Моцный М.П., Власова С.В., Елина Е.В., Садовская Л.Я. Днепропетровский национальный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОПОТЕНЦИАЛОВ РАСТЕНИЙ, ВЫЗВАННЫХ ХОЛОДОВЫМИ СТИМУЛАМИ

Для оценки функционального состояния различных растений в настоящее время все чаще используют биофизические методы. Такие методы относительно дешевы и не требуют уникального оборудования. Одним из таких методов есть исследование биоэлектрических реакций растений. При этом методе используют внешнюю стимуляцию (холодовую, тепловую, электрическую и т.д.), вызывая электрическую реакцию растений, которая функционально связана с ходом его метаболических процессов. Изучая биоэлектрическую реакцию в различных экспериментальных ситуациях, можно судить о функциональном состоянии растения [1].

Как правило, биоэлектрическая реакция растения регистрируется в виде биоэлектрических потенциалов. При анализе полученного сигнала было замечено, что биопотенциалы в значительной мере зависят от параметров применяемой стимуляции, а это существенно затрудняет интерпретацию полученных результатов.

Представленная работа посвящена изучению зависимости регистрируемых биопотенциалов от некоторых параметров раздражающего холодового стимула. Последний на практике используют чаще других как наиболее адекватный и наименее травматичний. При такой стимуляции определенный участок растения (лист, стебель, побег) кратковременно охлаждают с помощью специального устройства – термостимулятора.

В данной работе приведены результаты экспериментов, проведенных на проростках кукурузы сорта «Кадр» in viva. Отсортированные семена кукурузы помещали в торфяной грунт и проращивали в течение трех недель. Затем хорошо сформированный проросток устанавливали в экранированную камеру (для снижения влияния внешних электромагнитных помех). Лист проростка располагали между контактами специально изготовленного термостимулятора, работа которого основана на эффекте Пельтье. После установки листа на контакты стимулятора на нем располагали солевые мостики неполяризующихся электродов, выход которых соединяли со входом предусилителя, собранного на микросхеме К 140УД7. На термостимулятор подавали электрический импульс, длительность которого задавали с помощью реле времени и определяли ток в импульсе. По полученным данным были построены графики зависимости параметров холодового стимула от параметров подаваемого электрического импульса.

В первой группе опытов проводили холодовую стимуляцию с различной скоростью охлаждения. Используя данные калибровочных кривых термостимулятора, выбирали такие параметры стимула, при которых конечная температура охлаждения была одинаковой, а скорость охлаждения различались. Результаты одного из типичных опытов этой серии показаны на рис. 1.

Рис. 1

Биопотенциалы листа кукурузы при различных скоростях охлаждения.

Из представленного рисунка видно, что при одинаковом конечном значении величины охлаждения (t = 8,5 ⁰С), динамики развития потенциалов существенно различаются. Так, при скорости охлаждения 1,2 град/с (длительность стимула 3 секунды) регистрируется двухкомпонентный потенциал (рис. 1а). Амплитуда первого компонента порядка 90 мВ на второй секунде, амплитуда второго - 70 мВ на четвертой секунде, общая длительность потенциала составляет величину порядка 20 секунд. По динамике развития и временным параметрам этот потенциал подобен потенциалам действия, которые регистрируются внутриклеточно в стеблях тыквы [2].

При меньшей скорости нарастания холодового стимула (V = 1,2 град/с, длительность стимула 7 секунд) динамика потенциала иная (рис. 1б). Уменьшается скорость его нарастания и амплитуда, практически исчезает второй, более поздний компонент, общая длительность стимула возрастает до 24 секунд.

В следующей группе опытов фиксировали длительность импульса на уровне 3 сек и изменяли конечную температуру в пределах (5-7) ⁰С, при этом скорость охлаждения изменялась в пределах (1,6 – 2,3) град /с.

Результаты одного из типичных опытов этой серии представлены на рис. 2.

Рис. 2

Биопотенциалы листа кукурузы при фиксированной длительности стимула (t = 3 с) и различных скоростях охлаждения.

На рис. 2 представлена синхронная регистрация биопотенциалов при фиксированной длительности стимула t = 3 сек. При таких условиях изменяется скорость охлаждения и конечная температура. Как видно из рисунка, при температурах охлаждения t = (5-5,2) ⁰С и скорости охлаждения (1,6-1,7) град/с амплитуда потенциала возрастает практически линейно (рис.2, кривые а,b,с,d). При скорости охлаждения порядка 1,8 град/с наблюдается резкое увеличение амплитуды сигнала (кривая d рис.2) c 20 мВ до 40 мВ. При дальнейшем увеличении скорости охлаждения (кривая e, рис.2) амплитуда потенциала возрастает незначительно. Следует также отметить, что при той же скорости охлаждения (1,8 град/с) резко увеличивается длительность биопотенциала и его максимум смещается в сторону более поздних интервалов времени.

Таким образом, при проведении исследования биопотенциалов растений рекомендуется выделять их компоненты, изменяя скорость охлаждения.

Список литературы

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

2. В.А. Опритов, С.С. Пятыгин, В.А. Воденев. Непосредственное сопряжение генерации потенциала действия в клетках высшего растения с работой электрогенного насоса. Физиология растений. Том 49, № 1. 2002.