WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Поскольку, как известно, одной из главных экологических проблем города Москвы является обилие автотранспорта, нами для исследований были выбраны условия, в которых именно этот антропогенный фактор проявляется наиболее заметно: был исследован участок парка МГУ им. М.В.Ломоносова, примыкающий к двум оживленным транспортным магистралям. В нашем исследовании мы попытались ответить на три вопроса:

1) какие показатели фотосинтеза наиболее чувствительны к загрязненности среды произрастания растений продуктами автомобильных выхлопов;

2) какие изменения в фотосинтетическом аппарате растений происходят под действием этого антропогенного фактора;

3) на каких характерных расстояниях от источника загрязнения (дороги) проявляется его влияние в естественных (городских) условиях. Очевидно, последний вопрос имеет также большое практическое значение.

Работа включала измерения фотосинтетических характеристик листьев с применением трех разных биофизических методов: электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), медленной индукции флуоресценции (МИФ;

совместно с В.А. Караваевым) и термолюминесценции (ТЛ; совместно с М.К. Солнцевым); регистрировали также спектры флуоресценции и содержание разных форм хлорофилла в исследуемых образцах. Измерения проводились на растениях нескольких видов (клен платановидный, Acer platanoides L., клен американский, A. negundo L., рябина обыкновенная, Sorbus aucuparia L., липа мелколистная, Tilia cordata L.); бо`льшая часть результатов была получена на листьях Рябины обыкновенной. В результате этой работы было показано, что:

1) "кинетические" характеристики фотосинтетических процессов в листьях растений (времена фотоиндуцированного окисления P700, тушения МИФ и т.п.) более чувствительны к условиям произрастания растений, чем "стационарные" показатели.

2) Для древесных растений, произрастающих в составе относительно густых посадок ("лес") вдоль автомобильной дороги, основные показатели фотосинтетической активности перестают заметно меняться при удалении от нее, начиная с 50–70 м (см. рис. 7). Это позволяет предположить, что характерная "глубина проникновения" автомобильных выхлопов в лесопосадки составляет около 50–70 м, и растения, произрастающие на бо'льших расстояниях от дороги, относительно слабо испытывают ее антропогенное воздействие.

1/2 (с) P 1/0.0 0.5 1.0 1.5 20 40 60 время, с растояние от дороги, м Рис. 7. Зависимость индукционного времени 1/2 фотоиндуцированного окисления P700 листьев рябины от расстояния места произрастания растения от дороги.

Исследования, описанные в Главе V, выполнены на изолированной системе (хлоропластах класса Б). Предметом этих исследований является взаимодействие фотосинтетического аппарата с природным пигментом амарантином, который, возможно, играет роль в регуляции фотосинтетических процессов in vivo в растениях порядка Centrospermae, и, в частности, рода Amaranthus. Методом ЭПР были исследованы фотоиндуцированные окислительно-восстановительные превращения P700 в хлоропластах растений нескольких видов (бобов (Vicia faba L.), амаранта (Amaranthus tricolor L.) и шпината (Spinacia oleracea L.)) и участие в них амарантина, а также реакций протонного транспорта в присутствие амарантина. В итоге было показано, что амарантин может взаимодействовать с ЭТЦ хлоропластов, восстанавливаясь за счет взаимодействия с ФС 2. Кроме того, в хлоропластах амаранта амарантин приводит к частичному восстановлению реакционных центров ФС 1. При этом амарантин практически не оказывает влияние на светозависимое образование трансмембранной разности pH.

Диссертация также содержит три приложения.

Приложение 1 содержит расчет распределения молекул спиновой метки в хлоропластах, возникающее при закислении внутритилакоидного пространства за счет работы фотосинтетической ЭТЦ. Результаты этого расчета используются для построения полуэмпирической модели фотоиндуцируемых изменений величины спектра ЭПР спиновой метки в хлоропластах, описанной в разделе III.4.

Приложение 2 представляет собой дополнение к разделу III.3 и содержит не включенные в него экспериментальные данные по фотоиндуцированным изменениям величины сигнала ЭПР всех исследованных в данной работе имидазолиновых и имидазолидиновых спиновых меток в хлоропластах.

Приложение 3 содержит экспериментальные данные, полученные при исследовании цианобактерий, не связанные непосредственно с вопросами, поставленными нами в разделе IV.1. В данном приложении описаны исследования фотосинтетического электронного и протонного транспорта в клетках "длинноклеточного" мутанта Ftn2 цианобактерии Synechococcus sp.

PCC 7942. Приведены результаты измерений фотосинтетического трансмембранного градиента pH и кинетики электронного транспорта в клетках цианобактерий. По полученным результатам высказано предположение, что отток электронов от ФС 1 у Ftn2 не контролируется непосредственно кислородом (как это имеет место у Synechocystis 6803), а каким-либо другим акцептором (или регулятором), истощающимся в анаэробных условиях.

ВЫВОДЫ 1. Показано, что в тилакоидных мембранах интактных цианобактерий Synechocystis sp. PCC 6803, выращенных в автотрофных условиях, дыхание и фотосинтетический транспорт электронов контролируется протонным потенциалом. Замедление скоростей дыхания (в темноте) и переноса электронов на участке между двумя фотосистемами (в условиях освещения) обусловлено, в основном, концентрационной составляющей (рН) протонного потенциала. Коэффициенты дыхательного (kR) и фотосинтетического (kP) контроля равны kR = 2,0 и kP = 2,8.

2. Показано, что скорость оттока электронов от ФС 1 является существенным фактором регуляции электронного транспорта в клетках цианобактерий. В анаэробных условиях отток электронов от ФС1 является лимитирующим звеном в работе фотосинтетической цепи переноса электронов.

3. Измерены вклады дыхательной и фотосинтетической цепей переноса электронов в процессы электронного транспорта в тилакоидной мембране Synechocystis sp. PCC 6803.

• Поток электронов на кислород через терминальные оксидазы (темновое дыхание) не превосходит 10% от общей потока электронов к Р700+ в условиях освещения. Неспецифическое (цианид-резистентное) поглощение кислорода составляет не более 15% от общей скорости дыхания в темноте. Сукцинатдегидрогеназа является основным донором электронов (до 80%), поступающих в пластохиноновый пул со стороны дыхательной цепи.

• В условиях освещения непрерывным светом клеток дикого вида вклад циклического транспорта электронов в поток электронов к Р700+ достигает ~30-60% от полного потока электронов, включающего приток электронов к Р700+ от ФС 2.

4. Установлена взаимосвязь между физико-химическими свойствами ряда рН-чувствительных нитроксильных радикалов (спиновых меток) имидазолинового и имидазолидинового ряда и характером их взаимодействия с хлоропластами. Показано, что спиновые метки ANT-1, ANT-3, ANT-4, ANT-5 и ATI могут быть использованы в качестве зондов для количественных измерений внутритилакоидного pH в хлоропластах.

5. Определены «кинетические» параметры фотосинтетических процессов в листьях растений, измеряемые методом ЭПР и медленной индукции флуоресценции, чувствительные к условиям произрастания растений, включая неблагоприятные антропогенные факторы внешней среды.

6. Показано, что беталаиновый пигмент амарантин взаимодействует с хлоропластами, восстанавливаясь за счет взаимодействия с ФС 2. В хлоропластах амаранта амарантин является донором электрона для ФС 1.

При этом амарантин практически не влияет на светозависимое образование трансмембранной разности pH.

Благодарности В заключение я хотел бы выразить глубокую благодарность своему научному руководителю, Александру Николаевичу Тихонову, за удивительную деликатность, терпение, постоянную заботу и внимание, за радость совместной работы с ним все эти одиннадцать лет. Я признателен всем, с кем мне довелось сотрудничать, всем, кто в той или иной форме оказывал мне помощь и поддержку, за обсуждения, советы, идеи, разнообразные хлопоты и просто за человеческое участие. Я благодарен за все своим верным друзьям и маме, без которых и этот труд сегодня был бы немыслим.

Основные результаты диссертации представлены в следующих публикациях.

1. Караваев В.А., Солнцев М.К., Полякова И.Б., Птушенко В.В., Трубицин Б.В., Юрина Т.П., Юрина Е.В., Тихонов А.Н. (2001) «Изменения медленной индукции флуоресценции листьев клена вблизи транспортных магистралей». // Биофизика, т.46, стр.381-382.

2. Птушенко В.В., Гинс М.С., Гинс В.К., Тихонов А.Н. (2002) «Взаимодействие амарантина с электронтранспортной цепью хлоропластов». // Физиология растений, т.49, стр.656-662.

3. Trubitsin B.V., Ptushenko V.V., Koksharova O.A., Mamedov M.D., Vitukhnovskaya L.A., Grigor’ev I.A., Semenov A.Yu., Tikhonov A.N. (2005) «EPR study of electron transport in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. Oxygen-dependent interrelations between photosynthetic and respiratory electron transport chains». // Biochim. Biophys. Acta, v. 1708, pp.238–249.

4. Солнцев М.К., Караваев В.А., Кузнецов А.М., Птушенко В.В., Трубицин Б.В., Францев В.В., Тихонов А.Н. (2001) «Изменения биофизических показателей листьев в зависимости от удаленности растений от транспортных магистралей». // Тезисы докладов “3-й Всероссийской научной конференции “Физические проблемы экологии (Физическая экология)”, Москва, 22-24 мая 2001 г., с.180.

5. Птушенко В.В. (2001) «Взаимодействие амарантина с электронтранспортной цепью хлоропластов». // Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2001".

Секция "Физика". Сборник тезисов. Москва, физический ф-т МГУ.

6. Птушенко В.В., Гинс М.С., Тихонов А.Н. (2001) «Участие амарантина в окислительно-восстановительных реакциях в изолированных хлоропластах». // Труды IV Международного симпозиума “Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования”, Из-во РУДН, Москва–Пущино, 20–24 июня 2001 г., стр.96-98.

7. Solntsev M.K., Karavaev V.A., Kuznetsov A.M., Ptushenko V.V., Trubitsin B.V., Frantsev V.V., Tikhonov A.N. (2001) «Biophysical characteristics of tree leaves near the urban highways». // Abstracts, International conference “Ecological physiology of plants: problems and possible solutions in the XXI century”. October 1-6, 2001, рp.113-114. (Солнцев М.К., Караваев В.А., Кузнецов А.М., Птушенко В.В., Трубицин Б.В., Францев В.В., Тихонов А.Н. «Биофизические показатели листьев древесных пород вблизи транспортных магистралей». – Материалы Международной конференции “Актуальные вопросы экологической физиологии растений в XXI веке” (Сыктывкар) – 1-6 октября 2001 г., стр. 113-114.) 8. Tikhonov A.N., Trubitsin B.V., Ptushenko V.V., Grigoriev I.A. (2002) «Proton transport in chloroplasts as studied with pH-sensitive spin labels». // Abstracts of 35th Annual International Meeting: Advanced Techniques and Applications of EPR, Aberdeen, Scotland, UK, p.L11.

9. Птушенко В.В. (2002) «Применение pH-чувствительных спиновых меток для исследования протонного транспорта в хлоропластах». // Материалы молодежной школы-конференции “Современные проблемы биохимической физики”, Москва, 2–9 декабря 2002 г., стр. 24.

10. Tikhonov A.N., Agafonov R.V., Grigor’ev I.A., Ikryannikova L.N., Kirilyuk I.A., Ptushenko V.V., Trubitsin B.V. (2003) «Imidazoline- and Imidazilidine Nitroxide Radicas as Probes for the Study of Bioenergetic Processes in Chloroplasts» // Abstracts of 5th Meeting of the European Federation of EPR Groups, Lisbon, Portugal, p.O28.

11. Tikhonov A.N., Trubitsin B.V., Agafonov R.V., Grigor’ev I.A., Kirilyuk I.A., Koksharova O.A., Ptushenko V.V., Mamedov M.D. (2004) «EPR study of Bioenergetic Processes in Oxygenic Photosynthetic Systems». // Abstracts of 13th European Bioenergetic Conference (EBEC), Pisa (Italy), v.13, p. 262.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»