Механизм изменения электрического потенциала и динамика концентраций ионов H+ и Ca+ в клетках высших растений при генерации вариабельного потенциала тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.05, кандидат наук Катичева, Любовь Андреевна

• Катичева, Любовь Андреевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Катичева, Любовь Андреевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Электрические сигналы у высших растений

1.1.1. Потенциалы действия у высших растений

1.1.2. Вариабельный потенциал у высших растений

1.2. Ионы Са2+ в растительной клетке

1.2.1. Пути поддержания внутриклеточной концентрации кальция

1.2.2. Кальциевые каналы высших растений

1.2.3. Сигнальная роль изменений концентрации свободного кальция у растений

1.3. Изменения рН в клетках высших растений

1.3.1. Регуляция величины рН у высших растений

1.3.2. Сигнальная роль изменений рН у растений

Глава 2, Материалы и методы

2.1. Объект исследования

2.2. Методы исследования

2.2.1.Регистрация мембранного потенциала и сопротивления клеток проростков

2.2.2. Ингибиторный анализ ВП

2.2.3. Оценка времени нахождения кальциевых каналов в открытом состоянии

2.2.4. Флуоресцентный анализ изменения ионных концентраций

2.3. Статистическая обработка результатов

Глава 3. Ионная природа изменения электрического потенциала клеток при ВП

3.1. Характеристика ВП клеток проростка пшеницы

3.2. Ингибиторный анализ механизма генерации ВП

3.3. Анализ изменения входного сопротивления клеток при генерации электрической реакции

Глава 4. Изменения рН апопласта и клетки при генерации ВП

»

4.1. Оценка возможности применения флуоресцентных зондов для анализа изменения рН в стебле высшего растения

4.2. Анализ изменений рН клеток и апопласта при генерации ВП

Глава 5. Изменения внутриклеточной концентрации ионов Са2+при генерации ВП

5.1. Оценка возможности применения флуоресцентных зондов для анализа изменения внутриклеточной концентрации ионов Са2+ в стебле высшего растения

5.2. Анализ изменений внутриклеточной концентрации ионов Са2+ при генерации

ВП

5.3. Определение времени нахождения кальциевых каналов в открытом состоянии при генерации ВП

Заключение

Выводы

Список литературы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АБК - абсцизовая кислота;

ВП - вариабельный потенциал;

КЦХФГ - карбонилцианид хлорфенил гидразон;

ПД - потенциал действия;

ТЭА - тетраэтиламмоний;

ЭГТА — этиленгликоль тетраацетат

ЭК - этакриновая кислота;

Ет - мембранный потенциал;

Ер - метаболическая компонента мембранного потенциала;

SP - system potential (системный потенциал);

VT - voltage transiets (переходные изменения потенциала);

ДУ - амплитуда изменений трансмембранной разности потенциалов (при пропускании тока);

AU - впеклеточно регистрируемая разность потенциалов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Механизм изменения электрического потенциала и динамика концентраций ионов H+ и Ca+ в клетках высших растений при генерации вариабельного потенциала»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Способность растительных организмов адаптироваться к изменениям условий окружающей среды в первую очередь базируется на комплексной работе разных систем регуляции, включая электрофизиологическую систему. Функциональными элементами данной системы являются распространяющиеся из зоны воздействия электрические сигналы - потенциалы возбуждения, представленные двумя типами реакций - потенциалом действия (ПД) и вариабельным потенциалом (ВП). В настоящее время показано, что как ПД, так и ВП, способны вызывать ряд функциональных ответов, включая изменение активности фотосинтеза, изменения уровня газообмена, дыхания, индукцию экспрессии генов (pinll) и др. (Dziubinska et ab, 2003; Fromm, Lautner, 2007; Krol et al., 2010). Стоит отметить, что в большинстве случаев ПД и ВП вызывают однонаправленные физиологические изменения в клетках, расположенных вне зоны раздражения (Fromm, Lautner, 2007). Однако, согласно существующим представлениям, имеются различия в механизмах распространения потенциалов возбуждения по растению и в ионной природе развивающейся электрической реакции на уровне отдельной клетки.

Так, в отличие от ПД, распространяющегося электротонически, ВП не является самораспространяющейся электрической реакцией, а представляет собой локальный электрический ответ клеток на распространение из области повреждения гидравлической волны или химического фактора (Rhodes et al., 1999; Stahlberg et al., 2006; Vodeneev et al., 2012).

На сегодняшний день сформированы представления об ионной природе ПД у высших растений - генерация электрической реакции связана с возникновением пассивных потоков ионов Са2+, СГ, К+ и временной инактивацией протонного насоса (Lautner et al., 2005; Trebacz et al., 2006; Воденеев и др., 2006).

Ионная природа изменений мембранного потенциала при ВП остаётся не до конца изученной. Несмотря на тот факт, что в отдельных работах

5

продемонстрирована возможность формирования пассивных потоков ионов, в частности Са2+ и СГ во время развития ВП (Zimmermann, Felle, 2009; Воденеев и др., 2011), основной гипотезой о механизме генерации электрической реакции на сегодняшний день остаётся временная инактивация протонного насоса плазматических мембран (Julien et al., 1991; Stahlberg et al., 2006; Zimmerman, Mithofer, 2013). Аргументами в пользу данной гипотезы служат зарегистрированные неизменность сопротивления и проницаемости мембраны при развитии ВП, что говорит об отсутствии активации ионных каналов и формирования пассивных потоков ионов через них. Кроме того, в работах (Stahlberg et al., 1996, Rousset et al., 2002) показано, что внесение в среду блокаторов кальциевых, хлорных и калиевых каналов не влияет на форму ВП. Об участии протонного насоса может также свидетельствовать подавление развития ВП при действии ингибиторов метаболизма, и зарегистрированные изменения рН апопласта (Julien et al., 1991; Stahlberg, Cosgrove, 1992; 1996; Воденеев и др., 2011).

Стоит отметить, что вопрос о механизме генерации потенциалов возбуждения, и ВП в частности, тесно связан с вопросом об их физиологическом смысле для высшего растения, поскольку развитие деполяризации мембраны и сдвиги ионных концентраций, лежащих в её основе, вероятно, обуславливают процесс преобразования распространяющегося сигнала в функциональный ответ клеток. При этом, в роли основных интермедиатов данного преобразования могут выступать ионы Са2+ и Н , как ключевые регуляторы целого ряда физиологических процессов: фотосинтеза, дыхания, экспрессии генов, роста и др. (Dziubinska et al. 2003; Sukhov et al., 2012; Булычев и др., 2013). Стоит, однако, отметить, что в настоящее время прямые сведения о динамике внутриклеточных концентраций Н+

■у I

и Са при генерации ВП отсутствуют.

Таким образом, раскрытие природы вариабельного потенциала позволит не только расширить знания о механизме генерации электрической реакции данного типа, но и будет способствовать изучению процессов развития индуцируемого им функционального ответа клеток.

Цель и основные задачи исследования

Целью работы явилось изучение изменений электрического потенциала клеток высшего растения и оценка динамики внутриклеточного рН и рСа при генерации ВП.

В связи с поставленной целью выполнялись следующие задачи:

- ингибиторпый анализ изменений электрического потенциала клеток при

ВП;

- оценка изменений сопротивления мембраны при генерации ВП;

- определение динамики ионов Н+ внутри клетки и апопласте при генерации

ВП;

- определение динамики внутриклеточной концентрации ионов Са2+ в процессе генерации ВП.

Научная новизна

Показано, что генерация ВП сопровождается падением входного сопротивления клетки. Внесение в омывающий раствор блокаторов СГ - и К+ -каналов подавляет развитие ВП и препятствует сопряженному с ним падению сопротивления клетки. Формирование пассивных потоков ионов, в частности хлора - на фазе деполяризации и калия — на фазе реполяризации, вносит вклад в развитие ВП.

Выявлено, что при генерации ВП происходит переходное закисление цитозоля. Впервые выполнена количественная оценка изменений внутриклеточного рН у проростка тыквы при генерации электрической реакции.

Генерация ВП сопровождается длительным возрастанием внутриклеточной концентрации ионов Са2+. Продолжительное повышение концентрации ионов Са2+ в клетке связано с нахождением кальциевых каналов в открытом состоянии.

Научно-практическое значение

На результатах работы базируется предложенная схема формирования и

возможного пути действия на клетки вариабельного потенциала, которая может

7

служить основой для понимания механизмов преобразования сигналов о воздействии в функциональные изменения.

Адаптированная для клеток стебля целого растения методика загрузки флуоресцентных АМ-содержащих зондов может быть использована для определения изменений внутриклеточной концентрации ионов, в частности Са2+ и Н+, у интактных растений.

Основные выводы и результаты будут использованы в учебном процессе, при разработке соответствующих спецкурсов для студентов биологических факультетов ВУЗов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В развитие изменений электрического потенциала клеток при ВП вносят вклад пассивные потоки ионов, на что указывает подавление реакции в присутствии соответствующих блокаторов ионных каналов и падение сопротивления клетки при ВП. При этом, развитие фазы деполяризации связано с активацией хлорных каналов, а реполяризации - с активацией калиевых каналов.

2. Во время генерации ВП у проростков тыквы происходит переходное закисление цитозоля на 0,3±0,1 ед.рН и защелачивание апопласта на 0,3±0,1 ед.рН. Динамика изменений рН как внутри, так и снаружи клеток соответствует динамике электрического потенциала.

3. Во время генерации ВП у проростков тыквы происходит длительное увеличение внутриклеточной концентрации ионов Са2+. Амплитуда изменений концентрации внутриклеточного кальция составила 300

*у I

±50 нМ. Продолжительное увеличение [Са ]in связано с длительным нахождением кальциевых каналов в открытом состоянии.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Электрические сигналы у высших растений

Ключевой характеристикой жизнеспособности любой клетки является устойчивость ее как системы и возможность переходить из одного стационарного состояния в другое в случае необходимости. Смена стационарных состояний в клетке осуществляется за счет быстрого перераспределения кинетических и диффузионных характеристик, активации цепей реакций и переноса веществ между клеткой и внешней средой. При этом важным параметром, определяющим в первую очередь направление и активность трансмембранного транспорта, является разность потенциалов на плазматической мембране или потенциал покоя. Электрические реакции на мембране, представляющие собой быстрые изменения потенциала покоя, вызванные теми или иными воздействиями, таким образом, служат одним из механизмов обеспечивающих развитие адаптации клетки к новым условиям среды.

На внешние воздействия высшие растения способны отвечать генерацией двух типов электрических реакций: потенциалом действия (ПД), который возникает при неповреждающем раздражении, и вариабельным потенциалом (ВП), генерация которого возникает при повреждении (Опритов и др., 1991; Fromm, Lautner, 2007). При этом в ряде работ продемонстрирована непосредственная роль ПД в качестве сигнала, индуцирующего формирование адаптивного ответа, в частности, показано, что ПД вызывают широкий круг функциональных изменений и повышение несиецифической устойчивости растения (Ретивин и др., 1997; Krol et al., 2010).

1.1.1. Потенциалы действия у высших растений

Распространение вызванного неповреждающим раздражителем ПД у

высших растений, как и у животных, осуществляется по принципу местных токов.

ПД возникает только в том случае, если сила действия раздражителя достигает

определенной пороговой величины (Опритов и др., 1991; Krol et al., 2010).

9

Появление ПД может наблюдаться и в случае нескольких подпороговых воздействий раздражителей. Как правило, в растительных клетках величина порога возбуждения варьирует от 10 до 60 мВ (Опритов и др., 1991; Медведев, 1998).

По форме ПД у высших растений сходен с нервным импульсом животных (Медведев, 1998), однако, растительному ПД свойственна большая длительность и меньшая скорость распространения. Кроме того, важным отличием ПД растительной клетки от ПД животной клетки является ионная природа такой электрической реакции (Опритов и др, 1991).

В настоящее время, благодаря многочисленным работам, проведенным на локомоторных растениях и клетках харовых водорослей, картина генерации ПД на клетке практически сформирована. Деполяризация мембраны при ПД у растений начинается с активации потенциалзависимых Са2+-каналов. Рост внутриклеточной концентрации Са2+ приводит к активации СГ-каналов. Помимо этого, согласно современным представлениям, входящий ток ионов кальция приводит к временной инактивации протонного насоса плазматических мембран (Fisahn et al., 2004; Воденеев и др., 2006). Выходящий из клетки поток ионов хлора и входящий ток протонов формируют передний фронт ПД. При этом собственный вклад возрастания концентрации кальция в формирование фазы деполяризации ПД в клетках растений может быть пренебрежимо мал. Фаза реполяризации обусловлена выходящим из клеток потоком ионов калия через потенциалзависимые К+-каналы (Lewis et al., 1997; Trebacz et al., 2006; Felle, Zimmermann, 2007). Кроме того, фаза реполяризации ПД характеризуется реактивацией электрогенного протонного насоса. Фактором реактивации насоса может выступать удаление избытка Са2+ из цитоплазмы. Стоит отметить, что о комплексной ионной природе развития изменений мембранного потенциала при ПД можно судить, в частности, и по сложной форме фазы реполяризации импульса. Так, считается, что быстрое «спадание» мембранного потенциала вначале фазы реполяризации связано с потоком ионов калия, а более медленные изменения базируются на восстановлении активности протонного насоса (Пятыгин и др., 2005; Воденеев и др., 2006).

В настоящее время не возникает сомнений, что ПД у растений выполняет сигнальную функцию. Роль ПД как сигнала, по видимости, состоит в передаче информации о внешнем воздействии от одной части растения к другой, что особенно очевидно в случае растений с быстрыми локомоторными функциями. У них распространяющийся ПД несет известие о внешнем раздражителе, запускающий цепь процессов, приводящих к механической реакции. Чаще всего эта механическая реакция бывает связана с выходом К+ из локомоторных клеток и изменением их осмотических свойств (Sibaoka, 1991). ПД могут выполнять сигнальную роль и в репродуктивных органах высших растений. Показано, что при попадании пыльцы на пестик цветка в столбике пестика возникают биоэлектрические импульсы, распространяющиеся к завязи и стимулирующие в ней усиление обменных процессов до того, как ее достигнет пыльцевая трубка. Таким образом, происходит подготовка завязи к оплодотворению. В ряде экспериментальных работ показано изменение фотосинтеза в листьях под влиянием ПД, вызываемого тем или иным раздражителем (Lautner et al., 2005; Pavlovic, Mancuso, 2011). Также были выявлены изменения в активности процессов дыхания и газообмена (Fromm et al., 1995; Fromm, Fei, 1998). В работе Stankovic, Davies были зарегистрированы изменения в уровне экспрессии генов pin2 при генерации ПД, индуцированного электрической стимуляцией (Stankovic, Davies, 1996) и др. Стоит отметить, что функциональные изменения органа растения, возникающие под влиянием ПД, можно рассматривать как неспецифическую саморегуляторную реакцию - быстром переведении органа в состояние повышенной физиологической активности (Опритов, 1998). Такое изменение физиологической активности, рассматриваемое как кратковременное повышение устойчивости ткани под влиянием ПД можно понимать как некую подготовительную реакцию, целью которой может быть облегчение процесса развития более глубоких адаптационных изменений. Процесс развития таких индуцированных изменений в растительных клетках рассматривают в качестве предадаптации (Опритов, 1998). Таким образом, потенциалы действия у высших растений представляют собой типичный электрический сигнал, распространение которого приводит к развитию целого ряда функциональных изменений,

11

направленных, по всей видимости, в первую очередь на временное повышение устойчивости растения.

1.1.2. Вариабельный потенциал у высших растений

1.1.2.1. Феноменология вариабельного потенциала у высших растений

В настоящее время широко распространено мнение, что близкую к

потенциалу действия функцию способен выполнять и другой тип электрических

сигналов, характерный исключительно для растений, - ВП. Так, в ряде работ

показано, что генерация ВП вызывает изменения в уровне экспрессии генов,

активности фотосинтеза, газообмена и др. (Stankovic, Davies, 1996; Fromm, Lautner,

2007; Sukhov et al., 2012). Основным отличием ВП от ПД считают градуальный

характер зависимости амплитуды электрической реакции данного типа от силы

наносимого раздражения. В аналитической работе 1985 года Roblin (Roblin, 1985)

продемонстрировал линейную зависимость амплитуды ВП от площади,

подверженной повреждающему раздражению в виде ожога. К характерным чертам

ВП кроме того стоит отнести и значительную вариабельность формы реакции, а

также способность к генерации в период абсолютной рефрактерности (Stahlberg,

Cosgrove, 1997; Stahlberg et al., 2006). ВП был зарегистрирован как у

локомоторных, так и у многих нелокомоторных растений как переходная

деполяризация мембран в ответ на нанесение повреждающего раздражения, в

качестве которого были использованы разрывы или разминания листа, термические

ожоги и др. (Stankovic et al., 1997; Dziubinska et al., 2003; Stahlberg et al., 2006;

Zimmermann, Felle, 2009). На рис. 1 представлены типичные записи ВП,

индуцированных у разных растений. Электрическая активность в представленных

на рисунке случаях была определена на расстоянии от места раздражения, что

свидетельствует о распространении ВП из области локального повреждения. При

этом по мере удаления от зоны повреждения происходит уменьшение амплитуды

реакции и скорости ее распространения. Например, снижение амплитуды ВП на

2,5% см-1 было зарегистрировано у подсолнечника в работе Stahlberg'a и коллег в

2005 году (Stahlberg et al., 2005). Подобные изменения параметров ВП, по мере

распространения, в совокупности с относительно медленной скоростью (0,1-1 см

12

в секунду) указывают на неэлектротоническое распространение сигнала данного типа. Согласно современным представлениям, в случае ВП индукция локальных изменений мембранного потенциала осуществляется распространяющимся агентом, которым может являться или гидравлическая волна или химический сигнал. Так, Malone (Malone, 1992; 1993) в целом ряде работ продемонстрировал изменения толщины одного листа мимозы, пшеницы и томата при нанесении повреждения на другой лист, что говорит о возможной генерации волны повышенного давления. При этом еще в 1916 году Ricca выявил наличие некоего химического фактора, движение которого по ксилеме к близлежащему листу вызывало резкое его опускание (Ricca, 1916).В ряде работ также показано, что скорость распространения химического вещества из зоны повреждения может быть сопоставима со скоростью распространения ВП (Rhodes et al., 1999; Vodeneev et al., 2012).

Рис.1. Типичные примеры генерации ВП у высших растений А - стебель подсолнуха, отрезание корней (Stahlberg et al., 2005). Б - гинокотиль томата, ожог листа (Rousset et al., 2002). В - гипокотиль тыквы, ожог листа (Воденеев и др, 2011). Стрелкой указан момент нанесения раздражения.

Изменения электрического потенциала на мембране при ВП обладают достаточно сложной кинетикой, что в значительной мере усложняет процесс анализа параметров электрического сигнала. Среди черт, встречающихся у большинства ВП, можно выделить двухфазный характер реакции - быструю деполяризацию с последующей медленной (до 20 мин) реполяризацией (Stahlberg et al., 2006). Стадия реполяризации может быть осложнена серией ПД-образных спайков - "putative APs" - что часто встречается у локомоторных растений (Опритов и др., 1991), но также было зарегистрировано и у томата, подсолнуха, тыквы (Pickard, 1973; Stahlberg, Cosgrove, 1997; Stankovic et al., 1998). При этом наличие таких импульсов в составе реполяризации можно рассматривать в качестве примера разнообразия форм вариабельного потенциала у разных растений (Rousset et al., 2002). В работе 1998 года Stankovic продемонстрировал индукцию ВП, осложненного ПД-образными спайками у гипокотиля огурца путем воздействия на него положительным давлением. При этом идентичный раздражитель вызывал у эпикотиля гороха индукцию ВП, стадия реполяризации которого не содержала импульсов (Stankovic et al., 1998).

1.1.2.2. Ионная природа генерации вариабельного потенциала у высших растений

Принято считать, что процесс преобразования электрической реакции клеток в функциональный ответ связан с участием в ее развитии тех или иных ионов. Однако, несмотря на растущий интерес к вопросу об ионной природе ВП, механизм его генерации остается не до конца изученным. Основной гипотезой на сегодняшний день остается временная инактивация протонного насоса, что, вероятно, ведет к накоплению протонов с внешней стороны мембраны и защелачиванию внеклеточной среды, что в свою очередь и вызывает медленную волну деполяризации (slow wave - медленная волна - второе название ВП в зарубежной литературе). Так, классическим методом определения вклада протонного насоса в генерацию ВП служит ингибиторный анализ электрической реакции - оценка изменений параметров деполяризации при внесении в среду ингибиторов метаболизма CN" или NaN3 (Julien, Frachisse, 1992; Воденеев и др.,

2011). Добавление в омывающий проросток череды волосистой раствора цианида и нанесение повреждающего раздражения в виде ожога гипокотиля приводило к подавлению амплитуды электрической реакции по сравнению с контрольным ВП (Julien, Frachisse, 1992). Аналогичный результат был зарегистрирован в работе Воденеева и др. (2011), где в качестве инактиватора протонного насоса был использован NaN3. Как было показано, внесение 0.5 мМ NaN3 в ячейку с омывающим проросток тыквы раствором ведет к значительному подавлению амплитуды электрической реакции на ожог семядольного листа. При этом стоит отметить, что авторы указывают на непрямой характер воздействия используемых ингибиторов на работу непосредственно Н+-АТФазы. Так, CN~ оказывает влияние на дыхательную цепь, a NaN3 лимитирует внутриклеточный пул АТФ (Julien, Frachisse, 1992; Воденеев и др., 2011). Другим способом, применяемым исследователями для оценки участия протонного насоса в генерации ВП, является обработка участка проростка раствором протонофора КЦХФГ. В работе Julien и коллег (Julien et al., 1991) было показано, что при определенной концентрации протонофора (10 или 5-10 моль/м ) в растворе, ожог гипокотиля череды не вызывал ВП вообще или приводил к генерации незначительных электрических реакций. Ввиду того, что помимо нарушения протонной проницаемости на мембране КЦХФГ может снижать содержание АТФ в клетке, полученный результат авторы связывают с вовлечением протонного насоса в процесс генерации ВП (Julien et al., 1991). Дополнительным подтверждением участия

H -АТФазы

можно считать влияние на форму ВП направленных изменений величины рН. Так, значительное увеличение электрохимического протонного градиента, за счет изменения рН апопласта проростка череды до 4 ед. соответственно приводило к увеличению трансмембранного потока протонов, при этом индуцированный ожогом гипокотиля ВП отличался от контроля пониженной амплитудой (Julien et al., 1991).

Вопрос о вкладе в развитие электрической реакции растительных клеток на повреждающий стимул других ионов на протяжении многих лет остается весьма спорным. В первую очередь, обращающая на себя внимание многих

исследователей, сложная форма электрического ответа, включающая помимо медленной волны быстрые изменения мембранного потенциала (Roblin, 1985; Rousset et al., 2002), указывала на возможное участие в генерации ВП и пассивных потоков ионов. Так, в работе Rousset и коллег (Rousset et al., 2002) детально проанализированы ПД-образные спайки в составе электрической реакции на гипокотиле томата и участие в их формировании таких ионов как Са2+, К+, Na+, СГ. В частности, было показано, что индукция ВП в отсутствии в омывающем проросток растворе ионов К+ и Na+ не приводит к каким-либо изменениям в форме или числе спайков. В то же время количество спайков уменьшалось вдвое при индукции ВП в бескальциевой среде. Кроме того, стоит отметить полное подавление генерации спайков при замене ионов хлора в омывающем растворе на сульфат ионы, при этом внесение в среду блокаторов анионных каналов (DIDS, нифлумовая кислота) не приводило к изменениям в числе спайков в составе ВП. Внесение же в среду кофеина в концентрации 1 мМ, действие которого направлено на активацию циклической АДФ-рибозы и соответствующего кальций-зависимого выхода ионов кальция из ЭПР или вакуоли, приводило к значительному увеличению количества импульсов в составе реакции.

Стоит отметить, что гипотезы о возможном участии ионов кальция в процессе генерации ВП были высказаны в работах других авторов. Так, в работе (Julien et al., 1991) авторы указывали на участие кальция в генерации электрической реакции, рассматривая изменения ее амплитуды в присутствии блокатора кальциевых каналов лантана и хелатора ионов кальция ЭГТА. Не исключали возможного участия ионов кальция и Stahlberg и Cosgrove (Stahlberg, Cosgrove, 1992), когда в обсуждении полученных результатов говорили о возможной роли ионов кальция в инактивации протонного насоса. В дальнейшем, в работе 2009 года Zimmerman и Felle (Zimmermann, Felle, 2009) обнаружили снижение рСа апопласта при генерации электрической реакции, однако сами авторы отмечали, что вопрос о причинно-следственных связях в развитии электрической реакции остается открытым. Так, они подчеркнули, что снижение кальция во внеклеточном пространстве по времени предшествует изменению

содержания в нем хлора, но не непосредственно деполяризации. Таким образом, динамика ионов кальция при ВП, как и вызываемые кальцием каскады реакций, влекущих за собой изменения потенциала на мембране, требуют дальнейшего детального изучения.

Базируясь на результатах, полученных для другого типа электрических реакций у растений - ПД, можно предположить, что увеличение внутриклеточного содержания ионов кальция может привести как к инактивации протонного насоса плазматических мембран, так и к открытию анионных каналов и выходу анионов из клетки (Опритов и др., 1991; Воденеев и др., 2006). Оба из вышеуказанных процессов влекут за собой изменения мембранного потенциала и, соответственно, могут вносить вклад в развитие ВП. Однако если о вкладе в процесс генерации ВП протонного насоса говорили многие исследователи, участие анионов в электрической реакции данного типа остается спорным.

В работе (Zimmermann, Felle, 2009) было зарегистрировано значительное увеличение внеклеточного рС1 у проростка ячменя (изменения концентрации ионов хлора на порядок: от 0.81мМ до 12.5мМ ) при генерации электрического ответа на ожог. В то же время авторы не отводят хлору роли основного деполяризующего агента, указывая, скорее, на его участие в изменении баланса ионов по обе стороны мембраны при ВП, и соответствующее влияние на pH апопласта. В работе (Воденеев и др., 2011) впервые было высказано предположение о непосредственном вкладе ионов хлора в формирование фазы деполяризации ВП. Об участии ионов хлора в процессе развития электрической реакции проростка тыквы на ожог авторы судили по изменению величины рС1 раствора, омывающего участок проростка со срезанным эпидермисом, при генерации ВП, а также по снижению амплитуды электрической реакции при внесении в среду блокатора анионных каналов.

Так или иначе, участие пассивных потоков ионов серьезно оспаривается в ряде работ Stahlberg'a. В качестве критерия возникновения потоков ионов при генерации ВП, исследователь использовал входное сопротивление клеток растения, измеряемое внутриклеточно с помощью стеклянного микроэлектрода, путем

регистрации ответов напряжения на мембране при проведении через нее прямоугольных импульсов электрического тока частотой 1 Гц и амплитудой 2-4 нА. В работе (Stahlberg, Cosgrove, 1992) при генерации ВП у проростка боба не было обнаружено сдвигов в величине входного сопротивления, что может говорить об отсутствии пассивных потоков ионов через мембрану при генерации ВП. Однако в обзоре (Stahlberg et al., 2006) отмечается, что изменения сопротивления клеток при ВП могут иметь место у других видов растений, что также будет означать и возможное вовлечение в развитие их электрических ответов на повреждение тургор-активирумых и стретч-активируемых ионных каналов (Stahlberg et al., 2006).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Катичева, Любовь Андреевна, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авдонин П. В., Ткачук В. А. (1994) Рецепторы и внутриклеточный кальций. М.:Наука, 288 с.

2. Булычев А. А., Алова А. В., Рубин А. Б. (2013) Изменения флуоресценции хлоропластов в клетках Chara corallina, связанные с передачей фотоиндуцированного сигнала с потоком цитоплазмы. Физиология растений, 60, 38-46.

3. Булычев А. А., Черкашин А. А., Рубин А. Б., Мюллер С. К. (2002) Распределение кислых и щелочных зон на поверхности клеток Chara corallina при стационарном и локальном освещении. Физиология растений, 49, 805-813.

4. Воденесв В. А., Акинчиц Е. К., Орлова Л. А., Сухов В. С. (2011) Анализ роли ионов и СГ в генерации вариабельного потенциала у растений тыквы. Физиология растений, 58, 826-833.

5. Воденеев В. А., Акинчиц Е. К., Орлова Л. А., Сухов В. С., Балалаева И.

В. (2010) Регистрация изменений внеклеточного pH методом конфокальной микроскопии при генерации потенциалов возбуждения у высшего растения. Цитология, 52, 549-554.

6. Воденеев В. А., Опритов В. А., Пятыгин С. С. (2006) Обратимое изменение внеклеточного pH при генерации потенциала действия у высшего растения Cucurbita pepo. Физиология растений, 53, 538-545.

7. Волотовский И. Д. (2011) Роль ионов кальция в процессах фотосигнализации в растительной клетке. Биофизика, 56, 800-813.

8. Воробьев Л. Н. (1988) Регулирование ионного транспорта: теоретические и практические аспекты минерального питания растений. М.:ВИНИТИ, 161с.

9. Левицкий Д. О., Болдырев А. А. (1990) Биохимия мембран. Кн. 7: Кальций и биологические мембраны. Высш. шк, 130 с.

10. Медведев С. С. (1998) Электрофизиология растений. СПб.: Изд-во СпбГУ, 184 с.

И. Медведев С. С. (2005) Кальциевая сигнальная система. Физиология растений, 52, 282-305.

12. Медведев С. С. (2013) Физиология растений. СПб.:БХВ-Петербург, 512 с.

13. Опритов В. А. (1998) Функциональные аспекты биоэлектрогенеза у высших растений. 59-е Тимирязевское чтение. Н.Новгород: Изд-во ННГУ, 46 с.

14. Опритов В. А. (2000) Н-АТФаза плазматической мембраны - основная электрогенная система высших растений. Соросовский образоват. журн., 6, 28-32.

15. Опритов В. А., Пятыгин С. С., Ретивин В. Г. (1991) Биоэлектрогенез у высших растений. М.:Наука, 213 с.

16. Орлова JI. А., Акинчиц Е. К., Сергеева Е. А., Неруш В. И., Воденеев В. А.

(2011) Оценка возможности применения флуоресцентных зондов для анализа изменений концентрации внутриклеточного кальция при генерации потенциалов возбуждения у высших растений. Вестник ННГУ, 2, 208-214.

17. Полевой Т. С., Саламатова Е. А. (1980) Ионный транспорт. М.:ВИНИТИ, 46 с.

18. Пятыгин С. С., Воденеев В. А., Опритов В. А. (2005) Сопряжение генерации потенциала действия в клетках растений с метаболизмом: современное понимание проблемы. Успехи соврем, биол., 125, 534-542.

19. Ретивин В. Г., Опритов В. А., Федулина С. Б. (1997) Предадаптация тканей стебля Cucurbita реро к повреждающему действию низких температур, индуцированная потенциалом действия. Физиология растений, 44, 499-510.

20. Тарчевский И. А. (2002) Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука, 294 с.

21. Allen G. J., Kuchitsu K., Chu S. P., Murata Y., Schroeder J. I. (1999) Arabidopsis abil-1 and abi2-l phosphatase mutations reduce abscisic acid-induced cytoplasmic calcium rises in guard cells. Plant Cell, 11, 1785-1798.

22. Allen G. J., Sanders D. (1994) Osmotic stress enhances the competence of Beta vulgaris vacuoles to respond to inositol 1,4,5-trisphosphate. The Plant Journal, 6, 687695.

23. Axelsen K. B., Palmgren M. G. (1998) Evolution of substrate specificities in the P-type ATPase superfamily. J. Mol. Evol., 46, 84-101.

24. Bibikova T. N., Jacob T., Dahse I., Gilroy S. (1998) Localized changes in apoplastic and cytoplasmic pH are associated with root hair development in Arabidopsis thaliana. Development, 125, 2925-2934.

25. Blancaflor E. B., Gilroy S. (2000) Plant cell biology in the new millennium: new tools and new insights. Am. J. Bot., 87, 1547-1560.

26. Blatt M. R. (2000) Cellular signaling and volume control in stomatal movements in plants. Ann. Rev. Cell Dev. Biol., 16, 221-241.

27. Boens N., Qin W., Basaric N., Orte A., Talavera E. M., Alvarez-Pez J. M.

(2006) Photophysics of the fluorescent pH indicator BCECF. J. Phys. Chem. A., 110, 9334-9343.

28. Brand J. J., Becker D. W. (1984) Evidence for direct roles of calcium in photosynthesis. J. Bioenerg. Biomembr., 16, 239-249.

29. Buchanan B. B. (1980) Role of light in the regulation of chloroplast enzymes. Ann. Rev. Plant Physiol., 31, 341-374.

30. Bukrinsky J. T., Buch-Pedersen M. J., Larsen S., Palmgren M. G. (2001) A putative proton binding site of plasma membrane H+-ATPase identified through homology modelling. FEBSLett., 494, 6-10.

31. Bush D. S. (1995) Calcium regulation in plant cells and its role in signaling. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 46, 95-122.

32. Cleland R. E. (1976) Kinetics of hormone-induced H+ excretion. Plant Physiol., 58,210-213.

33. Dani A., Huang B. (2010) New resolving power for light microscopy: applications to neurobiology. Curr. Opin. Neurobiol., 20, 648-652.

34. Davies D. D. (1986) The fine control of cytosolic pH. Physiologia Plantarum, 67, 702-706.

35. Demidchik V., Shabala S. N., Coutts K. B., Tester M. A., Davies J. M. (2003) Free oxygen radicals regulate plasma membrane Ca2+- and K+-permeable channels in plant root cells. J. Cell Sci., 116, 81-88.

36. De Nisi P., Dell'Orto M., Pirovano L., Zocchi G. (1999) Calcium-dependent phosphorylation regulates the plasma-membrane H+-ATPase activity of maize (Zea mays L.) roots. Planta, 209, 187-194.

37. Duby G., Boutry M. (2009) The plant plasma membrane proton pump ATPase: a highly regulated P-type ATPase with multiple physiological roles. Pflugers Arch., 457, 645-655.

38. Dziubinska H., Filek M., Koscielniak J., Trebacz K. (2003) Variation and action potentials evoked by thermal stimuli accompany enhancement of ethylene emission in distant non-stimulated leaves of Vicia faba minor seedlings. J. Plant Physiol., 160, 1203-1210.

39. Evans N. H., McAinsh M. R., Hetherington A. M. (2001) Calcium oscillations in higher plants. Curr Opin Plant Biol, 4, 415-420.

40. Feijo J. A., Sainhas J., Hackett G. R., Kunkel J. G., Hepler P. K. (1999) Growing pollen tubes possess a constitutive alkaline band in the clear zone and a growth-dependent acidic tip. J Cell Biol, 144, 483-496.

41. Felle H. (1988) Auxin causes oscillations of cytosolic free calcium and pH in Zea mays coleoptiles. Planta, 174, 495-499.

42. Felle H., Berti A. (1986) Light-induced cytoplasmic pH changes and their interrelation to the activity of the electrogenic proton pump in Riccia fluitans. Biochim. Biophys. Acta, 848, 176-182.

43. Felle H. H. (1996) Control of cytoplasmic pH under anoxic conditions and its implication for plasma membrane proton transport in Medicago sativa root hairs. J. Exp. Bot., 47, 967-973.

44. Felle H. H. (2001) pH: Signal and Messenger in Plant Cells. Plant Biology, 3, 577-591.

45. Felle H. H., Hanstein S. (2002) The apoplastic pH of the substomatal cavity of Vicia faba leaves and its regulation responding to different stress factors. J. Exp. Bot., 53, 73-82.

46. Felle H. H., Herrmann A., Huckelhoven R., Kogel K. H. (2005) Root-to-shoot signalling: apoplastic alkalinization, a general stress response and defence factor in barley (Hordeum vulgare). Protoplasma, 227, 17-24.

47. Felle H. H., Zimmermann M. R. (2007) Systemic signalling in barley through action potentials. Planta, 226, 203-214.

48. Ferrol N., Bennett A. B. (1996) A single gene may encode differentially localized Ca2+-ATPases in tomato. Plant Cell, 8, 1159-1169.

49. Fields D. R., Shneidcr N., Mentis G. Z., O'Donovan M. J. (2009) Imaging nervous system activity. Curr. Protoc. Neurosci., Chapter 2, Unit 2.3.

50. Fisahn J., Herde O., Willmitzer L., Pena-Cortes H. (2004) Analysis of the transient increase in cytosolic Ca2+ during the action potential of higher plants with high temporal resolution: requirement of Ca transients for induction of jasmonic acid biosynthesis and PINII gene expression. Plant Cell Physiol., 45, 456-459.

51. Fox G. G., McCallan N. R., Ratcliffe R. G. (1995) Manipulating cytoplasmic pH under anoxia: A critical test of the role of pH in the switch from aerobic to anaerobic metabolism. Planta, 195, 324-330.

52. Fromm J., Fei H. (1998) Electrical signaling and gas exchange in maize plants of drying soil. Plant Science, 132, 203-213.

53. Fromm J., Hajirezaei M., Wilke I. (1995) The biochemical response of electrical signaling in the reproductive system of hibiscus plants. Plant Physiol., 109, 375-384.

54. Fromm J., Lautner S. (2007) Electrical signals and their physiological significance in plants. Plant Cell Environ., 30, 249-257.

55. Fromm J., Spanswick R. (1993) Characteristics of action potentials in willow (Salix viminalis L.). J. Exp. Bot., 44, 1119-1125.

56. Fuglsang A. T., Paez-Valencia J., Gaxiola R. A. (2011) Plant proton pumps: pegulatory circuits involving H+-ATPase and H+-PPase. In: Transporters and Pumps in Plant Signaling. M. Geisler and K. Venema (ed.) Springer Berlin Heidelberg, pp 39-64.

57. Gao D., Knight M. R., Trcwavas A. J., Sattelmacher B., Plieth C. (2004) Self-reporting Arabidopsis expressing pH and Ca2+ indicators unveil ion dynamics in the cytoplasm and in the apoplast under abiotic stress. Plant Physiol., 134, 898-908.

58. Gollan T., Schurr U., Schulze E. D. (1992) Stomatal response to drying soil in relation to changes in the xylem sap composition of Helianthus annuus. I. The concentration of cations, anions, amino acids in, and pH of, the xylem sap. Plant Cell Environ., 15, 551-559.

59. Gradmann D. (1976) "Metabolic" action potentials in Acetabularia. J. Membr. Biol., 29, 23-45.

60. Grams T. E. E., Lautner S., Felle H. H., Matyssek R., Fromm J. (2009) Heat-induced electrical signals affect cytoplasmic and apoplastic pH as well as photosynthesis during propagation through the maize leaf. Plant Cell Environ., 32, 319-326.

61. Guern J., Felle H. H., Methieu Y., Kurkdjian A. (1991) Regulation of intracellular pH in plant cell. Int. Rev. Cytol., 111, 111-173.

62. Guo Y., Halfter U., Ishitani M., Zhu J. K. (2001) Molecular characterization of functional domains in the protein kinase SOS2 that is required for plant salt tolerance. Plant Cell, 13, 1383-1400.

63. Haley A., Russell A. J., Wood N., Allan A. C., Knight M., Campbell A. K., Trewavas A. J. (1995) Effects of mechanical signaling on plant cell cytosolic calcium. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 92,4124-4128.

64. Hamilton D. W., Hills A., Kohler B., Blatt M. R. (2000) Ca2+ channels at the plasma membrane of stomatal guard cells are activated by hyperpolarization and abscisic acid. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 4967-4972.

65. Hansen U.-P., Moldaenke C., Tabrizi H., Ramm D. (1993) The effect of transthylakoid proton uptake on cytosolic pH and the imbalance of ATP and NAPDH/H+ production as measured by C02- and light-induced depolarisation of the plasmalemma. Plant Cell Physiol., 34, 681 -695.

66. Harper J. F., Hong B., Hwang I., Guo H. Q., Stoddard R., Huang J. F., Palmgren M. G., Sze H. (1998) A novel calmodulin-regulated Ca2+-ATPase (ACA2) from Arabidopsis with an N-terminal autoinhibitory domain. J. Biol. Chem., 273, 10991106.

67. Hedrich R., Neimanis S., Savchenko G., Felle H. II., Kaiser W. M., Heber U.

(2001) Changes in apoplastic pH and membrane potential in leaves in relation to stomatal responses to C02, malate, abscisic acid or interruption of water supply. Planta, 213, 594601.

68. Hepler P. K. (2005) Calcium: a central regulator of plant growth and development. Plant Cell, 17, 2142-2155.

69. Jammes F., Hu H. C., Villiers F., Bouten R., Kwak J. M. (2011) Calcium-permeable channels in plant cells. FEBS J., 278, 4262-4276.

70. Jarrett H. W., Brown C. J., Black C. C., Cormier M. J. (1982) Evidence that calmodulin is in the chloroplast of peas and serves a regulatory role in photosynthesis. J. Biol. Chem., 251, 13795-13804.

71. Julien J. L., Dcsbiez M. O., De Jaegher G., Frachisse J. M. (1991) Characteristics of the wave of depolarization induced by wounding in Bidens pilosa L. J. Exp. Bot., 42, 131-137.

72. Julien J. L., Frachisse J. M. (1992) Involvement of the proton pump and proton conductance change in the wave of depolarization induced by wounding in Bidens pilosa L. Canadian Journal of Botany, 70, 1451-1458.

73. Kader M. A., Lindberg S. (2010) Cytosolic calcium and pH signaling in plants under salinity stress. Plant Signal Behav., 5, 233-238.

74. Kader M. A., Lindberg S., Seidel T., Golldack D., Yemelyanov V. (2007) Sodium sensing induces different changes in free cytosolic calcium concentration and pH in salt-tolerant and -sensitive rice (Oryza sativa) cultivars. Physiol. Plant., 130, 99-111.

75. Kikuyama M., Oda K., Shimmen T., Hayama T., Tazawa M. (1984) Potassium and chloride effluxes during excitation of characeae cells. Plant Cell Physiol., 25, 965974.

76. Knight H., Trewavas A. J., Knight M. R. (1996) Cold calcium signaling in Arabidopsis involves two cellular pools and a change in calcium signature after acclimation. Plant Cell, 8, 489-503.

77. Knight H., Trewavas A. J., Knight M. R. (1997) Calcium signalling in Arabidopsis thaliana responding to drought and salinity. Plant J., 12, 1067-1078.

78. Knight M. R., Read N. D., Campbell A. K., Trewavas A. J. (1993) Imaging calcium dynamics in living plants using semi-synthetic recombinant aequorins. J. Cell Biol., 121, 83-90.

79. Krol E., Dziubinska H., Trebacz K. (2010) What do plants need action potentials for. In: Action Potential: Biophysical and Cellular Context, Initiation, Phases, and Propagation. M. L. DuBois (ed.) Nova Science Publishers, Inc., pp pp. 1-26.

80. Krupenina N.A., Bulychcv A.A. (2007) Action potential in a plant cell lowers the light requirement for non-photochemical energy-dependent quenching of chlorophyll fluorescence. Biochim Biophys Acta, 1767, 781-788.

81. Kudla J., Batistic O., Hashimoto K. (2010) Calcium signals: the lead currency of plant information processing. Plant Cell, 22, 541-563.

82. Lacombe В., Becker D., Hedrich R., DeSalle R., Hollmann M., Kwak J. M., Schroeder J. I., Le Novere N., Nam H. G., Spalding E. P., Tester M., Turano F. J., Chiu J., Coruzzi G. (2001) The identity of plant glutamate receptors. Science, 292, 1486-1487.

83. Laohavisit A., Mortimer J. C., Demidchik V., Coxon К. M., Stancombe M. A., Macpherson N., Brownlee C., Ilofmann A., Webb A. A., Miedema H., Battey N. H., Davies J. M. (2009) Zea mays annexins modulate cytosolic free Ca2+ and generate a Ca2+-permeable conductance. Plant Cell, 21, 479-493.

84. Lautner S., Grams Т. E., Matyssek R., Fromm J. (2005) Characteristics of electrical signals in poplar and responses in photosynthesis. Plant Physiol., 138, 22002209.

85. Leckie C. P., McAinsh M. R., Allen G. J., Sanders D., Hetherington A. M.

(1998) Abscisic acid-induced stomatal closure mediated by cyclic ADP-ribose. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 15837-15842.

86. Lewis B. D., Karlin-Neumann G., Davis R. W., Spalding E. P. (1997) Ca2+-activated anion channels and membrane depolarizations induced by blue light and cold in arabidopsis seedlings. Plant Physiol, 114, 1327-1334.

87. Lindberg S., Kader M. A., Yemelyanov V. (2012) Calcium signalling in plant cells under environmental stress. In: Environmental Adaptations and Stress Tolerance of Plants in the Era of Climate Change. P. Ahmad and M. N. V. Prasad (ed.) Springer New York, pp 325-360.

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

89. Malmstrom S., Askerlund P., Palmgrcn M. G. (1997) A calmodulin-stimulated Ca2+-ATPase from plant vacuolar membranes with a putative regulatory domain at its N-terminus. FEBSLett., 400, 324-328.

90. Malone M. (1992) Kinetics of wound-induced hydraulic signals and variation potentials in wheat seedlings. Planta, 187, 505-510.

91. Malone M. (1993) Hydraulic signals. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences, 341, 33-39.

92. Malone M., StankoviC B. (1991) Surface potentials and hydraulic signals in wheat leaves following localized wounding by heat. Plant Cell Environ., 14, 431-436.

93. Marshall J., Corzo A., Leigh R. A., Sanders D. (1994) Membrane potential-dependent calcium transport in right-side-out plasma membrane vesicles from Zea mays L. roots. The Plant Journal, 5, 683-694.

94. Martin J. R. (2008) In vivo brain imaging: fluorescence or bioluminescence, which to choose? J. Neurogenet., 22, 285-307.

95. Mathieu Y., Lapous D., Thomine S., Lauriere C., Guern J. (1996) Cytoplasmic acidification as an early phosphorylation-dependent response of tobacco cells to elicitors. Planta, 199, 416-424.

96. McEvoy R. C., Koukkari W. L. (1972) Effects of ethylenediaminetetraacetic acid, auxin and gibberellic acid on phytochrome controlled nyctinasty in Albizzia julibrissin. Physiol. Plant., 26, 143-147.

97. Mcnegus F., Cattaruzza L., Mattana M., Beffagna N., Ragg E. (1991) Response to anoxia in rice and wheat seedlings: changes in the pH of intracellular compartments, glucose-6-phosphate level, and metabolic rate. Plant Physiol., 95, 760767.

98. Miller A. J., Sanders D. (1987) Depletion of cytosolic free calcium induced by photosynthesis. Nature, 326, 397-400.

99. Mithofer A., Mazars C. (2002) Aequorin-based measurements of intracellular Ca2+ -signatures in plant cells. Biol. Proced. Online, 4, 105-118.

100. Monshausen G. B., Gilroy S. (2009) Feeling green: mechanosensing in plants. Trends Cell Biol., 19, 228-235.

101. Mori I. C., Schroeder J. I. (2004) Reactive oxygen species activation of plant Ca2+ channels. A signaling mechanism in polar growth, hormone transduction, stress signaling, and hypothetically mechanotransduction. Plant Physiol., 135, 702-708.

102. Oecking C., Jaspert N. (2009) Plant 14-3-3 proteins catch up with their mammalian orthologs. Curr. Opin. Plant Biol., 12, 760-765.

103. Oja V. V., Savchenko G., Jakob B., Heber U. (1999) pH and buffer capacities of apoplastic and cytoplasmic cell compartments in leaves. Planta, 209, 239-249.

104. Pavlovic A., Mancuso S. (2011) Electrical signaling and photosynthesis: can they co-exist together? Plant Signal Behav., 6, 840-842.

105. Pickard B. (1973) Action potentials in higher plants. The Botanical Review, 39, 172-201.

106. Pineros M., Tester M. (1995) Characterization of a voltage-dependent Ca2+-selective channel from wheat roots. Planta, 195,478-488.

107. Pineros M., Tester M. (1997) Characterization of the high-affinity verapamil binding site in a plant plasma membrane Ca2+-selective channel. J. Membr. Biol., 157, 139-145.

108. Prins H. B. A., Snel J. F. H., Zanstra P. E., Helder R. J. (1982) The mechanism of bicarbonate assimilation by the polar leaves of Potamogeton and Elodea. CO2 concentrations at the leaf surface. Plant Cell Environ., 5, 207-214.

109. Qiu Q. S., Guo Y., Dietrich M. A., Schumaker K. S., Zhu J. K. (2002) Regulation of SOS1, a plasma membrane Na+/H+ exchanger in Arabidopsis thaliana, by SOS2 and SOS3. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 8436-8441.

110. Ranf S., Wünnenberg P., Lee J., Becker D., Dunkel M., Hedrich R., Scheel D., Dietrich P. (2008) Loss of the vacuolar cation channel, AtTPCl, does not impair Ca2+ signals induced by abiotic and biotic stresses. Plant J., 53, 287-299.

111. Reddy A. S. (2001) Calcium: silver bullet in signaling. Plant Sei., 160, 381-404.

112. Rhodes J. D., Thain J. F., Wildon D. C. (1999) Evidence for physically distinct systemic signalling pathways in the wounded tomato plant. Annals of Botany, 84, 109116.

113. Ricca U. (1916) Soluzione d'un problema di fisiología: La propagazione di stimolo nella "Mimosa". Nuove Giornale Botánico Italiano, 23, 51-170.

114. Roblin G. (1985) Analysis of the variation potential induced by wounding in plants. Plant Cell Physiol., 26, 455-461.

115. Rousset M., De Roo M., Le Guennec J. Y., Pichón O. (2002) Electrophysiological characterization of tomato hypocotyl putative action potentials induced by cotyledon heating. Physiol. Plant, 115,197-203.

116. Samejima M., Sibaoka T. (1982) Membrane potentials and resistances of excitable cells in the petiole and main pulvinus of Mimosa púdica. Plant Cell Physiol., 23, 459-465.

117. Sanders D., Brownlee C., Harper J. F. (1999) Communicating with calcium. Plant Cell, 11, 691-706.

118. Sibaoka T. (1991) Rapid plant movements triggered by action potentials. The botanical magazine, 104, 73-95.

119. Sibaoka T. (1997) Application of leaf extract causes repetitive action potentials in Biophytum sensitivum. Journal of Plant Research, 110,485-487.

120. Sondergaard T. E., Schulz A., Palmgren M. G. (2004) Energization of transport processes in plants, roles of the plasma membrane H+-ATPase. Plant Physiol., 136, 24752482.

121. Stahlberg R., Cleland R. E., Van Volkenburgh E. (2005) Decrement and amplification of slow wave potentials during their propagation in Helianthus annuus L. shoots. Planta, 220, 550-558.

122. Stahlberg R., Cleland R. E., Volkenburgh E. (2006) Slow wave potentials — a propagating electrical signal unique to higher plants. In: Communication in Plants. F. Baluska, S. Mancuso and D. Volkmann (ed.) Springer Berlin Heidelberg, pp 291-308.

123. Stahlberg R., Cosgrove D. (1992) Rapid alterations in growth rate and electrical potentials upon stem excision in pea seedlings. Planta, 187, 523-531.

124. Stahlberg R., Cosgrove D. J. (1996) Induction and ionic basis of slow wave potentials in seedlings of Pisum sativum L. Planta, 200, 416-425.

125. Stahlberg R., Cosgrove D. J. (1997) The propagation of slow wave potentials in pea epicotyls. Plant Physiol., 113, 209-217.

126. Stankovic B., Davies E. (1996) Both action potentials and variation potentials induce proteinase inhibitor gene expression in tomato. FEBSLett., 390, 275-279.

127. Stankovic B., Witters D. L., Zawadzki T., Davies E. (1998) Action potentials and variation potentials in sunflower: An analysis of their relationships and distinguishing characteristics. Physiol. Plant., 103, 51-58.

128. Stankovic B., Zawadzki T., Davies E. (1997) Characterization of the variation potential in sunflower. Plant Physiol., 115, 1083-1088.

129. Staxen I., Pical C., Montgomery L. T., Gray J. E., Hetherington A. M., McAinsh M. R. (1999) Abscisic acid induces oscillations in guard-cell cytosolic free calcium that involve phosphoinositide-specific phospholipase C. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96,1779-1784.

130. Sukhov V., Akinchits E., Katicheva L., Vodeneev V. (2013) Simulation of variation potential in higher plant cells. J. Membr. Biol., 246, 287-296.

131. Sukhov V., Orlova L., Mysyagin S., Sinitsina J., Vodeneev V. (2012) Analysis of the photosynthetic response induced by variation potential in geranium. Planta, 235, 703-712.

132. Swanson S. J., Choi W. G., Chanoca A., Gilroy S. (2011) In vivo imaging of Ca2+, pH, and reactive oxygen species using fluorescent probes in plants. Ann. Rev. Plant Biol., 62, 273-297.

133. Swanson S. J., Gilroy S. (2013) Imaging changes in cytoplasmic calcium using the Yellow Cameleon 3.6 biosensor and confocal microscopy. Methods Mol. Biol., 1009, 291-302.

134. Takahashi K., Isobe M., Knight M. R., Trewavas A. J., Muto S. (1997) Hypoosmotic shock induces increases in cytosolic Ca2+ in tobacco suspension-culture cells. Plant Physiol., 113, 587-594.

135. Thion L., Mazars C., Thuleau P., Graziana A., Rossignol M., Moreau M., Ranjeva R. (1996) Activation of plasma membrane voltage-dependent calcium-permeable channels by disruption of microtubules in carrot cells. FEBS Lett., 393, 13-18.

136. Trebacz K., Dziubinska H., Krol E. (2006) Electrical signals in long-distance communication in plants. In: Communication in Plants. F. Baluska, S. Mancuso and D. Volkmann (ed.) Springer Berlin Heidelberg, pp 277-290.

137. Trewavas A. (1999) Le calcium, C'est la vie: calcium makes waves. Plant Physiol., 120, 1-6.

138. Trewavas A. J., Malho R. (1998) Ca2+ signalling in plant cells: the big network! Curr. Opin. Plant Biol., 1,428-433.

139. Tuteja N., Mahajan S. (2007) Calcium signaling network in plants: an overview. Plant Signal. Behav., 2, 79-85.

140. van Bel A. J., Knoblauch M., Furch A. C., Hafke J. B. (2011) (Questions)(n) on phloem biology. 1. Electropotential waves, Ca2+ fluxes and cellular cascades along the propagation pathway. Plant Sci., 181, 210-218.

141. Vodeneev V., Orlova A., Morozova E., Orlova L., Akinchits E., Orlova O., Sukhov V. (2012) The mechanism of propagation of variation potentials in wheat leaves. J. Plant Physiol., 169, 949-954.

142. Walker S. A., Viprey V., Downie J. A. (2000) Dissection of nodulation signaling using pea mutants defective for calcium spiking induced by nod factors and chitin oligomers. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 13413-13418.

143. White P. J. (1994) Characterization of a voltage-dependent cation-channel from the plasma membrane of rye (Secale cereale L.) roots in planar lipid bilayers. Planta, 193, 186-193.

144. White P. J. (1998) Calcium channels in the plasma membrane of root cells. Annals of Botany, 81, 173-183.

145. White P. J. (2000) Calcium channels in higher plants. Biochim. Biophys. Acta., 1465, 171-189.

146. Wilkinson S. (1999) PH as a stress signal. Plant Growth Regulation, 29, 87-99.

147. Williams D. A. (1995) Fluorescence imaging of cytosolic calcium: An introduction to basic experimental principles. In: Methods in Neurosciences. K. Jacob and S. J. Dixon (ed.) Academic Press, pp 69-80.

148. Williamson R. E., Ashley C. C. (1982) Free Ca2+ and cytoplasmic streaming in the alga Chara. Nature, 296, 647-650.

149. Zhang W.-H., Rengel Z., Kuo J. (1998) Determination of intracellular Ca2+ in cells of intact wheat roots: loading of acetoxymethyl ester of Fluo-3 under low temperature. The Plant Journal, 15, 147-151.

150. Zimmermann M., Mithofer A. (2013) Electrical long-distance signaling in plants. In: Long-Distance Systemic Signaling and Communication in Plants. F. Baluska (ed.) Springer Berlin Heidelberg, pp 291-308.

151. Zimmermann M. R., Felle H. H. (2009) Dissection of heat-induced systemic signals: superiority of ion fluxes to voltage changes in substomatal cavities. Planta, 229, 539-547.

152. Zimmermann S., Nürnberger T., Frachisse J. M., Wirtz W., Guern J., Hedrich R., Scheel D. (1997) Receptor-mediated activation of a plant Ca2+-permeable ion channel involved in pathogen defense. Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 94, 2751-2755.