Роль распространяющихся электрических сигналов в повышении устойчивости растений к охлаждению

Сухов, Владимир Сергеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Роль распространяющихся электрических сигналов в повышении устойчивости растений к охлаждению
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Роль распространяющихся электрических сигналов в повышении устойчивости растений к охлаждению"

На правах рукописи

СУХОВ Владимир Сергеевич

РОЛЬ РАСПРОСТРАНЯЮЩИХСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ПОВЫШЕНИИ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К ОХЛАЖДЕНИЮ

03.00.12 - физиология и биохимия растений.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Нижний Новгород 2006

-/111 о / - / л 7 — ^ $ ^

Работа выполнена на кафедре биофизики Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор Пятыгин С.С.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук профессор Паничкин Л. А.

кандидат биологических наук, доцент Кузнецова Т.Н.

Ведущая организация: Казанский институт биохимии и био-

физики КазНЦ РАН

Защита состоится _" 2006г. в IЬ часов на заседании диссер-

тационного совета К212.166.06. Нижегородского государственного университета им Н.И. Лобачевского (603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23).

e-mail: vssuh@mail.ru fax: (8312) 34-50-56

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им Н.И. Лобачевского.

Автореферат разослан " / с-? И 7> J/?--f2006r.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

И.Ф. Александрова

Основные сокращения и обозначения

БЭР - биоэлектрическая реакция, ВП - вариабельный потенциал, ЗФ - замедленная флуоресценция, ПД - потенциал действия, ФСП - фотосистема П, СС -стрессовые сигналы, ФСА — фотосинтетическая активность, ЭС — электрические сигналы, Ду — электрический потенциал тилаковдной мембраны, ДрН — химический потенциал тилакоидной мембраны.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Существование живого организма в меняющихся условиях окружающей среды требует наличия коммуникационных систем связи, обеспечивающих его целостный ответ на внешние воздействия. У растений, кроме относительно медленной гормональной системы (Медведев, 2004), существуют и быстрые механизмы интеграции, связанные с генерацией и распространением стрессовых сигналов (СС), которые возникают при локальном действии стресс-факторов и вызывают широкий спектр функциональных ответов за время порядка мин (Pena-Cortes et al., 1995; Lautner et al., 2005).

В настоящее время природа СС однозначно не установлена. По мнению ряда авторов (Fromm, Eschrich, 1993; Опритов, 1998), СС связаны с генерацией и распространением электрических сигналов (ЭС), представленных у растений потенциалом действия (ПД) и вариабельным потенциалом (ВП) (Опритов и др., 1991). В пользу такого предположения говорит ряд экспериментальных работ (Fromm, Fei, 1998; Herde et al., 1998; Herde et al., 1999b; Lautner et al., 2005 и др.). Однако существуют гипотезы, связывающие индукцию ответа с изменениями градиента электрического поля, гидравлическими волнами или колебаниями газового состава в воздушном пространстве листа (Полевой и др., 1997; Bowles, 1998; Stahlberg et al., 2001), поэтому природа СС требует дальнейшего изучения.

СС вызывает широкий спектр функциональных ответов. Среди них можно отметить влияние СС на экспрессию генов (Herde et al., 1996, 1999а; Davies et al., 1997), на поглощение и транспорт ряда веществ (Опритов, 1978; Fromm, Bauer, 1994), на дыхание (Filek, Koscielniak, 1997), на фотосинтетические процессы (Fromm, Eshrich, 1993; Fromm, Fei, 1998), на содержание АТФ во флоэмном эксудате (Ретивин и др., 1999b) и т.д. По-видимому, их конечным результатом является повышение неспецифической устойчивости растительного организма (Ретивин и др., 1999а; Акимова и др., 2001). В то же время механизм влияния вызванных СС функциональных ответов на устойчивость растений к действию стресс-факторов остается слабо изученным. Существует предположение о том, что он может быть связан с увеличением содержания АТФ (Ретивин и др., 1999b) во флоэмном эксудате. Однако такая гипотеза остается в настоящее время неподтвержденной экспериментально.

Таким образом, хотя имеющиеся в литературе данные позволяют предположить, что ЭС могут играть ключевую роль в дистанционном повышении устойчивости растений к действию стресс-факторов, сам факт участия ПД и ВП в развитии ответа и его механизмы требуют дальнейшего изучения.

Цель и основные задачи исследования. Целью работы является изучение роли ЭС в формировании повышения устойчивости растений к действию стресс-факторов на примере холодоустойчивости.

В задачи работы входило:

1. Оценить способность повреждающих и неповреждающих локальных раздражений вызывать дистанционные изменения холодоустойчивости растительных объектов.

2. Проанализировать возможность участия электрических сигналов (ГЩ и ВП) в развитии ответа.

3. Исследовать влияние ЭС на содержание АТФ в пшокотиле.

4. Исследовать влияние АТФ на холодоустойчивость растений.

5. Исследовать связь изменений содержания АТФ с фотосинтетической активностью (ФСА).

6. Исследовать роль Са2+ в развитии ответа.

Научная новизна. В работе впервые предложен возможный механизм участия ЭС, АТФ, ФСА и Са2+ в процессе повышения холодоустойчивости растений. При этом проведен сравнительный анализ влияния на холодоустойчивость повреждающих и неповреждающих локальных раздражений. Впервые показана тесная связь между фактом возникновения ЭС и развитием функционального ответа. Впервые показана двухфазная зависимость холодоустойчивости от содержания АТФ и предложена математическая модель, объясняющая эту зависимость. Впервые выявлено вызванное ЭС увеличение выхода АТФ из листа и участие Са2+ в формировании ответа. Впервые установлена связь вызванного ЭС повышения выхода АТФ и увеличения холодоустойчивости с ФСА. В индуцированных ЭС ответах ФСА (по параметрам замедленной флуоресценции (ЗФ)) выделено три различных этапа и — на основе разработанной авторами модели кривой затухания ЗФ — предложены их возможные механизмы.

Научно-практическое значение. Показанное в работе участие ЭС, АТФ, ФСА и Са в формировании дистанционного повышения холодоустойчивости растений после действия локального раздражителя способствует развитию представлений о механизмах интеграции растительного организма в единое целое и его адаптации к меняющимся условиям окружающей среды, что помимо научной ценности, может быть полезно для решения ряда практических вопросов.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. ЭС (как ПД, так и ВП) участвуют в передаче стрессовых сигналов у растений, индуцируя возрастание холодоустойчивости их участков, лежащих за пределами зоны раздражения.

2. ЭС вызывают увеличение концентрации АТФ в растении, играющее одну из основных ролей в формировании повышения их холодоустойчивости.

3. Увеличение содержания АТФ связано с развитием изменений ФСА в листе, которые включают в себя до трех этапов с различными механизмами, а сочетание развившихся этапов зависит от типа ЭС и вида растения.

4. Необходимым условием развития ответа является, по-видимому, вход Са2+ в клетку.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на Международной конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пу-щино, 2003), Ш Международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2003), УШ и IX Нижегородской сессии молодых ученых (Нижний Новгород, 2003, 2004), УШ Международной конференции «Актуальные проблемы сохранения устойчивости живых систем» (Белгород, 2004), Ш Съезде биофизиков России (Воронеж, 2004), УШ Пущинской конференции молодых ученых (Пущине, 2004), ХУШ Пущинских чтениях по фотосинтезу (Пущи-но, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав (включая обзор литературы), заключения, выводов и списка литературы. Изложена на 153 странице, содержит 42 рисунка и 2 таблицы. Список цитируемой литературы включает 261 работы, из них 167 на иностранных языках.

Объект и методы исследования

В качестве объекта исследований использовали 2-3-недельные проростки тыквы Cucurbita pepo L. сорта Мозолеевская. Растения выращивали гидропонным способом (на керамзите, питательный раствор — 50 % среда Хоглэнда - Арнона 1) при естественном освещении и комнатной температуре (18-23 °С). Другим объектом исследования служили листья герани (Pellargonium graveolens L.), выращенной при естественном освещении на дерново-перегнойной почве. Подготовку растения к эксперименту (закрепление, удаление частей, отделение листьев от целого растения) выполняли за сутки до опыта.

В экспериментах применяли локальные раздражители двух типов — неповре-ждающий (наложение кусочка льда диаметром 03 см, 15 сек) и повреждающий (точечный ожог раскаленной проволокой, 1-2 сек). Раздражение накосили на гипо-котиль (проростки тыквы), в 3 - 4 см от основания семядоли, или на кончик черешка (листья герани), на расстоянии 0.5 или 10 см от листовой пластинки.

Регистрацию биоэлектрических реакций (БЭР) осуществляли экстраклеточно с использованием хлорсеребряных макроэлектродов ЭВЛ-1М и высокоомного усилителя постоянного тока ЭВ-74. Регистрирующим устройством служило самопишущее устройство КСП-4 или персональный компьютер (с использованием АЦП L-205). При регистрации ЭС у проростков тыквы не менее чем за 13 часа до начала опыта электрод сравнения помещали в омывающую корень жидкость, а измерительный — на гипокотиль (в зоне раздражения или рядом с семядольными листьями) или на листовую пластинку (на основание, середину или край семядольного листа). В опытах с листьями герани измерительный электрод помещали на основании листа, а электрод сравнения - на его кончик.

Для оценки ФСА использовали параметры ЗФ, которую регистрировали в семядолях черенков тыквы (с удаленными корнями и побегом над семядольными листьями) или листьях герани. При этом регистрацию индукционных кривых ЗФ осуществляли с помощью медленного однолучевого фосфороскопа (Веселовский, Веселова, 1990) (белый свет, 10000 люкс, время между возбуждением и регистрацией свечения — 16 мс). У индукционных кривых ЗФ оценивали такие параметры

как амплитуда, стационарный уровень и время полуспада кривой. Регистрацию кривых затухания ЗФ в секундном диапазоне осуществляли с помощью специальной установки (белый свет, 10000 люкс, регистрация 1 сек, каждые 3 сек, с 3-й по 50-ю) (Ретивин и др., 1999а). В качестве параметров кривой затухания ЗФ использовали светосумму свечения по всему исследованному диапазону. Контролем служили либо нераздраженные объекты, либо те же растения до раздражения.

Холодоустойчивость проростков тыквы определяли методом электрофизиологической диагностики холодоустойчивости растений (Ретивин, Опритов, 1992, 1993) (тестовое охлаждение -8 °С, 7-15 мин, в зависимости от варианта эксперимента). Холодоустойчивость листьев герани определяли по степени снижения све-тосуммы секундной компоненты ЗФ после тестового охлаждения (-8 °С, 11 или 25 мин) (Ретивин и др., 1999а). В качестве контроля использовали холодоустойчивость нераздраженных растений.

АТФ определяли люциферин-люциферазным методом (Опритов и др., 1976). Содержание АТФ в семядольных листьях оценивали по ее выходу через срез семядоли в фиксированные (0.8 мл) объемы омывающего раствора, в которые последовательно погружали лист (экспозиция в каждом - 15 мин). Контролем служил выход АТФ до раздражения. При этом пересчет единиц свечения (усл. ед) в концентрацию не проводили. Содержание АТФ во флоэмном экссудате гипокотиля, определяли методом, описанным у Ретивина с соавторами (1999b). Контролем служило содержание АТФ во флоэмном эксудате у нераздраженных объектов.

Индуцированные локальными раздражениями изменения поглощения Са2+ изучали методом меченых атомов (* Са) на отдельных семядолях. При этом сразу после раздражения черешка 45СаС12 вводили в омывающий срез семядоли раствор. Через 0.5 часа семядольный лист отмывали и разрезали на 3 части (черешок, нижняя и верхняя половины семядоли). Удельную активность их стандартных препаратов определяли с использованием торцового счетчика (МСТ-17) на установке «Б-2» «Волна». Контролем служила активность нераздраженных семядолей.

Для введения экзогенной АТФ или АДФ в проростки тыквы у них удаляли верхнюю часть гипокотиля, которую погружали в омывающий срез раствор. Через 1 час добавляли АТФ или АДФ (концентрации варьировали). После 0.5-часовой экспозиции у растений определяли холодоустойчивость или содержание АТФ во флоэмном эксудате гипокотиля. Листья герани за сутки до эксперимента разрезали на участки площадью 1 см2, которые погружали в омывающий раствор. За час до опыта в него добавляли АТФ или АДФ (экспозиция 1 час). Специфический ингибитор ФСП — диурон (10 мМ) или хелаюр Са2+ - ЭГТА (0.5 и 2 мМ) вводили в омывающий срез семядоли проростка тыквы раствор за сутки до эксперимента.

Эксперименты проводили в 5 — 10-кратной биологической повторности. Статистическую обработку результатов проводили методами вариационной статистики (Лакин, 1973; Тейлор, 1985) с использованием программ Microsoft Excel 2000 и Primer of Biostatistics 4.03. При математическом моделировании использовали метод Эйлера и Монте-Карло (Буслов, Яковлев, 2001), расчеты проводили с помощью программ Microsoft Excel 2000 и Model Vision Studium 3.24.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на Международной конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пу-щино, 2003), Ш Международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2003), УШ и К Нижегородской сессии молодых ученых (Нижний Новгород, 2003, 2004), УШ Международной конференции «Актуальные проблемы сохранения устойчивости живых систем» (Белгород, 2004), Ш Съезде биофизиков России (Воронеж, 2004), УШ Пущинской конференции молодых ученых (Пущино, 2004), ХУШ Путинских чтениях по фотосинтезу (Пущи-но, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.

- Объект и методы исследования

В качестве объекта исследований использовали 2-3-недельные проростки тыквы Cucurbita реро L. сорта Мозолеевская. Растения выращивали гидропонным способом (на керамзите, питательный раствор — 50 % среда Хоглэнда - Арнона 1) при естественном освещении и комнатной температуре (18-23 °С). Другим объектом исследования служили листья герани (Pellargonium graveolens L.), выращенной при естественном освещении на дерново-перегнойной почве. Подготовку растения к эксперименту (закрепление, удаление частей, отделение листьев от целого растения) выполняли за сутки до опыта.

В экспериментах применяли локальные раздражители двух типов — неповре-ждающий (наложение кусочка льда диаметром 0.5 см, 15 сек) и повреждающий (точечный ожог раскаленной проволокой, 1-2 сек). Раздражение наносили на гипо-котиль (проростки тыквы), в 3 — 4 см от основания семядоли, или на кончик черешка (листья герани), на расстоянии 0.5 или 10 см от листовой пластинки.

Регистрацию биоэлектрических реакций (БЭР) осуществляли экстраклеточно с использованием хлорсеребряных макроэлектродов ЭВЛ-1М и высокоомного усилителя постоянного тока ЭВ-74. Регистрирующим устройством служило самопишущее устройство КСП-4 или персональный компьютер (с использованием АЦП L-205). При регистрации ЭС у проростков тыквы не менее чем за 13 часа до начала опыта электрод сравнения помещали в омывающую корень жидкость, а измерительный - на гипокотиль (в зоне раздражения или рядом с семядольными листьями) или на листовую пластинку (на основание, середину или край семядольного листа). В опытах с листьями герани измерительный электрод помещали на основании листа, а электрод сравнения - на его кончик.

Холодоустойчивость проростков тыквы определяли методом электрофизиологической диагностики холодоустойчивости растений (Ретивин, Опритов, 1992, 1993) (тестовое охлаждение -8 °С, 7—15 мин, в зависимости от варианта эксперимента). Холодоустойчивость листьев герани определяли по степени снижения све-тосуммы секундной компоненты ЗФ после тестового охлаждения (-8 °С, 11 или 25 мин) (Ретивин и др., 1999а). В качестве контроля использовали холодоустойчивость нераздраженных растений.

Индуцированные локальными раздражениями изменения поглощения Са2+ изучали методом меченых атомов (* Са) на отдельных семядолях. При этом сразу после раздражения черешка 45СаС1г вводили в омывающий срез семядоли раствор. Через 0.5 часа семядольный лист отмывали и разрезали на 3 части (черешок, нижняя и верхняя половины семядоли). Удельную активность их стандартных препаратов определяли с использованием торцового счетчика (МСТ-17) на установке «Б-2» «Волна». Контролем служила активность нераздраженных семядолей.

Для введения экзогенной АТФ или АДФ в проростки тыквы у них удаляли верхнюю часть гипокотиля, которую погружали в омывающий срез раствор. Через 1 час добавляли АТФ или АДФ (концентрации варьировали). После 0.5-часовой экспозиции у растений определяли холодоустойчивость или содержание АТФ во флоэмном эксудате гипокотиля. Листья герани за сутки до эксперимента разрезали на участки площадью 1 см2, которые погружали в омывающий раствор. За час до опыта в него добавляли АТФ или АДФ (экспозиция 1 час). Специфический ингибитор ФСП - диурон (10 мМ) или хела юр Са2+ - ЭГТА (0.5 и 2 мМ) вводили в омывающий срез семядоли проростка тыквы раствор за сутки до эксперимента.

- Повреждающее раздражение -Неповреждающее раздражение

- Беэ раздражения

О 20 40 60

время после нанесения раздражения, мин

Без Повреж Неповреж

раздражения дающее дающее

раздражение раздражение

Рис. 1. Влияние повреждающего и неновреждающего локальных раздражений на дистанционную холодоустойчивость проростков тыквы (а) и листьев герани (б)

Примечание: холодоустойчивость проростков тыквы (листьев герани) оценивали по отношению амплитуды БЭР (светосуммы Зф) после тестового охлаждения к соответствующей величине до охлаждения (в %), * - достоверно отличающиеся от контроля значения (р < 0.05)

Результаты и их обсуждение

Исследование дистанционного влияния локальных раздражений на холодоустойчивость растений. Исследование дистанционного влияния локальных раздражений на холодоустойчивость проростков тыквы показало, что и неповреж-дающие, и повреждающие раздражения вызывали дистанционное повышение холодоустойчивости объекта, которое имело два недостоверных максимума (20 и 50 мин после воздействия) (Рис. 1а). При этом вызванный неповреждающими раздражениями ответ начинал развиваться быстрее, но в целом был меньше по величине.

В экспериментах с листьями герани, локальное повреждающее раздражение через 5 мин после нанесения вызывало дистанционное снижение холодоустойчивости, в то время как неповреждающее не индуцировало достоверных изменений (Рис. 16). По-видимому, такое уменьшение устойчивости связано с отчленением листа и нарушением оттока метаболитов, изменения которых в норме, возможно, участвуют в повышении холодоустойчивости.

Таким образом, можно заключить, что локальные раздражения могут дистанционно менять холодоустойчивость проростков тыквы и листьев герани, их действие обладает определенной специфичностью и развивается в пределах 5-10 мин после нанесения. Эти результаты согласуются с представлением о существовании СС, способных индуцировать обратимое повышение неспецифической устойчивости растений (Ретивин, Опритов, 1993; Ретивин и др., 1997; Акимова и др., 1998). В то же время остается неизвестным, имеют ли СС электрическую природу?

Исследование электрических сигналов, вызванных локальными раздражениями. Изучение вызванных локальными раздражениями ЭС у проростков тыквы показало, что неповреждающие раздражения всегда вызывали генерацию ЭС в зоне действия (83±6 мВ) и их распространение до основания листа (30±3 мВ). В большинстве случаев ЭС проходили в лист (10-16 мВ в различных участках листовой пластинки), за время порядка 10 сек. Типичные примеры ЭС приведены на рис. 2а. При этом ЭС в гипокотиле могут быть классифицированы как ПД, в то

Е, мВ

Гипокотиль

в зоне раздраженн

Е, мВ

Гипокотиль у основания семядолей

Середина семядолей

Е, мВ

230

t, МИН

+ Е,мВ

t, МИН

+ Е, мВ

t, мни

б 310- гео б

+ 210 160

t, мин

t, мнн

Рис. 2. Типичные примеры ЭС в различных участках проростка тыквы при неиовреждающих (а) и повреждающих локальных раздражениях (б)

Примечание: стрелкой обозначено действие раздражителя

время как характеристика ЭС в семядоле более сложна. В частности их амплитуда (10 - 16 мВ) несколько ниже амплитуды ПД (20 н- 100 мВ (Fromm, 1991; Zavadzki et all., 1995)). Однако, такие важные признаки, как от-еутствие затухания ЭС в семядоле на расстояниях порядка см (данные не приведены), при ве-

ео

эо ' го 10 о

- Повреждающее раздражение (ожег, 1-2 сек)

- Неповреждающее раздражение (лед, 15 сек)

личине кабельной постоянной проводящих пучков тыквы 0.36 см (Ретивин, Опри-тов, 1987), и импульсная форма свидетельствует в пользу того, что ЭС в семядольном листе являются ПД.

Повреждающие раздражения всегда индуцировали в зоне раздражения ЭС (103±4 мВ), которые распространялись по гипокотилю до основания семядоли (73±4 мВ) и проходили в семядольный лист (38±6 мВ). Типичные примеры таких

сигналов приведены на рис 26. Учиты-~ вая связь с повреждающими раздраже-

ниями, амплитуду, длительность и форму, они могут быть идентифицированы как ВП.

Изучение вызванных локальными раздражениями ЭС в листьях герани показало, что повреждающие раздражения вызывают распространяющиеся в листовую пластинку ЭС (ВП) (Рис. 3), в то время как неповреждающие раздражения не вызывали генерации распространяющихся ЭС (Рис. 3), что согласуется с отсутствием изменений холодоустойчивости при их действии.

Таким образом, в пользу участия

время, мин

Рис. 3. Типичные примеры ответов потенциала в основании листа герани, при действии локальных раздражителей на черешок

500 п

о в>

< а

ф О 2

5 1« | § 200 ^ 5 3

400 .300 •

о -О-

100 о

ЭС в индукции изменений устойчивости говорят следующие аргументы — (1) высокая вероятность их возникновения и распространения в лист, (2) малое (порядка 10 сек) время прохождения ЭС в лист и (3) отсутствие изменений холодоустойчивости при отсутствии генерации ЭС.

о 30 . 60

время после индукции ЭС, мин

Исследование связи вызванного электрическими сигналами повышения содержания АТФ с увеличением холодоустойчиво-

Рис. 4. Влияние ЭС на содержание АТФ во флоэмном эксудате'проростков тыквы. ,

сти. На следующем этапе исследования, был проведен анализ механизмов влияния ЭС на холодоустойчивость. Существует гипотеза (Ретивин и др., 1999Ь) о том, что одним из таких механизмов может быть связанное с метаболическими процессами возрастание содержания АТФ во флоэмном эксудате. Для проверки этого предположения было исследовано влияние ЭС на концентрацию АТФ во флоэмном эксудате. Было показано (Рис. 4), что ПД вызывал увеличение содержания АТФ (максимум - через 15 мин после индукции), затем концентрация АТФ снижалась до контрольного уровня, а потом вновь возрастала (максимум — через 60 мин после индукции). ВП вызывал монотонное возрастание содержания АТФ (Рис. 4) в эксудате.

В ходе дальнейшего анализа связи содержания АТФ во флоэмном экссудате (в стебле растения) и холодоустойчивости, было изучено влияние экзогенных АТФ и АДФ на устойчивость растений к охлаждению. Показано (Рис. 5а), что экзогенная АТФ с возрастанием концентрации вызывала двухфазное изменение холодоустойчивости — сначала возрастание (максимум при 1 мМ), а затем снижение до уровня ниже контрольного (3 мМ). Обработка экзогенной АДФ вызывала лишь недостоверное снижение холодоустойчивости (Рис. 5а). Обработка АТФ или АДФ

250 -,

■АТФ (охлаждение) АТФ (без охлаждения) АДФ (охлаждение) АДФ (без охлаждения)

0.5 1 1.5 2 [АТФ] или [АДФ ] наружная,

2.5

мМ

[АТФ] вн = 0.0748 [АТФ] нар + 0.1665 Иг-0.9464

1 2

[АТФ] нар, мМ

Рис. 5. Влияние экзогенных АТФ и АДФ на холодоустойчивость проростка тыквы (а) и связь между концентрацией экзогенной АТФ в наружном растворе ([АТФ]нар) и ее концентрацией в зоне, где исследовалась холодоустойчивость ([АТФ]вн) (б)

а*

к 200

разной концентрации при отсутствии повреждения растения (без охлаждения) не вызывала достоверных изменений амплитуд тестовых БЭР. Изучение связи концентрации экзогенной АТФ с содержанием АТФ в гипокотиле (в зоне, где исследовалась холодоустойчивость) показало, что между ними наблюдается линейная зависимость (Рис. 56). Это свидетельствует о том, что при использованном методе обработки, экзогенная АТФ проходит в гипо-котиль и, по-видимому, вызывает изменение устойчивости растения.

В то же время между величинами вызванных ЭС изменений содержания АТФ во флоэмном эксудате (Рис. 4) и изменений холодоустойчивости (Рис. 1а) наблюдается некоторое несоответствие. Это может быть обусловлено освещением объекта после охлаждения и дальнейшим синтезом АТФ, возможно, связанным с ФСА. Для устранения такой возможности в отдельной серии экспериментов сразу после охлаждения проростки тыквы затемняли. Было показано, что через 15 мин после ПД изменений холодоустойчивости не наблюдается, через 50 мин происходит значительное ее возрастание, через 60 мин — величина устойчивости снижается, но остается достоверно повышенной. Ес-

0 ,0.1 0.2 о.з Д[АТФ] во флоэмном экссудате, мМ

Рис. б. Вызванное ПД повышение холодоустойчивости проростков тыквы в условиях затемнения после охлаждения на разных интервалах времени после индукции ЭС в

зависимости от изменения содержания АТФ во флоэмном эксудате (на основе рис. 4)

-АТФ (охлаждение) • АТФ (без охлаждения)

8 200

100

0 1 2

[АТФ] наружная, мМ

Рис. 7. Влияние экзогенной АТФ на холодоустойчивость листьев герани

ли построить зависимость полученных в данном эксперименте значений холодоустойчивости от содержания АТФ во флоэмном эксудате на соответствующих интервалах времени после индукции ЭС (Рис. 4), то можно получить кривую (Рис. 6), очень близкую к наблюдаемой при действии экзогенной АТФ.

Изучение влияния экзогенной АТФ на холодоустойчивость участков листа герани (определенную по угнетению светосуммы ЗФ) показало, что в этом варианте эксперимента также наблюдается двухфазная зависимость холодоустойчивости от концентрации АТФ (максимум -0.66 мМ) (Рис. 7). При отсутствии

Нормальные условия

Повреждающие условия

неадаптированное ^ / адаптированное

состояние Текущее состояние состояние

Рис. 8. Схема состояний организма, использованная в модели адаптации

повреждения растения (без охлаждения) АТФ не вызывает достоверных изменений светосуммы ЗФ (Рис. 7). АДФ на холодоустойчивость не влияет.

Таким образом, АТФ (но не АДФ) может двухфазно менять холодоустойчивость растительного объекта (повышение, затем снижение), что согласуется как с гипотезами о положительном влиянии АТФ на устойчивость (Allakhverdiev et al., 2005а, 2005b, 2005с), так и с представлениями об опасности избытка АТФ для растительного организма (Климов, 1997; Noctor, Foyer, 2000). Однако каким именно путем осуществляется такое влияние? Представляется маловероятным, чтоб оно , было связано с сигнальной функцией АТФ, так как изменения ее содержания необходимые для развития эффекта составляют 100 — 200 мкМ, в то время как для формирования половины ответа при сигнальной функции АТФ требуется ее концентрация приблизительно 3 мкМ (Demidchik et al., 2003). Кроме того АДФ не вызывало повышение холодоустойчивости ни в одном из вариантов эксперимента, в то время как она также может служить в качестве сигнальной молекулы (Demidchik et al., 2003). На основании этого можно предположить, что основную роль в повышении холодоустойчивости играет энергетическая функция АТФ.

С целью анализа возможных путей влияния АТФ на устойчивость растительного объекта, нами была разработана математическая модель адаптации живого объекта. Она предполагала существование двух его состояний - неадаптированного (в котором объект повреждался под действием стресс-факторов) и адаптированного (объект не был подвержен действию стресс-факторов) (Рис. 8). Переходы между ними определялись параметрами Е — «потенциальный барьер», который необходимо преодолеть для перехода в другое состояние, ко и D — средняя скорость процессов и уровень их флуктуации (дисперсии) в объекте. При повреждающих условиях более вероятным становилось адаптированное, при неповреждающих -неадаптированное состояние. При этом, с АТФ, по-видимому, связана ко (ко пропорциональна [АТФ]), так как большинство процессов энергозависимы. Связь АТФ и Е возможна, но она, вероятно, специфична для разных процессов, поэтому в обобщенной модели не рассматривалась. Для анализа связи АТФ (ко) и D была

построена вспомогательная модель синтеза (константа скорости ко*?, где С, — случайная величина, с распределением близким к нормальному) и утилизации (константа скорости ко) метаболита. При ее решении методом Монте-Карло было показано, что дисперсия концентрации метаболита (отражающая D) экспоненциально связана с содержанием АТФ (ко) (данные не приведены). Таким образом, АТФ, по-видимому, увеличивает и уровень флуктуации в системе.

Изучение влияния однонаправленного изменения ко и D показало, что величина сохранившейся активности после тестового повреждающего воздействия (т.е. устойчивость симулированного моделью объекта) сначала растет, а затем снижается ниже начального уровня (Рис. 9). Такой результат очень близок к наблюдаемому в эксперименте влиянию АТФ и позволяет предположить, что оно связано как с ростом средних скоростей, так и с повышением уровня флуктуации в системе. Последнее возможно даже более значимо, так при максимальной устойчивости ко увеличивается всего на 20 %, в то время как D — возрастает в 3 раза. При этом конкретные процессы, отвечающие за повышение устойчивости, могут быть различны - экспрессия генов и белковый синтез (Hincha, 2002; Koike et al., 2002; Gaudet et al., 2003), перестройки в липидном матриксе (Опритов, 1998), изменения содержания Сахаров (Hekneby et al., 2006) и т.д. Таким образом, достоинством предложенной модели является и то, что она может показать некоторые важные аспекты повышения устойчивости без обращения к конкретным процессам.

Из изложенного следует, что увеличение содержания АТФ, по-видимому, действительно повышает холодоустойчивость растительного объекта, в то же время остаются неясными механизмы, обеспечивающие возрастание концентрации АТФ.

Исследование связи увеличения содержания АТФ с Фотосинтетической активностью. Задачей следующего этапа исследования было изучение механизмов вызванного ЭС возрастания содержания АТФ во флоэмном эксудате. Из литературы хорошо известно (Малофеев, 1971; Pena-Cortes et al., 1995; Koziolek et al., 2004 и др.), что ЭС могут вызвать изменения ФСА. Было предположено, что именно они ответственны за увеличение концентрации АТФ. Для проверки этой гипотезы было изучено влияние ЭС на выход АТФ из семядолей проростков тыквы, так как именно в них преимущественно и протекают фотосинтетические процессы. Было показано (Рис. 10а), что при этом наблюдается возрастание выхода АТФ,

V о

¡I

s s

i | i 3 i §

so -

D = 0.0007*exp (1.170S*k0)

5 6 7 8

кО (средняя скорость процессов в живом объекте)

Рис. 9. Влияние Б и ко на устойчивость симулированного моделью объекта в условиях однонаправленного их изменения

Примечание: экспоненциальная зависимость О от кО получена при анализе связи этих параметров (см. текст)

в 5

0-15 25-40

интервал времени после индукции ЭС, мин

50-65

0.8

0.4

3 -

1 -

Контроль 10 мМ Диурон

!* е. с

■ Интаюные растения В □ Растения, обработанные диуроном (10 мМ)

гад вп пд

(0-15 мин) (25-40 мин) (50-65 мин) Рис. 10. Влияние ЭС на выход ЛТФ из семядольных листьев интактных проростков тыквы (а) и влияние обработки диуроном на ее выход в покое (б) и при развитии индуцированных ЭС ответов (в)

Примечание: * - достоверно отличающиеся от контроля значения (р < 0.05)

очень близкое по своей динамике к увеличению содержания АТФ в эксудате. В то же время увеличение выхода АТФ было больше по относительной величине и развивалось быстрее, нежели изменение содержания АТФ в эксудате, что свидетельствует в пользу его первичности. Обработка ингибитором транспорта е" через ФСП (диуроном) более чем в 2 раза снижала выход АТФ у нераздраженных растений (Рис. 106) и полностью подавляла его изменения, вызванные ЭС (Рис. 10в). Такие результаты показывают, что увеличение выхода АТФ обусловлено ФСА (потоком е" через ФСП) и, по-видимому, отражает связанное с ФСА возрастание ее содержания в семядоле. В ходе дополнительного исследования было установлено, что обработка диуроном также полно-

300-,

Б I

г *

. р I

200

100

□ Необработанные

□ Обработанные диуроном (10 мМ)

гЬ

3 8П, 20 мин ВП, 50 мин ГЩ, 20 мин ПД, 50 мин

Рис. 11. Влияние диурона на вызванное ЭС повышение холодоустойчивости проростка тыквы

Примечание: * - достоверно отличающиеся от контроля значения (р < 0.05)

стью подавляла вызванное ЭС возрастание холодоустойчивости модельного объекта (проростка тыквы с удаленным побегом над семядольными листьями, одной из семядолей и частью другой) (Рис. 11). Учитывая связь АТФ и холодоустойчивости, это также свидетельствует в пользу того, что именно изменения ФСА вызывают рост содержания АТФ в стебле.

Для более детальной проверки этой гипотезы было изу-

' * 2

l'ä ! I £'

10 20 30

время после индукции ПД. мин

ВС индукцией ГЩ рБеэ индукции ПД

чено влияние ЭС на ФСА, которую оценивали по параметрам ЗФ. При этом было показано, что ПД у черенков проростков тыквы вызывал быстрое и обратимое повышение амплитуды индукционной кривой ЗФ (Рис. 12а). Детальное исследование

параметров ЗФ через 10 а мин после раздражения

выявило близкие изменения амплитуды и стационарного уровня ЗФ, при отсутствии ответа времени полуспада (Рис. 126). ВП вызывал изменения ЗФ сложной кинетики (Рис. 12в), среди которых может быть выделено 3 этапа (Рис. 12г). Так 1-й (близкий к вызванному ПД ответу) продолжался до 15-й минуты после раздражения и характеризовался увеличением амплитуды и стационарного уровня, при отсутствии изменений времени полуспада. 2-й (15 — 30 мин) со1фо-вождался возрастанием амплитуды и времени полуспада, при отсутствии изменений стационарного уровня. 3-й (более 30 мин) был близок по свойствам 1-му. Таким образом, ЭС способны вызывать изменения ФСА проростков тыквы. При этом ответ зависит от типа сигнала (ПД или ВП) и может включать в себя до 3-х этапов, имеющих, по-видимому, разные механизмы.

Дополнительные эксперименты с листьями герани показали,

!s i *

§8'i ii

полуспада параметр ЗФ

— ■ Амплитуда

Стационарный уровень --й — Время полуспада ....... контрогь

20 30 40 50 время после индукции ВП, мин

в —

11 & II 1 200

с i i 115 100

Ige 3 S 1 0

:J2l

■ Ампгвтгуда

□ Стационарный уровень

□ Время полуспада

Шк

5 22.5 40

время после индукции ВП, мин

Рис. 12. Величина амплитуды индукционной кривой ЗФ на разных интервалах времени после индукции ПД (а) и ВП (в),

значения параметров индукционной кривой через 10 мин индукции ПД (б) и через 5,22.5 и 40 мин после индукции ВП (г)

Примечание: * - достоверно отличающиеся от контроля значения (р < 0.05)

Необработанный вазелином Обработанный вазелином

О 20__ 40 время индукции ни, 0 20 40

время индукции ВП, мин нин время, мин

Рис. 13. Зависимость величины амплитуды (а) и стационара (б) индукционной кривой ЗФ и светосуммы кривой затухания ЗФ (в) от времени после индукции ВП

что ВП вызывал изменения амплитуды и стационарного уровня индукционной кривой ЗФ, однако их кинетика была различна. Так максимум повышения амплитуды индукционной кривой развивался через 20 мин после индукции ЭС (Рис. 13а), а стационарного уровня - через 4-5 мин (Рис. 136). Через 30 - 40 мин после раздражения параметры ЗФ снижались до величин достоверно не отличающихся от контроля. Исследование влияния ЭС на секундную компоненту ЗФ показало, что ВП вызывал обратимое снижение светосуммы свечения (Рис. 13в). Как и в экспериментах с проростками тыквы, изменения ФСА могут быть разделены на 2 этапа. При этом 1-й этап характеризуется значительным возрастанием стационарного уровня индукционной кривой и снижением светосуммы ЗФ, при слабых изменениях амплитуды. 2-й этап связан в первую очередь с возрастанием амплитуды индукционной кривой ЗФ, при отсутствии отчетливых изменений динамики стационарного уровня и слабом снижении светосуммы. Учитывая сходство особенностей 1-го и 2-го этапов ответа у герани и у проростков тыквы, можно предположить, что они имеют близкие механизмы. В то же время, из литературы известно, что ответы сходные по динамике с 1-м этапом изменений ФСА сопровождаются снижением поглощения СОг (Pena-Cortes et al., 1995; Koziolek et al., 2004; Lautner et al., 2005), которое возможно и индуцирует развитие ответа. Для проверки связи изменений ФСА с газообменом, листья герани были за сутки до эксперимента обработаны вазелином (их газообмен был снижен). При этом показано (Рис. 13в), что такая обработка более чем в 2 раза уменьшает 1-й этап ответа, не оказывая никакого влияния на 2-й. Это свидетельствует в пользу связи начального этапа ответа ФСА с изменениями поглощения СО2.

В отдельной серии опытов было показано, что действие локального неповре-ждающего раздражителя на черешок листа герани не вызывает изменений ни одного из исследуемых параметров ЗФ (данные не приведены), что согласуется с отсутствием в этом варианте опыта ЭС и изменений холодоустойчивости.

Для дальнейшего анализа возможных механизмов развития изменений ФСА было необходимо более детальное изучение связи между параметрами ЗФ и ФСА. Эта задача может быть решена методами математического моделирования, поэтому целью следующего этапа исследования стала разработка математической модели кривой затухания ЗФ. Основой математической модели ЗФ служила схема ФСП, разработанная с учетом работ Hankamer, Barber (1997) и Беляевой с соавт. (2000), которая включала в себя 6 состояний донорной и 5 состояний акцепторной

кь» > кь. , кь. (

ь. Ь| Ь1 I ь,

к»ф+к мс кц,+к к^ч-к НС

кн20

Строма

д* . и*

АВР+Р, АТРл [Г]=5*101 ^ рН=8

кафЧ-кд,

щЭрН=5

Рис. 14. Схемы акцепторной (а) и донорной (6) сторон ФСП, а также электрофизиологическая схема тилакоида (в), использованные в модели кривой затухания ЗФ

стороны (Рис. 14а, б). При этом уравнения динамики вероятностей различных состояний ФСП, полученные на ее основе, решали либо в условиях освещения, либо в условиях развития кривой затухания ЗФ в темноте (к^ = 0). Кроме того, в ней были учтены изменения электрического потенциала тилакоидной мембраны (Ду) (Пикуленко, 2005), которые были описаны как функция пассивного (утечка) и активного (Н+-АТФ-синтегаза) потоков протонов и пассивного потока положительного иона (Рис. 14в). Пассивные токи описывали уравнением Гольдмана, ЕГ-АТФ-синтетазу — уравнением для активного протонного потока из работы ВеПЬу ег а1. (2001). В модели также учитывали изменения концентрации протонов и произвольного положительного иона, а также буферные свойства стромы и люмена для Н+. Непосредственно, константу скорости ЗФ (а также тепловой диссипации) описывали уравнением (1):

куф^дис) ~ кфл (^дис

)ехр

+ Еп+Е0а+Е2ь \ (1)

где константа скорости флуоресценции (тепловой диссипации) возбуж-

денного состояния пигмента, Р, Г1, Т - стандартные термодинамические величины, Е0, Ерь, Еда и Е<5ь — величины потенциальных барьеров, препятствующих обратному переносу зарядов из донорной стороны, Р11, Оа и Оь, соответственно. В случае переходов из состояний А-Оь3" и А' - Е^ принимали равным нулю. Параметры модели, частично брали из литературы, частично - подбирали. Модель решали численно, в условиях соответствующих длительному предварительному освещению (стационарные условия) и в условиях первых секунд освещения после темно-вой адаптации (не работает Н+-АТФ-синтетаза, отсутствует ДрН, больший Ду) (пиковые условия).

Численное решение модели показало, что она может симулировать основные свойства кривой затухания ЗФ (наличие миллисекундных и секундных компонент, второй максимум свечения и др. (Веселовский, Веселова, 1990)) (Рис 15). Далее разработанную модель использовали при анализе возможных механизмов различных этапов ответа ФСА. В анализе использовали такие характеристики

§ г

и q 0.25 Я У

-,-,- -0.05

2 3 4 5 время, сек

-ЗФ н

— AV -0.01 я | £ — isa

симулированных моделью кривых затухания ЗФ, как величина свечения на 15-й мс в стационарных и пиковых условиях (соответствует стационарному уровню и амплитуде индукционной кривой ЗФ, соответственно) и светосумма секундной компоненты в стационарных условиях.

Рис. 15. Кривые затухания ЗФ и изменения

трансмембранного потенциала (Д\|/) симулированные математической моделью

Анализ предположения о первичной роли снижения поглощения СОг в развитии 1-го этапа ответа ФСА показал, что

соответствующие такому снижению и накоплению первичных продуктов фотосинтеза изменения параметров модели (уменьшение концентрации IГ в строме (Н), активности Н^-АТФ-синтетазы и скорости возврата пластохинонов на ФСП (kq)) вызывают близкие к экспериментальным изменения показателей ЗФ (Рис. 1ба). При этом различия между 1-ми этапами изменений ФСА у тыквы (амплитуда ЗФ возрастает) и у герани (амплитуда не меняется), могут быть связаны с разной скоростью диссипации АрН и пула НАДФНг при затемнении, так как время развития амплитуды ЗФ (приблизительно 1 сек) значительно меньше времени необходимого для нового формирования обусловленного снижением поглощения СОг увеличения ДрН и пула НАДФН2 (порядка 10-в сек). Таким образом, математическая модель демонстрирует возможность участия инактивации поглощения СОг в формировании 1-го этапа ответа. При учете угнетающего влияния на развитие 1-го этапа ответа снижения газообмена, а также данных литературы (Pena-Cortes et al., 1995; Koziolek et al., 2004; Lautner et al., 2005), его связь с инактивацией процессов поглощения СОг представляется весьма вероятной. В качестве возможных причин этого можно отметить связанный с развитием ЭС вход Са2+, который может инак-тивировать ферменты цикла Кальвина (Portis, Heldt, 1976; Веселовский, Веселова, 1990), а также обусловленное ЭС (Ретивин, Викулов, 1980) закисление цитоплазмы и защелачивание апопласта. Последнее может снижать вход С02 (Bulychev et al., 2001), и - за счет закисления стромы - непосредственно влиять на ферменты тем-новой стадии фотосинтеза, активность которых при низких рН уменьшается (Веселовский, Веселова, 1990).

2-й этап развития вызванных ЭС изменений ФСА (15 — 30 мин), по-видимому, не связан с темновой стадией (сопровождается увеличением амплитуды индукционной кривой, не зависит от уровня газообмена) и соответствует по времени показанному в ряде работ увеличению поглощения СО2 (Fromm, Eshrich, 1993; Pena-Cortes et al., 1995; Fromm, Fei, 1998). Можно предположить, что он связан с состоянием тилакоидной мембраны (в частности, с ее ионной проницаемостью). Изучение влияния снижения ионной проницаемости на симулированные моделью кривые затухания ЗФ показало (Рис. 166), что в этом случае наблюдается слабое уменьшение светосуммы, умеренное возрастание величины ЗФ на 15-й мс в

• fi

800 4000

■ Величина (15 мс, стаи)

□ Сввюсумма (3-12 сек, стац)

□ Величина (15 мс, пик)

Z36

266

324

■ 48

547

■ V

® В Величина (15 мс, стац)

□ Светосумма (3-12 сек, стац) ш □ Величина (15 мс, пик)

S ^800-i ||600-~ ^ 400 -

10-кратное 10-кратное 50-кратное Все вместе

снижение снижение H снижение kQ активности Н-АТФ-синт.

3-х кратное снижение ионной пронидаемости

Рис. 16. Симулированные моделью величина ЗФ на 15-й миллисекунде после начала кривой затухания ЗФ (стационарные и пиковые условия) и светосумма на секундном

диапазоне (стационарные условия) при снижении активности Н-АТФсикгетазы, содержания протонов в строме (Н) и kQ (а) или при снижении ионной проницаемости тилакоидной мембраны (б)

стационарных условиях и очень значительное ее увеличение в пиковых условиях. Такие результаты хорошо согласуются с наблюдаемым в экспериментах на 2-м этапе изменений ФСА значительным возрастанием амплитуды ЗФ, слабым повышением ее стационарного уровня и небольшим снижением светосуммы свечения в секундном диапазоне. В пользу такого механизма свидетельствует и рост времени полуспада, так как наблюдаемый в экспериментах первый пик индукционной кривой ЗФ связан с Avf (Веселовский, Веселова, 1990), а скорость трансформации Ау в ДрН будет уменьшаться по мере снижения ионной проницаемости мембраны ти-лакоида. Возможные пути развития уменьшения ионной проницаемости тилакоидной мембраны неизвестны, однако, учитывая существование на ней ионных каналов (Pottosin, Schonknecht, 1996; Hinnah, Wagner, 1998), в том числе — Са2+-зависимых (Vambutas et al., 1994), можно предположить, что в развитии ответа могут участвовать Са2+ и ионные каналы.

3-й этап ответа (более 30 мин после индукции ЭС) наиболее сложен для интерпретации. Учитывая сходство его динамики с временными параметрами вызванного ЭС медленного снижения поглощения С02 и изменений состояния ФСА, показанных в ряде работ (Pèna-Cortes et al., 1995; Herde et al., 1999a), можно предположить, что он с одной стороны связан с инактивацией темновой стадии фотосинтеза (отсюда его сходство с 1-м этапом), а с другой — возможно, с медленными перестройками в самом фотосинтетическом аппарате. В ряде работ показано, что одним из звеньев такого ответа является синтез некоторых фитогормонов, в частности АБК (Heide et al., 1996, 1999b), которая способна модулировать темновую стадию фотосинтеза (Meyer, Genty, 1998) и пигментный состав фотосинтетического аппарата (Ivanov et al., 1995). На основании этого, можно допустить, что 3-й этап ответа связан с обусловленной синтезом ряда фитогормонов медленной инактивацией темновой стадии фотосинтеза и перестройками фотосинтетического аппарата, однако это предположение в значительной степени гипотетично.

Таким образом, ЭС сигналы способны индуцировать сложные ответы ФСА, включающие в себя (в зависимости от типа ЭС и вида растения) до трех различных по механизмам этапов. При этом временные параметры развития изменений ФСА

о >» et

е h- оГ с z >. sc

< (0 8. 8 I 7t

| Ж Л

<Q т >1

¡5 3

s со о.

Ш Интактные растения

□ Обработанные ЭГТА (0.5 мМ)

□ Обработанные ЭГТА (2.0 мМ)

вп1 вд

(0-15 мин)

(25-40 мин) (50-65 мин)

Рис. 17. Влияние ЭГТЛ на индуцированные ЭС изменения выхода ЛТФ из семядольного листа

близки к соответствующим параметрам увеличения выхода АТФ, что дополнительно свидетельствует в пользу их связи. Определенное противоречие возникает только в случае 2-го повышения выхода АТФ после ПД, которому не соответствуют изменения ФСА у проростков тыквы. Возможно, это связано с исследованием ФСА на черенках, а не на интактных растениях, вследствие чего нарушалось нормальное развитие ответа ФСА (судя по временным характеристикам - его 3-го этапа). Такое предположение подтверждает и отсутствие второго максимума холодоустойчивости (через 50 мин после индукции ПД) у проростков тыквы с удаленным побегом над семядолями и семядольным листом (Рис. 11). При этом связь между выходом АТФ и ответами ФСА, по-видимому, реализуется через увеличение концентрации АТФ, которая может возрастать как за счет снижения потребления АТФ в цикле Кальвина (1-й и 3-й этапы ответа), так и за счет обусловленной ростом Ду на тилакоидной мембране активации синтеза (Junesch, Graber, 1991) (2-й этап ответа). Возникающий в результате этого избыток АТФ в листе в дальнейшем, по-видимому, транспортируется с током флоэмного эксудата в стебель, где увеличение содержания АТФ вносит свой вклад в повышение устойчивости растения к охлаждению.

Исследование участия Ca1* в формировании ответа. Показанное выше влияние ЭС на ФСА и — как следствие — на содержание АТФ оставляет открытым вопрос — через какие именно процессы реализуется это влияние? Было предположено, что одним из таких процессов может быть вход ионов кальция, которые, являясь вторичными мессенджероми, модулируют широкий спектр процессов в растительной клетке (Тарчевский, 2001). В связи с этим было установлено, что обработка ЭГТА (0.5 мМ для ПД и 2 мМ для ВП) вызывает подавление вызванного ЭС увеличения выхода АТФ из семядольного листа (Рис. 17), что говорит о значимости внешнего Са2+ для нормального развития ответа. В ходе дополнительного исследования было показано, что локальные раздражения вызывают рост поглощения 45Са черешком семядолей (данные не приведены). Таким образом, вход Са2+, по-видимому, играет определенную роль в развитии вызванных ЭС ответов.

Предполагаемая схема участия ЭС. АТФ. ФСА и Ca2* в развитии дистанционного повышения холодоустойчивости растений. На основании проведенного нами анализа была предложена возможная схема участия ЭС, Са2+, АТФ и ФСА в развитии дистанционного повышения холодоустойчивости растений (Рис. 18). В соответствии с ней при действии локальных раздражителей возникают ЭС, которые распространяются по стеблю и проходят в листовую пластинку, где при

Рис. 18. Схема предполагаемых путей участия электрических сигналов, Са2+,

фотосинтеза и ЛТФ в развитии вызванного локальными стрессовыми воздействиями дистанционного повышения холодоустойчивости растения

участии входа Са2+ вызывают изменения ФСА, которые могут включать до трех этапов ответа, связанных с разными механизмами. Конечным результатом всех этапов изменений ФСА является увеличение содержания АТФ в фотосинтезирую-щих тканях и - посредством транспорта в составе флоэмного эксудата - в стебле. В

свою очередь, АТФ повышает среднюю скорость процессов и уровень флуктуации в организме, облегчая тем самым переход растения в адаптированное состояние и индуцируя повышение его холодоустойчивости.

Заключение

Результаты настоящего исследования позволяют считать, что ЭС играют важную роль в формировании повышения холодоустойчивости растения под действием локальных стресс-факторов. При этом ЭС, по-видимому, передают информацию о наличии локального стрессового воздействия в другие части растения, где -возможно, при участии входа Са2+ в клетку - вызывают изменения ФС А. В результате последних формируется избыток АТФ, который обеспечивает повышение холодоустойчивости растительного организма, возможно, путем ускорения метаболических процессов и увеличения уровня их флуктуаций в растении. Таким образом, можно полагать, что ЭС, вход Са2+, изменения ФСА и увеличение содержания АТФ образуют единую последовательность событий, обеспечивающих целостный ответ растения на локальные раздражения и повышение его устойчивости к действию стресс-факторов.

Среди других интересных результатов исследования можно отметить влияние АТФ на холодоустойчивость, которое целесообразно рассмотреть в контексте эффективности функционирования растения. Так, если после действия локального раздражителя не начинает действовать более сильный, влияющий на целое растение стресс-фактор, то структурные перестройки (один из вариантов адаптации организма) оказываются излишними. Несколько иная ситуация складывается при повышении содержания АТФ, которая в случае отсутствия действия более интенсивного стресс-фактора может быть использована в других клеточных процессах. С другой стороны, при действии стресс-фактора, она — посредством роста скоростей и уровня флуктуаций в живой системе - может облегчать переход растения в более адаптированное состояние и последующие процессы репарации. Таким образом, можно предположить, что вызванное ЭС повышение холодоустойчивости (а возможно и общей устойчивости) растения связано не с собственно адаптацией, а с созданием условий, в которых развитие адаптационных процессов под действием влияющих на целое растение стресс-факторов будет облегчено. Возможно, что этот принцип может использоваться растительным организмом и в иных вариантах развития повышения устойчивости.

Еще один важный аспект полученных результатов связан с ролью флуктуаций в процессе адаптации организма. В его рамках показано, что возрастание уровня флуктуаций может не только уменьшать, но и увеличивать устойчивость биообъекта.

Таким образом, полученные результаты вносят вклад в понимание механизмов адаптации растительного организма к действию стрессовых факторов.

Выводы

1. У проростков тыквы и листьев герани существуют быстро распространяющиеся стрессовые сигналы, с помощью которых неповреждающие и повреждающие локальные раздражения вызывают быстрое и обратимое изменение холодоустойчивости участков растения, расположенных за пределами зоны действия раздражителя. Такие стрессовые сигналы имеют электрическую природу и представлены ПД и ВП, которые возникают в зоне раздражения, распространяются по стеблю и проходят в листовую пластинку. При отсутствии распространяющихся электрических сигналов изменения холодоустойчивости не наблюдаются.

2. Электрические сигналы вызывают увеличение содержания АТФ во флоэм-ном эксудате, которое играет одну из основных ролей в формировании повышения устойчивости растений к действию стресс-факторов. Установлено, что при возрастании концентрации АТФ происходит двухфазное изменение холодоустойчивости растительных организмов (увеличение, затем уменьшение ниже контрольного уровня). АДФ в отличие от АТФ не меняет устойчивость исследованных объектов. Обнаруженное влияние АТФ на холодоустойчивость связано скорее с энергетическими, нежели с сигнальными механизмами. Для интерпретации полученных результатов предложена математическая модель адаптационного процесса, объясняющая действие АТФ на устойчивость через увеличение средних скоростей и уровня флуктуации протекающих в живой системе метаболических процессов.

3. Увеличение концентрации АТФ во флоэмном эксудате является результатом усиления ее выхода из листовой пластинки, которое в свою очередь связано с вызванными электрическими сигналами изменениями ФСА и, по-видимому, обусловлено возрастанием содержания АТФ в клетках листа. Показано, что изменения ФСА включают в себя до трех этапов. Конкретное сочетание развившихся этапов при этом зависит от типа электрического сигнала и вида растения. В случае отсутствия генерации распространяющихся электрических сигналов ответ ФСА не развивается. Предложена математическая модель кривых затухания ЗФ, на основе которой проведен анализ возможных механизмов формирования различных этапов изменений ФСА.

4. Установлено, что важную роль в реализации влияния электрических сигналов на ФСА и содержание АТФ играет вход Са2+, так как обработка растений хела-тором Са2+ (ЭГТА) подавляет возрастание выхода АТФ, а действие локальных раздражителей увеличивает поглощение 45Са черешками семядольных листьев.

5. Предложен возможный механизм формирования вызванного действием локальных раздражителей дистанционного повышения холодоустойчивости растений, который учитывает участие электрических сигналов, входа Са2+, изменений ФСА и увеличения концентрации АТФ в развитии ответа.

Список публикаций по теме диссертации

1. Сухов B.C. Влияние распространяющихся биоэлектрических реакций на замедленную флуоресценцию Cucurbita pepo L. И VIII Нижегородская сессия молодых ученых (естественнонаучные дисциплины): Тез. докл. Н. Новгород, 2003. С. 192-194.

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

3. Сухов B.C., Опритов В.А., Орлова О.В., Абрамова H.H., Воденеев В.А., Пятыгин С.С. Влияние потенциалов действия на замедленную флуоресценцию и содержание АТФ в листьях проростков тыквы // Регуляция роста, развития и продуктивности растений: Матер. Ш Межд. научн. конф. Минск, 2003. С.237-238.

4. Сухов B.C. Влияние потенциала действия и вариабельного потенциала на содержание АТФ в семядольном листе проростков тыквы // Биология — наука XXI века: Тез. докл. 8-й межд. школа-конф. молодых ученых. Пущино, 2004. С. 95.

5. Сухов B.C. Анализ кинетики влияния распространяющихся биоэлектрических реакций на замедленную флуоресценцию семядолей проростков тыквы // Современные проблемы математики и естествознания: Матер. 8-й Всероссийск. научн.-техн. конф. Нижний Новгород, 2004. С. 18-19.

6. Сухов B.C. Изучение способности вариабельного потенциала к индукции предадаптации у проростков тыквы // Исследования человека и объектов живой природы: Матер. 1-й Всероссийск. научн. конф. Нижний Новгород, 2004. С. 10.

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

8. Мысягин С.А., Воденеев В.А., Лобов С.А., Сухов B.C., Ретивин В.Г., Пятыгин С.С., Опритов В.А. Холодоиндуцированные потенциалы действия и их функциональная роль у высших растений И Проблемы физиологии растений Севера: Тез. докл. Межд. научн. конф. Петрозаводск, 2004. С.132

9. Сухов B.C. Особенности влияния распространяющихся биоэлектрических реакций на замедленную флуоресценцию листьев герани // IX Нижегородская сессия молодых ученых (естественнонаучные дисциплины): Тез. докл. Н. Новгород, 2004. С. 234-235

10. Сухов B.C. Вызванное распространяющимися биоэлектрическими реакциями повышение холодоустойчивости проростков тыквы // Актуальные проблемы сохранения устойчивости живых систем: Матер. VIII Межд. научн. эко-логич. конф. Белгород, 2004. С. 214-215.

11. Сухов B.C., Пятыгин С.С. Изменения состояния фотосинтетического аппарата проростков тыквы, вызванные распространяющимися электрическими

сигналами // Преобразование энергии света при фотосинтезе: Тез. докл XVIII Путинских чтений по фотосинтезу и Всероссийск. конф. М., 2005. С. 53-55.

12. Сухов В. С., Воденеев В. А., Орлова О.В. Влияние распространяющихся биоэлектрических реакций на световую стадию фотосинтеза и содержание АТФ в семядольных листьях Cucurbita реро L. // Вест. Нижегородск. ун-та. Сер. Биология. 2005. Вып. 2(10). С. 218-224. ,

Список публикаций по теме диссертации

1. Сухов B.C. Влияние распространяющихся биоэлектрических реакций на замедленную флуоресценцию Cucurbita pepo L. // VIII Нижегородская сессия молодых ученых (естественнонаучные дисциплины): Тез. докл. Н. Новгород, 2003. С. 192-194.

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

10. Сухов B.C. Вызванное распространяющимися биоэлектрическими реакциями повышение холодоустойчивости проростков тыквы И Актуальные проблемы сохранения устойчивости живых систем: Матер. VIII Межд. научн. эко-логич. конф. Белгород, 2004. С. 214-215.

сигналами // Преобразование энергии света при фотосинтезе: Тез. докл XVIII Пущинских чтений по фотосинтезу и Всероссийск. конф. М., 2005. С. 53-55.

12. Сухов В. С., Воденеев В. А., Орлова О.В. Влияние распространяющихся биоэлектрических реакций на световую стадию фотосинтеза и содержание АТФ в семядольных листьях Cucurbita реро L. // Вест. Нижегородец ун-та. Сер. Биология. 2005. Вып. 2 (10). С. 218 - 224.

Подписано в печать 06.09.2006 г. Формат 60 х 90 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл.-печ. л. 1. Заказ 1293. Тираж 100 экз.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского. Лиц. ПД № 18-0099 от 04.05.2001. 603000, г. Н. Новгород, ул. Б. Покровская, 37.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Сухов, Владимир Сергеевич

Основные сокращения и обозначения

Введение

1. Обзор литературы

1.1. Электрические сигналы у высших растений

1.1.1. Общая характеристика биоэлектрогенеза высших растений

1.1.2. Потенциал действия

1.1.3. Вариабельный потенциал

1.2. Электрические сигналы как стрессовые сигналы у растений

1.2.1. Стрессовые сигналы у растений и их функциональная роль

1.2.2. Участие электрических сигналов в качестве стрессовых сигналов у растений ^

1.2.3. Механизмы влияния электрических сигналов на функциональное состояние растений

2. Материалы и методы исследования

2.1. Объект исследования

2.2. Нанесение локальных раздражений

2.3. Электрофизиологические измерения

2.3.1. Измерение электрических сигналов

2.3.2. Электрофизиологический анализ холодоустойчивости

2.4. Измерение замедленной флуоресценции

2.4.1. Исследование фотосинтетической активности по параметрам замедленной флуоресценции ^

2.4.2. Определения холодоустойчивости растений по параметрам замедленной флуоресценции

2.5. Определение содержания АТФ

2.5.1. Определение выхода АТФ из семядольных листьев

2.5.2. Определение содержания АТФ во флоэмном эксудате

2.6. Оценка поглощения Са семядолями методом меченых атомов

2.7. Методы введения экзогенной АТФ (АДФ), диурона и ЭГТА

2.8. Методы обработки результатов 53 2.8.1. Статистическая обработка результатов

2.8.2. Методы численного моделирования

3. Результаты и обсуждение

3.1. Дистанционное влияние локальных раздражений на холодоустойчивость растений

3.1.1. Дистанционное влияние локальных раздражений на холодоустойчивость проростков тыквы ^^

3.1.2. Дистанционное влияние локальных раздражений на холодоустойчивость листьев герани ^

3.2. Исследование электрических сигналов, вызванных локальными раздражениями

3.2.1. Исследование электрических сигналов у проростков тыквы

3.2.2. Исследование электрических сигналов у листьев герани

3.3. Связь вызванного электрическими сигналами повышения содержания АТФ с холодоустойчивостью

3.3.1. Влияние электрических сигналов на содержание АТФ во флоэм-ном эксудате проростков тыквы ^

3.3.2. Влияние экзогенных АТФ и АДФ на холодоустойчивость проростков тыквы

3.3.3. Особенности повышения холодоустойчивости в условиях затемнения после охлаждения

3.3.4. Влияние экзогенных АТФ и АДФ на холодоустойчивость листьев герани

3.3.5. Теоретический анализ механизмов влияния АТФ на устойчивость растительного объекта к действию стресс-факторов ^

3.4. Исследование связи возрастания содержания АТФ в растении с фотосинтетической активностью ^

3.4.1. Связь вызванного электрическими сигналами повышения холодоустойчивости с фотосинтетической активностью

3.4.2. Влияние электрических сигналов на выход АТФ из семядолей

3.4.3. Влияние электрических сигналов на параметры замедленной флуоресценции у проростков тыквы ^

3.4.4. Влияние электрических сигналов на параметры замедленной 96 флуоресценции у листьев герани

3.4.5. Теоретический анализ вызванных электрическими сигналами изменений фотосинтетической активности дд

3.5. Участие Ca в развитии индуцированных электрическими сигналами функциональных ответов j j

3.6. Предполагаемая схема участия электрических сигналов, АТФ, фотосинтеза и Са2+ в развитии повышения холодоустойчивости растений цу

Введение Диссертация по биологии, на тему "Роль распространяющихся электрических сигналов в повышении устойчивости растений к охлаждению"

Актуальность проблемы. Необходимым условием существования организма под действием разнообразных и меняющихся во времени факторов окружающей среды является наличие коммуникационных систем, обеспечивающих его функционирование как единого целого. У животных в качестве таких систем выступают в первую очередь нервная и гормональная системы, которые различны по времени, необходимому для формирования ответа. Так ответ нервной системы может происходить за интервалы времени порядка сек и меньше, а гормональной - порядка мин и часов. Вследствие этого первая обеспечивает ответ на более быстрые, а вторая - на плавные изменения условий среды.

В настоящее время не вызывает сомнений существование гормональной регуляции у растений (Медведев, 2004), однако, распространение фито-гормонов является достаточно медленным процессом, например, для ИУК его скорость составляет около 4 мм/час (Опритов и др., 1991). С другой стороны из литературы известно много примеров когда влияние локального раздражения на функциональное состояние целого растения или его удаленных от зоны раздражения органов может развиваться намного быстрее. Ярким примером этого являются локомоторные растения, ответ которых может формироваться за время порядка сек (Опритов и др., 1991). Достаточно быстрые функциональные изменения (порядка мин) могут развиваться и у нелокомоторных растений (Беликов и др., 1962; Гунар, Синюхин, 1963; Herde et al., 1999а; Koziolek et al., 2004 и др.). Отсюда можно заключить, что и у растительных организмов существуют коммуникационные системы, обеспечивающие генерацию и распространение стрессовых сигналов, которые способны вызывать дистанционные изменения функционального состояния. В то же время, хорошо известно, что и локомоторные, и нелокомоторные растения способны к генерации и распространению электрических сигналов (ЭС) (Опритов и др., 1991), скорость которых может варьировать от мм/сек до см/сек (Синюхин, 1964; Синюхин, Горчаков, 1966, 1968; Lautner et al., 2005). Существует гипотеза, что именно распространяющиеся ЭС играют ключевую роль в быстром развитии дистанционного функционального ответа при действии локального раздражения (Ретивин, Опритов, 1993; Опритов, 1998), являясь аналогом нервных импульсов у животных. Это предположение согласуется с рядом экспериментальных работ (Fromm, Fei, 1998; Herde et al., 1998; Herde et al., 1999b; Lautner et al., 2005 и др.), однако имеются и другие гипотезы. Так в некоторых работах природу стрессовых сигналов связывают с колебаниями градиента электрического поля, гидравлическими волнами или изменением газового состава в воздушном пространстве листа (Полевой и др., 1997; Bowles, 1998; Stahlberg et al., 2001). Таким образом, вопрос об участии электрических сигналов в индукции дистанционного ответа растительного организма остается актуальным и требует дальнейшего изучения.

Весьма актуальной является и проблема биологического смысла вызванных стрессовыми сигналами изменений функционального состояния у нелокомоторных растений. Так известно, что локальные стрессирующие воздействия могут (возможно, при участии ЭС) влиять на экспрессию генов (Herde et al., 1996, 1999а; Stankovic, Davies, 1996; Davies et al., 1997), поглощение и транспорт ряда веществ (Опритов и др., 1972; Опритов, Крауз, 1974; Опритов, 1982; Fromm, Bauer, 1994), дыхание (Гунар, Синюхин, 1963; Filek, Koscielniak, 1997), содержание АТФ во флоэмном эксудате (Ретивин и др., 1999b) транспирацию и фотосинтетические процессы (Fromm, Eshrich, 1993; Fromm, Fei, 1998) и т.д. При этом механизмы реализации такого влияния остаются в настоящее время слабо изученными. В частности (Fisahn et al., 2004) известно, что одним из ключевых звеньев в развитии вызванных стрессовыми сигналами изменений функционального состояния является, возможно, вход Са2+, однако конкретные механизмы его участия в ответе остаются недостаточно изученными. С другой стороны установлено, что на уровне целого растения локальные раздражения и связанные с ними ЭС способны увеличивать его неспецифическую устойчивость (Ретивин, Опритов, 1993; Ретивин и др., 1997, 1999а; Опритов, 1998). Отсюда можно предположить, что именно повышение устойчивости растительного организма является конечным результатом изменений многих параметров функционального состояния, однако такая гипотеза требует изучения механизмов связи между этими процессами.

Существуют предположение, что определенную роль в развитии такого ответа может играть увеличение энергообеспеченности растения, и, в частности, уровня АТФ (Ретивин и др., 1999Ь). Так известно, что у животных начальные этапы стресса сопряжены со снижением потребления энергии рядом систем и переводом запасных веществ в легко утилизируемые макроэргиче-ские соединения, что создает избыток доступной энергии, который затем может использоваться в процессах снижения негативного влияния стресс-фактора (Меерсон, Пшенникова, 1988). По данным некоторых авторов (Гар-кави и др., 1998) состояние повышенной энергопродукции (реакции тренировки и активации) может возникать при действии слабых и средних раздражителей и облегчать развитие стрессового ответа при последующем действии более сильных факторов. У растений возможность существования таких механизмов остается неизученной, однако с одной стороны известно, что в ходе закаливания происходит возрастание содержания макроэргов (Климов, 1997), что может играть определенную роль в повышении холодоустойчивости, а с другой - ЭС сигналы способны повышать содержание АТФ во фло-эмном эксудате (Ретивин и др., 1999Ь).

Таким образом, данные литературы демонстрируют способность локально действующих стресс-факторов вызывать ЭС, разнообразные функциональные ответы и повышение неспецифической устойчивости целого растения, а также его участков, лежащих за пределами зоны раздражения. Гипотетически взаимоотношения между этими процессами можно представить следующим образом: локальное раздражение —> ЭС —> функциональные ответы (в том числе, увеличение энергообеспеченности растений) —» повышение неспецифической устойчивости растения

В то же время, экспериментальные исследования такой цепи и механизмов связей между звеньями являются недостаточными.

Цель и основные задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение рож ЭС в формировании повышения устойчивости растения к действию стресс-факторов на примере холодоустойчивости.

В задачи работы входило:

1. Оценить способность повреждающего и неповреждающего локального раздражения вызывать дистанционное изменение холодоустойчивости растительного объекта.

2. Проанализировать возможность участия электрических сигналов в виде ПД и ВП в развитии ответа.

3. Исследовать влияние локальных раздражений и связанных с ними ЭС на содержание АТФ в гипокотиле.

4. Исследовать влияние АТФ на холодоустойчивость растений.

5. Исследовать связь изменений содержания АТФ с фотосинтетической активностью (ФСА).

6. Исследовать роль Са2+ в развитии ответа.

Са в формировании ответа. Впервые установлена связь вызванного ЭС повышения выхода АТФ и увеличения холодоустойчивости с ФСА. В индуцированных ЭС ответах ФСА (по параметрам замедленной флуоресценции (ЗФ)) выделено три различных этапа и - на основе разработанной авторами модели кривой затухания ЗФ - предложены их возможные механизмы.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

4. Необходимым условием развития ответа является, по-видимому, вход Са2+ в клетку.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на Международной конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» (Пущино, 2003), III Международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2003), VIII и IX Нижегородской сессии молодых ученых (Нижний Новгород, 2003, 2004), VIII Международной конференции «Актуальные проблемы сохранения устойчивости живых систем» (Белгород, 2004), III Съезде биофизиков России (Воронеж, 2004), VIII Пущинской конференции молодых ученых (Пущино, 2004), XVIII Пущинских чтениях по фотосинтезу (Пущино, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Сухов, Владимир Сергеевич

Выводы

2. Электрические сигналы вызывают увеличение содержания АТФ во флоэмном эксудате, которое играет одну из основных ролей в формировании повышения устойчивости растений к действию стресс-факторов. Установлено, что при возрастании концентрации АТФ происходит двухфазное изменение холодоустойчивости растительных организмов (увеличение, затем уменьшение ниже контрольного уровня). АДФ в отличие от АТФ не меняет устойчивость исследованных объектов. Обнаруженное влияние АТФ на холодоустойчивость связано скорее с энергетическими, нежели с сигнальными механизмами. Для интерпретации полученных результатов предложена математическая модель адаптационного процесса, объясняющая действие АТФ на устойчивость через увеличение средних скоростей и уровня флуктуаций протекающих в живой системе метаболических процессов.

4. Установлено, что важную роль в реализации влияния электрических сигналов на ФСА и содержание АТФ играет вход Са , так как обработка растений хелатором Са (ЭГТА) подавляет возрастание выхода АТФ, а действие локальных раздражителей увеличивает поглощение 45Са черешками семядольных листьев.

5. Предложен возможный механизм формирования вызванного действием локальных раздражителей дистанционного повышения холодоустойчивости л I растений, который учитывает участие электрических сигналов, входа Са , изменений ФСА и увеличения концентрации АТФ в развитии ответа.

Заключение

Результаты настоящего исследования позволяют считать, что ЭС, вход Са2+, изменения ФСА и увеличение содержания АТФ играют важную роль в формировании повышения холодоустойчивости (а возможно, и неспецифической устойчивости) растения под действием локальных стресс-факторов, формируя единую последовательность процессов.

Роль ЭС заключается в передаче информации о наличии локального стрессового воздействия в другие части растения, то есть в функционировании в качестве стрессовых сигналов, и в запуске адаптационных процессов в растительном организме. При этом передаваемая информация обладает определенным минимумом специфичности в отношении интенсивности локального раздражения, так как функциональные ответы, вызванные ПД (непо-вреждающие раздражители) и ВП (повреждающие раздражители) по ряду свойств (время начала ответа, его связь с состоянием растения и т.д.) различны.

Вход ионов кальция, по-видимому, служит одним из этапов реализации влияния ЭС на ФСА (и содержание АТФ) в клетках листа. Механизмы его влияния могут быть связаны с модуляцией активности ферментов цикла Кальвина и ионных каналов тилакоидной мембраны, с участием в формировании функционального ответа вызванного действием фитогормонов и т.д. В

Ъ г то же время конкретные механизмы участия Са в развитии функциональных ответов требуют дальнейшего изучения.

Вызванные ЭС изменения ФСА могут включать в себя до трех этапов различных по своим механизмам, причем в зависимости от типа ЭС и вида растения сочетание развившихся этапов ответа может быть специфично. В то же время общим результатом всех вариантов вызванного ЭС ответа фотосинтеза, по-видимому, заключается в формировании избытка макроэргических продуктов световой стадии фотосинтеза (АТФ), которое может достигаться либо путем снижения потребления (1-й и, возможно, 3-й этап ответа), либо путем увеличения синтеза (по-видимому, 2-й этап ответа).

Смысл возрастания АТФ, по-видимому, заключается в обеспечении повышения холодоустойчивости растительного организма, причем этот эффект может реализовываться без привлечения дополнительных процессов, запускаемых ЭС. При этом влияние АТФ на холодоустойчивость связано, по-видимому, с ее энергетической ролью (для развития эффекта необходимы изменения концентрации АТФ в пределах 100 - 200 мкМ, АДФ не оказывает никакого положительного влияния на холодоустойчивость). Конкретный механизм показанного влияния может быть связан с возрастанием скорости процессов и увеличением уровня их флуктуаций в растении.

Возможность прямого (не связанного с запуском электрическими сигналами других адаптационных процессов) влияния АТФ на холодоустойчивость наиболее интересно в контексте эффективного функционирования растения. Так, если после действия локального раздражителя не начинает действовать более сильный, влияющий на целое растение стресс-фактор, то структурные перестройки (один из вариантов адаптации растения) оказываются излишними. Иная ситуация складывается при повышении содержания АТФ, которая в случае отсутствия действия более интенсивного стресс-фактора может быть использована в других клеточных процессах. В случае же действия стресс-фактора, она - посредством роста скоростей и уровня флуктуаций в живой системе - может облегчать переход растения в более адаптированное состояние и последующие процессы репарации. Таким образом, можно предположить, что вызванное ЭС повышение холодоустойчивости (а возможно и общей устойчивости) растения связано не с собственно адаптацией, а с созданием условий, в которых развитие адаптационных процессов под действием влияющих на целое растение стресс-факторов будет облегчено.

Другой важный аспект полученных результатов связан с ролью флуктуаций в процессе увеличения устойчивости объекта. Как показала математическая модель, возрастание уровня «шума» может не только ухудшать состояние объекта, нарушая формирования оптимального в данных условиях состояния, но и - в определенных пределах интенсивности - улучшать его.

Такой результат может играть определенную роль не только в связанных с энергизацией (уровнем АТФ в клетке) процессах, но, возможно, и в других случаях. В частности, представляется интересным вариант с возможным усилением адаптационных процессов в условиях прямого действия повреждающих факторов, которые, нарушая регуляторные процессы, могут увеличивать уровень флуктуаций в системе.

В целом полученные результаты демонстрируют важность пути: по-калъное раздражение—>ЭС—Са —>изменение ФСА^увеличение содержания АТФ—>возрастание холодоустойчивости растения для формирования быстрых ответов растительного организма в меняющихся условиях окружающей среды. Однако нельзя исключать и другие варианты реализации таких ответов. Это могут быть ответы генетического аппарата (Stankovic, Da-vies, 1996; Fisahn et al., 2004), усиление дыхания (а, следовательно, и рост АТФ) (Fillek, Koscielniak, 1997) и других процессов, влияющих на устойчивость объекта к стресс-факторам. Их роль в растительном организме, связь с фотосинтезом и т.д. требует дальнейшего изучения.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Сухов, Владимир Сергеевич, Нижний Новгород

1. Авакян А.Б. Влияние заморозков на замедленную флуоресценцию листьев растений в полевых условиях // Биофизика. 1993. - Т. 38, №5. -С.873-876.

2. Авакян А.Б. Влияние температуры воздуха и влажности почвы на замедленную флуоресценцию листьев гороха в полевых условиях // Физиология растений. 1986. - Т.ЗЗ, №1. - С. 23-28.

3. Авакян А.Б. Исследование влияния обезвоживания при различных температурах на фотосинтетический аппарат отчлененных листьев методом замедленной флуоресценции // Биофизика. 1991. - Т. 36, №5. - С. 885-890.

4. Адыгезалов В.Ф. Фотоиндуцированные биоэлектрические потенциалы листьев высших растений. Баку: Элш, 1987. - 71 с.

5. Акимова Т.В., Балагурова Н.И., Титов А.Ф. Влияние локального прогрева на тепло-, холодо- и солеустойчивость клеток листа и корня растений // Физиология растений. 1999. - Т.46, №1. - С. 119-123.

6. Акимова Т.В., Балагурова Н.И., Титов А.Ф. Динамика холодоустойчивости клеток листа и корня проростков пшеницы и огурца при общем и локальном охлаждении // Физиология и биохимия культурных растений. -2000. Т.32, №4. - С.297-301.

7. Акимова Т.В., Балагурова Н.И., Титов А.Ф. Последействие локального прогрева побегов или корней на теплоустойчивость клеток листа и корня у проростков озимой пшеницы // Физиология растений. 1998. - Т. 45, № 5. - С. 698-702.

8. Акимова Т.В., Балагурова Н.И., Титов А.Ф., Мешкова Е.А. Повышение теплоустойчивости листьев при локальном прогреве проростков // Физиология растений. 2001. - Т. 48, № 4. - С. 584-588.

9. Балагурова Н.И, Акимова Т.В., Титов А.Ф. Влияние локального охлаждения проростков огурца и пшеницы на различные виды устойчивости листа и корня // Физиология растений. 2001. - Т. 48, № 1. - С. 113-118.

10. Беликов П.С, Моторина М.В., Невская Р.И. О природе кратковременной активации фотосинтеза//Известия ТСХА. 1964. - №6. - С. 28-38.

11. Беликов П.С., Авокимова Л.Г. Фотосинтез, содержание воды и движение устьиц у срезанных листьев фасоли // Известия ТСХА. 1965. - №1. -С. 48-58.

12. Беликов П.С., Моторина М.В., Куркова Е.Б. Кратковременная активация фотосинтеза как проявление раздражимости растений // Известия ТСХА. 1962.-№1.-С. 47-60.

13. Беляева Н.Е., Лебедева Г.В., Ризниченко Г.Ю., Рубин А.Б., Демин О.В. Кинетическое моделирование индукции флуоресценции высших растений // Математика. Компьютер. Образование. 2000. - № 7. - С. 606-614

14. Берестовский Г.Н, Востриков И .Я., Жерелова О.М.,. Характеристики возбудимых мембран клеток харовых водорослей // Ионный транспорт в растениях: Труды II Всесоюз. симпоз. Киев: Наукова думка, 1979. - С.8 - 10.

15. Бос Д.Ч. Избранные произведения по раздражимости растений: в 2-х т. М.: Наука, 1964.- Т.2. - 395 с.

16. Булычев A.A. Изменение электрического потенциала на фотосинтетической и клеточной мембранах Anthoceros при действии света // Физиология растений. 1989. - Т. 36, №5 - С. 939-946.

17. Булычев A.A., Ремиш Д. Временное подавление Н+-насоса плазма-леммы Anthoceros после световых вспышек секундной длительности // Физиология растений. -1991. Т. 38, № 3. - С. 499-505.

18. Буслов В.А., Яковлев С.Л. Численные методы II. Решение уравнений. СПб: СПбГУ, 2001. - Т.2. - 44 с.

19. Вант Ч., Уиллис Д. Радиоиндикаторный метод в биологии. М: Атомиздат, 1969. - 464 с.

20. Венедиктов П.С., Маторин Д.Н. Применение методов регистрации послесвечения в исследованиях фотосинтеза // Методы исследования фотосинтетического транспорта электронов. Пущино, 1974. - С.185-191

21. Веселова Т.В., Веселовский В.А., Чернавский Д.С.: Стресс у растений (биофизический подход). М: Из-во Московского университета, 1993. -144 с.

22. Веселовский В.А., Веселова Т.В. Люминесценция растений. М: Наука, 1990.-200 с.

23. Веселовский В.А., Джанумов Д.А.: Изучение биофизическими методами адаптационной реакции растений в связи с проблемой устойчивости // Сверхслабые свечения в медицине и сельском хозяйстве. М: Из-во Московского университета, 1974. - С. 89-98.

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

25. Гаркави JI. X., Квакина Е. Б., Кузьменко Т. С. Антистрессорные реакции и активационная терапия. М: ИМЕДИС, 1998. - 330 с.

26. Голодрига П.Я., Боберский Г.А., Сидорак В.И., Стадник С.А., Белов В.П., Осипов A.B. Биоэлектрическая реакция листьев на изменение температуры // Биоэлектрогенез и транспорт веществ у растений: Межвузовский сборник. Горький: ГГУ, 1986. - С. 79-83.

27. Гродзинский A.M., Гродзинский Д.М. Краткий справочник по физиологии растений. Киев: Наукова думка, 1973.- 591 с.

28. Гунар И.И., Паничкин JI.A. Зависимость разности электрических потенциалов клеток корня тыквы от температуры // Известия ТСХА. 1975. -№. 2. - С. 3-6.

29. Гунар И.И., Синхин A.M. Функциональное значение токов действия в изменении газообмена высших растений // Физиология растений. 1963. -Т. 10, №3.-С. 1042-1054.

30. Гунар И.И., Синюхин A.M. Озолина И.А. Роль двухвалентных катионов в возбуждении одиночной растительной клетки // Известия ТСХА. -1964. №3. - С. 82-86.

31. Караваев В.А., Кукушкин А.К. Теоретическая модель световых и темновых процесов фотосинтеза: проблема регуляции // Биофизика. 1993. -Т.38. - С. 958-975 .

32. Китлаев Б.Н., Газиев М.М., Гононенко В.И. Биофизические аспекты природы морозоустойчивости растений // Сверхслабые свечения в медицине и сельском хозяйстве. М: Издательство Московского университета, 1974. -С.143-146.

33. Китлаев Б.Н., Голодрига П.Я., Тарусов Б.Н., Газиев М.М, Маммаев А.Т. Низкотемпературная вспышка фотосинтетической люминесценции растений // Сверхслабые свечения в биологии. М: Наука, 1972. - С. 193-195

34. Климов С. В. Биоэнергетическая концепция устойчивости растений к низким температурам // Успехи совр. биол. 1997. - Т. 117, №. 2. - С. 153160.

35. Колесов Ю.Б. Объектно-ориентированное моделирование сложных динамических систем. С.Пб.: Из-во СПбГПУ, 2004. - 240 с.

36. Коросов A.B. Имитационное моделирование в среде MS Excel. -Петрозаводск: Из-во ПетрГУ, 2002. 212 с.

37. Лайск А.Х. Кинетика фотосинтеза и фотодыхания С3-растений. М: Наука, 1977. - 195 с.

38. Лайск А.Х. Кинетика фотосинтеза СЗ-растений. М: Наука, 1991.61 с.

39. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1973. - 343 с.

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

41. Малофеев В.М. Одновременная регистрация интенсивности флуоресценции и фотосинтетической активности листа в стационарном состоянии // Биофизические методы в физиологии растений. М: Наука, 1971. - С. 4858.

42. Малофеев В.М., Беликов П.С. Интенсивность фотосинтеза в условиях нарастающего обезвоживания листа // Сельскохозяйственная биология. 1970.-Т. 5, №6.-С. 869-873.

43. Мамулашвили Г.Г., Красавина М.С., Лялин О.О. Сравнительное изучение электрической активности корня и стебля растения// Физиология растений. 1972. - Т. 19, №3. - С. 551-557.

44. Медведев С.С. Физиология растений. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2004.336 с.

45. Медведев С.С. Электрофизиология растений. СПб.: Изд-во СпбГУ,1998.- 184 с.

46. Медведев С.С., Батов А.Ю., Мошков A.B., Марков И.В. Роль ионных каналов в трансдукции ауксинового сигнала // Физиология растений.1999. Т. 46, № 5. - С. 609-620.

47. Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г. Адаптация к стрессорным ситуациям и физическим нагрузкам. М.: Медицина. 1988. - 256 с.

48. Мокроносов А.Т., Гавриленко В.Ф. Фотосинтез. Физиолого-экологические и биохимические аспекты. М.: Из-во МГУ, 1992. - 167 с.

49. Опритов В.А. Распространяющееся возбуждение и транспорт асси-милятов во флоэме // Физиология растений. 1978. - Т. 25, №3. - С. 1042 -1054.

50. Опритов В.А. Функциональные аспекты биоэлектрогенеза у высших растений: 59-е Тимирязевское чтение. Н.Новгород: Издательство ННГУ, 1998.-46 с.

51. Опритов В.А., Калинин В.А. Изменение энергетического состояния и функциональной активности проводящей системы кормовой свеклы прираспространении волны возбуждения // Физиология растений. 1970. - Т. 17, №4. - С. 769-775.

52. Опритов В.А., Крауз В.О. О роли АТФ-азных белков в изменении проницаемости поверхностных плазматических мембран корней для фосфат-ионов под влиянием пришедшей из надземной части волны возбуждения // Доклады АН СССР. 1974. - Т. 216, №6. - С. 1419-1422.

53. Опритов В.А., Лобов С.А., Пятыгин С.С., Мысягин С.А. Анализ возможности участия местных биоэлектрических реакций в рецепции охлаждения высшими растениями (на примере Cucurbita Pepo L.) // Физиология растений. 2005. - Т. 52, № 5. - С. 1 - 8.

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

55. Опритов В.А., Пятыгин С.С., Ретивин В.Г. Биоэлектрогенез у высших растений. М: Наука, 1991. - 213 с.

56. Опритов В.А., Ретивин В.Г. О механизме распространения возбуждения у высших растений // Физиология растений. 1982. - Т. 29, №5. - С. 915-924.

57. Пикуленко М.М. Фотоиндуцированная генерация электрических потенциалов в мембранах растительной клетки // Автореф. дисс. канд. биол. наук. М: Из-во МГУ, 2005. - 22 с.

58. Пикуленко М.М., Булычев A.A. Запускаемые светом потенциалы действия и изменения квантовой эффективности фотосистемы II в клетках Anthoceros // Физиология растений. 2005. - Т. 52, № 5. - 660-666.

59. Полевой A.B., Танкелюн О.В., Полевой В.В. Быстрая дистанционная передача сигнала о локальном стрессовом воздействии у проростков кукурузы // Физиология растений. 1997. - Т. 44, №5. - С. 645-651.

60. Полевой В.В. Физиологии целостности растительного организма // Физиология растений. 2001. - Т. 48, № 4. - С. 545 - 546.

61. Полевой В.В. Физиология растений. М: Высшая школа, 1989.464 с.

62. Пятыгин С.С. Роль плазматической мембраны в восприятии холодового воздействия на клетки растения // Биологические мембраны. 2004. -Т. 21, №5.-С. 362-369.

63. Пятыгин С.С. Электрогенез клеток растения в условиях стресса // Успехи современной биологии. 2003. - Т. 123, №5. - С. 552-562.

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

65. Пятыгин С.С., Опритов В.А. Влияние температуры на генерацию потенциалов действия возбудимыми клетками высшего растения // Биофизика. 1990. - Т.35, № 3. - С. 444-449.

66. Пятыгин С.С., Опритов В.А. Об аккомодационных свойствах возбудимых структур высших растений // Доклады АН СССР. 1982. - Т. 265, № 6. - 1510-1512.

67. Пятыгин С.С., Опритов В.А. Температурный фактор и биоэлектрическая активность клеток растений // Успехи современной биологии. 1987. -Т.104,№3.-С. 426-442.

68. Пятыгин С.С., Опритов В.А., Половинкин A.B., Воденеев В.А. О природе генерации потенциалов действия у высших растений // Доклады Академии наук. 1999а. - Т.366, №3. - С. 404-407.

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

70. Растригин J1.A. Адаптация сложных систем. Рига: Зинатне, 1981,375 с.

71. Ретивин В. Г., Опритов В. А. Кабельные свойства стебля высшего растения // Физиология растений. 1987. - Т.34, №.1. - С. 5-12.

72. Ретивин В.Г., Опритов В.А. К оценке холодоустойчивости высших растений на основе электрофизиологического анализа их возбудимости // Физиология растений. 1992. - Т.39, №.6. - С. 1224-1231.

73. Ретивин В.Г., Опритов В.А. О роли распространяющихся потенциалов действия в адаптации растений к низким температурам // Доклады Акад. наук.- 1993. Т.331, №4. - С.524-526.

74. Ретивин В.Г., Опритов В.А., Лобов С.А., Тараканов С.А, Худяков

75. B.А. Модификация устойчивости фотосинтезирующих клеток к охлаждению и прогреву после раздражения корней раствором KCl // Физиология растений.- 1999а. Т. 46, №5. - С. 790-798.

76. Ретивин В.Г., Опритов В.А., Абрамова H.H., Лобов С.А., Федулина

77. C.Б. Уровень АТР во флоэмном эксудате стебля высшего растения после распространения электрических реакций на ожог и охлаждение // Вестник ННГУ. Серия биологическая. 1999б. - №1 - С. 124-131.

78. Ретивин В.Г., Опритов В.А., Меньшикова О.Б. О роли С1- проницаемости в генерации потенциалов действия в проводящих тканях стебля тыквы // Ферменты, ионы и биоэлектрогенез у растений: Межвузовский сборник. Горький, 1984.-С. 13-19.

79. Ретивин В.Г., Опритов В.А., Прахова С.Б. Сравнительная характеристика кабельных свойств стелбя тыквы и листового черешка герани // Биоэлектрогенез и мембранный транспорт растений: Межвузовский сборник. -Горький, 1989.-С. 5-11.

80. Ретивин В.Г., Федосеев В.В. Влияние блокаторов ионной проницаемости на биоэлектрические реакции изолированных проводящих пучков стебля тыквы // Мембранный транспорт и биоэлектрогенез у растений: Межвузовский сборник. Горький, 1987. - С.55-63.

81. Рубин А.Б. Биофизика. М: Высшая школа, 1987.- Т.2-313 с.

82. Рубин А.Б., Кренделева Т.Е. Регуляция первичных процессов фотосинтеза // Успехи современной биологии. 2003. - Т. 43, № 1. - С. 225-266.

83. Синюхин A.M. Электрофизиологические исследования клеток флоэмы высших растений // Известия ТСХА. 1964. - № 3. - С. 59-70.

84. Синюхин A.M., Горчаков В.В. Потенциалы действия высших растений, не обладающих моторной активностью // Биофизика. 1966. - Т.11, №5.- С. 840-846.

85. Синюхин A.M., Горчаков В.В. Роль проводящих пучков стебля в передаче раздражения на расстояние с помощью биоэлектрических импульсов // Физиология растений. 1968. - Т.15, № 3. - С. 477-487.

86. Тарусов Б.Н., Веселовский В.А. Сверхслабые свечения растений и их прикладное значение. М: Из-во Московского университета, 1978. - 149 с.

87. Тарчевский И.А. Метаболизм растений при стрессе. Казань: Фэн, 2001.-448с.

88. Тейлор Д. Введение в теорию ошибок. М.: Мир, 1985. - 272 с.

89. Чернавский Д.С. Синергетика и информация: Динамическая теория информации. М.: Наука, 2001. - 243с

90. Шогенов Ю.Х., Миронова Е.А., Моисеенко В.Ю., Романовский Ю.М. Влияние монохроматического электромагнитного излучения в диапазоне 330-3390 нм на биоэлектрическую активность растений // Физиология растений. 1999. - Т. 46, №5. - С. 799-805.

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

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

93. Allakhverdiev S.I., Murata N. Environmental stress inhibits the synthesis de novo of proteins involved in the photodamage-repair cycle of Photosystem II in Synechocystis sp. PCC 6803 // Biochim. Biophys. Act. 2004. - V. 1657. - P. 2332.

94. Allen J.F. Cyclic, pseudocyclic and noncyclic photophosphorylation: new links in the chain // TRENDS in Plant Science. 2003. - V. 8. - P. 15-19.

95. Amtmann A., Jelitto T.C., Sanders D. Kl-selective inward-rectifying channels and apoplastic pH in barley roots // Plant .Physiol. 1999. - V. 119. - P. 331-338.

96. Asada K. The water-water cyclein chloroplasts: scavenging of active oxygens and dissipation of excess photons // Annu. Rev. Plant Physiol. 1999. - V. 50.-P. 601-639.

97. Babourina O. Newman I., Shabala S. Blue light-induced kinetics of H" and Ca" fluxes in etiolated wild-type and phototropin-mutant Arabidopsis seedlings // PNAS 2002. - V. 99. - P. 2433-2438

98. Badger M.R., von Caemmerer S., Ruuska S., Nakano H. Electron Dow to oxygen in higher plants and algae: rates and control of direct photoreduction (Mehler reaction) and rubisco oxygenase // Phil.Trans. R. Soc. Lond. 2000. - V. 355.-P. 1433-1446.

99. Baum G., Long J. C., Jenkin G.L., Trewavas A.J. Stimulation of the blue light phototropic receptor NPH1 causes a transient increase in cytosolic Ca //PNAS 1999. - V. 96. - P. 13554-13559.

100. Beilby M.J., Shepherd V.A. Modeling the current-voltage characteristics of charophyte membranes III. K+ state of Lamprothamnium // J. Membrane Biol.-2001.-V. 181.-P. 77-89.

101. Birkenmeier G.F., Ryan C.A. Wound signaling in tomato plants // Plant Physiol. 1998. - V. 117. - P. 687-693.

102. Blackman L.M., Overall R.L. Structure and function of plasmodes-mata// Aust. J. Plant Physiology. 2001. - V. 28. - P. 709-727.

103. Bonetta D., McCourt P. Genetic analysis of ABA signal transduction pathways //Trend, plant, sci. -1998. -V. 3. -P. 231-235.

104. Bowles D. Signal transduction in the wound response of tomato plants //Phil.Trans. R. Soc. Lond. B. 1998. - V. 353. - P. 1495-1510.

105. Bruce D., Samson G., Carpenter C. The origins of nonphotochemical quenching of chlorophyll fluorescence in photosynthesis. Direct quenching by P680+ in photosystem II enriched membranes at low pH // Biochem. 1997. - V. 36.-P. 749-755.

106. Bulychev A., Vredenberg W. Spatio-temporal patterns of photosystem II activity and plasma-membrane proton flows in Chara coralline cells exposed to overall and local illumination // Planta. 2003. - V. 218. - P. 143-151.

107. Bulychev A.A., Cherkashin A.A., Rubin A.B., Vredenberg W.J., Zykov V.S., Muller S.C. Comparative study on photosynthetic activity of chloroplasts in acid and alkaline zones of Chara coralline // Bioelectrochemistry. 2001. - V. 53. -P. 225-232.

108. Bulychev A.A., Turovetsky V.B. Light-triggered changes of membrane potential in cells of Anthoceros punctatus and their relation to activation of chloro-plast ATPase // J. Exp. Bot. 1983. - V. 34. - P. 1181-1188.

109. Bulychev A.A., Vredenberg W.J. Enhancement of the light-triggered electrical response in plant cells following their de-energization with uncouplers // Physiologia plantarum. 1995. - V. 94. - P. 64-70.

110. Chinnusamy V., Schumaker K., Zhu J.-K. Molecular genetic perspectives on cross-talk and specificity in abiotic stress signalling in plants // J. Exp. Bot. 2004. - V. 55. - P. 225-236.

111. Chitnis P.R. PHOTOSYSTEM I: function and physiology // Annu. Rev. Plant Physiol. 2001. - V. 52. - P. 593-626.

112. Cho M.H. Spalding E.P. An anion channel in Arabidopsis hypocotyls activated by blue light // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. - V. 93. - P. 81348138.

113. Cutler A.J., Krochko J.E. Formation and breakdown of ABA // Trend, plant, sci. 1999. - V. 4. - P. 472-478.

114. Davies E. Plant responses to wounding // The biochemistry of plants. -1987a.- V.12.- P. 243-264.

115. Davies E. Action potentials as multifunctional signals in plants; a unifying hypotheses to explain apparent disparate wound responses// Plant, Cell and Environment. 1987b. - V. 10. - P. 623-631.

116. Delphin E., Duval G.-K., Etienne A.-L., Kirilovsky D. ApH-dependent photosystem II fluorescence quenching induced by saturating, multiturnover pulses in red algae//Plant Physiol. 1998.-V. 118. - P. 103-113.

117. Demidchik V., Nichols C., Oliynyk M., Dark A., Glover B.J, Davies J.M. Is ATP a signaling agent in plants? // Plant Physiol. 2003. - V. 1331. - P. 456-461.

118. Devoto A., Turner J.G. Regulation of jasmonate-mediated plant responses in Arabidopsis 11 An. Bot. 2003. - V. 92. - P. 329-337.

119. Dziubinska H., Trebacz K., Zawadzki T. Transmission route for action potentials and variation potentials in Helianthus annuus L. // J. Plant. Physiol. -2001. V. 158.-P. 1167-1172.

120. Ensminger I., Busch F., Huner N.P.A. Photostasis and cold acclimation: sensing low temperature through photosynthesis // Physiologia Plantarum. 2006.- V.126.-P. 28-44.

121. Ettinger W.F., Clear A.M., Fanning K.J., Peck M.L. Identification of a Ca2+/H+ antiport in the plant chloroplast thylakoid membrane // Plant. Physiol. -1999.-V. 119.-P. 1379-1385.

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

123. Filek M., Baczek R., Niewiadomska E., Pilipowicz M., Koscielniak J. Effect of high temperature treatment of Vicia faba roots on the oxidative stress enzymes in leaves // Acta Biochim Pol. 1997. - V. 44. - P. 315-321.

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

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

126. Fromm J, Fei H. Electrical signaling and gas exchange in maize plants of drying soil // Plant Science. 1998. - V. 132. - P. 203-213.

127. Fromm J. Control of phloem unloading by action potentials in Mimosa //Physiologia plantarum. 1991. - V. 83. - P. 529-533.

128. Fromm J, Bauer T. Action potentials in maize sieve tubes change phloem translocation// J. Experimental Botany. 1994. - V. 45. - P. 463-469.

129. Fromm J, Eshrich W. Electric signals released from roots of willow (Salix viminalis L.) change transpiration and photosynthesis// J. Plant Physiology. 1993. - V. 141.-P. 673-680.

130. Fuks B. Homble F. Mechanism of proton permeation through chloro-plast lipid membranes // Plant Physiol. 1996. - V. 11. - P. 759-766

131. Gammaitoni L, Hanggi P, Jung P, Machesoni F. Stochastic resonance // Rev. Mod. Phys. 1998. - V. 70. - P. 223-287.

132. Gaudet D.A, Laroche A, Frick M, Huel R, Puchalski B. Plant development affects the cold-induced expression of plant defence-related transcripts in winter wheat // Physiol. Mol. Plant Pathology. 2003. - V. 62. - P. 175-184.

133. Grabov A, Blatt M.R. A steep dependence of inward-rectifying potassium channels on cytosolic free calcium concentration increase evoked by hyper-polarization in guard cells // Plant Physiol. 1999. - V. 119. - P. 277-288.

134. Gradmann D. Models for oscillations in plants // J. Plant. Physiol. -2001.-V. 28. P. 577-590.

135. Guan M.L., Scandalios J.G. Hydrogen peroxide-mediated catalase gene expression in response to wounding // Free Radical Biology & Medicine. 2000. -V. 28.-P. 1182-1190.

136. Hafke J.B., van Amerongen J.-K., Kelling F., Furch A.C.U., Gaupels F., van Bel A.J.E. Thermodynamic battle for photosynthate acquisition between sieve tubes and adjoining parenchyma in transport phloem // Plant Physiol. 2005. -V. 138.-P. 1527-1537.

137. Han C., Tavi P., Weckstrom M. Modulation of action potential by2+ , 0

138. Ca .j in modeled rat atrial and guinea pig ventricular myocytes // Am J Physiol

139. Heart Circ Physiol. 2002. - V. 282. - P. 1047-1054.

140. Hankamer B., Barber J. Structure and membrane organization of photosystem II in green plants // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1997. - V. 8.- P. 541-571

141. Harada A., Okazaki Y., Takagi S. Photosynthetic control of the plasma membrane H+-ATPase in Vallisneria leaves. I. Regulation of activity during light-induced membrane hyperpolarization // Planta. 2002. - V. 214. - P. 863-869.

142. Haubuhl K., Andersson B., Adamska I. A chloroplast DegP2 protease performs the primary cleavage of the photodamaged D1 protein in plant photosystem II // The EMBO J. 2001. - V. 20. - P. 713-722.

143. Hekneby M., Antolin M.C., Sanchez-Diaz M. Frost resistance and biochemical changes during cold acclimation in different annual legumes // Env. Exp. Bot. -2006. V. 55.-P. 305-314.

144. Herde O., Pena-Cortes H., Willmitzer L., Fisahn J. Remote stimulation by heat induces characteristic membrane potential responses in the veins of wildtype and ABA-deficient tomato plants. Planta. 1998. - V. 206. - P. 146-153

145. Hideg E., Kalai T., Hideg K., Vass I. Do oxidative stress conditions impairing photosynthesis in the light manifest as photo inhibition? // Phil.Trans. R. Soc. Lond. 2000. - V. 355. - P. 1511-1516.

146. Himmelbach A., Yang Y., Grill E. Relay and control of abscisic acid signaling // Current Opinion in Plant Biol. 2003. - V. 6. - P. 470-479.

147. Hincha D.K. Cryoprotectin: a plant lipid-transfer protein homologue that stabilizes membranes during freezing // Phil. Trans. R. Soc. Lond. 2002. - V. 357.-P. 909-916.

148. Hinnah S.C., Wagner R. Thylakoid membranes contain a high-conductance channel // Eur J Biochem. 1998. - V. 253. - P. 606-613.

149. Holdaway-Clarke T.L., Walker N.A., Hepler P.K., Overall R.L. Physiological elevations in cytoplasmic free calcium by cold or ion injection result in transient closure in higher plant plasmodesmata// Planta. 2000. - V.210. - P. 329335.

150. Horton P., Ruban A. Molecular design of the photosystem II light-harvesting antenna: photosynthesis and photoprotection // J. Exp. Bot. 2004. - V. 56.-P. 365-373.

151. Ivanov A.G., Krol M., Maxwell D., Huner N.P.A. Abscisic acid induced protection against photoinhibition of PSII correlates with enhanced activity of the xanthophyll cycle// FEBS Lett. 1995. - V. 371. - P. 61-64.

152. Julien J.L., Frachisse J.M. Involvement of the proton pump and proton conductance change in the wave of depolarization induced by wounding in Bidens pilosa // Can. J. Bot. 1992. - V.70. - P. 1451-1458.

153. Junesch U., Graber P. The rate of ATP-synthesis as a function of delta pH b delta psi catalyzed by the active, reduced H(+)-ATPase from chloroplasts // FEBS Lett. -1991. V. 294. - P. 275-278.

154. Kanazawa A., Kramer D.M. In vivo modulation of nonphotochemical exciton quenching (NPQ) by regulation of the chloroplast ATP synthase // PNAS. -2002. V. 99. - P. 12789-12794.

155. Keith R. Potetial awareness of plants. // Nature, Gr. Brit.- 1992.-V.360, N6399.- P.14-15.

156. Kinoshita T., Nishimura J.M., Shimazakibs K.-I. Cytosolic concentration of Ca2+ regulates the plasma membrane H+-ATPase in guard cells of fava bean // The Plant Cell. 1995. - V. 7. - P. 1333-1342.

157. Knight H., Trewavas A.J., Knight M.R. Cold calcium signaling in Arabidopsis involves two cellular poolsa and a change in calcium signature after acclimation. // Plant Cell. 1996. - N3. - P. 489-503.

158. Kohler B., Hills A., Blatt M.R. Control of guard cell ion channels by hydrogen peroxide and abscisic acid indicates their action through alternate signaling pathways // Plant. Physiol. 2003. - V. 131. - P. 385-388.

159. Koike M., Okamoto T., Tsuda S., Imaib R. A novel plant defensin-like gene of winter wheat is specifically induced during cold acclimation // Biochem. Biophys. Res. Com. 2002. - V. 298. - P. 46-53.

160. Koziolek C., Grams T.E.E., Schreiber U., Matyssek R., Fromm J. Transient knockout of photosynthesis mediated by electrical signals // New Phytolo-gist.-2003.-V. 161.-P. 715-722.

161. Krause G.H., Grafflage S., Rumich-Bayer S., Somersalo S. Effect of freezing on plant mesophyll cells // Symp. Soc. Exp. Biol. 1988. - V. 42. - P. 311329.

162. Krol E., Dziubinska H., Trebacz K. Low-temperature-induced transmembrane potential changes in mesophyll cells of Arabidopsis thaliana, Helianthus annuus and Vicia faba // PHYSIOLOGIA PLANTARUM. 2004. - V. 120. - P. 265-270.

163. Lautner S., Grams T.E.E., Matyssek R., Fromm J. Characteristics of electrical signals in poplar and responses in photosynthesis // Plant. Physiol. -2005.-V. 138.-P. 2200-2209.

164. Leon J., Rojo E., Sanchez-Serrano J.J. Wound signalling in plants // J. Exp.Bot.-2001.-V. 52.-P. 1-9.

165. Leung J., Giraudat J. Abscisic acid signal transduction // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1998. - V. 49. - P. 199-222.

166. Lewis B.D., Karlin-Neumann G., Davis R.W., Spalding E.P. Ca2+-activated anion channels and membrane depolarization induced by blue light and cold in Arabidopsis seedlings // Plant Physiol. 1997. - V.l 14. - P. 1327-1334.

167. Lino B., Baizabal-Aguirre V.M., Gonzales de la Vara L.E. The plasmamembrane rf-ATPase from beet root is inhibited by a calcium-dependent phosphorylation//Planta. 1998. - V. 204. - P. 352-359.

168. Maathuis F.J.M., Ichida A.M., Sanders D., Schroeder J.I. Roles of higher plant K+ channels // Plant Physiol. 1997. - V. 114. - P. 1141-1149.

169. Mahajan S., Tuteja N. Cold, salinity and drought stresses: an overview // Arch. Biochem. Biophys. 2005. - V. 444. - P. 139-158.

170. Malone M. Rapid, lonq-distance signal transmission in higher plants// Adv. Bot Res. 1996. - V. 101. - P. 163-227.

171. Mancuso S. Hydraulic and electrical transmission of wound-induced signals in Vitis vinifera // Aust. J. Plant Physiol. 1999. - V. 26. - P. 55-61.

172. Maxwell K., Johnson G.N. Chlorophyll fluorescence a practical guide //J. Exp. Bot. - 2000. - V. 51. - P. 659-668.

173. Medrano H., Escalona J.M., Bota J., Gulias J., Flexas J. Regulation of photosynthesis of C3 plants in response to progressive drought: stomatal conductance as a reference parameter // Ann. Bot. 2002. - V. 89. - P. 895-905.

174. Meyer A.J., Weisenseel M.H. Wound-iduced changes of membrane voltage, endogenous currents, and ion fluxes in primary roots of maize // Plant Physiol. 1997. V.114. - P. 989-998.

175. Meyer S., Genty B. Mapping Intercellular C02 Mole Fraction (CO in Rosa rubiginosa Leaves Fed with Abscisic Acid by Using Chlorophyll Fluorescence Imaging // Plant Physiol. 1998. - V. 116. - P. 947-957.

176. Morsomme P., Boutry M. The plant plasma membrane H+-ATPase: structure, function and regulation// Biochemica and Biophysics Acta. 2000. - V. 1465.-P. 1-16.

177. Muhlbauer S.K., Eichacker L.A. Light-dependent Formation of the Photosynthetic Proton Gradient Regulates Translation Elongation in Chloroplasts // J. Biol. Chem. 1998. - V. 273. - P. 20935-20940.

178. Muller P., Li X.-P., Niyogi K.K. Non-photochemical quenching. A response to excess light energy // Plant. Physiol. 2001. - V. 125. - P. 1558-1566.

179. Murchie E.H., Hubbart S., Peng S., Horton P. Acclimation of photosynthesis to high irradiance in rice: gene expression and interactions with leaf development // J. Exp. Bot. 2005. - V. 56. - P. 449-460.

180. Neill S.J., Burnett E.C. Regulation of gene expression during water deficit stress // Plant Growth Regulation. 1999. - V. 29. - P. 23-33.

181. Neuhaus H.E., Emes M.J. Nonphotosynthetic metabolism in plastid // Annu. Rev. Plant Physiol. 2000. - V. 51. - P. 111-140.

182. Ng C. K.-Y., Mcainsh M.R. Encoding specificity in plant calcium signalling: hot-spotting the ups and downs and waves // Ann. Bot. 2003. - V. 92. - P. 477-485.

183. Niyogi K.K., Bjorkman O., Grossman A.R. The roles of specific xan-thophylls in photoprotection // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997. - V. 94. - P. 14162-14167.

184. Noctor G., Foyer C.H. Homeostasis of adenylate status during photosynthesis in a fluctuating environment // J. Exp. Bot. 2000. - V. 51. - P. 347-356.

185. Opritov V.A., Pyatygyn S.S. Evidence for coupling of the action potential generation with the electrogenic component of the resting potential in Cucurbita pepo L. stem excitable cells // Biochem. Physiol. Pflanzen. 1989. - V. 184. -P. 447-451.

186. Orozco-Cardenas M.L., Narvaez-Vasquez J., Ryan C.A. Hydrogen peroxide acts as a second messenger for the induction of defense genes in tomato plants in response to wounding, systemin, and methyl jasmonate // The Plant Cell. -2001.- V. 13.-P. 179-191.

187. Papernik L.A., Kochian L.V. Possible involvement of Al-induced electrical signals in AI tolerance in wheat // Plant Physiol. 1997. - V. 115. -: P. 657667.

188. Parry M.A.J., Andralojc P.J., Mitchell R.A.C., Madgwick P.J., Keys A.J. Manipulation of Rubisco: the amount, activity, function and regulation // J. Exp. Bot. 2003. - V. 54. - P. 1321-1333.

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

190. Pena-Cortes H., Fisahn J., Willmitzer L. Signals involved in wound-induced proteinase inhibitor II gene expression in tomato and potato plants // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995. - V. 92. - P. 4106-4113.

191. Pfannschmidt T., Schutze K., Brost M., Oelmuller R. A novel mechanism of nuclear photosynthesis gene regulation by redox signals from the chloroplast during photosystem stoichiometry adjustment // The J. Biol. Chem. 2001. -V. 276.-P. 36125-36130.

192. Portis A.R. J., Heldt H.W. Light-dependent changes of the Mg2+ concentration in the stroma in relation to the Mg2+ dependency of CO2 fixation in intact chloroplasts //Biochem. Byophys. Acta. 1976. - V. 449. - P. 434-436.

193. Pottosin II, Schonknecht G. Ion channel permeable for divalent and monovalent cations in native spinach thylakoid membranes // J Membr Biol. -1996.-V. 152.-P. 223-233.

194. Pyatygin S.S., Opritov V.A., Khuduakov V.A. Subthreshold changes in excitable membranes pf Cucurbita pepo L. cells during cooling-induced action-potential generation//Planta. 1992. - V. 186. - P. 161-165.

195. Roblin G. Analysis of the variation potential induced by wounding in plants // Plant and Cell Physiol. 1985. - V.26. - P. 451-461.

196. Roblin G. Mimosa pudica: a model for the study of the excitability in plants.// Biol. Rev., Cambrige Phil. Soc. 1979. - V.54. - P.135-153.

197. Roblin G., Bonnemain J-L. Propagation in Vicia faba stem of a potential variation induced by wounding // Plant and Cell Physiol. 1985. - V.26. - P. 1273-1283.

198. Roelfsema M.R.G., Prins H.B.A. Ion channels in guard cells of Arabi-dopsis thaliana (L.) Heynh. // Planta. 1997. - V. 202. - P. 18-27.

199. Rousset M., de Roo M., Guennecb J.-Y. L. , Pichon O. Electrophysiological characterization of tomato hypocotyl putative action potentials induced by cotyledon heating // Physiologia plantarum. 2002. - V. 115. - P. 197-203.

200. Ryan C.A., Moura D.S. Systemic wound signaling in plants: a new perception // PNAS. 2002. - V. 99 . - P. 6519-6520.

201. Ryan C.A., Pearce G. Systemins: a functionally defined family of peptide signals that regulate defensive genes in Solanaceae species // PNAS. 2003. -V. 100.-P. 14577-14580.

202. Ryan C.R., Moura D.S. Systemic wound signaling in plants: a new perception // PNAS. 2002. - V. 99 . - P. 6519-6520.

203. Sabehat A., Lurie S., Weiss D. Expression of small heat-shock proteins at low temperatures // Plant. Physiol. 1998. - V. 117. - P. 651-658.

204. Schaller A., Frasson D. Induction of wound response gene expression in tomato leaves by ionophores // Planta. 2001. - V. 212. - P. 431-435.

205. Schaller A., Oecking C. Modulation of plasma membrane H+-ATPase activity differentially activates wound and pathogen defense responses in tomato plants // The Plant Cell. 1991. - V. 11. - P. 263-272.

206. Schmidt C., Schelle I., Liao I.-J., Schroeder J.I. Strong regulation of slow anion channels and abscisic acid signaling in guard cells by phosphorylation and dephosphorylation events // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995. - V. 92. - P. 9535-9539.

207. Schrader S.M, Wiser R.R., Wacholtz W.F., Ort D.R., Sharkey T.D. Thylakoid membrane responses to moderately high leaf temperature in Pima cotton // Plant, Cell Env. 2004. - V. 27. - P. 725-735.

208. Sigalat C, Haraux F, de Kouchkovsky Y. Flow-force relationships in lettuce thylakoids. 1. Strict control of electron flow by internal pH // Biochemistry. 1993.-V. 32.-P. 10193-10200.

209. Sondergaard T.E, Schulz A, Palmgren M.G. Energization of transport processes in plants. Roles of the plasma membrane H+-ATPase // Plant Physiol. -2004.-V. 136.-P. 2475-2482.

210. Song S.-K, Choil Y., Moonl Y.H, Kim S.-G, Choil Y.D. Lee J.S. Systemic induction of a Phytolacca insularis antiviral protein gene by mechanical wounding, jasmonic acid, and abscisic acid // Plant Mol. Biol. 2000. - V, 43. - P. 439-450.

211. Stahlberg R., Cleland E.R.E., Van Volkenburgh E. Decrement and amplification of slow wave potentials during their propagation in Helianthus annuus L. shoots // Planta. 2005. - V. 220. - P. 550-558.

212. Stahlberg R., Cosgrove D.J. Comparison of electric and growth responses to excision in cucumber and pea seedlings. II. Long-distance effects are caused by the release of xylem pressure // Plant Cell Environ. 1995. - V. 18. - P. 33-41.

213. Stahlberg R., Cosgrove D.J. Comparison of electric and growth responses to excision in cucumber and pea seedlings. I. Short-distance effects are a result of wounding// Plant Cell Environ.- 1994. -V. 17.-P. 1143-1151.

214. Stahlberg R., Cosgrove D.J. Rapid alterations in growth rate and electrical potentials upon stem excision in pea seedlings // Planta. 1992. - V. 187. - P. 523-531.

215. Stahlberg R., Cosgrove D.J. The propagation of slow wave potentials in pea epicotyls // Plant Physiol. 1997. - V.l 13. - P. 209-217.

216. Stahlberg R., Van-Volkenburgh E., Cleland R.E. Long-distance signaling within Coleus x hybridus leaves; mediated by changes in intro-leaf CO2 // Planta. 2001. - V. 213. - P. 342-335.

217. Stankovic B., Davies E. Both action potentials and variation potentials induce proteinase inhibitor gene expression in tomato // 1 FEBS Lett. 1996. - V. 390.-P. 275-279.

218. Stankovic B., Zawadzki T., Davies E. Characterization of the variation potential in sunflower // Plant Physiol. 1997. - V. 115. - P. 1083-1088.

219. Stolarz M., Dziubinska H., Krupa M., Buda A., Trebacz K., Zawadzki T. Disturbances of stem circumnutations evoked by wound-induced variation potentials in Helianthus annuus L // Cell Mol Biol Lett. -2003. -V. 8. -P. 31-40.

220. Suhita D., Raghavendra A.S., Kwak J.M., Vavasseur A. Cytoplasmic alkalization precedes reactive oxygen species production during methyl jasmonate-and abscisic acid-induced stomatal closure // Plant. Physiol. 2004. - V. 134. - P. 1536-1545.

221. Sze H, Li X, Palmgren M.G. Energization of plant cell membranes by LT-pumping ATPases: regulation and biosynthesis // The Plant Cell. 1999. - V. 11.-P. 677-689.

222. Takahashi S, Murata N. Interruption of the Calvin cycle inhibits the repair of Photosystem II from photodamage // Biochim. Biophys. Act. 2005. - V. 1708.-P. 352-362.

223. Thomine S, Zimmermann S, Guern J, Barbier-Brygoo H. ATP-dependent regulation of an anion channel at the plasma membrane of protoplasts from epidermal cells of arabidopsis hypocotyls // The Plant Cell. 1995. - V. 7. -P. 2091-2100.

224. Tominaga M, Kinoshita T, Shimazaki K. Guard-cell chloroplasts provide ATP required for H+ pumping in the plasma membrane and stomatal opening // Plant Cell Physiol. 2001. - V. 42. - P. 795-802.

225. Trebacz K. Light-triggered action potentials in plants// Acta. Soc. Bot. Pol.- 1989.-V. 58.-P. 141-156.

226. Trebacz K, Simons W, Schonknecht G. Cytoplasmic Ca , K , CI", and N03" Activities in the liverwort Conocephalum conicum L. at rest and during action potentials// Plant Physiology. 1994. - V. 106. - P. 1073-1084.

227. Tsonev T, Velikova V, Georgieva K, Hyde P.F, Jones H.G. Low temperature enhances photosynthetic down-regulation in french bean (Phaseolus vulgaris L.) plants // Ann. Bat. 2003. - V. 91. - P. 343-352.

228. Turina P., Samorayl D, Graeber P. H+/ATP ratio of proton transportcoupled ATP synthesis and hydrolysis catalysed by CF0Fl±liposomes // EMBO J. -2003. V. 22.-P. 418-426.

229. Umeda M, Hara C., Matsubayashi Y, Li H.H, Liu Q, Tadokoro F, Aotsuka S, Uchimiya H. Expressed sequence tags from cultured cells of rice

230. Oryza sativa L.) under stressed conditions: analysis of transcripts of genes engaged in ATP-generating pathways // Plant Mol. Biol. 1994. - V. 25. - V. 469478.

231. Vambutas V., Tamir H., Beattie D.S. Isolation and partial characterization of calcium-activated chloride ion channels from thylakoids // Arch Biochem Biophys. 1994. - V. 312. - P. 401-406.

232. Vian A., Henry-Vian C., Davies E. Rapid and systemic accumulation of chloroplast mRNA-binding protein transcripts after flamer stimulus in tomato// Plant Physiol. 1999. - V.121. - P. 517-524.

233. Vian A., Henry-Vian C., Schantz R., Ledoigt G., Frachisse J.-M., Des-biez M.-O., Julien J.-L. Is membrane potential involved in calmodulin gene expression after external stimulation in plants? // FEBS Lett. 1996. - V. 380. - P. 93-96.

234. Wentworth M., Murchie E.H., Gray J.E., Villegas D., Pastenes C., Pinto M., Horton P. Differential adaptation of two varieties of common bean to abiotic stress: II. Acclimation of photosynthesis // J. Exp. Bot. 2006. - V. 57. - P. 699-709.

235. White P.J. Calcium channels in higher plants // Biochim. Biophys. Act. -2000.-V. 1465.-P. 171-189.

236. White P.J., Broadley M.R. Calcium in plants // Ann. Bot. 2003. - V. 92.-P. 487-511.

237. Wildon D.C, Thain J.F., Minchin P.E.H., Gubb I.R., Reilly A.J., Skipper Y.D., Doherty H.N., O'Donnell P.J., Bowles D.J. Electrical signalling and systemic proteinase inhibitor induction in the wounded plant // Nature. 1992. - V. 360,N6399.-P. 62-65.

238. Wise R.R., Olson A.J., Schrader S.M., Sharkey T.D. Electron transport is the functional limitation of photosynthesis in field-grown Pima cotton plants at high temperature // Plant., Cell. Env. 2004. - V. 27. - P. 717-724.

239. Wood N.T., Allan A.C., Haley A., Viry-Mousaid M., Trewavas A.J. The characterization of differential calcium signalling in tobacco guard cells // The Plant. J. 2000. - V. 24. - P. 335-344.

240. Xiong L., Schumaker K.S., Zhu J.K. Cell signaling during cold, drought, and salt stress // The Plant Cell. 2002. - V. 14. - P. 165-183.

241. Zawadski T., Dziubinska H., Davies E. Characteristics of action potentials generated spontaneously in Helianthus annuus // Physiologia plantarum. -1995.-V. 93.-P. 291-297.

Информация о работе

Сухов, Владимир Сергеевич
кандидата биологических наук
Нижний Новгород, 2006
ВАК 03.00.12

Диссертация

Роль распространяющихся электрических сигналов в повышении устойчивости растений к охлаждению - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы