Моцний М.П., Боцьва Н.П., Елина Е.В., Садовская Л.Я.

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ЛИСТЬЕВ КУКУРУЗЫ ПРИ ФОТОСТИМУЛЯЦИИ

В настоящее время электрическая активность высших растений исследуется очень интенсивно. Достаточно полно описаны электрогенез, види электрической активности высших растений и типи распространения сигналов, рассмотрены виды стимуляции, вызывающей электрогенез [1-3]. Известно, что существенный вклад в электрический потенциал мембраны растительной клетки вносит активный транспорт ионов, связанный с преобразованием энергии [4]. Однако до сих пор роль фотостимуляции в электрогенезе растений и связь электрогенеза с процесом фотосинтеза изучены недостаточно, поэтому данная работа посвящена исследованию суммарных потенциалов, возникающих при фотостимуляции листьев кукурузы светом различной длины волны.

Исследования проводили на листьях кукурузы сорта "Кадр" in viva. Семена высаживали в горшочки с влажным грунтом, и через 20 дней после появления всходов проростки использовали в экспериментах. Горшочек с растением размещали в темной экранированной камере и выдерживали в темноте 30 мин для адаптации. Затем на лист направляли излучение стимулятора, специально сконструированного на основе светодиодов четырех цветов (белого, синего λ=470нм, зеленого λ=540нм, красного λ=690нм). Для предотвращения нагрева листа использовали инфракрасные фильтры. Освещенность, создаваемую диодами, регулировали силой тока в них, регистрировали калиброванным фотометром и для всех диодов поддерживали на уровне 90лк. С помощью реле времени устанавливали продолжительность фотостимуляции 600с. Отводящие неполяризующиеся электроды размещали на листе: активный – непосредственно на участке светового пятна от фотостимулятора, пассивный – на индиферентной части листа. Сигнал с электродов подавали на усилитель с переменным коэффициентом усиления (1–10), а затем на самописец «Endim».

При фотостимуляции белым светом в листьях кукурузы возникали электрические ответы сложной формы (рис.1). В начальной фазе потенциала наблюдалась коротколатентная двухфазная деполяризация с амплитудой 5-8мВ, которая сменялась медленно нарастающей фазой гиперполяризации с максимумом на 150-й секунде. В дальнейшем уровень гиперполяризации практически стабилиризовался на значении 55-60мВ. В момент выключения фотостимула фиксировался резкий скачок потенциала амплитудой 10-12мВ в сторону гиперполяризации с последующим восстановлением в течение 250-300с уровня потенциала, который на практике часто превышал начальний на 4-5мВ.

Рис.1. Потенциал листа кукурузы, вызванный фотостимуляциею

белым светом. t₀, t₁ - моменты включения и выключения

фотостимула. Калибровка 20мВ и 50мс.

В следующей группе опытов фотостимуляцию проводили светом с разными длинами волн. В целом, динамика потенциалов мало отличалась от описанной для белого света, однако при уменьшении длины волны стимула от 690нм (красный) до 470нм (синий) прослеживалась четкая тенденция к уменьшению амплитуды фотопотенциала от 60мВ до 22,7мВ (рис.2). Промежуточные результаты получены для зеленого света.

Анализируя полученные результаты, следует отметить, что наличие биоэлектрической реакции на световое раздражение связано с процесами фотосинтеза в клетках листа. При освещении зеленых клеток листа возрастала метаболическая составляющая мембранного потенциала, которая в экспериментах регистрировалась как гиперполяризация освещенной части листа, связанная, очевидно, с работой электрогенного H⁺ насоса.

А, мВ

λ, нм

Рис.2. Зависимость средней амплитуды гиперполяризации биопо-

тенциала листа кукурузы от длины волны фотостимула

Коротколатентную деполяризацию, амплитуда которой достигала десятков милливольт, можно объяснить связью между потенциалом плазмолемы и фотосинтезом. Необходимо отметить, что этот потенциал не был стабильным. Он имел максимальную амплитуду при первой регистрации, а при повторных регистрациях резко уменьшался. Фаза короткой (10-15с) гиперполяризации, которая всегда возникала при выключении стимуляции, вероятно, связана с переходными процессами при изменении освещенности, которые, в свою очередь, определяются изменением рН цитоплазмы.

В целом, полученные результаты хорошо согласуются с известными представлениями о том, что максимальное поглощение света в процессе фотосинтеза происходит в диапазоне длин волн 540-690нм (красный и зеленый свет).

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. 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.