Головна
Реферати » Реферати по біології » Електричні сигнали у вищих рослин

Електричні сигнали у вищих рослин

Мордовський державний університет ім. Н.П. Огарьова


Факультет: Біологічний
Кафедра: Ботаніки і фізіології рослин

РЕФЕРАТ

ЕЛЕКТРИЧНІ СИГНАЛИ У ВИЩИХ РОСЛИН

Виконав: студент

301гр. Хохлов Н.А.

Перевірив: професор


Зауралля О.А.

Саранськ 1999

ЕЛЕКТРИЧНІ СІГHАЛИ У ВИЩИХ РАСТЕHІЙ

В.А. Опрітов

Нижегородський державний університет ім. Н.І. Лобачевського


Введення

Чим відрізняються рослини від тварин? На це питання біолог дасть розгорнуту відповідь, привівши ряд особливостей, властивих тільки рослинам.
Це фотосинтез, кутікулярная і устьичная транспирация (випаровування води), пересування речовин на далекі відстані по спеціалізованим проводятьтканин і т.д. Неіскущенний спостерігач відзначить, мабуть, лише одну найбільш яpкую особливість-тварини мають чутливістю і активно pеагиpуют на зовнішні впливи. Рослини, як правило, ведуть нерухомий або малорухливий спосіб життя і зовні не проявляють швидких реакцій на дію подразників. У даний статті ми хочемо показати, що це не так. Рослинам, по видимому, властива елементарна чутливість, в здійсненні якої важливу роль відіграє електричний тип сигналізації. За загальними ознаками він дуже нагадує електричні процеси в нерві під час поширення нервового імпульсу.

КОЛИ ВИНИКАЮТЬ ЕЛЕКТРИЧНІ СИГНАЛИ У РОСЛИН?

Візьмемо будь-яких вища pастений (напpимеp, гарбузи), піднесемо до кінчика листа запалений сірник і злегка підпалив його. Миуже заздалегідь можемо сказати, що рослина зовні ніяк не прореагує на такий вплив.
Однак якщо попередньо ми підведемо до стебла рослини два електроди і з'єднаємо їх з підсилювачем і самописцем, то, на свій подив, побачимо, що через короткоевремя після нанесення роздратування приладзареєструє електричний імпульс, який поширюється від листа до коріння і є сигналом про зовнішній вплив. Аналогічний електричний імпульс, але що поширюється від коренів до листя, можна спостерігати, якщо, наприклад, подіяти на коріння 0.1 н KCl. виникає і при дії подразника на інші органи рослини (стебла, вусики, і т.д.). Набір подразників, що викликають появу, досить різноманітний. Це може бути зміна температури, механічний вплив, опромінення ділянки рослини світлом різного спектрального складу, і т.д. При цьому було б невірно думати, що рослини мають меншу здатність реагувати на зовнішній стимул, ніж тварини. Навпаки, у ряді випадків клітини рослин здатні генерацією електричних сигналів на такі дії, які здаються надзвичайно слабкими. Наприклад, відрізок волосся вагою всього
0.000822 мг при зіткненні із щупальцями росички викликає відповідну реакцію і помітний рух щупальця. В наших дослідах зниження температури від 23 ° С всього на 1-2 ° С викликало генераціюпоширюються електричних сигналів в стеблі гарбуза [4]. Таким чином, у природній обстановці виникнення електричних сигналів у рослин має бути пов'язане з дією не тільки сильних, ушкоджує чинників, але й дуже слабких змін у навколишньому середовищі, які постійно спостерігаються в природних умовах.

ТИПИ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ У РОСЛИН

Вдалося виявити принаймні три типи електричних сигналів, що виникають у рослин у відповідь на зовнішні воздействія.Первий тип - це потенціали дії (ПД ). Таку назву цей тип електричних сигналів у рослин отримав завдяки тому, чтопо ряду ознак і механізму він відповідає ПД, які виникають в нервах тварин. Пучек гарбуза і аксона кальмара. Зовні вони дуже схожі і складаються з двох гілок: висхідній (або фази деполяризації, під час якої відбувається зменшення збудливою мембрани) і спадної (або фази реполяризації, в ході якої мембранний потенціал відновлюється до вихідного рівня).
Амплітуда обох ПД становить кілька десятків мілівольт. Їх зовнішня відмінність полягає в тому, що в нервовому волокні процеси деполяризації - реполяризації відбуваються значно швидше, що пов'язано з особливостями будови збудливих мембран. За цим общаядлітельность ПД в аксоні кальмара становить усього кілька мілісекунд, тоді як тривалість ПД в стеблі гарбуза досягає кілька секунд і навіть секунд.Второй тип електричних сигналів у вищих рослин - це так звані варіабельні потенціали (ВП), які виникають при дії дуже сильних подразників (опік, механічне пошкодження тканини). Вони лише частково нагадують ПД. Як і в ПД у них чіткоспостерігається фаза деполяризації. Однак фаза реполяризації дуже розтягнута.
ВП має природу, дещо відмінну від природи ПД. Нарешті, за допомогою чутливої ??техніки у вищих рослин були мікрорітми, які мають дуже невелику амплітуду
(зазвичай кілька мікровольт) і носять досить нерегулярний мікрорітмов поки залишається неясною. З усіх типів електричних сигналів у рослин особлива увага приділяється ПД, оскільки його генерація і розповсюдження представляють собою один з універсальних способів передачі інформації про зовнішній вплив в живій природі.

ШЛЯХИ ПОШИРЕННЯ ПД У рослині

Виникнувши в тій чи іншій частині рослини, ПД поширюється по ньому зі швидкістю декількох сантиметрів у 1 с (або в 1 хв.) і таким чином передають звістку про зовнішній подразненні. Як відомо, у тварин ПД є нервові волокна. Їх виникнення в ході еволюції було великим кроком вперед у розвитку цих організмів. Чи є щось аналогічне нервах у вищих рослин? У пошуках відповіді на це питання природно звернути увагу на провідні пучки ("жилки"), які пронизують всі тканини й органи рослини. Давно відомо, що провідні пучки служать для транспортування по рослині води і поживних речовин. Але, може бути, вони "за сумісництвом" можуть служити каналом і для поширення ПД? Вирішення цього питання має принципове значення. Дуже образно з цього приводу висловився К.Ф. Тімірязєв, який зазначив, що "якщо у рослин підтвердиться (передбачається деякимивченими) існування відомих шляхів, за якими роздратування повідомляється швидше, ніж по інших, то в них доведеться визнати щось принаймні відповідне нервах". Д. Бос одним з перших довів причетність провідних пучків вищих рослин до поширення ПД.Для цього він використовував розроблений ним методелектродного зондування. Суть методу полягала в тому, що за допомогою в тканини рослини занурювали металевий мікроелектрод, який був сполучений з вимірювальною установкою. Таким чином можна було відводити електричні сигнали від різних зон стебла або черешка. На підставі цих дослідів Д. Бос прийшов до висновку, що тільки в провідних пучках відбувається поширення ПД. При цьому важливо, що електричні імпульси поширюються не по великих судинах, а по дрібним Пучковимклітинам (дрібним клітинам флоеми і протоксілеми). Це свідчить про те, що канали пересування речовин і розповсюдження електричних імпульсів в провідних пучках просторово розділені. Отже, у рослин, хоча і відсутні спеціальні освіти (зразокнервів), пристосовані тільки для проведення ПД, в провідних пучках є особливі тканини, що виконують цю функцію.С допомогою сучасних прийомів це питання детально досліджували в нашій лабораторії. Застосовуючи зондування стебла гарбуза мікроелектродами, ми встановили, що в місці подразнення ПД виникають приблизно однаковою амплітуди не тільки в зазначених вище дрібних клітинах пучка, але і в клітинах його основної паренхіми. Однак на відстані від цього місця
ПД реєструються тільки в провідних пучках. Таким чином, ПДгеніріруют як пучкові, так і внепучковие клітини, але проводити його можуть тільки перші. Як було нами показано [4], причина цих відмінностей лежить в особливостях міжклітинних зв'язків. У дрібних пучкових клітин такі зв'язки
(зокрема, за допомогою спеціальних пор-плазмодесм) виражені набагато краще, що і забезпечує їх кращу здатність проводити ПД.

МЕХАНІЗМИ ГЕНЕРАЦІЇ та розповсюдження ПД У РОСЛИН

Коли стало ясно, що ПД у вищих рослин - це дуже універсальне і широко розповсюджене явище, виникло питання про те, що ж вони собою являють. Звичайно, вони дуже нагадують ПД нервів. Але, може, це схожість чисто зовнішня? Адже дуже вже відрізняються за способом життя тварини і рослини. У нашій лабораторії ми спеціально досліджували це питання.
Оскільки генерація ПД у тварин пов'язано з пересуванням через збудливімембрану іонів натрію і калію, то поведінка іонів при генерації ПД у рослин нас дуже цікавило. Застосовуючи різні методи дослідження, в тому числі і метод мічених атомів, ми показали, що, коли в рослині ПД, так само як і в нерві, виникають іонні потоки (рис.3).
Спочатку під впливом зовнішніх подразників збільшується провідність мембрани для іонів кальцію в результаті відкривання кальцієвих каналів.
Іони кальцію входять всередину проводять ПД клітин, оскільки їх більше у зовнішньому середовищі. Увійшовши всередину збудливих клітин, вони активують хлорні канали, які відкриваються. Це призводить до виникнення спрямованого потоку іонів хлору, так як їх концентрація вище всередині клітин.
Потік негативно заряджених іонів хлору назовні призводить до деполяризації мембрани, оскільки її зовнішня сторона заряджена позитивно, а внутрішня
- негативно. Виникає висхідна гілка ПД. Деполяризація мембрани відкриттю калієвих каналів і виникнення направленогоназовні потоку іонів калію, яких, так само як і іонів хлору, більше всередині клітини, ніж у зовнішній середовищі. Не важко зрозуміти, що цей потік буде чинити на мембранний потенціал реполярізующее дію, тобто до відновлення його початкового значення.

Намальована картина дуже нагадує те, що відбувається при генерації ПД в нерві, тільки замість іонів натрію як деполяризующего іона у вищих рослин виступають іони хлору. Це представляється надзвичайно

Сторінки: 1 2