Биоэлектрогенез у высших растений - Опритов В.А.
ISBN 5-02-004108-4
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, при возбуждении в проводящих тканях высших растений происходит резкое увеличение пассивной ионной проницаемости Ра и резкое увеличение выходящего из возбудимых паре-
146
нхимных клеток диффузионного потока С1~ "наружу", т.е. в апопласт и в ситовидные трубки, по существующим градиентам электрохимических потенциалов Др.С1пг и ДрС1™- Др.С1ст. Этот поток может играть роль деполяризующего потока для возбудимых паренхимных клеток, поскольку создает входящий ток Ja.
В результате деполяризации даже при неизменном плотность выходящего потока К+ из паренхимных клеток стебля тыквы на максимуме ПД должна возрасти в соответствии с уравнением Гольдмана—Ходжкина—Катца примерно в 90 раз (до ~800 пмоль см~2 с !) за счет обращения ДрЖ наружу. По-видимому, выходящий ток7к способен реполярйзовать возбудимые паренхимные клетки [222].
Роль ионных потоков К+, СЬ, Са2+ в генерации электрического импульса в проводящих тканях
Э.И. Выскребенцевой и А.М. Синюхиным [49] было показано, что длительность фазы реполяризации ПД у К+-дефицитных растений тыквы значительно увеличивается. Впоследствии в нашей лаборатории установлено, что крутизна фазы деполяризации в зоне раздражения резко снижается у выращенных без С1~ проростков тыквы [221]. Таким образом, опыты с исключением С1~ и К+ из среды выращивания подтверждают участие этих ионов в процессах деполяризации и реполяризации при генерации ПД в проводящих тканях.
Однако существенным недостатком таких экспериментов является вполне вероятное изменение физиологического состояния "дефицитных" по какому-либо элементу растений по сравнению с контролем, а также то, что изменение соотношения [j]in/[j]a при этом нельзя точно определить и прогнозировать. Значительно успешнее идентификация С1~ как деполяризующего, а К+ как реполяризующего иона может быть проведена на частично изолированных (т.е. сохранивших связь со стеблем) проводящих пучках тыквы, омываемых проточным раствором. При этом можно контролировать иоьлый состав по крайней мере с внешней стороны клеток (в апопласте).
Как показано в нашей лаборатории, импульсная БЭР в зоне раздражения постепенным охлаждением у таких пучков возникает очень стабильно [227]. Эту БЭР можно интерпретировать как передний фронт ПД, хотя и не способный в данных условиях к распространению (местный ПД). При замене ионной омывающей пучок среды (2мМ К+, 1мМСа2+, lMMNa+. 1мМ NH4, 2мМ С1" 1мМ Н2ГО4, 1мМ NO3, 1мМ SO^), в которой он предварительно инкубировался в течение суток после препаровки, на дистиллированную воду амплитуда БЭР резко возрастает. Это можно объяснить увеличением направленного из возбудимых клеток электрохимического градиента для деполяризации иона С1~ (но, возможно, и для других анионов). Снижение концетрационного грандиента К+ без изменения Д{гС1 (добавление в омывающую деионизированную среду солей К+, не содержащих С1~) почти не сказывается на амплитуде ответа, но заметно
147
уменьшает его фазу реполяризации. Снижение ДрС1 за счет добавления С1~ в омывающий безионный раствор резко уменьшает амплитуду и скорость деполяризации, а увеличение ДЦ.С1 за счет исключения содержащих С1~ солей из исходной омывающей ионной среды приводит к такому же увеличению амплитуды БЭР, как и замена исходной среды на деионизованную воду [217]. Результаты этих опытов свидетельствуют о том, что направленный из пучковых паренхимных клеток элетрохимический градиент для С1_ является непосредственной движущей силой, обеспечивающей деполяризующий ток ¦Jci при генерации ПД в проводящих тканях. Направленный в ту же сторону концентрационный градиент для К+ обеспечивает после деполяризации реполяризующий ток 7К-
В экспериментах на частично изолированных проводящих пучках тыквы исследовалась также роль Са2+ в генерации ПД [217, 227]. Изменение концентрации Са2+ в омывающем пучок растворе, в отличие от изменения концентрации С Г", почти не сказывается на параметрах БЭР. Лишь введение комплексона для Са2+ ЭДТА в раствор или полное удаление Са2+ из клеточных стенок длительным отмыванием лишает пучки способности к возбуждению. Добавление 1 мМ Са2+ в омывающий раствор полностью восстанавливает способность к импульсному возбуждению. Этот феномен можно объяснить тем, что наличие незначительных количеств Са2+ (*? 1мМ) во внеклеточной среде необходимо для осуществления импульсной деполяризации в проводящих тканях, но роль входящего тока J& в процессе самой деполяризации, по-видимому, незначительна.
Сходного характера данные получены и на возбудимых паренхимных клетках флоэмы листового черешка мимозы [160]. Было показано, что амплитуда ПД черешка мимозы резко возврастает на ~40 мВ при исключении из внеклеточной среды Са2+ и С1-. Это объясняют сдвигом равновесного потенциала только для С1~ как деполяризующего иона в сторону более положительных значений (уравнение 18).
Таким образом, на основании комплексных исследований, проведенных в нашей лаборатории, можно заключить, что генерация ПД в возбудимых клетках высших растений (на примере проводящих тканей стебля тыквы) осуществляется в основном пассивными нетто-потоками трех ионов: входящего в клетки нетто-потока Са2+ (деполяризующего входящего тока), выходящего нетто-потока С1~ (деполяризующего входящего тока) и выходящего нетто-потока К+ (реполяризующего выходящего тока). При зтом вклад хлорного тока Jci в формирование фазы деполяризации ПД, по всей вероятности, намного больше, чем кальциевого тока JCt.
