БЭР НА РАЗДРАЖЕНИЕ ПРОРАСТАЮЩИХ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ

БЭР НА РАЗДРАЖЕНИЕ ПРОРАСТАЮЩИХ
СЕМЯН ПШЕНИЦЫ И ТЫКВЫ И ИХ ВОЗМОЖНАЯ
РОЛЬ В ПРОЦЕССЕ ПРОРАСТАНИЯ
М.С. Рубцова, С.Б. Федулина
Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия,
факс (8312) 66-06-84
Важной электрофизиологической характеристикой растений являются биоэлектрические реакции (БЭР), регистрируемые при внешнем раздражении объекта. Работами многих авторов показано, что БЭР отражают жизнеспособность растительного организма. Однако, на сегодняшний день практически отсутствуют данные о генерации БЭР прорастающими семенами при раздражении. Исследование электрической
активности прорастающих семян представляет собой интерес как в плане выяснения природы этого явления, так и в плане получения сведений
о возможности преобразования изменений электрических потенциалов
растений в адаптивный ответ.
Ранее в работе Рубцовой М.С. [1] был установлен феномен негативации зародыша по отношению к эндосперму перед прорастанием семян. В дальнейшем это явление было детально исследовано в отношении семян пшеницы. Однако его возможная роль оставалась неясной.
Целью данной работы являлось исследование возможных изменений
разности потенциалов (РП) между зародышем и эндоспермом у порастающих семян пшеницы и между зародышем и семядолями у семян тыквы в ответ на раздражение в процессе прорастания.
Для исследований использовали пшеницу (Triticum aestivum L.) сорта Иволга и тыкву (Cucurbita pepo L.) сорта Мозолеевская.
Среднее время от момента замачивания до проклевывания семян
пшеницы (время “П”) составляло 14±2,8 ч. Момент проклевывания корешка у исследуемых семян весьма сильно варьировал по времени и мог
происходить в интервале от 10 до 20 часов прорастания. Это обусловлено временем года, возрастом семян, и другими, в том числе, индивидуальными для каждого семени причинами. Для того чтобы учесть индивидуальные отличия времени прорастания семян и избежать ошибки,
вызванной такими отличиями, количественный анализ изменений РП
31
между зародышем и эндоспермом проводился с учетом индивидуального биологического времени каждого семени. Такой анализ при статистической обработке дает возможность получения наиболее достоверных результатов. В качестве биологического масштаба времени мы выбрали интервал времени “П” от замачивания до проклевывания корешка, которое принимали за 12 биологических часов. Общее время наблюдения составляло удвоенное время от начала замачивания до проклевывания и принималось равным 24 биологическим часам. Таким образом,
для каждого семени определялись значения РП, соответствующие его
биологическому времени.
Для того чтобы не вызывать неконтролируемого механического раздражения, при исследовании БЭР прорастающих семян пшеницы, готовили специальные препараты. К покровному стеклу, обернутому фильтровальной бумагой, семя прикрепляли так, чтобы зародышевым концом
оно прижималось к подложке. В таком виде препараты замачивались в
чашках Петри с 10 мл воды. Раздражение вызывали дополнительным
смачиванием влажной подложки 1 мл 3М КСl (семя зародышем вниз). В
ряде экспериментов раздражение производили уколом препаровальной
иглы в область зародыша (семя зародышем вверх). При этом влажная
подложка играла роль электролитического мостика для обеспечения
электрического контакта с эндоспермом.
Регистрация РП на тест-охлаждение у прорастающих семян тыквы
проводилась следующим образом: с семени удаляли семенную кожуру и
прикрепляли к подложке из покровного стекла, обернутого фильтровальной бумагой, так, чтобы оно имело полувертикальное положение.
По периметру семя обмазывали вазелином. В таком виде препараты
замачивали в чашках Петри. РП измеряли между полярными концами
семени, то есть между верхним краем семядолей и корешком зародыша.
Общее время наблюдения составляло 37 ч. Время “П” от замачивания
до проклевывания семян составляло в среднем 27±2 ч. Удерживая за
подложку, препараты переносили на термостолик, измерения БЭР проводили через каждые два часа от момента замачивания (всего 37 часов).
БЭР вызывали охлаждением подложек на термостолике от 18 до 8°С
(семя корешком вниз). Эксперименты проводили с помощью стационарной электрофизиологической установки [2].
По изменениям разности поверхностных метаболических потенциалов можно судить об изменениях мембранного потенциала. В первом
приближении симпласт растительной ткани может считаться эквивалентным одной клетке [3]. В случае с РП семени необходимо уточнить,
32
что электрод измерения контактирует с областью зародыша, где довольно близки к поверхности живые клетки корешка, находящегося
сначала под семенными покровами, а затем выходящего на поверхность.
Электрод сравнения контактирует с областью эндосперма. В электрофизиологическом отношении, как показали исследования, проведенные на
семенах кукурузы [1], эта область семени наиболее стабильна (индифферентна). Наши измерения РП между двумя электродами, расположенными на семени пшеницы в области эндосперма подтвердили это
заключение. Таким образом, можно сказать, что внеклеточно отводимая
РП с определенными допущениями может служить показателем изменения мембранного потенциала клеток ПМ корешка. Следовательно,
регистрируемые изменения РП семян можно считать пропорциональными изменениям разности мембранных потенциалов клеток корешка.
Конечно, метаболический потенциал области эндосперма несомненно
связан с мембранным потенциалом клеток щитка и алейронового слоя,
тех живых клеток, которые непосредственно с ним контактируют. Однако можно полагать, что стрессовых воздействий, по крайней мере,
связанных с процессом проклевывания корешка, эти клетки семени при
прорастании не испытывают.
БЭР у проклюнувшихся семян пшеницы на механическое раздражение (укол иглой зародыша выше зоны контакта с электродом) и действие КСl имеют фазу резкой негативации зародыша, то есть фазу деполяризации его клеток и четкую, но более медленную фазу реполяризации
клеток корешка зародыша. Характер ответов позволяет идентифицировать их как местные потенциалы возбуждения, близкие по своей природе к ВП (вариабельному потенциалу), передний фронт которого обычно
развивается по типу ПД, а задний может длиться десятки минут [4].
Амплитуды БЭР на действие КСl в процессе прорастания плавно увеличивались в интервале от 1-го до 5-го часа набухания. Затем амплитуды
ответов уменьшались. Перед проклевыванием, когда РП переходит в
отрицательную область, амплитуда ответов была близка к нулю. После
проклевывания ответы появляются вновь, но позднее, БЭР уменьшаются и даже появляются ответы в положительную область. Такие “аномальные” ответы свойственны не только клеткам растений, но и нервным волокнам животных при их переходе в стрессовое состояние (например, при подсыхании или механическом повреждении) [5]. Можно
предположить и другую причину, а именно: противоположный ответ
является следствием деподяризации клеток (щитка), которые ориентированы в сторону электрода, контактирующего с эндоспермом. В это
33
время клетки зародыша должны утрачивать способность реагировать на
раздражение.
Обращают на себя внимание небольшие (до 10 мВ) амплитуды зарегистрированных БЭР прорастающих семян пшеницы. Сравнивая полученные данные с БЭР у семян тыквы, вызванными охлаждением (а не
КСl), следует сказать, что у последних уже через 2–3 ч набухания были
зарегистрированы ответы на охлаждение с четко выраженным фронтом
деполяризации и со значительно большей амплитудой. Эти ответы на
физиологически умеренное охлаждение можно характеризовать как местные потенциалы возбуждения, аналогичные местным ПД, обнаруженным ранее в проводящих тканях гипокотилей проростков тыквы [2].
Исследование динамики изменений РП семян тыквы выявило, что отсутствие ответов и ответы малой амплитуды отмечаются также перед
проклевыванием семян (после 27-го часа набухания).
Таким образом, прорастающие семена пшеницы и тыквы способны
генерировать БЭР на раздражение, которые можно характеризовать как
местные, по характеру переднего фронта подобные ПД, потенциалы
возбуждения. Перед прорастанием они исчезают или имеют малую амплитуду, а также могут иногда инвертироваться в ответы противоположной полярности. Как мы полагаем, это доказывает, что внешнее раздражение наносилось в период рефрактерности после уже возникшего
надпорогового возбуждения тканей зародыша, вызванного другими,
очевидно внутренними причинами. Следовательно, наблюдаемая нами
ранее негативация клеток корешка зародыша семени перед проклевыванием есть потенциал возбуждения, вызванный внутренними раздражителями, вероятно, механическими повреждениями корешка, связанными
с прохождением его через семенные покровы. Такое возбуждение, как
показано ранее, способно индуцировать временное неспецифическое
повышение устойчивости растительной клетки к повреждающему воздействию [2], что безусловно важно для “ответственного” момента, связанного с разрывом семенных покровов и выходом корешка в окружающую среду.
Литература
1. Рубцова М.С. Электрические свойства семян кукурузы в связи с оценкой
жизнеспособности // Биоэлектргенез и мембранный транспорт у растений:
Межвуз. сб. / Горьков. гос. ун-т. Горький. 1989. С. 74–77.
2. Ретивин В.Г., Опритов В.А., Федулина С.Б. Предадаптация тканей стебля
Cu curbita pepo к повреждающему действию низких температур, индуциро34
ванная потенциалом действия // Физиология растений. 1997. Т. 44. № 4.
С. 499–510.
3. Цаплев Ю.Б., Зацепина Г.Н. Природа электрической полярности высшего
растения // Биофизика. 1980. Т. 25. № 1. С. 144–148.
4. Ретивин В.Г., Опритов В.А., Абрамова Н.Н., Лобов С.А., Федулина С.Б.
Уровень АТФ во флоэмном эксудате стебля высшего растения после распространения электрических реакций на ожог и охлаждение // Вестник
ННГУ. Серия Биология. 1999. Вып. 1. С. 124–131.
5. Бос Д.Ч. Избранные произведения по раздражимости растений. М.: Наука,
1964. Т. 1. 427 с.
35