ФОТОИНДУЦИРОВАННОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА В ЛИСТЬЯХ РАСТЕНИЙ, ОБРАБОТАННЫХ 5-АМИНОЛЕВУЛИНОВОЙ КИСЛОТОЙ ИЛИ 2,2'-ДИПИРИДИЛОМ

Неверов К. В., Визе С., Хебер У.
Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН, Москва; Институт им. Юлиус-фон-Сакса, Вюрцбургский университет, Вюрцбург, ФРГ
Известно, что действие на растения модуляторов биосинтеза хлорофилла - 5-аминолевулиновой кислоты (АЛК) и 2,2'-дипиридила (ДП) - приводит к интенсивному темновому накоплению в хлоропластах значительных количеств порфиринов-предшественников хлорофилла (Хл). Было показано, что при освещении таких растений наблюдается выраженный фотодинамический эффект. В данной работе исследованы закономерности развития фотоокислительного стресса, вызванного действием на растения АЛК и ДП, методом непрерывной регистрации фотосинтетических параметров iv vivo. Фотоингибирование фотосинтеза в срезанных листьях шпината, инкубированных черенками в 3-7 мМ растворах АЛК и ДП, изучалось по изменению таких параметров, как вариабельная флуоресценция Fv/Fm (отражающая работу фотосистемы 2), дифференциальная абсорбция при 820 нм (отражающая работу фотосистемы 1), Н2О/СО2-газообмен (свидетельствующий об эффективности электронного транспорта хлоропластов). Для контроля развивающегося фотоокислительного стресса измерялся также аскорбатный статус и пигментный состав (Хл и порфирины) тканей листа. Данные по флуоресценции Хл и абсорбции при 820 нм выявили падение активности фотосистем 1 и 2 в первые минуты освещения обработанных АЛК или ДП листьев белым светом (400-750 нм) в диапазоне интенсивностей 3000-17000 мкЕ/м2с. Минимальная доза, вызывавшая падение Fv на 20% при облучении листьев как непрерывным, так и импульсным светом, составляла 10-20 мкЕ/см2 листовой поверхности и была обратно пропорциональна использованной концентрации АЛК и ДП. Отмеченное падение активности ФС 1 и ФС 2 сопровождалось окислением аскорбата, необратимым снижением ассимиляции СО2 и, при суммарных дозах более 40-50 мкЕ/см2, потерей тургора листьями и дессикацией тканей. В процессе световой экспозиции не было замечено достоверного снижения содержания Хл в листьях. Красный свет (л>650 нм) не вызывал развития окислительного стресса в обработанных фотогербицидами листьях. Данный факт указывает на участие в индукции фотоокислительных процессов порфиринов, поглощающих короче 640 нм, а не Хл, имеющего максимум поглощения длиннее 650 нм. Это показывает, что фотосенсибилизаторами фотоокислительного стресса в растениях при действии АЛК и ДП являются порфирины, вероятно, благодаря способности их молекул заселять триплетное состояние и генерировать синглетный кислород. Анализ экспериментальных данных позволяет предположить, что при фотодинамическом стрессе наиболее вероятной "мишенью" фотодеструкции фотосинтетического аппарата зеленых листьев является не хлорофилл антенн и реакционных центров, а периферические белковые субъединицы комплексов фотосистем 1 и 2. Наблюдаемое при освещении листьев быстрое окисление аскорбата может протекать в результате как химических, так и биохимических процессов. Работа поддержана грантом ESF "Biophysics in Photosynthesis" N9625.