Фотосинтетическая активность хлоропластов и образование пространственно распределенных транспортных доменов в клетках пресноводной водоросли Chara corallina тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, кандидат биологических наук Черкашин, Александр Александрович

• Черкашин, Александр Александрович
• кандидат биологических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Черкашин, Александр Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Строение харовых водорослей.

1.2 Мембранный потенциал и ионный транспорт через плазмалемму харовых водорослей.

1.3 Влияние неперемешиваемого слоя среды на фотосинтез у погруженных форм пресноводных макрофитов.

1.4 Фотосинтетическая фиксация неорганического углерода.

1.5 Транспорт неорганического углерода через плазмалемму харовых водорослей.

1.6 Изучение пространственно распределенных транспортных доменов на плазмалемме харовых водорослей.

1.7 Природа фотоиндуцированных зон рН у харовых водорослей.

1.8 Фотоиндуцированные домены харовых водорослей как явление биологической самоорганизации.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 Растительный материал.

2.2 Описание установки.

2.3 Измерение рН при помощи красителей.

2.4 Измерение рН сурьмяным микроэлектродом.

2.5 Измерение флуоресцентных параметров.

2.6 Амперометрическое определение фотосинтетического выделения кислорода.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ИПВ - искусственная прудовая вода

ФС II - фотосистема диурон - 3-(3,4-дихлорофенил)-1,1-диметилмочевина

EGTA - этиленгликоль-бис(Р-аминоэтиловый эфир) N,N,N',N '-тетрауксусная кислота

MES (рКа =6.1 рН: 5.5-6.7) - 2-(К-морфолино)этансульфоновая кислота

TES (рКа =7.4 рН: 6.8-8.2) - Ы-((трисгидроксиметил)-2-аминоэтансульфоновая кислота

HEPES (рКа =7.5 рН: 6.8-8.2)- ^2-гидроксиэтилпиперазин-№-2-этансульфоновая кислота трицин (рКа =8.1 рН: 7.4-8.8) - Ы-((трисгидроксиметил)метил)глицин

TAPS (рКа = 8.4 рН: 7.7-9.1) - Ы-((трисгидроксиметил)метил)-3-аминопропан-сульфоновая кислота

CAPS (рКа = 10.4 рН: 9.7-11.1) - 3-(циклогексиламин)-1-пропаносульфоновая кислота

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Фотосинтетическая активность хлоропластов и образование пространственно распределенных транспортных доменов в клетках пресноводной водоросли Chara corallina»

Пространственно-временная координация клеточных процессов - одна из центральных проблем биологии, решение которой необходимо для понимания механизмов клеточного роста, дифференцировки и адаптации к условиям внешней среды. У растений морфогенез связан с нарушением симметрии деления и роста клеток [13-16], а рост клеток часто связан с подкислением клеточных стенок [114]. Ионные токи и неравномерное распределение ионных каналов играют ключевую роль в раннем морфогенезе зигот фукуса, причем свет является необходимым условием формирования полярности [75, 76]. Некоторые водные растения на свету формируют значительные градиенты рН между верхней и нижней сторонами листа [115], что предположительно способствует оптимизации фотосинтеза в условиях недостатка главного источника неорганического углерода для биосинтеза в водной среде.

Харовые водоросли обладают интересным свойством образовывать на ярком свету регулярно чередующиеся по длине клетки кольцевые функциональные домены [21, 43, 153]. Различная Н+-транспортная активность этих доменов проявляется в существенном подкислении и защелачивании наружной среды вблизи клетки [34, 39, 50]. Между этими доменами возникает разность электрических потенциалов и протекают кольцевые электрические токи, причем эти токи по величине превосходят все известные у растений ионные токи [103].

Харовые водоросли давно стали классическим объектом изучения трансмембранного транспорта, возбуждения и немышечных форм движения. Активные и пассивные транспортные системы достаточно хорошо изучены [3, 77, 133, 140, 151, 152]. Было показано, что многие ион-транспортные системы плазмалеммы стимулируются светом [48, 133, 134]. Несмотря на то, что харовые водоросли являются хорошо изученным объектом, до недавнего времени исследование формирования транспортных доменов плазмалеммы в связи с фотосинтезом сталкивалось с серьезными методическими трудностями. Большинство работ, посвященных исследованию фотосинтеза у харовых водорослей были выполнены интегральными методами, не позволяющими обнаружить возможные различия между отдельными участками клетки [31, 80, 93].

Интерес к проблеме формирования кольцевых пространственных доменов возрос в связи с возникновением и распространением в биологии новой парадигмы самоорганизации в неравновесных системах [1, 2, 12]. Образование у харовых водорослей на свету регулярных пространственных доменов из бесструктурного состояния представляет несомненный теоретический интерес как яркий пример и удобная экспериментальная модель биологической самоорганизации. Кольцевые пространственные структуры у харовых водорослей формируются предположительно по рекционно-диффузионному механизму [34, 56, 158]. Однако, детальные механизмы возникновения пространственной упорядоченности до сих пор вызывают споры и нуждаются в дальнейшем изучении.

Целью нашей работы являлось изучение пространственной гетерогенности Н+-транспортной активности плазмалеммы и фотосинтетической активности хлоропластов. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

• разработать систему одновременной регистрации рН у поверхности клетки харовых водорослей и параметров флуоресценции хлорофилла в соответствующих участках клетки;

• исследовать фото синтетическую активность хлоропластов в кислых и щелочных зонах;

• исследовать формирование и динамику зон рН при различных условиях освещения клеток.

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Черкашин, Александр Александрович

ВЫВОДЫ

1. Разработан метод непрерывного сканирующего определения локального рН у поверхности клеток харовых водорослей и флуоресцентных параметров хлорофилла в соответствующих участках клетки.

2. Впервые обнаружено, что при превышении порогового уровня освещенности по длине клетки С. согаШпа возникают регулярно чередующиеся зоны с различной фотосинтетической эффективностью хлоропластов, причем эти зоны соответствуют зонам рН на поверхности клетки. Фотохимическая эффективность ФС II и скорость нециклического переноса электронов в хлоропластах кислых зон существенно выше, чем щелочных.

3. Пространственные различия фотосинтетической активности хлоропластов проявляются раньше, чем формируются зоны рН.

4. Формирование кольцевых кислых и щелочных зон проходит через стадию образования нерегулярно расположенных пятен.

5. При увеличении интенсивности света увеличивается амплитуда и число полос, причем формирование полос носит пороговый характер. В световой зависимости образования полос наблюдается гистерезис.

6. Локальное освещение любого участка клеток С. согаШпа приводит к образованию зон рН в освещенных участках, что свидетельствует о динамическом характере формирования пространственных структур. Точное положение зон рН относительно участков локального освещения может определяться локальными особенностями строения клетки.

Список трудов, опубликованных по теме диссертации

73

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Черкашин A.A., Булычев A.A. и Рубин А.Б. (2002) Формирование Yf-транспортных доменов плазмалеммы и зональное распределение фотосинтетической эффективности в клетках Chara corallina. Доклады Академии Наук, 386: №5 1-4.

2. Булычев A.A., Черкашин A.A., Рубин А.Б., Мюллер С.Х. (2002) Распределение кислых и щелочных зон на поверхности клеток Chara corallina при стационарном и локальном освещении. Физиология растений. 49: №6 805-813.

3. Булычев A.A., Черкашин A.A., Вреденберг В., Рубин А.Б., Зыков B.C., Мюллер С.Х. (2001) Флуоресценция и фотосинтетическая активность хлоропластов в кислых и щелочных зонах клеток Chara corallina. Физиология растений. 48: 384-391.

4. Bulychev A.A., Cherkashin A.A., Rubin A.B., Vredenberg W.J., Zykov Y.S., Müller S.C. (2001) Comparative study on photosynthetic activity of chloroplasts in acid and alkaline zones of Chara corallina. Bioelectrochem-istry. 53: 225-232.

5. Bulychev, A. A., Cherkashin, A. A., Rubin, A.B., Vredenberg W. J., Zykov, V.S., Müller S.C. (2000) Fluorescence and functional activity of chloroplasts in acid and alkaline zones of Chara. Third European Biophysics Congress, European Biophysics J. 29: 324.

Заключение

68 транспортной активностью на плазмалемме происходит с некоторой временной задержкой и, вероятно, является следствием появления пространственной гетерогенности фотосинтеза в пределах клетки.

Взаимосвязь и детальные механизмы регуляции сложной системы сопряжения транспортной и фотосинтетической активности у харовых водорослей требуют дальнейшего изучения, а явление образования функциональных доменов на субклеточном уровне представляет несомненный интерес как модель биологической самоорганизации [17, 34, 161].

Возможно, более высокие скорости фотосинтетического транспорта электронов в кислых зонах обусловлены тем, что в хлоропластах этих участков, наряду с ассимиляционным потоком электронов (перенос электронов, приводящий к фиксации СО2 в цикле Кальвина) существует поток электронов на альтернативные акцепторы (кислород). Известно, что фермент рибулозобисфосфат карбоксилаза при недостатке С02 может выступать в качестве оксигеназы [61]. Поскольку неассимиляционный поток ведет к образованию АТФ, но не связан с его последующим потреблением в цикле Кальвина, содержание АТФ в клетке повышается. Повышение уровня АТФ может не только стимулировать активность Н+-насоса плазмалеммы [116], но и усиливать СС^-зависимый транспорт электронов, так как снижение рН среды повышает содержание С02 в этих зонах и обеспечивает достаточное количество субстрата для цикла Кальвина. В свою очередь, С02-зависимый транспорт электронов связан с фотосинтетическим выделением кислорода, который может использоваться как акцептор для альтернативного (псевдоциклического) потока электронов. перполяризйция гиперцоляршацк

ЛАЯ зона

Рис. 4-1. Гипотетическая схема формирования на свету пространствено-распределенных доменов клеток Chara corallina.

Хотя вопрос о механизме возникновения пространственной гетерогенности фотосинтетической активности хлоропластов и транспортной активности плазмалеммы все еще не решен, на наш взгляд, описанная положительная

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Черкашин, Александр Александрович, 2002 год

1. Белинцев Б.Н. (1991) Физические основы биологического формообразования. Наука: Москва.

2. Белоусов Л.В. (1993) Основы общей эмбриологии. Изд. МГУ: Москва.

3. Берестовский Г.Н., Жерелова О.М. и Катаев A.A. (1987) Ионные каналы клеток харовых водорослей. Биофизика. 32: 1011-1027.

4. Булычев A.A., Черкашин A.A., Рубин А.Б. и Мюллер С.Х. (2002) Распределение кислых и щелочных зон на поверхности клеток Chara сог-allina при стационарном и локальном освещении. Физиология растений. 49: №6 1-9.

5. Булычев A.A., Черкашин A.A., Вреденберг В., Рубин А.Б., Зыков B.C. и Мюллер С.Х. (2001) Флуоресценция и фотосинтетическая активность хлоропластов в кислых и щелочных зонах клеток Chara corallina. Физиология растений. 48: 384-391.

6. Васильев В.А. (1976) Термодинамика биологических процессов. Наука: Москва.

7. Гленсдорф П. и Пригожин И. (1973) Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. Мир: Москва.

8. Голлербах М.М. (1973) Современные направления в морфологии и систематике харовых водорослей. Харовые водоросли и их использование в исследовании биологических процессов клетки. Вильнюс.

9. Голлербах М.М. и Красавина Л.К. (1983) Харовые водоросли Charophyta. Определитель пресноводных водорослей СССР. Том 14. Наука: Ленинград.

10. Камия Н. (1962) Движение протоплазмы. Издательство иностранной литературы: Москва.

11. Курелла Г.А. и Попов Г.А. (1960) Определение pH сурьмяным микроэлектродом. Биофизика. 5: 373-375.

12. Николис Г. и Пригожин И. (1979) Самоорганизация в неравновесных системах: от диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации. Мир: Москва.

13. Тимонин А.К. и Черкашин A.A. (1997) Детерминация числа делений при развитии устьичных аппаратов на листьях Prunella vulgaris Linn, и Prunella webbiana Hort. (Lamiaceae; Dicotyledonae). Известия РАН, Серия биол., 1: 4653.

14. Тимонин A.K. и Черкашин A.A. (1996) Закономерности развития устьичных аппаратов листьев Dracocephalum integrifolium Bunge (Lamiaceae). Онтогенез, 27: 44-52.

15. Тимонин A.K. и Черкашин A.A. (1996) Роль размера клетки в детерминации морфогенеза устьичного аппарата на листьях некоторых ламиоидных губоцветных. Известия РАН, Серия биол., 6: 687-697.

16. Тимонин А.К., Барсукова Т.Н. и Черкашин A.A. (1994) Способы формирования устьичных аппаратов на листьях Dracocephalum ruyschiana Linn, и D. thymiflorum Linn. (Lamiaceae; Dicotyledonae). Известия PAH, Серия биол., 5: 761-770.

17. Черкашин A.A., Булычев A.A. и Рубин А.Б. (2002) Динамика фотосинтетической эффективности в формирующихся транспортных доменах плазмалеммы Chara corallina. ДАН 386: №5 1-4.

18. Чернявский Д.С. (1981) Математические модели морфогенеза. В сборнике Рост растений и дифференцировка. под ред. В.И.Кефели, Наука: Москва, стр. 163-176.

19. Antonenko Yu.N. and Bulychev A.A. (1991) Measurements of local pH changes near bilayer lipid membrane by means of a pH microelectrode and a protono-phore-dependent membrane potential. Comparison of the methods. Biochim. Bio-phys. Acta. 1070: 279-282.

20. Arens K. (1938) Manganablagerungen bei Wasserpflanzen als Folge des physiologisch polarisierten massenaustausches. Protoplasma. 30: 104-129.

21. Arens K. (1939) Physiologische Multipolaritat der Zelle von Nitella wahrend der Photosynthese. Protoplasma. 33: 295-300.

22. Badger M.R., Kaplan A. and Berry J.A. (1980) Internal inorganic carbon pool of Chlamidomonas reinhardtii: evidence for a carbon dioxide-concentrating mechanism. Plant Physiol. 66: 407-413.

23. Barton R. (1965) Electron microscope studies on surface activity in cells of Chara vulgaris. Planta. 66: 95-105.

24. Bisson M.A. and Walker N.A. (1980) The Chara plasmalemma at high pH. Electrical measurements show rapid specific passive uniport of H+ or OH". J Membrane Biol. 56: 1-7.

25. Bisson M.A. (1986) The effect of darkness on active and passive transport in Chara corallina. J Exp.Bot. 37: 8-21.

26. Boels H.D. and Hansen U.P. (1982) Light and electrical current stimulate same feed-back system in Nitella. Plant Cell Physiol. 23: 343-346.

27. Borowitzka M. and Larkum A.W.D. (1976) Calcification in the green alga Halimeda: III The sources of inorganic carbon for photosynthesis and calcification and a model of the mechanism of calcification. J Exp.Bot. 27: 879-893.

28. Borowitzka M. (1977) Algal calcification. In: Oceanography and marine biology, an annual review. Barnes H. Aberdeen University Press: Aberdeen.

29. Borowitzka M. (1982) Morphological and cytological aspects of algal calcification. IntRev Cytol. 74: 127-162.

30. Borowitzka M. (1987) Calcification in algae: mechanisms and the role of metabolism. In: CRC critical reviews in plant sciences. CRC Press: Boca Raton.

31. Brechignac F. and Lucas W.J. (1987) Photorespiration and internal C02 accumulation in Chara corallina as inferred from the influence of DIC and 02 on photosynthesis. Plant Physiol. 83: 163-169.

32. Brown D.L. and Tregunna E.B. (1967) Inhibition of respiration during the photosynthesis by some algae. Can. J Bot. 45: 1135-1141.

33. Browse J.A., Dromgoole F.I., and Brown J.M.A. (1979) Photosynthesis in aquatic macrophyte Egeria densa. III. Gas exchange studies. Aust. J Plant Physiol. 6. 499-505.

34. Bulychev A.A., Cherkashin A.A., Rubin A.B., Vredenberg W.J., Zykov V.S., and Muller S.C. (2001) Comparative study on photosynthetic activity of chloroplasts in acid and alkaline zones of Chara corallina. Bioelectrochemistry. 53: 225-232.

35. Chernavskii D.S. and Ruijgrok Th.W.(1978) Dissipative structures in morphoge-netic models of the Turing type. J.Teor Biol. 73: 585-607.

36. Cherkashin A. A., Bulychev, A. A., and Vredenberg W. J. (1999) Outward photo-current component in chloroplasts of Peperomia metallica and its assignment to the "closed thylakoid" recording configuration. Bioelectrochem. Bioenerg., 48: 141-148.

37. Chilcott T.C., Coster H.G.L., Ogata K., and Smith J.R. (1983) Spatial variation of the electrical properties of Chara: II. Membrane capacitance and conductance as a function of frequency. Aust. J Plant Physiol. 10: 353-362.

38. Dainty J. (1963) The polar permeability of plant cell membrane to water. Protoplasma. 57: 220-.

39. Dau H. and Hansen U.P. (1989) Studies on the adaptation of intact leaves to changing light intensities by a kinetic analysis of chlorophyll-fluorescence and of oxygen evilution as measured by photoacoustic signal. Phosynth.Res. 20: 59-66.

40. Dorn A. and Weisenseel M.H. (1984) Growth and the current pattern around internodal cells of Nitellaflexilis L. JExp.Bot. 35: 373-383.

41. Elzenga J.T.M. and Prins H.B.A. (1989) Light-induced polar pH changes in leaves of Elodea canadiens. Plant Physiol. 91: 62-67.

42. Ferrier J.M. and Lucas W.J. (1979) Plasmalemma transport of OH" in Chara corallina. II. Further analysis of the diffusion system associated with OH" efflux. J Exp.Bot. 30: 705-718.

43. Ferrier J.M. (1980) Apparent bicarbonate uptake and possible plasmalemma proton efflux in Chara corallina. Plant Physiol. 66. 1198-1199.

44. Findenegg G.R. (1979) Inorganic carbon transport in microalgae. I. Location of carbonic anhydrase and HC03"/0H" exchange. Plant Sci. Lett. 17: 101-108.

45. Findlay G.P., Hope A.B., Pitman M.G., Smith F.A., and Walker N. A. (1969) Ionic fluxes in cells of Chara corallina. Biochim Biophys Acta. 183: 565-576.

46. Fisahn J.M., Mikschl E., and Hansen U.P. (1986) Separate oscillations of the electrogenic pump and of a K+-channel in Nitella as revealed by simultaneous measurement of membrane potential and resistance. J Exp.Bot. 37: 34-47.

47. Fisahn J.M., McConnaughey T., and Lucas W.J. (1989) Oscillations in extracellular current, external pH and membrane potential and conductance in the alkaline bands of Nitella and Chara. J Exp.Bot. 40: 1185-1193.

48. Fisahn J.M. and Lucas W.J. (1990) Effects of microtubule agents on the spatial and electrical properties of the plasma membrane in Chara corallina. Planta. 182: 506-512.

49. Fisahn J.M. and Lucas W.J. (1990) Inversion of extracellular current and axial voltage profile in Chara and Nitella. J Membrane Biol. 113: 23-30.

50. Fisahn J.M. and Lucas W.J. (1991) Autonomous local area control over membrane transport in Chara internodal cells. Plant Physiol. 95: 1138-1143.

51. Fisahn J.M. and Lucas W.J. (1992) Direct measurement of the reversal potential and the current-voltage characteristics in the acid and alkaline regions of Chara corallina. Planta. 186: 506-512.

52. Fisahn J.M., Hansen, U. P., and Lucas W.J. (1992) Reaction kinetic model of aproposed plasma membrane two-cycle H +-transport system of Chara corallina. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 89: 3261-3265.

53. Fisahn J.M. and Lucas W.J. (1995) Spatial organisation of transport domains and subdomain formation in the plasma membrane of Chara corallina. J Membrane Biol. 147: 275-281.

54. Franceschi V.R., Lucas W.J. (1980) Structure and possible function(s) of charas-omes: complex plasmalemma-cell wall elaborations present in some characean species. Protoplasma. 104: 253-271.

55. Franceschi V.R., Lucas W.J. (1982) The relationship of the charasome to chloride uptake in Chara corallina: physiological and histochemical investigations. Planta. 154: 525-537.

56. Fujii S., Shimmen T., and Tasawa M. (1979) Effect of intracellular pH on the light-induced potential change and electrogenic activity in tonoplast-free cells of Chara austalis. Plant Cell Physiol. 20: 1315-1328.

57. Fujimoto M., Matsumura Y., and Satake N. (1980) General properties of antimony microelectrode in comparison with glass microelectrode for pH measurement. Japanese J Physiology. 30: 491-508.

58. Furbank R.T. (1984) Photoreduction of oxygen in higher plants: mechanisms and physiological functions. What's new in Plant Phys. 15: 33-36.

59. Goh C.-H., Schreiber U., Hedrich R. (1999) New approach to monitoring changes in chlorophyll a fluorescence of single guard cells and protoplasts in response to physiological stimuli. Plant, Cell and Environ. 22:1057-1070.

60. Goodwin B.C. and Trainor L.E.H. (1985) Tip and whorl morphogenesis in Acetabulariaby calcium-regulated strain fields. J.TeorBiol. 117: 79-106.

61. Gutknecht J., Bisson M.A., Tosteson D.C. (1977) Diffusion of carbon dioxide across lipid bilayer membranes. J Gen. Physiol. 69: 779-794.

62. Hansen U.P. (1978) Do light-induced changes in the membrane potential of Nitella reflect the feed-back regulation of a cytoplasmic parameter? J Membrane Biol. 41: 197-224.

63. Hansen U.P. (1980) Homeostasis in Nitella: adaptation of H+-transport to photo-synthetic load. In: Plant membrane transport: current conceptual issues. Elsevier: Amsterdam.

64. Hansen U.P., Gradmann D., Sanders D., and Slayman C. (1981) Interpretation of current-voltage relationships for «active» ion transport systems. J Membrane Biol. 63:165-190.

65. Hansen U.P. (1985) Messung und Interpretation der Kinetik der Lichtwirkung auf den elektrophoretischen Transport über die Plasmamembran der Alge Nitella. Ber Dtsch Bot Ges. 92: 105-118.

66. Hayashi K., Fujiyoshi T., Toko K., and Yamafuji K. (1987) Periodic pattern of electric potential in Chara internodal cell. J Phys.Soc Jpn. 56: 810-820.

67. Hope A.B. (1965) Ionic relations of cells of Chara australis. X. Effects of bicarbonate ions on electrical properties. Aust. J Biol. Sci. 18: 789-.

68. Huebert D. (2001) A basic introduction to the physiology and ecology of aquatic plants. Water Plants 101. www.

69. Jaffe L.F. and Nuccitelli R. (1974) An ultrasensitive vibrating probe for measurement of extracellular currents. J Cell Biol. 63: 614- 628.

70. Jaffe L.F. (1981) The role of ion currents in establishing developmental gradients. Springer: New York.

71. Jaffe L.F. (1981) The role of ion currents in establishing developmental pattern. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B295: 553-566.

72. Kataev A.A., Zherelova O.M., Berestovsky G.N. (1984) Ca2+-induced activation and irreversible inactivation of chloride channels in the perfused plasmalemma of Nitellopsis obtusa. Gen. Physiol. Biophys. 3: 447-426.

73. Kawamura G., Shimmen T., and Tasawa M. (1980) Dependence of the membrane potential of Chara cells on external pH in the presence and absence of internal adenosinetriphosphate. Planta. 149: 213-218.

74. Keifer D.W. and Spanswick R.M. (1978) Activity of the electogenic pump in Chara corallina as inferred from measurements of the membrane potential, conductance and potassium permeability. Plant Physiol. 62: 653-661.

75. Keifer D.W. and Spanswick R.M. (1979) Correlation of adenosine triphosphate level in Chara corallina with activity of the electrogenic pump. Plant Physiol. 64: 165-168.

76. Keifer D.W. and Lucas W.J. (1982) Potassium channels in Chara corallina: control and interaction with the electrogenic H+ pump. Plant Physiol. 69: 781-788.

77. Keifer D.W., Franceschi V.R., and Lucas W.J. (1982) Plasmalemma cloride transport in Chara corallina: inhibition by 4,4'-diifothiocyano-2,2'-disulfonic acid stil-bene. Plant Physiol. 70: 1327-1334.

78. Kishimoto U., Kami-ike N., Takeuchi Y., and Ohkawa T. (1984) A kinetic analysis of the electrogenic pump of Chara corallina. I Inhibition of the pump by DCCD .J Membrane Biol. 80: 175-183.

79. Kitasato H. (1968) The influence of H+ on the membrane potential and ion fluxes of Nitella. J Gen. Physiol. 52: 60-87.

80. Laisk A., Siebke K„ Gerst U., Eichelmann H„ Oja V., and Heber U. (1991) Oscillations in photosynthesis are indicated and supported by imbalances in the supply of ATP and NADPH to the Calvin cycle. Planta. 185: 347-360.

81. Lauger P. (1979) The channel mechanism for electrogenic ion pumps. Biochim Biophys Acta. 552: 143-161.

82. Leonetti M. and Pelce P. (1994) On the theory of pH bands in characean algae. C. R. Acad. Sci. Paris, Science de la vie. 317: 801-805.

83. Leonetti M. and Dubois-Violette E. (1997) Pattern formation by electro-osmotic self-organisation in flat biomembranes. Physical Review. 56: 4521-4525.

84. Lucas W.J. and Smith F.A. (1973) The formation of alkaline and acid regions at the surface of Chara corallina cells. J Exp.Bot. 24: 1-14.

85. Lucas W.J. (1975) Analysis of the diffusion symmetry developed by the alkaline and acid bands which form at the surface of Chara corallina cells. J Exp.Bot. 26: 271-286.

86. Lucas W.J. (1975) The influence of light intensity on the activation and operation of the hydroxyl efflux system of Chara corallina. J Exp.Bot. 26: 347-360.

87. Lucas W.J. (1975) Photosynthetic fixation of 14carbon by internodal cells of Chara corallina. J Exp.Bot. 26: 331-346.

88. Lucas W.J. (1976) Plasmalemma transport of HC03" and OH" in Chara corallina-. non-antiporter systems. J Exp.Bot. 27: 19-31.

89. Lucas W.J. (1976) The influence of Ca2+ and K+ on H14C03" influx in internodal cells of Chara corallina. J Exp.Bot. 27: 32-43.

90. Lucas W.J. (1977) Analogue inhibition of active HC03" transport site in the char-acean plasma membrane. JExp.Bot. 28: 1321-1336.

91. Lucas W.J. (1977) Plasmalemma transport of HC03" and OH" in Chara corallina: inhibitory effect of ammonium chloride. J Exp.Bot. 28: 1307-1320.

92. Lucas W.J. and Dainty J. (1977) Spatial distribution of functional OH" carriers along a Characean internodal cell: determined by the effect of cytochalasin B on H14C03" assimilation. J Membrane Biol. 32: 75-92,

93. Lucas W.J. and Dainty, J. (1977) HC03" influx across the plasmalemma of Chara corallina: divalent cation requirement. Plant Physiol 60: 862- 867.

94. Lucas W.J., Ferrier J.M., and Dainty J. (1977) Plasmalemma transport of OH" in Chara corallina: dynamics of activation and deactivation. J Membrane Biol. 32: 49-73.

95. Lucas W.J., Spanswick R.M., and Dainty J. (1978) HC03" transport across the plasmalemma of Chara corallina: physiological and biophysical influence of 10 mM K+. Plant Physiol. 61: 487-493.

96. Lucas W.J. (1979) Alkaline band formation in Chara corallina: due to OH"-efflux or H+'influx? Plant Physiol. 63: 248-254.

97. Lucas W.J. and Nuccitelli R. (1980) HC03" and OH" Transport Across the Plasmalemma of Chara\ Spatial resolution obtained using extracellular vibrating probe. Planta. 150: 120-131.

98. Lucas W.J. and Ferrier J.M. (1980) Plasmalemma transport of OH" in Chara corallina. Ill Further studies on transport substrate and directionality. Plant Physiol. 66: 46-50.

99. Lucas W.J. and Shimmen T. (1981) Intracellular perfusion and cell centrifugation studies on plasmalemma transport processes in Chara corallina. J Membrane Biol. 58: 227-237.

100. Lucas W.J. (1982) Mechanism of acquisition of exogenous bicarbonate by internodal cells of Chara corallina. Planta. 156: 181-192.

101. Lucas W.J. (1983) Photosynthetic assimilation of exogenous HC03" by aquatic plants. Ann Rev Plant Physiol. 34: 71-104.

102. Lucas W.J., Keifer D.W., and Sanders D. (1983) Bicarbonate transport in Chara corallina: Evidence for cotransport of HCO3" with H+. J Membrane Biol. 73: 263274.

103. Lucas W.J. and Ogata K. (1985) Hydroxyl- and bicarbonate-associated transport processes in Chara corallina: studies on the light-dark regulation mechanism. J Exp.Bot. 36: 1947-1958.

104. Lunevsky V.Z., Zherelova O.M., Vostrikov I.Y., and Berestovsky G.N. (1983) Excitation of Characeae cell membranes as a result of activation of calcium and chloride channels. J Membrane Biol. 72: 43-58.

105. MacRobbie E.A.C. (1966) Metabolic effects on the ion fluxes in Nitella translucens. I. Active influxes. Aust. J Biol. Sci. 19: 363-370.

106. MacRobbie E.A.C. (1966) Metabolic effects on the ion fluxes in Nitella translucens. II. Tonoplast fluxes. Aust. J Biol. Sci. 19: 371-398.

107. Martens J., Hansen U.P., and Warncke J. (1979) Further evidence for the parallel pathway model of the metabolic control of the electrogenic pump in Nitella as obtained from the high frequency slope of the action of light. J Membrane Biol. 48: 115-139.

108. Metraux J.P., Richmond P. A., and Taiz L. (1980) Control of cell elongation in Nitella by endogeneous cell wall pH gradients. Multiaxial extensibility and growth studies. Plant Physiol. 65: 204-210.

109. Miedema H. and Prins H.B.A. (1992) Coupling of proton fluxes in the polar leaves ofPotamogeton lucens L. JExp.Bot. 43: 907-914.

110. Mimura T., Shimmen T., and Tazawa M. (1984) Adenine-nucleotide levels and metabolism-dependent membrane potential in cells of Nitellopsis obtusa Groves. Planta 162: 77-84.

111. Mimura T. and Tazawa M. (1986) Light-induced membrane hyperpolarization and adenine nucleotide levels in perfused Characean cells. Plant Cell Physiol. 27: 319-330.

112. Ogata K., Chilcott T.C., and Coster H.G.L. (1983) Spatial variation of the electrical properties of Chara australis. I. Electrical potentials and membrane conductance.^^/. J Plant Physiol. 10: 339-351.

113. Ogata K. (1983) The water-film electrode: a new device for measuring the characean electro-potential and -conductance distributions along the length of the internode. Plant Cell Physiol. 24: 695-703.

114. Ogata K., Toko K., Fujiyoshi T., and Yamafuji K. (1987) Electric inhomogeneity in membrane of characean internode influenced by light-dark transition, 02, N2,

115. C02"free air and extracellular pH. Biophys.Chem. 26: 71-81.

116. Okazaki M. and Tokita M. (1988) Calcification of Chara braunii (Charophyta) caused by alkaline band formation coupled with photosynthesis. Jpn.JPhycol. 36: 193-201.

117. Pesacreta T.C. and Lucas W.J. (1984) Plasma membrane coat and coated vesicle-associated reticulum of membranes: their structure and possible inter-relationship in Chara corallina. J Cell Biol. 98: 1537-1545.

118. Price G.D. and Whitecross M.I. (1983) Cytochemical localisation of ATPase activity on the plasmalemma of Chara corallina. Protoplasma. 116: 65-74.

119. Price G.D., Badger M.R., Basset M.E., and Whitecross M.I. (1985) Involvement of plasmalemmasomes and carbonic anhydrase in photosynthetic utilization of bicarbonate in Chara corallina. Aust.JPlant Physiol. 12: 241-256.

120. Price G.D., Badger M.R., Basset M.E., and Whitecross M.I. (1985) Inhibition by proton buffers of photosynthetic utilization of bicarbonate in Chara corallina. Aust.J Plant Physiol. 12: 257-267.

121. Prins H.B.A., Snel J.F.H., Helder R.J., and Zanstra P.E. (1980) Photosynthetic HC03" utilization and OH" excretion in aquatic angiosperms. Plant Physiol. 66: 818-822.

122. Prins H.B.A. and Helder R.J. (1980) Photosynthetic use of HC03" by Elodea and Potamogeton, pH changes induced by HC03", C02, K+ and H+/OH" transport. In:

123. Plant membrane transport: current conceptual issues. Spanswick R.M., Lucas W. J., and Dainty J. Eds. Elsevier: Amsterdam, pp. 625-626.

124. Raven J.A. (1970) Exogeneous inorganic sources in plant photosynthesis. Biol. Rev. 45: 167-221.

125. Raven J. A. and Smith F.A. (1978) Effect of temperature on ion content, ion fluxes and energy metabolism in Chara corallina. Plant Cell Environ. 1: 231-238.

126. Richards J.I. and Hope A.B. (1974) The role of protons in detemining membrane electrical characteristics in Chara corallina. J Membrane Biol. 16: 121-144.

127. Saito K. and Senda K. (1974) The electrogenic ion pump revealed by the external pH effect on the membrane potential of Nitella . Influence of external ions and electrical current on the pH effect. Plant Cell Physiol. 15 : 1007-1016.

128. Sanders D. (1980) The mechanism of CI" transport at the plasma membrane of Chara corallina. I. Co-transport with H+. J Membrane Biol. 53: 129-141.

129. Sanders D., Smith F.A., and Walker N.A. (1985) Proton/chloride cotransport in Chara. mechanism of enhanced influx after rapid external acidification. Planta 163: 411-418.

130. Schreiber U. (1998) Chlorophyll fluorescence: new instruments for special applications. In: Photosynthesis: Mechanisms and effects. Ed. Garab G. vol. 5. Kluwer: Dordrecht.

131. Serikawa K.A., Porterfield D.M., Smith P.J.S., and Mandoli D.F. (2000) Calcification and measurement of net proton and oxygen flux reveal subcellular domains in Acetabularia acetabulum. Physiol. 125: 900-911.

132. Serikawa K.A., Porterfield D.M., and Mandoli D.F. (2001) Asymmetric subcellular mRNA distribution correlates with carbonic anhydrase activity in Acetabu-laria acetabulum. Planta. 211: 474-483.

133. Shartzer S.A., Fisahn J., and Lucas W.J. (1992) Simultaneous measurements of extracellular current and membrane potential of Chara corallina internodal cellsduring light-dependent modulation of H* transport. C. R. Acad. Sci. Paris. 315: 247-254.

134. Shimmen T., Kikuyama M., and Tazawa M. (1976) Demonstration of two stable potential states of plasmalemma of Chara without tonoplast. J Membrane Biol. 30: 249-270.

135. Shimmen T., Mimura T., Kikuyama M., and Tazawa M. (1994) Characean cells as a tool for studying electrophysiological characteristics of plant cells. Cell Structure and Function. 19: 263-278.

136. Sibaoka T. (1958) Conduction of action potential in plant cell. Trans. Bose. Res. Inst. 22: 43-56.

137. Smith F.A. (1967) Rates of photosynthesis in Characean cells: I. Photosynthetic14C02 fixation by Nitella translucens. JExp.Bot. 18: 509-517.

138. Smith F.A. (1968) Rates of photosynthesis in Characean cells: II. Photosynthetic 14C02 fixation and 14C-bicarbonate uptake by Characean cells .J Exp.Bot. 19: 207-217.

139. Smith F.A. and Raven J.A. (1974) Energy-dependent processes in Chara corallina: absence of light stimulation when only photosystem one is operative. New Phytol. 73: 1-12.

140. Smith F.A. and Walker N.A. (1976) Chloride transport in Chara corallina and the electrochemical potential difference for hydrogen ions. J Exp. Bot. 27: 451-459.

141. Smith F.A. and Walker N.A. (1980) Effects of ammonia and methylamine on CI" transport and on the pH changes and circulating electric currents associated with

142. HC03" assimilation in Chara corallina. J Exp.Bot. 31: 119-133.

143. Smith F.A. and Walker N.A. (1980) Photosynthesis by aquatic plants: Effects of unstirred layers in relation to assimilation of C02 and HC03" and to carbon isotope discrimination. New Phytol. 86: 245-259.

144. Smith J.R. and Walker N.A. (1983) Membrane conductance of Chara measured in the acid and basic zones. J Membrane Biol. 73: 193-202.

145. Smith F.A. and Walker N.A. (1985) Effects of pH and light on the membrane conductance measured in the acid and basic zones of Chara. J Membrane Biol. 83: 193-205.

146. Smith P.T. and Walker N.A. (1981) Studies on the perfused plasmalemma of Chara corallina: I. current-voltage curves: ATP and potassium dependence. J Membrane Biol. 60: 223-236.

147. Spanswick R.M. (1972) Evidence for an electrogenic pump in Nitella translucens.

148. The effects of pH, K+, Na+, light and temperature on the membrane potential and resistance. Biochim Biophys Acta. 288: 73-89.

149. Spanswick R.M. (1980) Electrogenic proton pumps. Ann Rev Plant Physiol. 32: 267-289.

150. Spear D.G., Barr J.K., and Barr C.E. (1969) Localization of hydrogen ions and chloride fluxes in Nitella. J.Gen.Physiol. 54: 397-414.

151. Steemann-Nielsen E. (1960) Uptake of C02 by the plant. In: Handbuch der Pflanzenphysiologie. Ruhland W. ed. V/l. Springer Verlag: Berlin.

152. Takeshige K., Shimmen T., and Tazawa M. (1986) Quantitative analysis of ATPdependent H+ efflux and pump current driven by an electrogenic pump in Nitel-lopsis obtusa. Plant Cell Physiol. 27: 337-348.

153. Takeuchi Y., Kishimoto U., Ohkawa T., and Kami-ike N. (1985) A kinetic analysis of the electrogenic pump of Chara corallina: II. Dependence of the pump activity on external pH. J Membrane Biol. 86: 17-26 .

154. Toko K., Iiyama S., and Yamafuji K. (1984) Band-type dissipative structure in ion transport systems with cylindrical shape. JPhys. SocJpn. 53 : 4070-4082.

155. Toko K., Chosa H., and Yamafuji K. (1985) Dissipative structure in the Charac-eae\ Spatial pattern of proton flux as a dissipative structure in characean cells. J Teor Biol. 114: 125-175.

156. Toko K., Iiyama S., Tanaka C., Hayashi K., Yamafuji Ke., and Yamafuji K. (1987) Relation of growth process to spatial patterns of electric potential and enzyme activity in bean roots. Biophys. Chem. 27: 39-58.

157. Toko K., Fujiyoshi T., Ogata K., Chosa H„ and Yamafuji K. (1987) Theoiy of electric dissipative structure in characean internode. Biophys. Chem. 27: 149-172.

158. Toko K., Hayashi K., Yoshida T., Fujiyoshi T., and Yamafuji K. (1988) Oscillations of electric spatial patterns emerging from the homogeneous state in characean cells. Eur Biophys J. 1: 11-21.

159. Toko K., Nosaka M., Fujiyoshi T., and Yamafuji K. (1988) Periodic band pattern as a dissipative structure in ion transport systems with cylindrical shape. Bull Math Biol. 50: 255-288.

160. Turing A.M. (1952) The chemical basis of morphogenesis. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B237: 37-72.

161. Vanselow K.H. and Hansen U.P. (1989) Rapid effect of light on the K+ channel in the plasmalemma of Nitella. J Membrane Biol. 110: 175-187.

162. Yredenberg W.J. and Tonk W.J.M. (1973) Photosynthetic energy control of an electrogenic ion pump at the plasmalemma of Nitella translucens. Biochim Bio-physActa. 298: 354-368.

163. Walker N.A. (1962) An effect of light on the plasmalemma of Chara cells. C.S.I.R.O.Aust.Plant Ind.Div.Ann.Rep. 80.

164. Walker N.A. and Smith F.A. (1977) Circulating electric current between acid and alkaline zones associated with HC03" assimilation in Chara. JExp.Bot. 28: 11901206.

165. Walker N.A., Beilby M.J., and Smith F.A. (1979) Amine uniport at the plasmalemma of charophyte cells. I. Current-voltage curves, saturation kinetics, and effects of unstirred layers. J Membrane Biol. 49: 21-55.

166. Walker N.A., Smith F.A., and Cathers I.R. (1980) Bicarbonate assimilation by fresh-water charophytes and higher plants. I. Membrane transport of bicarbonate ions is not proven. J Membrane Biol. 57: 51-58.