Моцний М.П., Боцьва Н.П., Елина Е.В., Власова С.В.

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОПОТЕНЦИАЛОВ ЛИСТЬЕВ КУКУРУЗЫ

ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТИМУЛЯЦИИ

В настоящее время для оценки функционального состояния растений, наряду с другими, широко применяются биофизические методы, одним из которых является метод анализа биоэлектрической активности, в частности, биопотенциалов растений, вызванных различными раздражающими факторами [1-3].

Наибольшее распространение получили методы, связанные с термостимуляцией, так как термостимулы являются наименее травматичными и адекватными для растений. На практике чаще используют методики с понижением температуры, которые позволяют использовать бóльшие перепады температур. Методы тепловой стимуляции, а также процессы, проходящие в растении при такой стимуляции, изучены недостаточно, что и послужило предпосылкой для данных исследований.

Опыты проводили на проростках кукурузы сорта «Кадр». Семена кукурузы высаживали в торфоперегнойные горшочки, заполненные землей, и через три недели проростки использовали в эксперименте. Горшочек с проростками помещали в экранированную камеру, лист растения располагали между контактами термостимулятора, основанного на эффекте Пельтье. Температуру на контактах термостимулятора изменяли в пределах (t_к – 10°С; t_к + 10°С), где t_к – температура в камере. Скорость изменения температуры и конечную температуру во время стимуляции регулировали и контролировали с помощью калиброванной термопары. На лист накладывали неполяризующиеся электроды, соединенные со входом предусилителя. После предварительного усиления сигнал подавали на самописец «Endim». Калибровку тракта усиления осуществляли сигналом синусоидальной формы частотой 1Гц и амплитудой 20мВ.

В первой группе опытов тепловые и холодовые стимулы наносили на лист кукурузы с частотой 0,05Гц и отводили суммарные биопотенциалы. При холодовой стимуляции (разница температур 5^оС, скорость изменения температуры 1^оС/с) регистрировали типичные для такой методики потенциалы длительностью свыше 40с и амплитудой порядка 60мВ (ри.1, А). При повторной стимуляции с интервалом 20с амплитуда потенциала уменьшалась до 15мВ, а затем стабилизировалась на уровне 20мВ. Следует отметить значительное угнетение при этом второй длиннолатентной фазы потенциала, что является характерным для данной методики стимуляции [4].

При тепловой стимуляции реакция растений была совершенно другой. При разнице температур 5^оС и скорости изменения 1^оС/с потенциал практически отсутствовал, поэтому интенсивность стимуляции увеличили. При разности температур 10^оС и скорости изменения 2^оС/с регистрировали потенциал амплитудой 4мВ и длительностью 10с (рис.1, Б), который, судя по полярности, возникал вследствие гиперполяризации мембран клеток, находящихся под отводящим электродом. При повторной тепловой стимуляции с интервалом 20с наблюдалось медленное увеличение амплитуды ответа до 5мВ.

Рис.1. Биопотенциалы листа кукурузы во время ритмической стимуляции

с частотой 0,05Гц: А – холодовая стимуляция; Б– тепловая стимуля-

ция; В – динамика температурных стимулов

В следующей группе опытов повышали частоту стимуляций до 0,1Гц. При такой частоте интервал между стимулами был меньше длительности ответов, поэтому ответы накладывались один на другой. При холодовой стимуляции наблюдалось резкое угнетение последующих ответов, а при тепловой стимуляции был обратный эффект – амплитуда последующих импульсов возрастала.

Анализируя полученные результаты, в частности, знак потенциала, следует отметить, что тепловое раздражение листьев вызывает гиперполяризационные сдвиги мембранного потенциала, что, вероятно, связано с активацией действия протонного насоса, обеспечивающего перенос ионов водорода через мембраны клеток, находящихся под отводящим электродом [5]. Биопотенциалы, вызванные холодовым стимулом, являются результатом сумарной деполяризации клеточных мембран под отводящим электродом.

Во время ритмической тепловой и холодовой стимуляции зафиксированы отличия в динамике амплитуды в зависимости от вида и частоты нанесения раздражения. Существенно, что потенциалы, вызванные тепловым раздражением, имеют более высокий «порог» возбуждения по сравнению с «холодовыми» потенциалами, значительно зависят от скорости изменения температуры и не угнетаются при частотной стимуляции. Уменьшение и последующая стабилизация уровня амплитуды во время ритмической холодовой стимуляции, вероятно, связаны со значительным (бóльшим 20с) временем восстановления мембранного потенциала после генерации предыдущего ответа.

Литература

1. Опритов В.А., Пятыгин С.С., Ретивин В.Г. Биоэлектрогенез у высших растений. – М.: Наука, 1991.

2. Смит К.Ю.М. Биология сенсорных систем. – М.: Бином, 2005.

3. Тарчевский И.А.Сигнальные системы клеток растений. – М.: Наука, 2002.

4. Анализ возможности участия местных биоэлектрических реакций в рецепции

охлаждения высшими растениями (на примере Cucurbita pepo L.) / В.А.Опритов и др. // Физиол. раст. – 2005. – Т. 52. – С. 905–912.

5. Сопряжение генерации потенциала действия в клетках растений с метаболиз-

мом: современное состояние проблемы / С.С.Пятыгин и др. // Успех. соврем. биол. – 2005. – Т. 125. – С. 534–542.