Регуляция стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата индукторами различной природы

Повышение устойчивости к ультрафиолетовым излучениям и тепловому стрессу. Влияние фитогормонов на рост, активность и содержание пигментов на уровне клетки и целого растения. Предоблучение красным светом и повышение устойчивости. Тепловая предобработка.

Рубрика Биология и естествознание
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 05.09.2010
Размер файла 177,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

3. Тепловая предобработка повышает устойчивость ФА к повторному тепловому стрессу и фотоингибированию. Факторы, регулирующие устойчивость

Явление «тепловой закалки» -- способность к обратимому увеличению устойчивости клеток в ответ на действие высокой, но еще не летальной температуры, является важным адаптивным механизмом (Александров, 1958, 1975, 1995; Титов и др., 2006). Часто тепловое закаливание изучается при достаточно длительном действии повышенных температур и при одновременном освещении (Кислюк и др., 2007, 2008). В этом случае успевают синтезироваться белки de novo, и происходит восстановление сниженной во время стресса фотосинтетической активности. Эффекты закаливания исследуются также в результате кратковременного нагревания порядка нескольких минут, когда синтез белков не успевает проявиться (Титов и др., 1987, 2006; Карпец, 2007). Нами был использован несколько другой подход. Было исследовано, как кратковременное нагревание проростков пшеницы при закаливающих температурах (39-42оС) и длительное последующее свето-зависимое восстановление влияют на устойчивость ФА к вторичному тепловому стрессу и фотоингибированию. Важно было понять, как формируется повышенная стресс-устойчивость ФА, какова роль АФК, а также изменения баланса про-/антиоксидантов и насколько обеспечено энергетически это повышение стресс-устойчивости.

Результаты влияния кратковременного прогрева растений при умеренной температуре (40оС, 20 мин) на устойчивость ФА к последующему тепловому шоку (44оС, 20 мин) представлены на рис. 14. Из них следует, что первичная устойчивость ФА в закаленных растениях меняется незначительно, тогда как свето-зависимое восстановление ФА заметно ускоряется. Этот результат можно объяснить как ускоренной репарацией поврежденной ФС2 и системы фиксации СО2, так и синтезом белков теплового шока (БТШ). Это согласуется с тем, что БТШ стимулируют восстановление фотосинтеза при тепловом стрессе (Allakhverdiev et al., 2008).

Вероятно, в процессе термоиндуцированного фотоингибирования одной из ключевых реакций является ингибирование образующимися АФК синтеза фотосинтетических белков de novo (прежде всего, белка D1), необходимых для восстановления ФС2. Это означает, что большую роль в восстановлении поврежденного ФА играет активность антиоксидантных ферментов, а также содержание низкомолекулярных антиоксидантов и осмолитов, таких как пролин и глицинбетаин, снижающих уровень АФК (Mamedov et al., 1993; Allakhverdiev et al., 1996, 2007; Khan et al., 2009). Содержание этих антиоксидантов можно также увеличить экзогенным путем, например, обрабатывая растения ХСС (Креславский и др., 2007а; Sheng et al., 2006).

Усиленное образование Н2О2, обнаруженное нами сразу после прекращения прогрева растений пшеницы при 40оС (рис. 15), сменялось снижением уровня Н2О2 через 12 ч, которое соответствует максимальной теплоустойчивости (рис. 14). Однако такое длительное снижение не наблюдалось при 42оС. По-видимому, вклад в повышение теплоустойчивости, вносит увеличение активности антиоксидантных ферментов и уровня низкомолекулярных антиоксидантов вследствие транзитного накопления АФК, а также образование БТШ. Это согласуется с проявлением повышенной активности АсП в листьях предобработанных (закаленных) при 40оС растений (рис. 5 и 15) и с ускорением свето-индуцированного восстановления ФА растений пшеницы при внесении в питательный раствор антиоксиданта-аскорбиновой кислоты (Kreslavski et al., 2008). Стимуляция синтеза БТШ в результате образования Н2О2 известна из литературы (Kцnigshofer et al., 2008). Вероятно, основные БТШ образуются на свету после прекращения прогрева.

Сразу после прогрева оценивали первичную теплоустойчивость, не зависимую от восстановления ФА, а также скорость светозависимого восстановления фотосинтетической активности (рис. 14). Видно, что первичная теплоустойчивость мало зависит от предшествующего прогревания, тогда как скорость восстановления после теплового шока зависит существенным образом. Восстановление блокируется ингибиторами белкового синтеза, линкомицином и хлорамфениколом, и ускоряется светом (Креславский, Христин, 2003; Kreslavski et al., 2008; 2009b). То есть для восстановления активности ФА нужны свет и синтез белков de novo. Важна также обеспеченность процесса восстановления АТФ. Более эффективное восстановление активности ФА закаленных растений, по-видимому, является следствием повышения скоростей циклического фотофосфорилирования и темнового дыхания у закаленных прогреванием проростков по сравнению с незакаленными (Kreslavski et al., 2008).

Ранее было обнаружено, что тепловая предобработка растений приводит к повышению их устойчивости к комбинированному действию света и температуры (Шаркова, 2001; Буболо и др., 2004; Кислюк и др., 2004, 2008). Мы предположили, что ФА растений, предобработанных нагреванием при 40оС, обладает повышенной устойчивостью не только к совместному действию света высокой интенсивности и повышенной температуры, но и к свету высокой интенсивности (перекрестная адаптация) при комнатной температуре в условиях обратимого фотоингибирования. Действительно, после предобработки при 40оС ФА растений был более устойчив не только к высокой температуре (44оС) (рис. 14), но и к свету в условиях фотоингибирования (рис. 16). Сразу (и через несколько часов) после нагревания при 40оС и через 24 ч после предобработки при 42оС не наблюдали повышения устойчивости ФА к свету высокой интенсивности. Предполагается, что теплоустойчивость ФА растений, приобретенная при умеренных температурах, частично индуцируется усилением механизмов, защищающих клеточные структуры от окислительного повреждения, вызванного нагреванием (Larkindale, Huang, 2004).

Для развития этих защитных механизмов необходимо определенное время, а также транзитное, не слишком значительное повышение пула АФК. Увеличение содержания Н2О2 предшествовало повышению активности каталазы и АсП, которые достигали максимума через 6-12 ч после термообработки при 40оС, что соответствовало минимальному уровню Н2О2 и высокой термоустойчивости (рис. 14). В закаленных тепловой предобработкой растениях скорость повышения активности одного из ключевых для хлоропластов антиоксидантных ферментов - АсП в ответ на вторичный тепловой стресс была выше, чем в незакаленных растениях (рис. 5). На основе этих данных мы заключили, что наблюдаемое увеличение термоустойчивости ФА частично обусловлено повышением активности антиоксидантных ферментов в результате кратковременной тепловой закалки. Предполагается, что Н2О2 является сигнальной молекулой и регулятором экспрессии ряда генов, которые кодируют антиоксидантные ферменты, стресс-защитные и сигнальные белки, такие как киназы, фосфатазы и факторы транскрипции (Hung et al., 2005). Имеются доказательства того, что факторы транскрипции теплового шока (ФТТШ) являются прямыми сенсорами Н2О2 и других АФК (Miller, Mittler, 2006).

Таким образом, на основании полученных нами (Креславский и др., 2007б; Kreslavski et al., 2009b) и литературных данных (Lopez-Delgado et al., 1998) можно заключить, что АФК регулируют формирование повышенной теплоустойчивости ФА, и, действуя, вероятно, через регуляторно-сигнальные белки, такие как ФТТШ, регулируют скорость экспрессии генов, кодирующих различные белки, которые участвуют в системах, защищающих ФА от окислительного стресса.

Показано, что тепловое закаливание при 40оС заметно ускоряет восстановление ФА растений при тепловом шоке (44оС) и усиливает устойчивость ФА к фотоингибированию (Kreslavski et al., 2008). При этом, согласно нашим (рис. 5 и 14) и литературным данным (Dat et al., 2000; Dash, Mohanty, 2002) в листьях, закаленных прогреванием растений, обнаруживается более высокая антиоксидантная активность. Следовательно, наблюдается корреляция повышенной теплоустойчивости с более высокой антиоксидантной активностью в листьях.

С другой стороны, сразу после предобработки при 40оС устойчивость ФА к свету высокой интенсивности понижена (рис. 16, Kreslavski et al., 2008). Причиной уменьшенной устойчивости к вторичному стрессу и более медленного восстановления ФА может быть значительно повышенное в результате двойного стресса (нагревание и свет высокой интенсивности) содержание АФК, и, как следствие, значительное снижение антиоксидантной активности в процессе фотоингибирования. В процессе термо-индуцированного фотоингибирования, которое наблюдали в препаратах тилакоидных мембран, возможно образование агрегатов светособирающих Хл-белковых комплексов типа ССК 2, что также может вносить вклад в снижение стресс-устойчивости ФА (рис. 17).

Таким образом, существует корреляция между потенциалом теплоустойчивости и потенциальной способностью антиокислительных ферментов нейтрализовать Н2О2 и другие АФК и, таким образом, уменьшить фотоокислительное повреждение ФА.

Известно, что активности антиоксидантных ферментов, таких как СОД, каталаза и пероксидаза, могут возрастать после предобработки растений 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислотой - предшественником этилена и АБК (Larkindale, Huang, 2004). По-видимому, фитогормоны индуцируют теплоустойчивость ФА путем повышения антиоксидантной активности. Это согласуется с данными об увеличении устойчивости растений к высоким температурам с помощью экзогенных цитокининов, что объясняется активацией цитокининами работы белоксинтезирующего аппарата (Кулаева и Кузнецов, 2004; Таланова, 2009).

Можно предположить, что повышенная устойчивость растений к нагреванию формируется путем увеличения активности антиоксидантных ферментов, повышения содержания низкомолекулярных антиоксидантов, осмолитов и некоторых гормонов, а также усиления синтеза белков теплового шока. При этом функцию первичного сигнального элемента, по-видимому, выполняют АФК (Н2О2), которые через ФТТШ и другие сигнальные элементы регулируют генную активность стресс-защитных систем (Hung et al., 2005). Увеличение антиоксидантной активности приводит к снижению уровня АФК и повышению стресс-устойчивости ФА, что согласуется с опытами на трансгенных растениях-суперпродуцентах антиокислительных ферментов, таких как СОД (Allen, 1995). Все эти факторы, по-видимому, способствуют созданию в клетке условий, стимулирующих синтез АТФ, например, за счет активации циклического фотофосфорилирования и темнового дыхания (Kreslavski et al., 2008; Singh, Grover, 2008). Нами показано, что после кратковременного теплового стресса увеличивается активность некоторых антиоксидантных ферментов, скорости темнового дыхания в листьях и фиксации СО2, а также циклического фотофосфорилирования в препаратах тилакоидных мембранах, выделенных из листьев закаленных растений (Kreslavski et al., 2008). Наряду с усиленным образованием БТШ и осмолитов, эти факторы, как следует из наших данных, важны для кросс-толерантности к вторичному тепловому стрессу и фотоингибированию (Kreslavski et al., 2008; Mohanty et al., 2009).

Вероятно, важную роль в высокой общей стресс-устойчивости ФА растений, подвергнутых кратковременной тепловой предобработке, к повторному тепловому стрессу и свету повышенной интенсивности, играет высокая скорость восстановления активности ФА (рис. 14, 16). Критическим для восстановления является скорость синтеза фотосинтетических белков de novo, для обеспечения которой необходимо достаточное поступление энергии в виде АТФ. С другой стороны, повышенный уровень АФК ведет к снижению скорости восстановления фотосистем благодаря ингибированию синтеза белков избыточным количеством АФК, которые нейтрализуются антиоксидантной системой. Это означает, что обеспечение АТФ и соотношение антиоксидантной активности и степени развития окислительного стресса являются критическими факторами для восстановления (Allakhverdiev et al., 2005, 2008). Сделанный вывод подтверждается результатами экспериментов по тепловому закаливанию проростков пшеницы (Kreslavski et al., 2008) и с мутантом Synechocystsis sp PCC 6803, дефицитным по гену, ответственному за синтез антиоксидантного фермента каталазы-пероксидазы (Креславский и др., 2010а). Пост-стрессовое восстановление ФА проростков пшеницы ускорялось в присутствии экзогенной аскорбиновой кислоты, а в отсутствии каталазы-пероксидазы восстановление замедлялось.

Есть доказательства, что важными интермедиатами между стрессовым сигналом при повышенной температуре и биохимическим ответом растения, обуславливающим адаптивный ответ, могут быть Са2+, АФК и продукты перекисного окисления липидов (Курганова и др., 1999; Dat et al., 2000; Hung et al., 2005; Suzuki, Mittler, 2006), а также АБК (Титов и др., 2006). Определенную роль в начальной быстрой реакции на тепловой стресс, по-видимому, играет изменение текучести мембран (Allakhverdiev et al., 2008), которое может действовать как тепловой сенсор (Los', Murata, 2004). Из наших данных следует, что повышение стресс-устойчивости ФА в результате кратковременного действия закаливающих температур связано с временным увеличением пула Н2О2 и последующим повышением уровня антиоксидантной активности, что можно изобразить следующей схемой: индуктор рецептор АФК, Са2+ и сигнальные белки регуляция синтеза белков повышение активности антиоксидантных ферментов и пула низкомолекулярных антиоксидантов индукция стресс-устойчивости (Miller, Mittler, 2006; Креславский и др., 2007а).

Предлагаемая нами идея заключается в том, что такая схема первичных этапов сигнализации достаточно универсальна, и подобные системы активации сигнальных систем, приводящие, к повышению стресс-устойчивости ФА, могут работать при использовании умеренных доз индукторов защитных систем, будь то КС, ХСС или повышенная температура.

4. Фотоингибирование у цианобактерии Synechocystis sp PCC 6803. Роль антиоксидантных ферментов

Мы установили, что повышение устойчивости ФА растений к свету высокой интенсивности в результате их предварительного прогрева или обработки ХСС в значительной степени обусловлено повышенной скоростью восстановления ФА в обработанных растениях. Степень фотоингибирования зависит от баланса между повреждением ФС2 и восстановлением после повреждения (Nishiyama et al., 2001; 2006). Поэтому важно разделение процессов прямого повреждения ФА и репарации повреждения с помощью ингибиторов белкового синтеза, а также знание факторов, регулирующих каждый из этих процессов. Важным механизмом улучшенного пост-стрессового восстановления ФА может быть изменение соотношения оксидантов и антиоксидантов в сторону увеличения пула антиоксидантов, которое происходит в ходе предобработки индукторами различной природы. Для проверки этого предположения мы использовали цианобактерии, как простую модельную систему с известным, хорошо изученным и небольшим набором генов, кодирующих определенные антиоксидантные ферменты.

Наряду с СОД, одним из ключевых антиоксидантных ферментов у цианобактерий является каталаза-пероксидаза (Tichy, Vermaas, 1999). Фотоингибирование у мутанта katG-, в котором отсутствует активность каталазы-пероксидазы, сравнивали с фотоингибированием у исходного дикого типа (ДТ), предполагая, что разница в фотоингибировании будет проявляться в основном за счет разной скорости восстановления фотосинтетической активности. Суспензии клеток освещали сначала сильным фотоингибирующим светом, затем светом низкой интенсивности, восстанавливающим активность ФА (рис. 18).

При подавлении репарации ФА спектиномицином (ингибитор белкового синтеза) скорости фотоингибирования, оцененные по величине (Im-I1)/I1, где Im-I1 - разница между максимальными интенсивностями медленной и быстрой компонент ЗФл, у ДТ и мутанта katG- были практически одинаковы. В отсутствии спектиномицина скорость фотоингибирования, оцененная как по величине (Im-I1)/I1, так и по СО2- зависимому выделению кислорода, была выше у мутанта чем у ДТ, то есть без подавления процесса репарации фотоингибирование у мутанта происходит быстрее.

Этот факт согласуется с более эффективным восстановлением фотосинтетической активности у ДТ по сравнению с мутантом (рис. 18). Вероятно, ген katG- не участвует в защите ФС2 от фотоингибирования при подавлении репарации ФА и важен именно для процесса репарации при повреждении компонентов ФС 2.

Считается, что индукторы окислительного стресса (Н2О2 и МВ) подавляют активность ФС2 не путем прямого повреждения компонентов реакционного центра, а ингибируя восстановление ФС2 за счет снижения скорости синтеза белков, в основном за счет подавления трансляции и транскрипции гена psbA, кодирующего белок Д1, образующимися АФК (Allakhverdiev et al., 2002, 2005). Наши (Kreslavski et al., 2010a) и литературные (Nishiyama et al., 2001; 2006) данные иллюстрируют важность соотношения про-/антиоксиданты для восстановления активности ФА при фотоингибировании.

Индукторы защитных систем растений приводят к увеличению первичной стресс-устойчивости ФА и скорости пост-стрессового восстановления его активности путем сдвига соотношения про-/антиоксиданты в сторону антиоксидантов. При сдвиге баланса в сторону прооксидантов стресс-устойчивость ФА и скорость пост-стрессового восстановления снижаются.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При анализе механизмов адаптации организмов в стрессовых условиях можно выделить несколько основных защитных механизмов: снижение метаболизма, и, соответственно, образования АФК и различных токсинов; активация образования антиоксидантов, защищающих организм от действия свободных радикалов; активация синтеза стрессовых белков под действием стрессовых факторов, а также накопление низкомолекулярных защитных соединений (осмолиты и др.).

В результате обработки растений регуляторами роста (Ковалев, 1998; Шакирова, 2001) или действия факторов физической природы, например, лазерного облучения (Будаговский, 2008), устойчивость растений к различным стрессорам может повышаться. Устойчивость ФА играет важнейшую роль в защите растений от действия стрессоров. Между тем закономерности регуляции стресс-устойчивости ФА и механизмы ее повышения с помощью регуляторов роста и физических факторов, индуцирующих защитные системы растения, изучены явно недостаточно.

Ранее было показано, что ретарданты ХХХ и ХХ модифицируют фитохром-контролируемые реакции роста и морфогенеза растений, которые индуцируются кратковременным КС (Василенко и др., 1991; Кобзарь и др., 1997; Kobzar' et al., 1999), что предполагает существование общих интермедиатов при действии ХСС и КС. В дальнейшем были исследованы физиологические механизмы регуляции стресс-устойчивости ФА при действии на растения указанных ретардантов и КС. Впервые было изучено действие различных доз этих факторов на ФА и проведено сравнение с действием на стресс-устойчивость ФА закаливающих повышенных температур.

Установлено, что ХХХ и ХХ повышают устойчивость ФС2 и тилакоидных мембран к окислительному стрессу, вызванному УФ-радиацией и нагреванием растений. При этом важную роль в повышении стресс-устойчивости ФА растений играет, индуцированное ХСС, кратковременное повышение пула Н2О2, активирующее антиоксидантную систему, а также, вероятно, накопление АБК, что отражено в общей схеме стресс-защитного действия индукторов устойчивости (Рис. 19).

Из наших и литературных данных следует, что стресс-защитное действие пред- (после)облучения КС от УФ-радиации носит достаточно универсальный характер и проявляется не только у дрожжей, бактерий (Фрайкин и др., 1995; Kohli et al., 2000) и животных клеток (Karu, 2008; Храмов и др., 2007, 2008), но и у высших растений в первичных и вторичных процессах фотосинтеза (Креславский и др., 2001, 2004а, 2009а). Из наших данных следует, что важную роль в защите ФА от УФ-радиации играет повышение пероксидазной активности и пула низкомолекулярных антиоксидантов, индуцируемое в листьях КС через повышение пула ФхДК, а также сохранение достаточно высокого уровня хлорофилла при УФ-индуцированном старении листьев.

Кратковременная предобработка растений умеренными температурами может приводить как к повышению первичной устойчивости растений, так и к увеличению скорости восстановления при вторичном стрессе (Титов и др., 2006, Allakhverdiev et al., 2008). Согласно нашим данным, предобработка растений пшеницы при 40оС (но не при 42оС) приводит к повышению скорости восстановления ФА после вторичного теплового стресса и после воздействия света высокой интенсивности. Это согласуется с тем, что именно в закаленных при 40оС растениях обнаружены более высокие скорости темнового дыхания и циклического фотофосфорилирования, а также более высокая активность антиоксидантных ферментов (Kreslavski et al., 2008, 2009b), что согласно нашей концепции, является причиной повышенной скорости пост-стрессового восстановления активности ФА.

Результаты, полученные с помощью мутанта katG- цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803, свидетельствуют о важной роли активности антиоксидантных ферментов, в частности каталазы-пероксидазы, в процессе пост-стрессового восстановления ФА. Это согласуется с развиваемой нами (Креславский и др., 2007а, 2010а) и другими исследователями (Nishiyama et al., 2005; Murata et al., 2007) концепцией о том, что АФК в условиях окислительного стресса ингибируют в основном систему белкового синтеза, но не повреждают белки фотосистем. Усиление антиоксидантной активности в обработанных индукторами растениях приводит к снижению уровня АФК, следовательно, и к ускорению восстановления фотосистем за счет увеличения скорости синтеза белка de novo. Усиление темнового дыхания и циклического фотофосфорилирования обеспечивают этот процесс энергией.

Во многих работах показано, что сорта культурных растений, которые обладают более высоким исходным уровнем антиоксидантной активности или способностью к ее быстрому увеличению, отличаются большей устойчивостью к окислительному стрессу (Allen, 1995; Mittler, 2002). На основе наших данных о повышенной антиоксидантной активности листьев растений при действии КС и использованных ХСС сделан общий вывод о том, что одним из ключевых механизмов повышения стресс-устойчивости ФА является активация антиоксидантных ферментов и повышение уровня низкомолекулярных антиоксидантов, которое индуцируется предобработкой индукторами различной природы (рис. 19). Согласно нашей концепции, эта активация является следствием транзитного повышения уровня АФК при использовании относительно высоких доз индукторов устойчивости, приводящих к развитию в листе слабого окислительного стресса. Наши данные о повышенном образовании гормонов АБК при обработке растений ХСС и этилена при облучении КС (через ФхДК), а также данные других авторов (Шакирова, 2001; Веселов, 2001; Титов и др., 2006) позволяют предположить, что повышение содержания свободной АБК и этилена является важным первичным звеном при формировании повышенной стресс-устойчивости ФА при использовании индукторов различной природы. Другими стресс-защитными механизмами ФА могут быть усиление темнового дыхания и циклического фотофосфорилирования, а также повышение скорости тепловой диссипации поглощенной энергии.

Из наших данных следует, что повышение стресс-устойчивости ФА связано с кратковременным развитием слабого окислительного стресса, вызванного облучением растений КС в достаточно высоких дозах (0.3-2 Дж см-2), а также обработкой растений ретардантными дозами ХСС или действием закаливающей температуры. Из совокупности полученных данных следует, что одним из общих первичных механизмов действия индукторов устойчивости ФА при относительно высоких дозах используемого фактора является транзитная генерация АФК и изменение содержания гормонов, участвующих в преобразовании сигнала от индукторов в биохимический и физиологический ответ клетки (Рис. 19). Образование АФК может также привести к усилению темнового дыхания и циклического фотофосфорилирования важных для энергетического обеспечения повышенной стресс-устойчивости фотосинтезирующих организмов (Kreslavski et al., 2008).

Образование даже небольшого количества АФК может вызвать переход многих факторов транскрипции в активное состояние и индуцировать транскрипцию белков и ферментов антиоксидантной защиты, регулирующих стресс-устойчивость ФА.

При действии КС через ФхДК, может работать схема, рассмотренная ранее для цепи трансдукции фитохромного сигнала (Kreslavski et al., 2009а). ФхДК может действовать на промоторы свето-активируемых генов опосредованно через сигнальные белки и различные интермедиаты светового сигнала, в частности, ФхA и ФхB могут связываться с факторами транскрипции, влияя на экспрессию защитных генов, кодирующих пероксидазы и ферменты фенилпропаноидного пути. В большей степени при кратковременном, но также и при длительном воздействии стрессовых факторов функционируют общие механизмы устойчивости, которые позволяют организму снизить энергетические затраты, связанные с формированием специальных механизмов устойчивости. Повышение содержания гормонов, таких как АБК и этилен, образование стрессовых белков, а также, индукция активности антиоксидантной системы могут рассматриваться как наиболее общие механизмы повышения стресс-устойчивости ФА индукторами различной природы.

ВЫВОДЫ

1 Обработка растений ретардантными дозами хлорхолинхлорида и холинхлорида приводит к повышению устойчивости фотосинтетического аппарата к УФ-радиации и высоким температурам. Обнаружена связь защитного действия этих ретардантов с увеличением активности антиоксидантных ферментов и содержания низкомолекулярных антиоксидантов в листьях и хлоропластах.

2. Увеличение пула Н2О2 в листьях растений, обработанных хлорхолинхлоридом, предшествует росту тепловой устойчивости ФА, что предполагает участие АФК в формировании повышенной устойчивости ФА к высокой температуре.

3. Одним из ключевых факторов в защитном действии предоблучения узкополосным КС с м -625 и 660 нм от УФ-индуцированного ингибирования фотохимической активности ФС2 и фиксации СО2, а также потери Хл и каротиноидов при экспозиции листьев растений в темноте является увеличение пероксидазной активности и повышение пула низкомолекулярных антиоксидантов в предоблученных листьях. Активная форма фитохрома участвует в формировании КС-индуцированного повышения устойчивости ФА растений к УФ-радиации.

4. При длительном (> 1ч) облучении и умеренных дозах КС (0.3-2 Дж см-2) перекись водорода является сигнальным интермедиатом, что предполагает участие АФК в формировании повышенной устойчивости ФА к УФ-радиации.

5. Приобретенная в результате кратковременного теплового стресса повышенная стресс-устойчивость ФА обеспечивается более высокой скоростью синтеза белков, темнового дыхания и циклического фотофосфорилирования, а также более высокой антиоксидантной активностью в листьях закаленных растений, что является следствием транзитного увеличения уровня Н2О2 в листьях.

6. Соотношение про/антиоксиданты является одним из ключевых факторов, регулирующих скорость восстановления фотосинтетической активности после кратковременного теплового или светового стресса. Сдвиг соотношения в сторону антиоксидантов приводит к ускорению восстановления и, наоборот, в сторону прооксидантов ведет к его замедлению.

7. Из совокупности полученных данных следует, что одним из ключевых путей повышения стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата при действии индукторов защитных систем растений является увеличение активности антиоксидантных ферментов и/или содержания низкомолекулярных антиоксидантов. Общими сигнальными интермедиатами в индукции защитных систем при действии всех рассмотренных индукторов являются АФК. В результате действия индукторов, фотосинтетический аппарат и растение в целом переключаются с обычной программы развития на адаптивную, что обеспечивает повышение стресс-устойчивости фотосинтетического аппарата.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Креславский В.Д., Макаров А.Д., Брандт А.Б. и др. Влияние красного света, фитогормонов и производных дихлорфенилмочевины на выделение этилена хлореллой // Физиология Растений. 1988. Т. 35. № 6. С 1162-1169.

2. Василенко В.Ф., Креславский В.Д., Кузнецов Е.Д. Хлорхолинхлорид как модификатор ряда регулируемых фитохромом процессов роста и фотосинтеза // Доклады АН СССР. 1991. Т. 316. № 6. С. 1512-1514.

3. Kuznetsov E.D., Vasilenko V.F., Kreslavski V.D. Stimulation effects of short-term red light and plant growth retardant on greening and formation of photosynthetic apparatus in wheat seedlings // Plant Physiol. Biochem. 1992. V. 30. P. 559-564.

4. Креславский В.Д., Василенко В.Ф., Кузнецов Е.Д., Музафаров Е.Н. О первичных этапах трансдукции светового сигнала в растительной клетке // Успехи современной биологии. 1993. Т. 113. С. 415-424.

5. Креславский В.Д., Садовникова Н.А, Оловянишникова Г.Д., Столовицкий Ю.М. Спектральные и фотохимические свойства комплексов фотосинтетических пигментов с азотсодержащими n-донорами // Ж. Физической Химии. 1993. Т. 67. №5. С. 1059-1066.

6. Музафаров Е.Н., Креславский В.Д., Назарова Г.Н. Световая и гормональная регуляция фотосинтеза и роста растений. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, монография, 1995. 140 с.

7. Кобзарь Е.Ф., Креславский В.Д., Кузнецов Е.Д., Музафаров Е.Н. Взаимодействие холиновых соединений и фитохромной системы в процессе роста и развития проростков пшеницы // Доклады РАН. 1997. Т. 63. С. 696-698.

8. Kreslavski V.D., Kobzar E.F., Muzafarov E.N. Effect of red radiation, kinetin and linurone on growth and ethylene production in Chlorella // Biologia Plantarum. 1997. V. 39. P. 427-430.

9. Kobzar' E.F., Kreslavski V.D., Muzafarov E.N. Photomorphogenetic responses to UV radiation and short-time red light in lettuce seedlings // Plant Growth Regulation. 1998. V. 26. P. 73-76.

10. Kobzar' E.F., Kreslavski V.D., Muzafarov E.N. Red radiation and choline compounds influence growth and greening of wheat seedlings // Photosynthetica. 1999. V. 36. P. 333-340.

11. Кобзарь Е.Ф., Креславский В. Д., Кузнецов Е. Д., Музафаров Е.Н., Оловянишникова Г. Д. УФ радиация и фитохромная система как регуляторы роста и зеленения проростков салата // Доклады АН СССР. 1999. Т. 364. С. 553-556.

12. Kosobryukhov A.A., Kreslavski V.D., Khramov R. N., Bratkova L.R., Shchelokov R.N. Effect of additional low intensity luminescence radiation 625 nm on plant growth and photosynthesis of plants // Biotronics. 2000. V. 29. P. 1-6.

13. Кособрюхов А.А., Креславский В.Д., Храмов Р.Н., Браткова Л.Р., Щелоков Р.Н. Модифицирующее действие низкоэнергетического люминесцентного света 625 нм на рост и фотосинтез растений // Доклады РАН. 2000. Т. 372. №6. С. 827-829.

14. Kreslavski V.D., Balakhnina T.I., Khristin M.S., Bukhov N.G. Pretreatment of bean seedlings by choline compounds increases the resistance of photosynthetic apparatus to UV radiation and elevated temperatures // Photosynthetica. 2001. V. 39. P. 353-358.

15. Ладыгин В.Г., Ширшикова Г.Н., Семенова Г.А., Креславский В.Д. Ультраструктура хлоропластов и рост клеток Chlamydomonas reinhardtii при действии холинхлорида // Биофизика. 2001. Т. 46. №2. С. 256-264.

16. Ширшикова Г.Н., Креславский В.Д., Ладыгин В.Г. и др. Фотосинтетическое выделение кислорода, переменная и замедленная флуоресценция хлорофилла клеток Chlamydomonas reinhardtii при действии холинхлорида // Биофизика. 2001. Т. 46. С. 647-651.

17. Креславский В.Д., Христин М.С. Последействие теплового шока на индукцию флуоресценции и низкотемпературные спектры флуоресценции листьев пшеницы // Биофизика. 2003. Т. 48. №5. С. 865-872.

18. Креславский В.Д., Иванов А.А., Кособрюхов А.А. Низкоэнергетический красный свет в области длин волн 620-660 нм уменьшает УФ-В-индуцированное уменьшение повреждения фотосистемы II в листьях шпината // Биофизика. 2004а. Т. 49. №5. С. 840-844.

19. Креславский В.Д., Кобзарь Е.Ф., Музафаров Е.Н., Кузнецов Е.Д. Влияние кратковременного красного света и холиновых соединений на рост, зеленение и уровень цитокининов в проростках пшеницы // Доклады Россельхозакадемии. 2004б. №6. С. 3-5.

20. Kreslavski V., Kobzar E., Ivanova E., Kuznetsov E. Effects of short-time red radiation and choline compounds on cytokinin content, chlorophyll accumulation and photomorphogenesis in wheat seedlings // Plant Growth Regulation. 2005. Т. 47. С. 9-15.

21. Балахнина Т.И., Кособрюхов А.А., Иванов А.А., Креславский В.Д. Влияние кадмия на СО2 газообмен, переменную флуоресценцию хлорофилла и уровень антиоксидантных ферментов в листьях Pisum sativum // Физиология растений. 2005. Т. 52. №1. С. 21-26.

22. Креславский В.Д., Аллахвердиев С.И. Механизмы трансдукции фоторецепторного сигнала в растительной клетке. Биологические мембраны. 2006. Т. 23. С. 275-295.

23. Креславский В.Д., Карпентиер Р., Климов В.В., Мурата Н., Аллахвердиев С.И. Молекулярные механизмы устойчивости фотосинтетического аппарата к стрессу // Биологические мембраны. 2007а. Т. 24. №3. С. 195-217.

24. Креславский В.Д., Любимов В.Ю., Шабнова Н.И. и др. Последействие теплового шока на активность фотосинтетического аппарата и перекисное окисление липидов в листьях пшеницы // Доклады Россельхозакадемии. 2007б. №4. С. 5-9.

25. Креславский В.Д., Фомина И.Р., Kособрюхов A.A., Херберт С.К., Бабыкин М.М., Биль К.Я. Эффекты индукторов окислительного стресса на фотосинтетический аппарат мутанта Prq20 цианобактерии Synechocystis sp. PPC 6803 // Биофизика 2007 в. Т. 52. С. 277-286.

26. Храмов Р.Н., Катков Ю.А., Креславский В.Д. и др. Оранжево-красный свет снижает ингибирование ультрафиолетом-А пролиферации фибробластов крыс // Доклады РАН. 2007. Т. 413. С. 1-3.

27. Храмов Р.Н., Катков Ю.А., Креславский В.Д. и др. Оранжево-красный свет снижает ингибирование ультрафиолетом-А пролиферации фибробластов крыс и оказывает дозозависящий эффект на их прикрепление // Биофизика. 2008. Т. 53. С. 294-298.

28. Allakhverdiev S.I., Kreslavski V.D., Klimov V.V., Los D.A., Carpentier R., Mohanty P. Heat stress: An overview of molecular responses in photosynthesis // Photosynthesis Research. 2008. V. 98 (1-3). P. 541-550.

29. Воробьев В.А., Храмов Р.Н., Власьянц Г.Р., Синельников Б.М., Каргин Н.И., Кособрюхов А.А., Креславский В.Д. Светопреобразующий материал и композиция для его получения. 2008. Авторское свидетельство. No: WO 2008/111878 А2.

30. Мартиросян Ю.Ц., Кособрюхов А.А., Креславский В.Д. и др. Фотосинтез и продуктивность растений картофеля, выращиваемых в условиях аэропоники при дополнительном освещении светодиодами // Сельхоз. Биол. 2008. №.3. С. 102-104.

31. Фомина И.Р., Креславский В.Д., Иванов А.А., Татаринцев Н.П., Кособрюхов А.А., Биль К.Я. Фотоингибирование в цианобактериях. Роль каталазы-пероксидазы // Труды VIII-ого международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Москва. 2009. Т. 2. С. 323-325.

32. Kreslavski V., Tatarinzev N., Shabnova N., Semenova G., Kosobryukhov A. Characterization of the nature of photosynthetic recovery of wheat seedlings from short-time dark heat exposures and analysis of the mode of acclimation to different light intensities // J. Plant Physiol. 2008. V. 165. P. 1592-1600.

33. Креславский В.Д., Христин М.С., Шабнова Н.И., Кособрюхов А.А. Предоблучение растений красным светом с м=660 нм снимает ингибирующее действие УФ-А на фотосинтетический аппарат // Труды VIII-ого международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Москва. 2009. Т. 3. C. 127-129.

34. Kreslavski V.D., Carpentier R., Klimov V.V., Allakhverdiev S.I. Transduction mechanisms of photoreceptor signals in plant cells // J. Photochem. Photobiol. C. Photochem. Reviews. 2009a. V.10. P. 63-80.

35. Kreslavski V.D., Lubimov V.Yu., Shabnova N.I., Balakhnina T.I., Kosobryukhov A.A. Heat-induced impairments and recovery of photosynthetic machinery in wheat seedlings. Role of light and prooxidant-antioxidant balance // Physiol. Mol. Biol. Plants. 2009b. V.15..№2. P. 115 -122.

36. Biel., Fomina I.R., Kreslavski V.D., Allakhverdiev S.I. Methods for assessment of activity and stress acclimation of photosynthetic machinery in cyanobacteria and symbiotic microalgae // Protocols on algal and cyanobacterial research (W. Kliner, Nath Bogchi S., Mohanty P. Eds.), Narosa Publishing House. New Delhi. 2009. Chapter 13. 20p.

37. Mohanty P., Kreslavski V.D., Los'D.A., Klimov V.V., Carpentier R., Allakhverdiev S.I. Heat stress: Susceptibility, recovery and regulation // In: Photosynthesis. Plastid biology, energy conversion and carbon assimilation (Eaton-Rye J.J., Tripathy B.C. (Eds). Springer, Dordrecht. The Netherlands. 2010 (in press).

38. Креславский В.Д., Фомина И.Р., Иванов А.А. и др. NaCl-стимулированное фотоингибирование и восстановление фотосинтетической активности мутанта katG- цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803 // Биофизика. 2010а. Т.55 (2). С. 252-258.

39. Креславский В.Д., Балахнина Т.И., Жармухамедов С.К., Шабнова Н.И., Христин М.С., Любимов В.Ю. Механизм повышения термоустойчивости ФС 2 растений пшеницы хлорхолинхлоридом // Доклады Россельхозакадемии. 2010б. №3. C. 7-10.


Подобные документы

  • Строение и функционирование фотосинтетического аппарата высших растений. Измерение концентрации хлорофилла, скорости фотосинтетического выделения кислорода, фотоиндуцированных изменений выхода флуоресценции хлорофилла. Приготовление диализных трубок.

    дипломная работа [2,4 M], добавлен 02.08.2015

  • Фотоповреждение нуклеиновых кислот ультрафиолетовым излучением. Нуклеотид-эксцизионная репарация повреждений ДНК. Фотоповреждение аминокислот и белков ультрафиолетовым излучением. Влияние ультрафиолетового излучения на биомембраны и клетки организма.

    контрольная работа [1,2 M], добавлен 19.08.2015

  • Гиббереллины — обширный класс фитогормонов, регулирующих рост и развитие: история открытия, химическая структура, классификация, содержание в растениях. Биохимия, регуляторные функции и биологическая активность гиббереллинов, их строение, свойства.

    презентация [6,4 M], добавлен 20.10.2014

  • Экологические группы растений: гидатофиты, гидрофиты, гигрофиты, мезофиты и ксерофиты. Общая характеристика ультрафиолетового излучения и его роль в эволюции живого. Влияние УФ-радиации на содержание фотосинтетических пигментов. Понятие стресса растений.

    курсовая работа [43,1 K], добавлен 07.11.2015

  • Единственный витамин, действующий и как витамин, и как гормон. Влияние на клетки кишечника, почек и мышц. Гормональная регуляция обмена кальция и фосфора. Онкозаболевания, повышение иммунитета организма. Витамин Д и костно-мышечная система человека.

    презентация [1,1 M], добавлен 22.09.2015

  • Понятие и эволюция биосферы. Ресурсы биосферы. Пределы устойчивости биосферы. Современная деятельность человека во многом нанесла непредвиденный ущерб окружающей среде, что в конечном итоге угрожает дальнейшему развитию самого человечества.

    реферат [16,6 K], добавлен 17.10.2005

  • Значение и функции катаболизма для растения. Катаболизм биополимеров и липидов. Взаимосвязь катаболизма и анаболизма. Субстратная и регуляторная функции катаболизма. Биогенный стресс и катаболизм. Взаимодействие клетки патогена с растением-хозяином.

    реферат [2,5 M], добавлен 07.01.2008

  • Изучение устойчивости бактерий к дезинфектантам на примере аммонийных соединений. Сравнение методики Гудковой и Красильникова с референтной теорией и концепцией, основанной на применении цветной питательной среды и пластмассовых пластин с луночками.

    курсовая работа [907,4 K], добавлен 09.01.2011

  • Световые и темновые реакции. Фотосинтез как один из мощных процессов преобразования солнечной энергии. Локализация фотосинтетического аппарата в клетке зеленого растения. Фотосистема в тилакоидной мембране. Нециклический и циклический поток электронов.

    презентация [3,3 M], добавлен 01.03.2016

  • Изучение методов разделения пигментов с помощью бумажной хроматографии и определения их концентрации. Характеристика способов получения вытяжки пигментов, спектрофотометрирования, нанесения пигментов на бумагу, эллюции пигментов с бумажного носителя.

    отчет по практике [149,7 K], добавлен 16.05.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.