Моцний М.П., Сластьонов В.М., Моісеєнко К.В.

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ФОТОСТИМУЛЯЦІЇ

НА БІОПОТЕНЦІАЛИ ВИЩИХ РОСЛИН

У вищих рослин встановлені та вивчаються різні види електричної активності [1]. Існують різноманітні способи стимуляції біопотенціалів рослин, проте найбільш цікавою є фотостимуляція [2], оскільки світло – це один з найважливіших екологічних показників у житті рослин, а зміна інтенсивності видимого світла, безумовно, – адекватний подразник для фотосинтезуючих зелених рослин. Проте потенціали дії (ПД) при світловому подразненні виникають далеко не завжди, тому що світло неоднорідне за спектральним складом ї різною мірою поглинається навіть однією і тією ж речовиною.

З погляду дослідників, у вищих рослин існують альтернативні механізми і системи збудження реакцій, викликаних світлом і несвітловими подразниками [1,3,4]. Біоелектричні реакції у відповідь на світлові подразники принципово відрізняються від ПД. Події, що відбуваються у плазматичній мембрані клітин при їх освітленні світловими імпульсами, можна представити таким чином. Первинна інактивація Н⁺-АТФази приводить до падіння мембранного потенціалу до порогового рівня, потім відкриваються потенціалзалежні Са²⁺-канали, вхід іонів кальцію в клітку актівує Cl^–-канали, за участю яких генерується фаза деполяризації світлоіндукованої біоелектричної реакції. У генерації фази реполяризації беруть участь іони К⁺. Таким чином, світло є дуже ефективним подразником, хоча первинна світлоіндукована реакція має характер типової місцевої градуальної відповіді, й лише після досягнення порогового рівня потенціалу відбувається генерація ПД .

У даній роботі досліджувався вплив фотостимуляції на біопотенціали листя кукурудзи. В експериментах застосовували спеціальний фотостимулятор з набором фотодіодів, які випромінювали світло різних частотних діапазонів: червоне (довжина хвилі λ = 620-760 нм), зелене (λ = 500-565 нм), сине (λ = 440-485 нм). Для запобігання термічному нагріву листа використовували інфрачервоні фільтри. Освітленість, створену діодами, регулювали силою струму в них та реєстрували каліброваним фотометром. Відвідні електроди, що не поляризуються, розміщували на листі: активний – безпосередньо на ділянці світлової плями від фотостимулятора, пасивний – на індиферентній частині листа. Перед початком вимірювань всі рослини тримали у темряві протягом 20 хвилин .

Результати серії дослідів із стимуляцією листа червоним світлом наведені на рис.1.

Рис.1 Осцилограма потенціалу листа, викликаного фотостимулом

(червоне світло, довжина хвилі 620–760 нм, освітленість 70 лк)

У процесі досліду здійснені три послідовні реєстрації біопотенціалів (1–3), кожна з яких тривала 1300 с. Видно, що амплітуда деполяризації значно зменшувалась з плином часу: для першої реєстрації амплітуда становила 25 мВ, для другої – вже 12,5 мВ, для третьої – лише 2,5 мВ. Тривалість потенціалу також помітно зменшувалась від першої до останньої реєстрації.

Глибина фази гіперполяризації, яка слідує за деполяризацією, навпаки, з часом зростала: для першої реєстрації амплітуда була 8 мВ, для другої – 15 мВ, для третьої – 20 мВ. Тривалість потенціалу гіперполяризації визначалась часом освітлювання. Після вимкнення світла спостерігалось різке коливання потен-ціалу: швидка фаза гіперполяризації, за нею фаза відносно повільної деполяризації, а потім – фаза відновлення.

Для світла двох інших довжин хвиль спостерігалась подібна динаміка потенціалу. Найбільші амплітуди фаз деполяризації і гіперполяризації зареєстро-вані для зеленого світла, найменші – для синього, що добре узгоджується з літературними даними.

Деполяризація клітин, що викликається імпульсом світла, – це, скоріш за все, сумарний потенціал дії, пов’язаний з дією фотостимулів на мембрани клітин і з сумарним потоком Н⁺ всередину клітин, який може бути обумовленим рядом чинників: зростанням швидкості пасивного надходження Н⁺ в цитоплазму, уповільненням активного транспорту з цитоплазми або споживанням СО₂ в темнових реакціях фотосинтезу. Разом з тим одержані результати не виключають можливості того, що поглинання світла хлоропластами приводить до активації локалізованих в плазмалемі іонних каналів, проникних для протонів, і викликає, як наслідок, зміну місцевих потенціалів і рН у поверхні клітини.

Литература

1. Биоэлектрогенез у высших растений / В.А.Опритов и др.– М.: Наука, 1991. – 216 с.

2. Вплив фотостимуляції на біоелектичну реакцію листя кукурудзи / М.П.Моц-ний та ін. // Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. – 2011. – Вип.19, т.2. – С. 103-108.

3. Temperature sensing by plants:the primary characteristics of signal perception and calcium response / Plieth C. et al. // Plant J. – 1999. – V.18. – P.491–497.

4. Сопряжение генерации потенциала действия в клетках растений с метаболизмом: современное состояние проблемы / С.С.Пятыгин и др. // Успехи соврем. биол. – 2005. – Т. 125. – С. 534–542.