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.