Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние анаэробиоза и длительной темноты на фотосинтетический аппарат проростков пшеницы и риса

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Влияние анаэробиоза и длительной темноты на фотосинтетический аппарат проростков пшеницы и риса"

САНК1-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛШЕРСИШ

На правах рукописи

РГО од

^ ^ ¡¡^.-1 ГОБЩИШВШ

Лариса Омаряезна

ШШШ АНАЭРОБИОЗА И ДШТШОЯ ТЕШОТЫ НА «ОТОСЖГЕШЕШЙ АППАРАТ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ И РИСА

03.00.12 - физиология раатекяй

АВТОР В »ВРА Т

днсоертацяя на ооясяаяае учвяой отепеяя кандидата <5яологячвокях наук

■ САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 1993

Работа выполнена на кафедре физиологии и биохимии растений Санкт-Пвтербургского университета, в лаборатории функциональной активности мембран Биологического научно-исследовательского института Санкт-Петербургского университета, а такие на кафедре биологии ГУыбольдтовского университета г.Берлина

Научный руководитель доктор биологических наук

профессор Т.В.Чиркова

Официальные опшэненты: доктор биологических наук

профессор О.А.Семихатова

кандидат биологических наук Ю.И. Маслов

Ведущее учреждение: Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАН

Защита состоится "¿З," 3.993 г

на заседании Специализированного совята К.063.57.12 по присувде-нид ученой степени кандидата биологических наук в Санкт-Петербургском государственном университета по адресу: 199034 Санкт-Петербург, Университетская,наб., 7/9, биолого-поч-ванниЛ факультет СШЗГУ.

С диссертацией можно оэнакошться в библиотеке им.Горького Санкт-Петербургского университета.

Автореферат разослан " ¡6 " 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат биологических наук

Е.В.Ермилова

Актуальность теки. В последнее десятилетие все больше внимания привлекают особенности метаболизма растений в условиях недостатка ( гипоксия ) или отсутсвия( аноксия) кислорода. В отличие от других типов воздействия, влияние этих Факторов изучалось значительно меньше, хотя в естественных условиях растения часто страдают от кислородной недостаточности. Действие анаэробиоза исследовалось преимущественно на корневой системе растений, а также органеллах, выделенных из этих органов ( Чиркова, 1988) . Работ, посвятгенних изучению структуры и Функции фотосинтетического аппарата листьев в упомянутых условиях очень мало (Knacker, Shaub , 1982: Knacker et al. , 1986; Walter et ol. , 1990 X Считалось, что адаптивные приспособления листьев менее четко выражены, поскольку эти органы обычно не испытывают кислородной недостаточности в естественных условиях, и кислород, образующийся в процессе Фотосинтеза, обеспечивает их потребности, однако, может происходить полное затопление растений, которое затрудняет доступ кислорода и к надземным частям. С другой стороны, (фотосистема 2, связанная о образованием кислорода, наиболее уязвииа при действии различных факторов ( Тарчевский, 1977 ) . Появляются единичные данные о быстром прекращении Функционирования этой, систем и в условиях анок-сии на свету ( Астафурова и др., I960 X Все это указывает на необходимость исследования влияния анаэробиоза на функционирование фотосантезируших органов растений.

В связи с возможным ограничением поставка фотосинтетического кислорода при аноксии представляется интересным рассмотрение также кооперации хлороштстов а митохондрий как основных энергопос-тавляющих клеточных органелл в бескислородной среде на свету и в темноте.

Особенности структуры и функциональной активности митохондрий в условиях гипо- и аноксия изучены довольно полно. Поскольку энергетические функции выполняют я хлоропласты, выяснение своеобразия и общих ответных реакций этих органелл на анаэробиоз, также является важный. Однако, в отличив от митохондрий, для хлоро пластов повредившим фактором является а длительная темнота. В наших экспериментах растения дня ограничения притока фотосинтетаческого кислорода помещали в теыновые условия, поэтому представлялось необходимым введение в качестве контрольных в опытных как темновнв так а световые варианты. Таким образом, оба типа воздействия йо-

следовались параллельно, что давало возможность сравнить их по сале и направлению реакции, а тгжло выяснить, увеличивается ли устойчивость к темноте у устойчивого к аноксия объекта.

Цель и основные задачи исследования. Целью настоящей работы являлось исследование влияния анаэробиоза и длительной темноты на состав и функции фотосинтетического аппарата листьев растений, контрастных по устойчивости к недостатку кислорода.

В задачи работы входило изучение влияния указанных факторов

на:

- качественный а количественный состав основных пигментов фотосинтеза;

- содержание общего, растворимого и тилакоидного белка хлоропластов;-'

количество фосфо- и гликолипидов хлоропластов, а танке интенсивность включения в них меченого предшественника; -

- интенсивность одного из процессов распада липидов - пере-кисного окисления липидов ( ПОЛ);

- фотохимическую активность хлоропластов, и содержание АТ£> в листьях, активность митохондриальной сукцинатдагидрогвназы ССДГ'), как показателя жизнеспособности митохондрий, исследовалась также репарация этих показателей поело переноса растений в условия нормальной аэрации и освещения.

Научная новизна. Впервые проведено Исследование влияния анаэробиоза и длительной темноты на фотосинтетический аппарат растений, различающихся по чувствительности к недостатку, кислорода, а также сравнение обоях стрессовых факторов по силе и направлении реакции. Обнаружена возможность репарации фотохимической активности хлоропластов риса после длительного пребывания в анаэробных условиях в темноте (72 ч) , тогда как у пшзницы дажо 48-часовая аноксия полностью ингибировала этот процесс. Показано, что инги-бированле фотосинтеза при аноксии не коррелировало с разрушением пигментов, белков и галактолипидов тилакоидов, но колит быть вызвано падением содержания хлоропластных фосфолншдов. Впервые ус-таноагеко, что наиболее уязвит фотосистема 2 в условиях акок-енг повреадается раньше у неустойчивого растения, чем у устойчивого. Впервые продемонстрирована роль ПОЛ при апоксии и значение эидогонных ангяоксидантов в продотвращапии разрушения липидов в листьях устойчивого и чувствительного к аноксии объектов. Новыми

являются и данные о более длительном сохранения у устойчивого растения в условиях аноксии СДГ листьев.

Практическая ценность. Результаты проведенных исследований могут быть использованы для составления лекций по программе "Физиология стресса". Работа вносит вклад в углубление представлений

0 формировании адаптивных реакций метки устойчивого растения на уровне Фотосинтетического аппарата.

Апробация работы. Результаты, представление в диссертации, обсуждались на 1 съезде В0ФР( Шнек, 1990), конференции "Фотосинтез и фотобиотехнология" ( Пукапо, 1991 ), на заседании Петербургского общества естествоиспытателей ( Санкт-Петербург, 1992 ), и кафедры физиологии и биохимии растений (Санкт-Петербург, 1993).

Публикации. По материалам диссертация опубликовало 5 работ.

Структура диссертация. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 200 стр., из них: обзор литературы - 52 стр.., результаты исследований, шелючакияэ 23 рисунка и 1 таблиц/ и обсуждение - 62 стр., заключение и выводы -8 стр., библиография - 325 наименований (93 работы на русском и 232 на иностранных языках), приложение: 17 таблиц, ОБЬШИ Л МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты. В работе использованы 7-дневпко проростки пяепицы (Triticum aeativum L.) сорта .Ленинградка и Ю-днавные проростки риса (Oryza sativa L.) сорта Краснодарский 424, разлетавшиеся по устойчивости к недостатку кислорода. Семена замачивали в течение

1 ч при 42°С (ппеница )и 60°С (рис), а затем переносили в термостат, где проращивали при 37°С в течение 3 дней.

Условия культивирования. Растения проращивали на свету интенсивностью 80 Зт/м ■ при температура 20-22°С с фютопериодом 17 ч в течение 4 дней (ппеница )и 7 дней (рис )или re на свету интенсивностью 30 Зт/i.r в режиме непрерывного светового дня при температуре 23°С на кодифицированной, аэрируемой среде Кнопа.

Постановка опытов. Для создания анаэробных условий растения помешали зз эксикаторы объемом 2-3,5 л, заполняете в течение 1,5 ч газообразным азотом, с остаточным содержанием кислорода 0,Olí. X эксикаторам присоединяли приемники-поглотители СОз. заполненные ЗОл-ным КОН. Дня исследования-фотосинтетических пигментов, общего' и растворимого белка, ATE, а также фотохимической активности хло-

ропластов и активности СДГ, растения помешали в боксы, через которые продували увлажненный азот (остаточное содержание: 50 шел аргона, 30 мкл воды, 10 мкл водорода, 1 шел СО, 1 мкл COg и 3 мкл Og). В контрольных вариантах растения находилась на воздухе, при освещении или в темнота.

В качестве радиоактивного предшественника липидов использовала 2-14С-аиетат (В/О "Изотоп").

Содержание цементов в листьях оценивали споктрофотометри-чески (Lichtenthaler, Weiiburn , 1S84). Спектры регистрировали на спектрофотометра 11-40 (" Specord ГДР).

Вшге^ерие хлороготстрв и ¡ипохондрий осуществляли общепринятыми методами дифференциального центрифугирования.

Содеатшгие белкд определяли по методу Хессе (Hesse et ai ., 1S71) в листьях, а ш методу Лоури (Lowy et ад., 1S51) в хлоро-пластах.

И^то!;сйвнорть ПОД в листьях и хлоропластах определяли по содержанию его коночного продукта - малонового диальдегида ( МДА ) (Рубин и др., 1976). Для изучения действия л-токоФеролацетата на уровень ПОЛ корни проростков обрабатывали эмульсией -токоферол-ацетата (6,5.10"^Ы) при встряхивании на шейкере ELpan ( Польша), согласно методике Гордона (Гордон, 1976).

Содержание fC-TQKofепола определяли в соответствии с методикой Ермакова (1976).

Содержание тилакоштых липидов. Суммарные липидц выделяли по методу Кейтса (Кейтс, 1975). Полярные липиды делили на фракции • методом тонкослойной хроматографии нк силикагел(г- КС'Л и проявляли парами иода (Сишзтина и др., 1978). Были получены основные фракции липидов - фосфолипяды и галактолипиды. 1/2 часть каждой фракции использовали для определения радиоактивности на идкостном сцинтилляционном счетчике модели ьз-100 " Backman"(CülA). Вторую половину использовали для анализа содержания фосфолипидов (Bart-lett, 1959; Gerlach, Doutike , 1663), а также галактолипидоз по реакции галактозы с антроном (Radin , Lavin , 1955)..

Фотохимическая активность Фотосистем. Измерение активности транспорта электронов в фотосистема 1 (ФС 1) и фотосистеме 2(ФС 2) было проведено в соответствии с методикой Хикке (Hiekke et al ., 1983). Поглощение кислорода измеряли с помощью электрода Кларка.

Активность СЩЧ Определение активности СДГ проводили согла-

сно методике Зшггера о соавторш,;:! (Singer et ai 1973). Падение оптической плотности измеряли на спектрофотометра " Specol 200" (" Karl Zeiss ". Jena )

Статистическая обработка данных. Повторность бирлогических опытов - 5-10-кратиая. Бое результаты обработаны статистически (Маслов, 1978) . Определяли среднеквадратичес!сую ошибку среднего арифметического, при оценке достовэрностн использовали критерий Стъюдекта при 5^-ном уровне значимости.

РЕЗУЛЬТАТУ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЭДЯШ Содарэтщ;;о хлотюФиллоп и каооттпгоидоз. Содержание основных фотосинтетических пигментов определяли в первичном листе и остальной части проростка, т. е. остатке, к которому относили вторичный лист, колеоптиль и стебель, пшеницы и риса. Динамика изменений содержания отдельных пигментов в зависимости от условий Э1ссперимента была практически идентичной, что объясняется взаимозависимостью метаболизма пигментов (Ладыгина и др., 1990). Содержание хлорофиллов а каротшгаидов в перЕэтиом листе.пшеницы снижалось через 48 часов темноты и темповой аноксии (рис. 1 - для хлорофилла "а"), т.е. апоксия нэ оказывала дополнительного деструя-тивного воздействия. Аналогичное падение количество плгмоитов, в том же физиологически более старом первичном листе показано и для проростков риса, но оно не было таким розкнм. В более иолодш: ча-

Рис. 1. Ечилнио анаэробиоза л темноты

О * <■

о

О

я

150 100 GO

СО 40 20

ШЕРЗДА первичный лист

---г

остаток

Р Л С первичный лист

-___Т А/Т

йш

остаток

•4=4

па содержание хлорофилла "а" в листьях проростков планиды и риса.

К/Т - контроль, темнота; Л/Т - анаэробиоз, темнота.

Л/Т К/Т

О 24 49 72.

Экспозиция, час

24 43 72

стях проростка обоях объектов практически никакой реакция пигментов на затемнение я анонсшо обнаружено но было. Таким образом, аноксия вызывала деструктивные изменения только в пигментах физиологически более старых частей проростка, причем аноксия и темнота не различались по сале и направлению воздействия. Пигменты у риса была более стабильны по сравнению с пиеняцей а в первичном листе проростка. Было зарегистрировано также слабое падение.соотношения хлорофилл "а"/"ь" в темноте и более сильное - при аноксии.

Содер.ианто общего, растворимого и хяррошгастного балка. В первичном листе гпшницы под влияние« темноты снижалось содержание общего и растворимого белка, причем помещение растений в темноту пря отсутствия кислорода не усиливало скорости этого снижения.Таким образом, для белков зеленого листа, так же как .дня пигментов, определяющим являлся эфТюкт темноты. В более колодах частях проростка того же объекта содержание белка не изменялось даже при 4&-часовой экспозиции в атмосфере азота. Белки ряса и в первичных листьях, и в остальной части проростка были более устойчивы к неблагоприятным воздействиям, чем пшеницы, несмотря на увеличение сроков темновой и анаэробной экспозиций.

Количество белка в хлоропластах пшеницы в условиях нормальной аэрации на свету к 24 ч экспозиция несколько возрастало, а в темноте менялось незначительно (рис. 2). Отсутствие снабжения растений кислородом ва свату и в темноте приводило к обратным результатам: на свету количество белка уьеличиволось, а темноте -резко издало. Так^м образом, для.тилакоидных белков пшеницы и'риса особое значение имело но столько наличие кислорода, сколько

К/С - контроль,

о н о

а

а

-о

90 70 50

ШЕНИЦА '

ъЛ 4/0

Л Л кл* к/т

-«1---4 А/Т

20 10

РИС

А/С А/Т

ш

свет; А/С - анаэробиоз, свет; К/Т - контроль , темнота; А/Т -анаэробиоз, темнота

о IV 21 0 24 72

Экспозиции, час Рис. 2. Влиякио анагробаова и темноты на содержание белка хлеропластах проростков пшеницы и ряса.

света. В хлоропластах ряса содержание белка несколько снижалось только через 24 ч анаэробного воздействия, но к 72 ч восстанавливалось до исходного уровня ( в темноте ) •или несколько превышало его (на свету ) . Таким образом, под влиянием темноты и сочетания ее с аноксией происходило снижение содержания всех фракций белка. У устойчивого растения риса сдвиги'в содержании фракций белка в неблагоприятных условиях происходили медленнее и о меньшей амплитудой, чем у неустойчивого объекта - пшеницы.

Метаболизм хлоропластнтя липилов. Из хлоропластов опытных растений была выделены к проанализированы основные лапиды хлоропластов - галактолшгош (МГДГ, ДГДГ и сульфоляпидн ) л фосфолиди-ды. Сульфолипвда были обнаружены только у птешщы. У риса, по-видимому, их содержание miso, а с помощью использованных нами методов обнаружить их не удалось. В литературе отмечет аналопгпша затруднения (Aro et al ., 1986).

Содержание фосфолипидов при аэрация на свету и в меньшой ио-рз в темнота по мере роста растений значительно увеличивалось (рис. 3). Анаэробиоз тормозил нарастание указанной фракции как на своту, тш: и в темноте, причем ингибируицео влияние анаэробиоза было сильнее, чем темноты. Полученные розультаты могли свндзтоль-

Рис. 3. Влиянио ана- . эробкоза и темноты па содержание и интенсивность включения 2-^С-адетата в фосфолипиды хлороя-ластоз проростков пленицы и риса.

К/С - контроль, свет," А/С - анаэробиоз, свот; К/Т - контроль, темнота; А/Т -анаэробиоз, темнота

о, о

3

ствовать как об усилении распада этой фракции, так и о торможении их синтеза. У риса исходное содержание фосфолапидов било ниже, чем у пшеницы, и в темноте, независимо от режима аэрации, количество их падало через 24 ч и в дальнейшем не изменялось. Интенсивность включения 2-^С-ацетата в фосфолипады хлоро пластов пшеницы в первые 17 ч снижалось во всех вариантах опытов. Однако к 24 ч при аэрации на свету и в темноте, это снижение прекращалось, в то время как в анаэробной среде продолжало прогрессировать особенно интенсивно при сочетании темяового и анаэробного воздействий. Последнее иожзт отражать сальную инактивацию синтеза фосфолапидов в анаэробных условиях. У риса характер включения метки в контрольных вариантах был почти таким же как в тех же вариантах у пшепацы. Тем не менее, при 24-часовой аноксиа на свету происходил не спад, а подаем скорости поступления метки в фосфолипиды,и только к 72 ч происходило небольшое по сравнению с контролем снижение интенсивности этого процесса. При конечных сроках экспозиции у обоах растений максимальное снижение синтеза наблюдалось при соамещенаи анаэробных к томновых условий. Полученные результаты свидетельствуют о поддержании и даке временной активации си-.нтеза фосфолилвдов в хлоропласта* риса в условиях анаэробиоза так же Kai: это было показано для матохондрай его корней ( Сишотина и др., 1979). Таким образом, у неустойчивого растения анаэробиоз резко ипактивировал синтетические реакций в хлоропласта* на свету и в темноте, что сказывалось и на торможении нарастания количества фосфолапидов. У устойчивого растения, наоборот, обнаруженная активация этого процесса по сравнению и с контрольным вариантом, и с исходным уровнем, обеспечивала, по-видимому, сохранение уровня фосфолинидов у раса. Поддераание у него высокой интенсивности метаболизма фосфолипидов в неблагоприятных условиях можно отнести, вероятно, к адаптивным реакциям.

В результате определения содержания галактолипидов обнаружено, что у обоих объектов доминирующими оказались юкогалактозал-диацалглицериды ( МГДГ) , превышавшие в несколько раз содержание дигалактозиддаацилглкцеридов СДГдГ).

У пшошщы в тешите содер:ьание МГДГ возрастало как в условиях аэрации, тик и анаэробиоза, на ранних сроках воздействия, но затем происходило его снижение (рис. 4). IIa свету количество МГДГ увеличивалось, причем с несколько меньшей скоростью в атмосфере

Содержание МГДГ пшеница

Включение 2-^С

1800 1200 600

пшеница

Х/С

Ш.

Гп о-/' 1

400

200

0 17 24'

Рис. 4. Влияние анаэробиоза и темноты на содержание и интенсивность включения 2-^с-ацетата в МГДГ хлоропластов проростков пшеницы а риса.

К/С - контроль, свет; А/С - анаэробиоз, сват; К/Т - контроль, темнота; А/Т -анаэробиоз, темнота

Экспозгаяя, час

&

о о

.-ч ч о

ш

азота. У риса при освещении на воздуха шло увеличение содержания МГДГ, но при аноксил на свету оно нз изменялось в течение 72 ч экспозиции. В темноте уровень КГДГ сначала несколько падал, но к концу экспозиции восстанавливался до исходного. Таким образом, для тилакоидных липидов, так же как для белков, пигментов фотосинтетического аппарата длительное отсутствие света имело такой же сильный повреждающий эффект, как удаление кислорода (кроме фос-фолипидов). В ответ на действие темноты а аноксил возникали двухфазные реакции, но у пшеницы увеличение содержания МГДГ было резким и приходилось на болея краткие сроки экспозиции. У риса жэ изменения били более растянутыми по времени и сглаженными. Последнее, так можно судить по литературным данным, является приспособительной рэагцяей (У1е11 et а1., 1385; Аго «ь а1., Ю86). Интенсивность мслюче'шя метки в .'Я'ДГ ггаоницы активировалась на свету при аноксии (17 ч), после чего происходил спад. Аиоксия в темноте тормозила синтетические реакции практически полностью через 24 ч воздействия. У риса на свету при аэрации и меньше при анаэробном воздейстпаи интенсивность вюычгния 2-^С-ацетата усиливалась, влияние же темнота било ипгпб'фуаэткм, что приводило, по-вп-дигому, к снижении содержания МГдГ в тех жа вариантах.

Характер изменений в содержании дигалактолишдов был таким же как для ЫГДГ.

Таким образом, в отличие от фосфолипидов, определяющим для поддержания и синтеза хлоровластных галактолипидов оказалось влияние не анаэробиоза, а наличие или отсутствие света. Липиды хло-ро¡шастов риса меньше поврездались и при длительном анаэробиозе и при затемнений.

Поскольку изменения б содержании липидов хлоропластов могли быть отражением и их распада, мы рассмотрели один из подобных процессов - шрекис'ное окисление липидов (ПОД).

Дооаессы ПОЛ и защитная роль <С -токоферола. Для оценки динамики процессов ПОЛ было исследовано изменение содвряания малонового диальдегзда (ЩА) в гомоганате и хлоролласгах обоих объектов (рис. 5). Показано, что исходный уровень ПОЛ у ишеницы был втрое выше, чем у риса, что согласуется с литературными данными (Чиркова, Бяохина, 1991). При аэрация на свету и в темноте у обоих объектов интенсивность ПОЛ но превышала исходный показатель, но после З-суточного затемнения у пшеницы происходило некоторое накопление МДА. Анаэробиоз увеличивал интенсивность ПОЛ на свету и в темноте у обоих объектов. У риса после 24-часовой экспозиции интенсивность ПОЛ менялась мало, причем дополнительное создание те-мноеых условий не влияло на уровень процесса. У пшеницы за подъемом активности ПОЛ слодовал спад на более поздних сроках воздействия. Таким образом, аноксия усиливала интенсивность ПОЛ как у приспособленного, так и у неприспособленного объектов, но амплитуда и динамика этих процессов у них различались.

В хлоролластах обоих растений анаэробиоз также активировал ПОЛ, главным образом на свету, и его динамика обнаруживала определенное сходство с таковой в гомогеката.

Меньшая интенсивность ПОЛ в листьях у риса по сравнению с пшеницей может быть овязана о особенностями действия у этих растений систем антиоксидантной защиты, одной из которых является сс -токоферолацетат (ТФА). Выяснилось, что у пшеницы внесение экзогенного антиоксиданта тормозило ПОЛ во всех вариантах, исключая световой анаэробиоз, у риса же - активировано этот процесс. Интенсивность ПОЛ в последнем случае увеличивалась почти вдвое. Полученные результаты могли свидетельствовать о различном значении для торможения ПОД не только экзогенного, но и эндогенного тога-

О Ф

Листья 60-

Рис. 5. Влияние анаэробиоза и темноты на содержание МДА в д^;листьях и хлороплас-

Х/С тах проростков пяе-К/Т

"1ницы я риса.

& 140

о

пшеница

рис

А/С

§ 10

§

планида

Хлоропласта

рис

{ А/С

А/Т

К/Т К/С

К/С - контроль, свет; А/С - анаэробиоз, свет; К/Т - контроль, темнота; А/Т -анаэробиоз, тем-

нота

г

2

2

0 1 2 3 0 1

Экспозиция, сут

3 7

форола. Как выяснилось, по исходному 'содержанию эндогенного тохо-ферола оба объекта не различались. Анаэробиоз способствовал падению содержания •£■ -токоферола у пшеницы, у риса же этот показатель оставался неизменным в течение всей экспозиции, исключая некоторое снижение его в темноте при аноксии. Таким образом, хотя содержание токоферола у риса не превышало таковое у пиешщы, но при более низкой исходной интенсивности ПОЛ, антиоксидантной активности эндогенного сС-токоферола риса оказывалось, вероятно, достаточно для подавления свсбоднорадикальных процессов, а введение дополнительного антиоксиданта приводило к стимуляции ПОЛ. Подобные факты известны из литературы (Ушкалова, Сторожок, 1981).

Таким образом, меньшее падение содержания липидов хлоропластов у риса при анаэробиозе связано, по-видимому, не только с возможным временным усилением синтетических реакций, но и со способностью предохранения клеток от ПОД.

Различия во влиянии анаэробиоза на содержание основных компонентов мембран и включение меченого предшественника в липиды у обоих объектов но могло не отразиться на выполнении хлоропластами основной Функции - фотосинтеза. Для проварки этого было проведено

- 12 -

исследование фотохимической активности хлородластов.

Фотохимическая активность хлоропластом. Показано, что фотохимическая активность фотосистемы 1 (ФС 1) не изменялась после 48 ч экспозиции в темноте (таблица) в первичном листе пшеницы, активность же фотосистемы 2 (ФС 2) снижалась. В более молодых частях проростка темнота усиливала активность ФС 1 и несколько уменьшала активность ФС 2. В проростках же риса после 3-суточного затемнения фотохимическая активность ФС 1 увеличивалась в 1,5 раза и не падала даже после 4 ч пребывания на свету. Аналогичный подъем выделения кислорода показан и для ФС 2, однако после 4 ч освещения величина данного показателя снижалась.

Что касается аноксла, то у пшеницы после 48 ч экспозиции происходила необратимая инактивация обеих фотосистем как в более молодых, так к физиологически более старых частях проростка. У риса даже после 72 ч апоксии ©С 1 сохраняла способность к активации, особенно высокую после 30 мин последующего освещения. ФС 2 несколько снижала активность, но на была ингибирована полностью. Таким образом, дая риса была характерна способность в течение более длительного срока анаэробиоза сохранять функциональную активность и целостность тилакоядных мембран, тогда как у ишанпцы более кратковременная аноксия приводила к необратимому ингибирова-нию фотохимической активности. Устойчивость к темповому воздействию также в большей мере была выражена у риса, у паеницы ке она была характерна только для более молодых частей проростка. Ранее были получены подобные данные о лучшем сохранении активности митохондрий корней риса по сравнению с пшеницей (Чиркова, 1988),

ФС 2 повревдалась при аноксии в большей мере, чем ФС 1 у обоих объоктоз,- что с одной стороны подтверздалт данные, полученные ранее при действии других повреждающих факторов внешней среда (Иютаз ег гЛ. ,1£8б; духова и др., 1988; Ладыгина л др., 1990), а с другой стороны указывает на ограничение образования кислорода в анаэробной среда на свету у неустойчивого растения. Последнее подтверждается литературными данными (Астайурова и др., 1950).

Поскольку важнейшей функцией не только митохондриальных, но и хлоропластных мембран является фосформирование, полученные данные могли указывать на большую способность этих органелл у риса поддерживать необходимый для выживания уровень АТС> после возвращения растений в нормальные условия аэрации и освещения.

Таблица

Активность фотосистем 1 и 2 в изолированных хлоропласта* пшеницы и риса, выделенных из проростков, подвергнутых экспозиции в темноте и атмосфере азота и затем возвращенных в условия нормального освещения (30 Вт/м~^) и аэрации (иост-экспозиция ; (в мкмоль О^.иг хлорофилла"Чч

Вариант Длительность Длительность Фотохимическая активность

экспозиции пост-экспо- ---

час зиции, час ФС 1 X 2

Дленица

1.Первич- 0 - 382 ± 16 39 ± 5

ный лист

Аэрация 48 0,5 37 S ± 14 33 t 4

- 4,0 379 ± 15 26 ± 3

Анаэробиоз 48 0,5 - -

- 4,0 - -

2.Остаток 0 - 187 ¿ 5 26 + 6

Аэрация 48 0,5 203 ± 18 15 ± 3

- 4,0 316 i 54 16 ¿ 2

Анаэробиоз 48 0,5 - -

- 4,0 - - ■

Рид

Проросток 0 - 399 ¿ 18 41 + 4

Аэрация 72 0,5 613 + 58 67 ± 14

- 4,0 666 t 71 57 + 7

Анаэробиоз 72 0,5 492 ± 98 35 + 6

- 4,0 455 + 31 35 ± 3

Сопэпж'шие AT-?. В расчете на орган количество А1Ф было в 2,5 раза нияе в проростках риса по сравнений о пшеницей. Экспозиция в темноте не влияла на уровень АТФ и у пшеницы и у риса, поскольку потери ATO компенсировались па счот темнового дыхания. Аноксяя, в отличие от темноты, y.tta через 24 ч вдвое уменьшала количество АТФ в листьях ншашщц и снижала этот показатель почти до нуля через 40 ч. У риса ае количество АТ5 насколько падало на ранних сроках аноксии, но к концу экспозиции оказыиялось на относительно вьгап-

ком уровне, т.е. энергетический метаболизм риса при аноксни повреждался гораздо в меньшей море, чем у пшеницы.

После переноса проростков риса из условий анаэробиоза (72 ч) на воздух происходила быстрая репарация изменений в содержании ATO. У пшеницы уровень АТФ не восстанавливался полностью, несмотря на меньшую экспозицию в атмосфере азота (48 ч). Репарация содержания ATÍ в нормальных условиях у риса объясняется восстановлением фотохимической активности фотосистем. Вместе с тем, данные об отсутсвии падения у раса содержания АТС> указывают и на меньшее повреждение у него по сравнению с пшеницей и митохондрий, о чем можно судить по сохранению активности основного маркерного фермента митохондрий - сукцинатдегидрогеназы (СДГ).

Активность СЛГ. Действительно, аноксия способствовала падению активности фермента пшеницы (48 ч), а у ряса даже 72 ч воздействия не приводили к его инактивации. Эти данные косвенно свидетельствуют о лучшем сохранении целостности сопрягающих мембран митохондрий у риоа, что подтверждается данными для митохондрий из его корней (Чиркова, 1388). Темнота не влияла на активность СЛГ у обоих объектов.

• Не исключено, что, в темноте при нормоксии происходила кооперация меаду хдоропластами и митохондриями, когда необходимое для поддержания нативной структуры хлоропластов и митохондрий количество АТФ поставлялось митохондриями, о возможности чего хорошо известно. Это следует из результатов определения АТ£>, а также активности фотосистем хлоропластов и СДГ митохондрий.

Заключение. В результате проведенного исследования показано более длительное сохранение структуры и функции фотосинтетического аппарата в условиях анаэробиоза в проростках устойчивого к гипоксии растения раса по сравнению с неустойчивой пшеницей.' Это выражалось в быстром восстановлении работы фотосистем после возвращения растений в условия нормальной аэрации и освещения. Большее повреждение ФС 2 в условиях анаэробиоза, особенно у неустойчивого растения, указывает на невозможность полного обеспечения растения фотосинтетическим кислородом в условиях аноксии на свету. Структура хлоропластов у риса повреждалась также в меньшей мере, чем у пшеницы: содержание пигментов, белков и лапвдов уменьшалось в темноте и в бескислородной среде медленнее, чем у пшеницы. Как показано для липидов, это может быть вызвано и частйч-

ним поддержанием синтетических реакций, Tait и торможением распада в процессе ПОЛ. lia содержание пигментов, белков и галактолипидов тилакоидов отсутсвяе света оказывало не меньший повреждамцай эффект, чем анаэробиоз. Количество же фосфолипидов хлороиластов, ATO и фотохимическая активность в большей мере поврездались именно в анаэробных условиях, что может указывать на важную роль фос-фолипядного компонента в работе Фотосиитетического аппарата, на что есть указания И В литературе (Rawyler, Siegenthaler ,1S81). Более длительное сохранение у устойчивого растения целостности и Функциональной активности мембран хлоропластов и митохондрий в неблагоприятных условиях могло способствовать обеспечению эффективной компенсаторной кооперации этих органелл в темноте при аэрации, а также восстановлении их активности поело возвращения растений в условия нормальной аэрации и осьое;оп;:л.

ВЫВОДЫ

1. В результата анализа содержания основных пигментов фотосинтеза в листьях проростков пшеницы и риса показано, что под влиянием темноты и анаэробиоза происходило падении его только в физиологически более старых частях проростка, причем действие

. темноты л аноксии било равным по сила и направлению действия.

2. Исследование общего, растворимого и тнлакоидного белка у проростков обоих растений выявило, что у риса разрушение всех белковых фракций в атмосфера азота и при затемнении наблюдалось в меньшей мерз, чем у паеницы.

3. Показано, что аноксия тормозила нарастание всех фракций тилаковдных липидов. Однако у пшеншш обнаружено кратковременное увеличение содержания липидов, которое затем сменялось спадом. У рлса ка оно шло постепенно и достигало максимального значения к концу экспозиции. Отмечена также временная активация включения 2-^С-ацетата в ллдиди хлоропластов обоих объектов в условиях анаэробиоза на свету и в темноте, которая наблюдалась при кратковременных сроках экспозиции.

1. Лоследовенпе уровня перекленого окисления лшшдов показало помимо более низкого исходного уровня ЛОЛ у риса, в отличие от пшеницы, нарастание интенсивности этого процесса под влиянием аноксии, причем у риса оно шло значительно медленнее. Выявлена такло более значительная роль ондпгенного токоЪарола в предотвращении ПОМ в бескислородной среда у устойчивого растения.

- 16 -

5. В хдоропластах пшеницы наступала полная инактавация обеих фотосистем после 48 ч аноксии в темноте и невозможность их репарации после переноса растений в условия нормоксия. У риса ке интенсивность фотосинтеза восстанавливалась полностью после 72 ч анаэробиоза. Затемнение при нормальной аэрации не приводило к инактивации фотосистем у обоих объектов.

6. При 48 ч аноксии и проростках пшеницы содержание ATO падало почти до нуля, но после переноса растений в нормальные усло-в;ш аэрации частично восстанавливалось. У риса в бескислородной среде снижение количества ATí< было незначительным даже после 72 ч анаэробиоза, л после возвращения растений в аэрируемую среду восстанавливалось полностью.

7. Активность сукцинатдегидрогеназы у риса как в темноте, так и при аноксии сохранялась высокой в течение 72 ч, в то время как у пшеницы происходило ее ингабирование после 48 ч анаэробиоза. Пребывание растений в темноте не сказывалось на активности фермента.

Список оаботг опубликован™* по материалам диссертация.

1» Chirkova T.Y., Cobedgiuhvili Ь., Hokalo К.„ Sinutina H.F., Chloroplaot lipids and anaerobiosis in wheat and rice II Fhyaio- * logia Plantarum. - 1990. - Vol.79, N4. - A 132.

2. Чиркова Т.В., Гобедаишваля Л.О.,,Хакала К.,.Санютина Н.Ф. Влияние анаэробиоза на метаболизм фосфолипадов хлоропластов проростков пшеница и раса // Вестник ЛГУ. - 1991. - Вып.2, »10.

С.77-02

3. Чиркова Т.В., Гобедхишвила Л.О., Хакала К., Синютина Н.4>. Влияние анаэробиоза я темноты на метаболизм галактолццидов хлоро-пластов проростков паекицы я риса // Вестник 217. - 1991. - Выя.З №17. - С.88-96

4. Чиркова Т.В., Гобедташвада £.0.. Вальтер Г., Гоффмакн П. Влияние тятю- а аноксил »а лигсидн и паткрнты хлоропластов проростков растений, раэличавдихся по устойчивости к дефициту кислорода // Тезисы докладов в сообщений МездународноЯ конференции "Фотосинтез я фотобиотехнология". - Душно, 1991. - С.5-6

5. Чиркова Т.В., Гобедаиюшга £.0. Переписное окисление ли-плдов и защитная 'роль Л -тоизфероаацетата /витамина Е/ в листьях проростков шюшшн и риса в условиях аэрвцад а аноксии ft Вестник СПбГУ. - 1993. - Вып.1, *3. - С.111-Ш

Л ъ