamydomonas reinhardtii. FEBS Lett. 516:156-160.

347. Vass I. 1997. Adverse effects of UV-B light on the structure and function of the photosynthetic apparatus. In M Pessarakli, ed, Handbook of Photosynthesis. Marcel Dekker, Inc., New York, pp 931-949.

348. Vierling E. 1991. The roles of heat shock proteins in plants. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 42: 579-620.

349. Volkov R., Panchuk I., Mullineaux P., Schoffl F. 2006. Heat stress-induced H202 is required for effective expression of heat shock genes in Arabidopsis. Plant Mol. Biol. 61:733-746.

350. Uchiyama M., Mihara M. 1978. Determination of malonaldehide precursor in tissues by thiobarbituric acid test. Anal. Biochem. 86: 287-349.

351. Wahid A., Gelani S., Ashraf M., Foolad M.R 2007. Heat tolerance in plants: An overview. Environ. Exp. Bot. 61: 199-223

352. Wang H., Deng X.W. 2003. Dissecting the photochrome A-dependent signaling network in higher plants. Trends in Plant Science. 8: 172-178.

353. Wang H., Xiao L. 2009. Effects of chlorocholine chloride on phytohormones and photosynthetic characteristics in potato (Solarium tuberosum L.). J. Plant Growth Regul. 28(1): 21-27.

354. Weber G., Teale F.W.J. 1957. Determination of the absolute quantum yield of fluorescent solutions. Trans. Faraday Soc. 53: 646-655.

355. Weinig C., Gravuer K.A., Kane N.C., Schmitt J. 2004. Testing adaptive plasticity to UV: costs and benefits of stem elongation and light-induced phenolics. Evolution. 58(12): 2645-2656.

356. West K.R., Wiskich J.T. 1968. Photosynthetic control by isolated pea chloroplasts. Biochem. J. 109: 527-532.

357. Weaver L.M, Amasino R.M. 2001. Senescence Is induced in individually darkened Arabidopsis leaves, but inhibited in whole darkened plants. Plant Physiol. 127: 876-886.

358. Wraight C.A, Crofts A.R. 1971. Delayed fluorescence and light-energy state of chloroplasts. European J. Biochem. 19:386-397.

359. Yamaguchi R, Nakamura M, Mochizuki N, Kay S.A, Nagatani A. 1999. Light-dependent translocation of a phytochrome B-GFP fusion protein to the nucleus in transgenic Arabidopsis. J. Cell Biol. 145: 437-445.

360. Yang X, Liang Z, Lu C. 2005. Genetic engineering of the biosynthesis of glycinebetaine enhances photosynthesis against high temperature stress in transgenic tobacco plants. Plant Physiol. 138: 2299-2309.

361. Yang X, Wen X, Gong H, Lu Q, Yang Z, Tang Y, Liang Z, Lu C. 2007. Genetic engineering of the biosynthesis of glycinebetaine enhances thermotolerance of photosystem II in tobacco plants. Planta. 225: 719-733.

362. Yordanov I.T. 1993. Response of photosynthetic apparatus to temperature stress and molecular mechanisms of its adaptation. Photosynthetica 26: 517-531.

363. Yordanov I. 1995. Responses of photosynthesis to stress and plant growth regulators. Bulg. J. Plant Physiol. 21(2-3): 51-70.

364. Yorio N.C, Goins G.D, Kagie H.R, Wheeler R.M, Sager J.C. 2001. Improving spinach, radish and lettuce growth under red light emitting diodes (LEDs) with blue light supplementation. Hort. Science. 36: 380-383.

365. Yoshimura K, Miyao K, Gaber A, Takeda T, Kanaboshi H, Miyasaka H, Shigeoka S. 2004. Enhancement of stress tolerance in transgenic tobacco plants overexpressing Chlamydomonas glutathione peroxidase in chloroplasts or cytosol. Plant J. 37: 21-33.

366. Zavaletta-Mancera H.A, Lopez-Delgado H, Loza-Tavera H, Mora-Herrera M, Trevilla-Garcia C, Vagras-Suarez M, Ougham H. 2007. J. Plant Physiol.

367. Cytokinin promotes catalase and ascorbate peroxidase activities and preserves the chloroplast integrity during dark-senescence. 164(12): 1572-1582.

368. Zhang L., Paakkarinen V., Van Wijk K.J., Aro E.-M. 2000. Biogenesis of the chloroplast-encoded D1 protein: regulation of mechanisms of D1 protein translation elongation, insertion and assembly. Plant Cell. 12: 1769-1781.

369. Zhao H., Tan J., Qi C. 2007. Photosynthesis of subjected to drought stress is enhanced by choline chloride through alleviating lipid peroxidation and increasing proline accumulation. Plant Growth Regul. 51(3): 255-262.

370. Zeevaart J.A.D., Creelman R.A. 1988. Metabolism and physiology of abscisic acid. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 39: 439^73.

371. Zorb C., Brunner K. D., Perbandt M., Betzel Ch., Wagner G. 1998. Cloning, recombinant expression and characterization of wild type-105-trp-calmodulin of the green alga Mougeotia scalaris. Bot. Acta. Ill: 346-353.

Информация о работе

Креславский, Владимир Данилович
доктора биологических наук
Москва, 2010
ВАК 03.01.05

Диссертация

Регуляция стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата индукторами различной природы - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы