Введение к работе
Актуальность темы. С развитием космонавтики и освоением космического пространства.ведутся обширные исследования особенностей роста я'развития растений в условиях.космического полета, в частности, с целью использования растительных объектов в космических биотехнологиях и системах жизнеобеспечения /Дубинин, 1978; Газенко, Парфенов, 1982; Сытник и др., 1984; Halatead, Dutcher, 1987/..,
Существенное влияние на растения, при космическом полете оказывает невесомость, или микрогравитация, обусловливающая угнетение их роста и развития, а в некоторых случаях даже гибель, Чувствительность к микрогравитации возрастает с усложнением организации живых систем /ІМеркис и-др., 1984; KrjJco-rian, 1984} Таирбеков, 1987;;.Кордюм и др. J '1989/.'.' '.
По современным представлениям важное значение в механизме действия экстремальных агещбв'/принадлежит активации не-.' ферментативного перекирного окисления липидов /ПОД/. Основным субстратш пероксидации являются,ненасыщенные жирные кислоты фосфолипидов мембран /Владимиров,: Арчаков, 1972; Тарусов, Ве-селовский, 1978; Бурлакова и дрі; 1975;Clark, 1986} .: Бара-бой,Д989Л'--.'-'. ; - :\'.:/;;;/С;;Д
В норме уровень ПОЛ является очень.низким. Это достигается за счет антиокислительной системы клеток и"механизмов, снижающих парциальное давление кислорода. При длительных экстремальных воздействиях, вызывающих индукцию ПОЛ, наблюдается усиленный расход антиоксидантов /АО/ в реакциях обрыва цепей пероксидации, и резервная мощность АО-систем снижается. Возможна ситуация, когда уровень АО-защитной системы может оказаться недостаточным для полной компенсации нарастающего ПОЛ. В результате процесс ПОЛ выходит из-под контроля АО-систем, что ведет к окислительной деструкции мембран и нарушении их функций /Владимиров,' Арчаков, 1972; Dupont, 1984/. Мобилизация дополнительных АО-механизмов может вновь нормализовать равновесие и тогда ответ живой системы приобретает колебательный характер. Для его анализа, особенно на ранних стадиях, удобно использовать метод регистрации спонтанной хеми-
люминесценции /CM/. - Высокая.чувствительность этого.приема была показана ранее Дарусов, Веселовский, 1978; Барабой, 1989/. '.; .. '-'' -'Г' ' ',' "'.;'- .v. ':'.;"-.~-':.^ ''-';."' ':;';..
В литературе имеется ряд данных, указывающих на активацию ПОД у растений при.изменении силы, тяжести Aeather et al.j 1972/, однако систематические исследования отсутствуют.
тТвлгт. и аятгачи исследования. Целью данной работы явилось" изучение кинетики ПОЛ клеток растений .различного уровня организации, отличающихся по устойчивости к изменению силы тяжести, под влиянием клиностатирования /моделирования в земных условиях действия микрогравитации/ и непосредственно микро-гравитации в космическом полете. "'.',.
При этом были поставлены следующие задачи: ч
-
Изучить особенности ранних изменений интенсивности СИЛ. і ПО! и антиокислительной активности /АОД/ у клеток хлореллы, культуры ткани гаплопаплуса и корней гороха при краткосрочном клиностатировании /до 3 суток/.
-
Исследовать характер ранних1 изменений пероксидапии в апекальных клетках, плазмалемме, микросомах и митохондриях ". корней.проростков гороха, ".. , . : : :. і
-
Проанализировать изменения,интенсивности ПОЛ и АСА:у исследуемых растений при длительном клиностатировании /3-24 суток/. .''. - .... .-'_' .:.':-;.";':.''": ./' /'.". ..'.
-
Исследовать изменения интенсивности ПОЛ у растений при микрогравитации в космическом полете. ,. ,'";.
Научная новизна работы. Впервыеизучены ранние /5 мин -72 час/ и последующие изменения интенсивности ПОЛ и АОА у . клеток растений различного уровня организации при клиностатировании и микрогравитации. Установлено, что у клеток хлореллы, культуры ткани гашгопаппуса, корней гороха и пшеницы наблюдаются качественно аналогичные изменения интенсивности ПОЛ во времени: первоначально она снижается, затем более или менее длительно стабилизируется на пониженном уровне, после чего ПОЛ возрастает и становится выше исходного уровня. Аналогичная кинетика, с ранним снижением интенсивности пероксидации, выявлена в апекальных клетках, плазмалемме, микрооо-
мах и матохондриях корней гороха.
Наиболее ранняя и высокоамшштудная ответная реакция характерна для клеток апексов и митохондрий корней гороха. Экспреесность и амплитуда изменений закономерно возрастают сповышением уровня организации растений и формированием гравичувствительного аппарата у.проростков.
Выделены три фазы микрогравитационного стресса: фаза мобилизации АО-резервов со снижением пероксидации; фаза относительной стабилизации равновесия.ПОЛs^AOA и фаза вторичной индукции ПОЛ. . . . "
. .' Воздействие комплекса факторов космического полета, ведущим из.которых является микрогравитация, индуцирует /с учетом особенностей космического эксперимента/ аналогичную кинетику изменений интенсивности ПОЛ. Однако амплитуда изменений больше, а смена фаз происходила быстрее.
. Практическое значение*паботы. Полученные данные, характеризующие роль ПОЛ и АОА в реакции клеток растений на микро-" гравитацию,-могут.использоваться при.разработке космических клеточных биотехнологий и приемов выращивания автотрофного звена биологических систем жизнеобеспечения на космических летательных аппаратах. Данные о'видовой специфичности, экс- прессности и амплитуде изменений'.интенсивности ПОЙ у растений при клиностатированип могут служить тестовыми параметрами при определении реактивности растений к гравивоздействи- . ям, особенно в эксдрессг-метрдиках с регистрацией интенсивности хемилюшнееценпда. Разработанную методику с использованием оригинального детекторного блока-приставки к хемшго- . кинометру можно успешно применять для определения наиболее ранних изменений интенсивности СХІ при разнообразных воздействиях в различных областях цитоэяологических исследо-- ванийч-' . , *.
Основные положения диссертанта, выносимые на заі^иту.
I. Кинетика интенсивности ПОЛ у клеток растений различного уровня организации при клиностатироваяяи включает первоначальное /5-180 мин/ снижение с последующей стабилизацией на пониженном уровне, что является следствием повышения АОА
І*-1381б
растений в ответ на изменение вектора силы тяжести. Наиболее раннее и внсокоамшштудное снижение пероксидации характерно для клеток апексов и митохондрий корней гороха.
2. .При продолжающемся клиностатировании после некоторого
периода стабилизации развивается значительная индукция ПОЛ
с превышением контролюй; АОА изменяется противоположно. Экс-прессность и амплитуда изменений закономерно возрастают с повышением уровня организации растений.
-
В динамике изменений ПОЛ и АОА у исследуемых растительных объектов в процессе клиностатирования выделяются 3 фазы: фаза мобилизации АО-резервов со снижением пероксидации; фа-,за относительной стабилизации равновесия ПОЛЧАСА и фаза вторичной индукции ПОЛ.
-
В условиях микрогравитации /космический полет/ у растений прослеживаются аналогичные закономерности изменений интенсивности ПОЛ. '
Апробация работы.Основные положения диссертационной работы были представлены и доложены на Всесоюзном симпозиуме "Биохемшгошнесценция" /Ивано-Франковск, 1981/, на I Всесоюзном биофизическом съезде /Москва, 1982/, на Всесоюзном симпозиуме "Реакции клеток на внешние воздействия" /Киев, 1982/, на Всесоюзном совещании "Биология клетки в культуре" /Ленинград, 1983/, на Конференции СМУиС "Актуальные проблемы современной ботаники" /Киев, Ин-т ботаники, 1985/, на Всесоюзном симпозиуме "Биохемялюминесценция в медицине и ; сельском хозяйстве" /Ташкент, 1986/,. на УІ Всесоюзном симпозиуме "Ультраструктура растений" /Чернигов, 1988/, на 27; Сессии.Комитета Космических Исследований /cospar //Финляндия, 1988/, на 40 Конгрессе Международной Астронавтической Федерации /IAP //Малага - Торемолинос, Испания, 1989/> на 28 Сессии COSPAR /Гаага, Нидерланды, 1990/, на III Всесоюзном симпозиуме "Клеточные механизмы адаптации" /Чернигов, 199I/. Материалы работы в 1987 г. экспонировались на ВДНХ ; СССР /Свидетельство участника ВДНХ СССР й 22132/.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ в отечественных и зарубежных изданиях.
Диссертация изложена на 119 страницах машинописного тек
ста и состоит из введения, обзора литературы, эксперимен
тальной части, обсуждения,-выводов и,списка цитированной
литературы из 197 наименований'/103 отечественных и 94
иностранных работ/. Текст сопровождается 25 рисунками и 2
таблицами. .;
