Влияние ПТШ на фотосинтетические мембраны хлоро пластов зеленых проростков ячменя

Как уже отмечалось выше, при термообработке этиолированных проростков гороха наблюдались морфологические изменения (укорочение стебля, развертывания листьев, распрямление гипокотиля); в этиолированных тканях фасоли и гороха в результате теплового воздействия синтез Хл возрастал, лаг-фаза, наблюдаемая в контроле, исчезала [235]. В литературе отсутствуют сведения о влиянии ПТШ на развитие и функционирование аппарата фотосинтеза зеленых растений, растущих на белом свету с обычным фотопериодом.

Исследования проводили на 7-дневных проростках сорта Го-нар [270], выращенных в режиме «свет-темнота» (16 ч/8 ч). Действие ПТШ (40 °C, 1 ч, ежедневно, с 10 ч до 11 ч) анализировали на 7-й день сразу после последней термообработки, а также исследовали влияние повышенной температуры на ФСА через 24 ч после переноса растений в нормальные температурные условия (23 °C). Эффект последействия термообработки вызывает особый интерес, поскольку известно, что влияние ПТШ на этиолированные растения проявлялось в течение нескольких суток в колебательном режиме с периодом несколько часов [232, 233].

Известно, что ростовые процессы отличаются высокой степенью чувствительности к колебаниям внутренних и внешних факторов [17, 277]. Проведенный анализ 7-дневных проростков ячменя сразу после тепловой обработки показал, что морфометрические параметры первого листа - длина, ширина, площадь, сырая и сухая биомасса (табл. 3.2), а также его мезоструктурная организация - толщина листа, высота мезофилла, объем хлороТаблица 3.2. Действие ПТШ иа морфометрические показатели 7-дневных зеленых проростков ячменя сорта Гонар

Вариант

Длина листа, см

Ширина листа, см

Площадь листа, см2

Сырая масса

1 раст., мг

Сухая масса 1 растения, мг

Контроль, 0 ч

12,1 ±0,15

0,59 ±0,01

4,77 ±0,11

84,2 ± 3,7

9,8 ±0,15

Опыт, 0 ч

11,5 ±0,09

0,64 ± 0,01

4,92 ±0,12

95,4 ± 2,5

11,0 ±0,07

Контроль, 24 ч

13,1 ±0,12

0,61 ±0,01

5,30 ±0,10

82,9 ± 3,0

9,4 ± 0,23

Опыт, 24 ч

12,6 ±0,14

0,63 ± 0,01

5,31 ±0,08

96,9 ± 1,9

11,0 ±0,18

Примечание. О ч и 24 ч - время проведения анализа после теплового воздействия.

Таблица 3.3. Действие ПТШ на мезоструктуру 7-дневных листьев ячменя сорта Гонар

Вариант

Толщина листа, мкм

Высота мезофилла, мкм

Объем ХП, мкм3

Объем клетки, мкм3

Число ХП в клетке

V клетки/ vxn

Контроль, 0 ч

156,2 ± 3,6

98,1 ±3,7

21,5 ± 1,4

17873 ± 865

46,0 ± 1,6

831,0

ПТШ, 0 ч

159,7 ±4,2

96,8 ±4,5

22,7 ± 1,5

17853 ± 680

44,1 ± 1,3

786,5

Контроль, 24 ч

151,5 ±3,5

90,6 ± 3,8

21,6 ± 1,8

17467 ±942

44,1 ± 1,1

808,7

ПТШ, 24 ч

157,2 ± 3,3

93,4 ± 2,8

23,1 ± 1,7

18479 ± 730

43,4 ± 1,4

800,0

Примечание. О ч и 24 ч - время проведения анализа после теплового воздействия.

пластов и объем клеток (табл. 3.3) статистически достоверно не изменялись при периодическом воздействии повышенной температуры.

Не было обнаружено также эффекта последействия повышенной температуры и через 24 ч акклимации растений в оптимальном температурном режиме. Отмечена только тенденция к увеличению сырой и сухой биомассы листа после периодической термообработки.

Флуоресценция Хл является широко используемым и чувствительным методом для регистрации реакции ФСА на стрессовые факторы [278]. В связи с этим был проведен сравнительный анализ функциональной активности ФС2 зеленых проростков ячменя после ПТШ по параметрам индукции флуоресценции Хл,

Таблица 3.4. Действие ПТШ на функциональное состояние ФС2 в 7-дневных зеленых проростках ячменя сорта Гонар, оцененное методом РАМ-флуометрии

Вариант опыта

Т./г,„

ФфС2

qP

qN

qE

Контроль

0,833

0,687

0,877

0,302

0,150

ПТШ

0,809

0,668

0,878

0,263

0,130

ПТШ/Контроль

97%

97%

100%

87%

86,5

Примечание. Приведены средние арифметические значения трех независимых экспериментов, ошибка среднего арифметического не превышала 5%.

измеренной методом РАМ-флуориметрии. Повышенная температура не оказывала влияния на величину максимального и реального квантового выхода ФС2 и уровень фотохимической компоненты тушения флуоресценции (табл. 3.4).

Полученные данные свидетельствуют о том, что эффективность поглощения световой энергии и разделения зарядов в РЦ, а также способность передавать электроны первичному акцептору Qa не претерпевали существенных изменений под действием периодической гипертермии. Однако в прогретых листьях наблюдалось снижение нефотохимической составляющей тушения флуоресценции Хл (qN). Показано, что снижение нефотохимического тушения флуоресценции Хл связано со снижением компонента qE, что отражает падение степени энергизации фотосинтетических мембран. Это может быть следствием целого ряда нарушений, к наиболее важным из которых относятся увеличение проницаемости тилакоидных мембран, снижение эффективности процессов синтеза АТФ и темновой фиксации С(Х. Через сутки после помещения растений в оптимальные температурные условия снижение нефотохимической составляющей флуоресценции Хл в шокированных проростках также имело место.

Известно, что стрессовые факторы вызывают в клетке усиление свободнорадикальных процессов и усиление процессов ПОЛ. По мнению ряда авторов, ПОЛ является наиболее информативным показателем для оценки степени влияния различных факторов на растительный организм. В то же время ПОЛ, по-видимому,

2

Действие ПТШ на содержание стабильных продуктов ПОЛ в зеленых 7-дневных листьях ячменя

Рис. 3.10. Действие ПТШ на содержание стабильных продуктов ПОЛ в зеленых 7-дневных листьях ячменя

представляет собой одно из первых неспецифических звеньев в общей стрессовой реакции растений и может инициировать включение других механизмов защиты [14, 279]. Проведенный нами анализ накопления МДА - стабильного продукта ПОЛ, свидетельствует об отсутствии активизации процесса переокис-ления липидов под действием гипертермии в 7-дневных зеленых проростках ячменя (рис. 3.10) [251, 252]. По-видимому, организация Хл в хлорофилл-белковые комплексы обеспечивает быстрое преобразование поглощенной солнечной энергии и сводит к минимуму образование триплетных форм Хл и АФК. Нельзя исключать также активное функционирование в сформированном проростке системы антиоксидантной защиты, включая низкомолекулярные соединения и ферменты.

С целью выяснения характера влияния ПТШ на пигментную систему ФСА в первых листьях ячменя был проведен анализ содержания фотосинтетических пигментов [266, 270]. Сразу после тепловой обработки происходило некоторое снижение количества Хл и повышение содержания каротиноидов в пересчете

  • ? 0 ч контр. И 0 ч опыт ? 24 ч контр. 0 24 ч опыт
  • 1 - контроль, 2 - опыт; 0 ч - сразу после действия; 24 ч - через сутки акклимации; за 100% приняты показатели в контроле

Рис. 3.11. Действие ПТШ на содержание Хл (а + Ь) и каротиноидов (а) зеленых 7-дневных листьев ячменя и их извлекаемость (б) малополярным растворителем (0,9%-ный этанол в гексане)

на единицу листовой поверхности (рис. 3.11, а). Через 24 ч акклимации удельное содержание Хл в листе восстанавливалось до контрольного уровня, тогда как содержание каротиноидов продолжало возрастать. Полученные данные свидетельствуют о том, что фонд пластидных пигментов претерпевает существенные 94

изменения в результате действия ПТШ, включая увеличение содержания каротиноидов в листе. В последнее время хорошо документирована фотопротекторная функция каротиноидов и ксантофиллов как тушителей триплетного Хл, синглетного кислорода и как ингибиторов ПОЛ [11, 216]. Следовательно, отсутствие активации ПОЛ в зеленых 7-дневных листьях ячменя может быть связано с повышением удельного содержания каротиноидов в условиях гипертермии.

Важную информацию о состоянии пигментов в мембране и характере их микроокружения можно получить на основе метода дифференциальной экстракции пигментов растворителями разной полярности. В наших экспериментах извлечение Хл и каротиноидов растворителем низкой полярности из листьев контрольных и шокированных проростков показало, что их состояние в мембране существенно различалось (рис. 3.11, б). Непосредственно после ПТШ лабильность зеленых и желтых пигментов не изменялась, однако через 24 ч отмечено двукратное увеличение лабильных подфондов молекул Хл и каротиноидов по сравнению с контролем.

Это свидетельствует об увеличении пула молекул Хл, находящихся в гидрофобном микроокружении, т. е. жестко не связанных с фотосинтетическими мембранами. Фонд лабильных Хл (а + Ь), согласно [280], представляют «новообразованные» молекулы, которые отличаются повышенной липофильностью окружения, или молекулы, высвободившиеся из ПБК в результате их разрушения. Поскольку в 7-дневных проростках скорость образования новых молекул Хл невелика, то увеличение размеров лабильного подфонда этих пигментов вызвано, скорее всего, разрушением ПБК при воздействии повышенной температуры, что подтверждается некоторым уменьшением общего количества Хл.

Дополнительные данные о характере влияния повышенной температуры на биосинтез Хл могут дать исследования содержания фитольных и бесфитольных хлорофилловых пигментов. Уровень Хд в листе сразу после действия ПТШ повышался и оставался повышенным через 24 ч акклимации растений.

к - контроль; о - опыт; 0 ч - сразу после действия; 24 ч - через сутки акклимации; за 100 % приняты показатели в контроле

Рис. 3.12. Действие ПТШ на относительное содержание фитольных и бесфитольных хлорофилловых пигментов в листьях 7-дневных зеленых проростков ячменя

Известно, что уровень Хд в зеленых листьях является результатом двух процессов - фотопревращения Пд в Хд и деградации Хл с участием фермента хлорофиллазы, катализирующей отщепление фитола. Поскольку общее содержание Хл в этих условиях несколько снижалось, можно предположить, что повышенное содержание Хд в прогретых зеленых листьях, скорее всего, связано с активизацией процессов деградации Хл (рис. 3.12).

Таким образом, ФСА зеленых проростков ячменя оказался наиболее устойчив к действию ПТШ. Гипертермия вызывала увеличение содержания каротиноидов и Хд в 7-днсвных зеленых листьях ячменя, но не оказывала существенного влияния на функциональное состояние ФС2 и активность процессов ПОЛ, что отражает ключевую роль функционирующего ФСА в реализации защиты растений от действия периодической гипертермии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >