Особенности транспорта воды в сегментах корней Zea mays L тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.12, кандидат биологических наук Волков, Вадим Степанович

• Волков, Вадим Степанович
• кандидат биологических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Волков, Вадим Степанович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

Глаза 1. КРУГОВОРОТ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ В РАСТЕНИИ,

ЕГО ДВИЖУЩЕ СИЛЫ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

1.1. Редукционизм и холизм.,*. ^щдеменном естествознании и

1.2. Системы интеграции растительного организма ________13

1.3. Восходящий водный поток в растении

1.3.1. Верхний концевой двигатель восходящего водного тока

1.3.2. Корневое давление - нижний концевой двигатель восходящего водного тока

1.3.3. Строение корня

1.3.4. Транспорт воды через корень

1.3.5. Осмотическая концепция корневого

давления

1.3.6. Сложная природа корневого давления

1.3.7. Метаболическая составляющая корневого давления

1.3.8. Полярность и водный ток

1.4. Нисходящий водный поток в растении

1.4.1. Флоэмный поток

1.4.2. Другие пути нисходящего водного потока и

выделение воды корнями

1,5. Проблемы единой гидродинамической системы

растения

1.6. Эксудация сегментов корней

Глава 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Подготовка объекта к опыту

2.1.1. Сегменты корней

2.2. Методы исследования

2.2.1. Определение интенсивности аксудации

и ее температурного коэффициента

2.2.2. Определение осмотического давления

эксудата

2.2.3. Определение гидравлической проводимости

корней и сегментов корней

2.2.4. Определение метаболической составляющей корневого давления и движущей силы эксудации сегментов корней

2.2.5. Определение концентрации свободных

аминокислот и амидов в эксудате

2.2.6. Определение концентрации углеводов

в эксудате

2.2.7. Определение рН эксудата и концентрации

ионов в кем

2.2.8. Определение содержания белка в эксудате

2.2.9. Измерение разности электрических потенциалов

на поверхности корня или сегмента корня

2.3. Метаболические регуляторы

2.3.1. Ингибиторы

2.3.2. Стимуляторы

Глава 3. ЭКСУДАЦИЯ СЕГМЕНТОВ КОРНЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ

ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ЕЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ

Глава 4. РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ВОСХОДЯЩИМ И НИСХОДЯЩИМ ПОТОКАМИ

В СЕГМЕНТАХ КОРНЕЙ

Глава 5. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЭКСУДАТА ОТДЕЛЕННЫХ КОРНЕЙ И

СЕГМЕНТОВ КОРНЕЙ

Глава 6. ВЛИЯНИЕ БИОМЕДИАТОРОВ И ИНГИБИТОРОВ

КОНТРАКТИЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ЗКСУДАЦИЮ ОТДЕЛЕННЫХ

КОРНЕЙ И СЕГМЕНТОВ КОРНЕЙ

6.1. Ацетилхолин

6.2. Норадреналин

6.3. ci-тубокурарин

6.4. Цитохалазин Б

6.5. Общие итоги

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

159

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности транспорта воды в сегментах корней Zea mays L»

ВВЕДЕНИЕ

Транспорт воды ~ важнейшая физиологическая Функция, играющая решающую роль в пространственно-временной интеграции жизнедеятельности организма (Жолкевич и др., 1989), - нередко еще рассматривается как совокупность простых физических процессов, ограниченных анатомо-морфологической структурой растения и определяемых, в основном, действием факторов внешней среды (например.* Kramer, 1983; Steudle, 1994). В то же время накоплены убедительные доказательства существования многоступенчатой физиологической регуляции транспорта и непосредственного участия живых клеток в создании и поддержании направленного водного тока в растении. Особенно значительный вклад в развитие этого направления внесли отечественные физиологи, разработавшие, в частности, представление о роли сократительных систем в передвижении воды по растению (Можаева, Пилыдикова, 1978; Жолкевич и др., 1989). В последние годы применение новых методов молекулярной биологии и биофизики, разработка оригинальных модельных подходов подтвердили сложный характер природы транспорта воды в растении и сделали вопрос о его движущих силах одной из горячих точек современной биологии: обнаружены специализированные белки, участвующие в трансмембранном переносе воды, и показана специфическая экспрессия их генов (Maure1, 1997; Schaffner, 1998); выявлено, что в ксилеме отсутствуют ожидавшиеся, согласно простым физическим аналогиям, низкие гидростатические давления (Zimmermann и др., 1995); методом ЯУР продемонстрирована рециркуляция значительных количеств воды в рас-

тении (KDckenberger и др., 1997); предложены новые конкретные модели участия живых клеток и их транспортных систем в подъеме жидкостей у деревьев (Canny, 1995а, 1998), создании корневого давления (Кундт, Робник, 1998; Hundt, 1998; Мелещенко, 1998), неосмотическом движении растворов через мембрану (Zeuthen, 1996). В то же время проблема движущих сил транспорта воды еще далека от своего разрешения, и новые данные скорее свидетельствуют о сложности процесса, нежели исчерпывающе объясняют его механизм.

Еще менее выяснены различия движущих сил разнонаправленных водных потоков, образующих в совокупности единую гидродинамическую систему растения, в которой вода непрерывно циркулирует. Между тем, изучение природы движущих сил диаметрально противоположных водных потоков и путей, по которым они направляются, имеет принципиально важное значение не только для выяснения механизмов транспорта воды как такового, но также для идентификации единой гидродинамической системы и ее роли в жизнедеятельности растения.

Цель и задачи исследования.

Цель настоящей работы заключалась в изучении распределения и регуляции водных и ионных потоков в корне с использованием новой модельной системы - сегментов корней, которые способны к эксудации с обоих концов - базального и апикального (Волков. Жолкевич, 1993). Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи.*

1. Определить интенсивность и температурный коэффициент Qio эксудации, осмотическое давление эксудата и гидравлическую проводимость сегментов корней при эксудации как о базального,

- —

так и с апикального концов и сравнить полученные данные с данными по эксудации "целых" отделенных корней.

2. Сравнить химический состав (концентрацию ионов, содержание аминокислот и Сахаров) эксудата сегментов корней при эксудации в противоположных направлениях.

3. Определить электрическую поляризованность сегментов и ее связь с эксудацией в противоположных направлениях.

4. Измерить метаболическую составляющую движущей силы эксудации сегментов корней при эксудации с баеального и апикального концов и испытать влияние метаболических ингибиторов (ингибиторы контрактильных систем и энергетического обмена при дыхании) и стимуляторов (нейромедиаторы) на зксудацию.

5. Исследовать особенности противоположно направленных водных потоков в сегментах, вычлененных из разных зон корня.

6. На основе полученных данных охарактеризовать особенности эксудации с апикального и базального концов сегментов.

Впервые в работе детально исследована эксудация сегментов корней, которые предложены в качестве новой модельной системы для изучения транспорта воды и ионов в корне. Показано, что сегменты способны к эксудации не только в направлении восходящего водного потока, но и в противоположном ей направлении (нисходящий водный поток). Анализ химического состава эксудата позволил сделать вывод, что в обоих случаях при эксудации водные потоки движутся по ксилеме и, следовательно, в ней одновременно возможны противоположно направленные потоки. Оригинальные данные получены при изучении интенсивности этих пото-

ков в равных участках корня, Высказана гипотеза, что обнаруженные потоки могут отражать реальную картину транспорта воды в растении при низкой интенсивности транспирации, характеризуя тем самым особенности его единой гидродинамической системы. Впервые показано различие параметров эксудации сегментов корней в противоположных направлениях и выявлена электрическая поляризованность сегментов. Продемонстрировано стимулирующее воздействие нейромедиаторов ацетилхолина и норадреналина на эксудацию как сегментов, так и "целых" отделенных корней, а также получены новые убедительные доказательства сложной природы корневого давления и участия сократительных и сенсорных систем в его создании. Предложена оригинальная математическая модель, удовлетворительно описывающая эксудацию сегментов корней и объясняющая различия в эксудации с разных концов сегментов.

Хотя полученные данные имеют преимущественно фундаментальное значение для понимания особенностей транспорта воды и ионов в корне, функционирования единой гидродинамической системы растения и создания корневого давления, результаты работы могут быть также использованы для обоснования и разработки оптимальных методов поливного режима растений и повышения их продуктивности в условиях дефицита водных ресурсов. Материалы диссертации были использованы при чтении лекций по водному обмену растений для студентов высших учебных заведений.

Глава 1. КРУГОВОРОТ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ В РАСТЕНИИ; ЕГО ДВИЖУЩИЕ СИЛЫ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ (обзор литературы),

1.1. Редукционизм и холизм в современном естествознании

и биологии.

Философская концепция редукционизма, утверждающая "возможность полного сведения высших явлений к низшим" (Философский словарь, 1991, стр. 387), пустила глубокие корни в современной биологической науке, как и во всем естествознании. Выявление химической основы наследственности и последующее постижение генетического кода живых организмов, мощнейший прорыв в области молекулярной биологии, успехи биофизики и, наконец, создание генетической инженерии - все эти выдающиеся достижения биологии XX века казалось бы проложили единственный и ясный путь к постижению и четкому описанию природы жизненных явлений. Недаром распространено мнение, что "начало жизни, ее происхождение - это и есть возникновение (в силу физико-химических причин) матричных конвариантно реплицирующихся молекул [нуклеиновых кислот]. Далее, под давлением естественного отбора автоматически идет биологическая эволюция" (Шноль, 1990, стр. 26), Подобные взгляды достаточно просты и кажутся убедительными. Недаром в настоящее время тратятся огромные силы на установление нуклеотидной последовательности генома человека, вкладываются грандиозные средства для внедрения одиночных генов в живой организм, чтобы придать ему те или иные овойо-

тва...

Успехи, однако, не столь колоссальны, как вложенные ресурсы. Становится все более ясным, что организм - это не просто сумма генов и ни в коей мере не последовательность нуклео-тидных nao (Strohman, 1997). А выдающийся биохимик В,А. Зн-гельгардт отметил: "В отношении же молекулярной биологии мы должны признать, что по-прежнему остается непознанной самая коренная, величайшая, стоящая перед нами задача - сущность, природа самого явления жизни" (Энгельгардт, 1984, стр. 223).

Если в физической науке к середине XX века редукционизм занял явно господствующее положение, то в биологии расчлени-тельному редукционизму всегда в большей или меньшей степени противостоял холистический взгляд, утверждающий организм как некую неделимую целостность. "Редукционизм и антиредукционизм - одни из основных полярных общенаучных концепций в современной биологии" (Семенов, 1990, стр. 108). Видение организма как целого традиционно отличало физиологию - физиологию как животных, так и растений.

Среди первых попыток описания свойств живого - книга Э.С. Бауэра "Теоретическая биология" (Бауэр, 1935). Автор выводил важнейшие проявления жизнедеятельности организма (обмен веществ, размножение, приспособление, раздражимость и др.) как следствия некоего интегрального свойства всей протоплазмы -устойчивого неравновесия белковых структур. Отмечалось, что устойчивое неравновесие характерно для целого организма и связано с коллективными переходами белковых ансамблей. Сходные положения несколько ранее высказывал А,Г. Гурвич (Гурвич, 1991), который вводил также представление о биологических по-

.1 .1 _ 1А "

лях - понятие, заведомо предполагающее целостность живого организма, А,Г, Гурвич и впоследствии А.Д. Сабинин уделяли большое внимание структуре - сложной и целостной характеристике живого, Так, Сабинин писал: "Структура, свойственная живой протоплазме, существует только до тех пор, пока идут основные процессы жизнедеятельности,,, Если под действием тех или иных внешних условий наступает смерть клетки, то перестает существовать и структура протопласта,,, в живой среде поддержание структур возможно только при наличии процесса, являющегося источником энергии,,, Дыхание - это процесс, приводящий к освобождению энергии веществ, используемых в качестве дыхательного материала, и поэтому оно может быть источником энергии, нужной для поддержания структур протоплазмы" (Сабинин, 1955, с, 71-72). Сабинин ссылается также на оригинальные работы В.В. Лепешкина, который еще в начале 1930-ых годов показал, что при отмирании клеток и, следовательно, разрушении структуры протоплазмы выделяется энергия, частью в виде коротковолнового ультрафиолета. Интенсивность обнаруженного излучения, названного некробиотическим, тем больше, чем в лучших для роста и синтеза белков условиях находились клетки перед гибелью.

Антиредукционистские взгляды на организм высказывались и другими учеными, Начал активно развиваться, в том числе и в биологии, системный подход; при этом организм рассматривался как целостная совокупность элементов и связей между ними (Философский словарь, 1991). Одну из первых версий общей теории систем создал, кстати, биолог - Л. фон Берталанфи (Философский словарь, 1991, стр. 44). Системный взгляд на организм углубляется в настоящее время, развивают его и физиологи растений

(Уюманцев, 1988). В качестве конкретного примера системного подхода в физиологии растений можно привести концепцию донор-но-акцепторных отношений, развиваемую АЛ. Мокронооовым и его последователями (Мокроносов, 1983). Оригинальны, отметим, и системные взгляды, распространяемые в общей зоологии (Левуш-кин, Шилов, 1994).

Волна редукционизма в физике и последующее усиление его позиций в биологической науке, связанное, во-многом, о приходом в нее исследователей с физическим образованием, сменяются во второй половине XX века отливом. Начался зтот процесс опять-таки в физике и связан в значительной степени с работами ученых школы И. Пригожина - "в наши дни основной акцент научных исследований переместился с субстанции на отношение, связь..." (Пригожин, Стенгерс, 1988, стр. 49). Произошел научный переворот - стало ясно, что окружающий нас мир чрезвычайно сложен. Он не простая сумма инертных точек, скрепленных линейными связями, а множество взаимодействующих нелинейно, рассеивающих потоки энергии элементов. Эти элементы соединяются в заполняющие наш мир диссипативные самоорганизующиеся структуры, развитие которых удивляет сложной красотой и порой принципиально не предсказуемо (Николис, Пригожин, 1990)„ Новое научное и философское мировоззрение нашло свое отражение в возникшей синергетике (Лоскутов, Михайлов, 1990; Новое в синергетике. Загадки мира неравновесных структур, 1996; Малинецкий, 1997), возрос интерес к нелинейным объектам (СЬизоу, 1988; Молчанов, 1992), появилась теория катастроф (Арнольд, 1990), изучаются, самоподобные фрактальные структуры (Пайтген, Рихтер, 1993). Синергетика проникает во все области знания, появилась

даже дискуссионная концепция об эволюции жизни на Земле как самоорганизации без естественного отбора (Лима-де-Фариа,

1991),

Итак, все развитие естествознания и биологии подводит нас к необходимости пристальнее взглянуть на целостный живой организм, заняться поиском и изучением связей, объединяющих его части и интегрирующих их в единую систему, Проникновение к глубинным тайнам биологических систем .. выдвинуло теперь в поисках ответа на вопрос, что такое жизнь, на первый план изучение биологической саморегуляции как свойства, не только присущего всему живому, но, видимо, и определяющего само явление жизни" (Курсанов, 1982, сто, 56).

1.2. Системы интеграции растительного организма.

Функционирование любой живой системы как целостной возможно лишь тогда, когда ее элементы (для многоклеточного организма - клетки, ткани и органы) объединены сложными взаимосвязями различной природы. ¥ растений обычно выделяют трофическую, гормональную и электрофизиологическую системы межклеточной регуляции (Полевой, 1989), Пространственная интеграция достигается существованием доминирующих центров (хорошо известно апикальное доминирование, например), создающих физиологические градиенты (полярность) и взаимодействующих канализированными связями (у растений - по сосудистым пучкам, в основном); временная интеграция реализуется за счет сложной системы осцилляций с различными периодами (Полевой, 1989).

Гормональная система растений изучена, в целом, неплохо

(Кулаева, 1982; Полевой, 1982). Велики успехи в понимании трофической регуляции физиологических процессов у растений; отметим значение культуры клеток и тканей для исследований в этой области (Бутенко, 1985). Меньше известно о электрофизиологической регуляции, хотя описаны условия возникновения и характеристики распространения волн деполяризации в растениях (Стритов, 1977; Опритов, Пятыгин, Ретивин, 1991; Колье и др.,

1993). Проблемы же взаимодействия регуляторных систем у растений, вопросы создания и роли полярности и значение канализированных связей по сосудистым пучкам изучены в значительно меньшей степени - возможно, в связи со сложностью исследований в этих направлениях. В то же время именно полярность и процессы дальнего транспорта по проводящей системе растения (между доминирующими центрами) и являются, собственно говоря, системами пространственной интеграции растительного организма.

Дальний транспорт по флоэме, при котором аооимшшты и регуляторы доставляются к органам-акцепторам, издавна привлекает внимание исследователей, при этом подчеркивается его важная роль в объединении элементов растительного организма (Куроа-нов, 1976; Туркина, Павлинова, 1981; Роньжина, Мокроносов,

1994). Дальнему транспорту по ксилеме, движимому восходящим водным потоком, уделяется обычно меньшее внимание. Однако восходящий водный поток также несет ионы, метаболиты и биорегуляторы, доставляя их от одних частей растения к другим и объединяя тем самым эти элементы живого растения (Жолкевич и др., 1989). Более того восходящий и нисходящий токи в растении связаны, оба тока реализуются в водной среде и, в значительной степени зависят от водных потоков. Таким образом, возникает

вопрос об единой гидродинамической системе растения, системе интеграции растительного организма (Жолкевич и др., 1989). Рассмотрим подробнее ее возможные части - восходящий и нисходящий водные токи, механизмы их возникновения, пути движения, регуляцию.

1.3. Восходящий водный поток в растении.

Поглощаемые корневой системой водные растворы движутся вверх. Считается (Kramer, 1983), что восходящий водный ток обусловлен функционированием верхнего и нижнего концевых двигателей. При этом под верхним концевым двигателем подразумевают присасывающее действие транспирации, а под нижним - корневое давление.

Не исключено, что существуют и промежуточные движущие силы восходящего водного тока в растении - показано наличие периодических колебаний диаметра стебля, причем эти колебания не совпадают по фазе для различных междоузлий (Зялалов, 1984). Возникает своего рода бегущая волна сокращения и расслабления, регулирующая просветы проводящих сосудов ксилемы. Отметим также оригинальные работы Д. Боса (Бос, 1984), который полагал, что подъем соков связан с активностью живых клеток (Бос, 1984), Он сообщал об обнаруженных им электрических пульсациях в клетках коры стебля. Ученый связывал такие осцилляции с механическими пульсациями клеток (подобно электрической активности сокращающегося сердца), которые вызывают, по его мнению, восходящий водный ток. Интересно отметить наблюдавшиеся различия электрических осцилляций в различных клетках (амплитуда

колебаний возрастала по мере движения к внутренним слоям коры и была максимальной у клеток, граничащих с сосудистой тканью), а также их ингибирование воздействием хлороформа. Бос записал микроскопические пульсации стебля растения, на которые влияли различные стимуляторы и ингибиторы (Бос, 1964). Другими исследователями (Canny, 1995а, 1998) также подчеркивается существенная роль живых клеток стебля в реализации транспорта воды вверх. В целом же проблема промежуточных двигателей восходящего водного тока требует дальнейших, более детальных исследований.

1.3.1. Вешний концевой двигатель восходящего водного тока

Восходящий водный поток в растении, как полагают (Kramer, 1983), обусловлен в значительной степени присасывающим действием транопирации. Транспирация - физиологический регулируемый процесс испарения воды листьями, которое осуществляется по

градиенту водного потенциала. На место испарившейся воды, благодаря обусловленной когезией непрерывности водной фазы в растении подтягиваются снизу новые порции жидкости, что и вызывает восходящий водный ток. Водный потенциал воды паров в атмосфере имеет настолько низкие величины, что, как полагают, способен вызвать восходящий водный ток даже у самых высоких деревьях.

Транопирируемая жидкость испаряется, в основном, через специализированные структуры - устьица. Регуляция апертуры (степени раскрытия) устьиц играет важную роль в жизни растения и весьма сложна (Полевой, 1989). В то же время часть трзнспи-

■Л ?

- а -

рируемой жидкости покидает растение непосредственно через кутикулу (кутикулярная транспирация) (Козловский, 1969) или через поверхность листа вблизи устьиц (околоустьичная транспирация) (ом. ссылки в.* Жолкевич и др., 1989).

Таковы классические воззрения на природу и работу верхнего концевого двигателя восходящего водного тока в растении. Следует, однако, отметить, что явление транспирации сложнее, чем это представляется с первого взгляда. Обнаружены автоколебания водопоглощения и потери воды у отделенных листьев (Ушаков, Колтунова, 1982) и у листьев, находящихся на растении (Жолкевич и др., 1985; Жолкевич и др., 1989; 2Ьо1кеу1сп, 1985). Неожиданной оказалась противофазнооть этих двух процессов - максимум водопоглощения соответствовал минимуму транспирации и наоборот, Транспирация подавлялась ингибиторами метаболизма, причем была более чувствительна, чем водопоглощение (Ушаков, Колтунова, 1982). Исследователи сделали вывод о двухфазном характере транспорта воды через лист: фазы поглощения воды и выделения ее чередуются, выделение - более активный процесс, чем поглощение (Жолкевич и др., 1985). Интересны также данные о зависящем от уровня освещенности листа ритмическом выделении калельно-жидкой воды устьичными клетками (Колпиков, 1965; Кубичек, 1976). Необходимо упомянуть и работы (Сашу, 1993, 19956), где показана важность симпластного (т.е. по совокупности живых клеток) пути для тока воды в листе, тогда как апоплаот (совокупность клеточных стенок и межклетников) оказывает (кроме сосудов листа) высокое сопротивление потоку,

Транспирация, таким образом, не простое физическое испарение воды листом, через который она механически просасывается

под действием разницы водных потенциалов пара в воздухе и воды в растении. Транспирация - сложное регулируемое растением физиологическое явление, состоящее, по-видимому, из нескольких

фа в.

1.3.2. Кошевое давление - нижний концевой двигатель

восходящего водного тока

Нижний концевой двигатель восходящего водного тока в растении - корневое давление. Оно было впервые описано Hales в 1727 г. в его книге "Статистика растений" (Козловский, 1969) и представляет собой, следовательно, один из наиболее давно известных физиологических процессов. Корневое давление наблюдается, когда отделенный от побега корень начинает выделять жидкость - эксудат (явление "плача"). Давление, создаваемое корнем при выделении эксудата (пасоки), называется корневым; величина его составляет обычно несколько бар.

Корневое давление играет важную роль для движения водных потоков в растении во многих случаях, когда транспирация снижена - при высокой влажности; весной для заполнения проводящих сосудов, заполнившихся воздухом за зиму; при отсутствии листьев и т.д. При этом часто наблюдается гуттация - выделение жидкости через эпидермис на кончиках листьев или гидатоды (Козловский, 1969). Вопрос о значении корневого давления для растения при условиях обычной транопирации остается открытым. Большинство исследователей полагают, что корневое давление мало и несущественно при интенсивной работе верхнего концевого двигателя восходящего водного тока (Кгатег, 1983). Однако дру-

гие выполняют физические расчеты и показывают, что присасывающее действие транспирации не столь велико, как это кажется с первого взгляда, а на целые порядки величин ниже (Кундт, Роб-ник, 1998). Роль основной движущей силы восходящего водного тока тогда переходит к корневому давлению. Некоторые исследователи (Карманов, Мелещенко, 1971; Мелещенко, 1974, 1998; Мо-жаева, 1991) считают, что необходимо рассматривать корневое давление и транспирацию в совокупности, в "одной упряжке" -рост транспирации приводит к колоссальному возрастанию корневого давления, которое подает воду вверх (Карманов, Мелещенко, 1971; Мелещенко, 1974, 1998), При таком подходе невозможно выделить вклад каждой из движущих сил. Наконец, в последние несколько лет разгорелась довольно бурная дискуссия о роли транспирации в связи с изобретением зонда ксилемного давления, позволяющего проводить измерения гидростатического давления непосредственно в сосудах ксилемы, и первыми результатами измерений с его помощью Шшюггпаш и др., 1993а, б; 1994; 1995), Согласно когезионной теории, колоссальное присасывающее действие транспирации как бы вытягивает столб жидкости из сосудов ксилемы, в которых, разумеется, создается значительное отрицательное гидростатическое давление, причем возникает его непрерывный градиент снизу вверх, заставляющий воду скатываться по нему, двигаясь к транспирирующим листьям. Непосредственные измерения зондом ксилемного давления такого градиента не обнаружили, более того - давление в сосудах ксилемы нередко было положительным Шжпегтпаш и др., 1993а, б; 1994; 1995), При таких условиях вода вообще не должна двигаться вверх, поэтому ¿1гпшеггпаш предложил ряд сил, отличных от транспирации, как

Отвечающих ва подъем воды. Разгоревшаяся дискуссия продолжается и в настоящее время с переменным успехом (Ziiraemann и др., 1993а, б: 1994; 1995; Steudle, 1995; Pockman, Sperry, O'Leary, 1995; Canny, 1995a, 1998; Sperry и др., 1996; Irvine, Grace. 1997).

1.3.3. Строение ксщня

Прежде чем обратиться к механизмам создания корневого давления и природе эксудации, остановимся на анатомической структуре корня растения. Основные функции корневой системы -поглощение из почвы воды и ионов, транспорт их в побег, закрепление растения в почве, синтез ряда соединений (в том числе физиологически активных) (Сабинин, 1949; Itai, Birnbaim, 1991). Нередко корень служит органом запасания питательных веществ, воды, органом вегетативного размножения, корни некоторых растений образуют микоризу совместно с грибами, отдельные виды формируют на корнях оимбиотические клубеньки совместно с азотфикоирующими бактериями. Существуют дыхательные кор-ни-пневматофоры и сократительные корни, втягивающие клубнелуковицу в почву, и другие экзотические модификации корневой системы (Жизнь растений, 1980, т. 5 (1), стр. 16-20). Морфологическое строение корня отражает его функциональные особенности, поэтому, очевидно, что у различных видов растений (а нередко у одного и того же в зависимости от условий окружающей среды) строение корня различается. Приведенная схема не будет, следовательно, отражать всех тонкостей отроения корня конкретного растения.

- _ - ."С J.

Анатомически в строении первичного, т.е. закладывающегося у зародыша и не прошедшего возможного пути дальнейших морфофи-зиологичеоких модификаций, корня выделяют несколько тканей: корневой чехлик, апикальную меристему, ризодерму (корневой эпидермис), первичную кору, эндодерму, перицикл и расположенные в центральном цилиндре проводящие ткани (Полевой, 1989; Рейвн, Эверт, Айкхорн, 1990). В растущей же части корня выделяют (вдоль его оси) зону клеточных делений и зону растяжения, за которой начинается зона дифференцировки (рис. 1).

Корневой чехлик, как верно отражено в названии, располагается на самом кончике корня в виде чехлика, защищая апикальную меристему и способствуя продвижению корня в почве. Периферические клетки чехлика выделяют слизь (о ее состоянии и возможных функциях недавно возникли вопросы: McCully, Sealey, 1996; McCully, Boyer, 1997) и слущиваютоя по мере проталкивания корневого чехлика вперед растущим корнем, это способствует продвижению корня в почве. Одновременно апикальная меристема отделяет новые клетки чехлика, Клетки в центральной части корневого чехлика содержат много амилопластов и участвуют в восприятии корнем направления действия силы тяжести (гравитропи-ческая реакция) (Sievers, Hensel, 1991; Wayne, Staves, 1996),

В меристеме происходит деление клеток, Популяция клеток меристемы, однако, не однородна: апикальные клетки меристемы характеризуются сниженной частотой делений, замедленным синтезом нуклеиновых кислот и меньшей частотой плазмодесм, связывающих их с соседними клетками. Это так называемый покоящийся центр меристемы, Показано, что при неблагоприятных воздействиях, влияющих на активно делящиеся клетки меристемы, клетки по-

ЗОНА к"ОР;ШБЫХ ВОЛОСКОВ

Рис. 1. Схема, характеризующая распределение зон роста и последовательность дифференцировки тканей в кончике корня (по (Полевой, 1989)).

коящегося центра восстанавливают утраченные клетки. Вообще отметим, что существует сложная пространственная и временная организация зоны роста всего корня (Иванов, 1979). Длина меристемы лишь 2 мм, но уже здесь происходит дифференциация тканей - выделяются перицикл и эндодерма, начинается образование фло-эмных элементов.

В зоне растяжения клетки увеличивают свои линейные размеры вдоль оси корня, обусловливая основное его удлинение. В этой зоне заканчивается дифференцировка флоэмы, формируются протоксилемные элементы. Важно отметить, что вся растущая зона корня обычно меньше 1 см (меристема, где происходят деления клеток, - примерно 2 мм от кончика корня; зона растяжения -2-7 мм) (Полевой, 1989; Рейвн, Эверт, Айкхорн, 1990), у проростков кукурузы при 22-23° С - порядка 4-7 мм (Verse1, Mayor, 1985). В следующей далее от апекса зоне дифференцировки развиваются корневые волоски и завершается образование основных тканей корня - ризодермы, первичной коры, эндодермы и всей системы сосудистых проводящих элементов центрального цилиндра.

Важную роль для поглотительной функции корня играет покрывающая его ризодерма. Вода и минеральные вещества поступают в корень через нее, и усиление поглощения может обеспечиваться увеличением поглощающей поверхности, поэтому клетки ризодермы часто формируют корневые волоски (другой путь - ветвление корня). Длина корневых волосков невелика (у проростков кукурузы -около 1 мм: Jaunin, Hofer, 1986), но их количество огромно. В результате, например, у небольшого четырехмесячного растения ржи, как было показано в одном из исследований, площадь поверхности корня с корневыми волосками составила 639 м2 (из них

площадь корневых волосков - 401 мк), хотя корни были распределены в объеме всего 6 л (Рейвн, Эверт, Айкхорн, 1990). Формирование корневых волосков находится под сложным контролем (Hofer, 1991), При поглощении воды и элементов минерального питания корнем о корневыми волосками наблюдается, по-видимому, не только простое увеличение площади поверхности, но и дифференциация поглощения в пределах клетки и корневого волоока (Вахмистров, 1985), Показано, например, что старые волоски менее активно поглощают воду, чем молодые, а сам процесс водо-поглощения носит сложный характер и не зависит от контактирующей с водой области волоска (Петров, 1974), Любопытно, что обнаружена разность электрических потенциалов между апикальной и базальной частями корневого волоска (Вахмистров, Злотникова, 1990), что может свидетельствовать о градиенте протонных насосов (Белозерская и др., 1995) на поверхности ризодермальной клетки и, следовательно, специализации корневого волоска к поглощению определенных ионов, Однако вопрос об эффективности поглощения воды и ионов корневыми волосками все еще нуждается в дальнейших исследованиях, Среди функций корневых волосков отметим также механическую по удержанию корня в почве (Кларк-сон, 1978). С возрастом способность ризодермы к поглощению падает из-за опробковения и кутипизации.

1,3,4, Транспорт воды через корень

Обратимся теперь к движению воды, поглощенной ризодер-мальными клетками, через кору и эндодерму корня к сосудам центрального цилиндра (рис. 2), На этом пути вода может дви-

(

500 мкм

Зрелая

Рис. 2. Поперечные срезы корня кукурузы. А. Общий вид для зрелого корня. Внизу справа можно видеть часть бокового корня. Б. Деталь незрелого центрального цилиндра. В. Деталь зрелого центрального цилиндра. (По (Рейвн, Эверт, Айкхорн, 1990)).

гатъоя по адопласту (совокупности клеточных стенок), по симп-лаоту (совокупности живых клеток, не выходя из них), или трансвакуолярным путем (пересекая плазмалемму и тонопласт каждой клетки (рис. 3),

Считается, что наиболее интенсивно вода поглощается в зоне корневых волосков (Полевой, 1989j Рейвн, Зверт, Айкхорн, 1990) из-за огромной площади поверхности корня в этой области, поэтому некоторые авторы полагают, что зона корневых волосков совпадает с зоной поглощения (Слейчер, 1970). В зоне корневых волосков стенки клеток ризодермы могут быть слегка кутинизиро-ваны, однако высокопроницаемы для воды, в более высоко лежащих зонах поглощение снижается из-за опробковения клеток (Полевой, 1989). Полагают (Полевой, 1989), что поглощение просто пропорционально площади поверхности, но, как уже отмечалось, вопрос требует дальнейших исследований (напомним работу: Петров, 1974), Поглощению воды могут способствовать образующие микоризу грибы (Krikun, 1991; Read, 1997). Поглощение воды, однако, не ограничено зоной корневых волосков кончиков корней и зависит от многих условий. Так, показано (Yarney, Canny, 1993), что во время интенсивной транспирации вода входит в растение через всю корневую систему, преимущественно на расстояниях менее 0.5 м от кончиков корней. В другой работе (Кремнина, Яковлев, 1971) на проростках растений кукурузы с корнями длиной около 15-30 см, не образовывавшими в условиях опыта корневых волосков, наблюдали, что максимумы поглощения воды приходятся на растущий кончик корня (0-4 см), а также на зону о развитыми боковыми корнями.

Под ризодермой вглубь корня рыхло лежат паренхимные клет-

а

б

в

кл.ст.

цит

I

важ4

I

- I

"1

а

б в

I—I

Рис. 3. Возможные пути радиального тока воды в корне:

а) трансвакуолярный;

б) симпластный;

в) апопластный путь.

кл. ст. - клеточная стенка;.цит. - цитоплазма; вак. - вакуоль 1 - сосуд; 2 - перицикл; 3 - эндодерма с поясками Каспари; 4 -

кора; 5 - эпидермис (ризодерма). (Цит. по: Королев, 1990).

ки коры (5-15 слоев), они обладают мощной системой межклетников, разветвленной сетью плазмодеом, связывающих их друг с другом, и оказывают незначительное сопротивление току воды, В то же время наружный слой коры, расположенный сразу под ризо-дермой, может претерпевать морфологические изменения, формируя экзодерму, или гиподерму, В клеточных стенках таких клеток откладываются субериновые (жироподобное вещество) пластинки и образуются пояски Каопари, подобно таковым в эндодерме (см. ниже) (Clarkson, 1991; Petersen, Enstone, 1996). Экзодерма морфологически выявляется в корнях большинства семенных растений, однако обычно она формируется позже, чем эндодерма (хотя у кукурузы может обнаруживаться уже почти сразу за зоной корневых волосков (Petersen, Perumaila, 1984)), поэтому оценить ее влияние на транспорт воды сложнее. Отложение субериновых пластинок должно, вообще говоря, понижать проводимость для воды, что показано для корней лука (Melchior, Steudle, 1998). Для корней кукурузы данные противоречивы: было продемонстрировано, что экзодерма не влияет на поглощение воды (Clarkson и др., 1987) и такой необычный случай связывают со специфическим отсутствием непрерывности субериновых пластинок у этого вида (Petersen, Enstone, 1996); впоследствие, однако, получены результаты о влиянии экзодермы на гидравлическую проводимость и у корней кукурузы (Zimmermann, Steudle, 1998), В экзодерме показаны пропускные клетки (Peterson, Enstone, 1996).

Крайний о внутренней стороны слой клеток коры, окружающий отель, формирует эндодерму. Здесь клетки расположены тесно, без межклетников, а в их антиклинальных (перпендикулярных поверхности корня) отенках откладываются субериновые пластинки,

образуя окружающие клетку пояски - пояски Каспари. В их состав нередко входит лигнин, также непроницаемый для воды (Кларксон, 1978). На, последующих стадиях развития (наблюдаются у однодольных) эндодермальные клетки могут полностью покрываться почти непроницаемым слоем суберина и других веществ, воя связь с другими клетками осуществляется лишь по плазмодесмам. В эндодерме, подобно экзодерме, также существуют пропускные клетки, которые обладают поясками Каспари, но не претерпевают последующих изменений (Peterson, Enstone, 1996).

Пояски Каспари представляют собой барьер для радиального движения воды и ионов по алопласту, поэтому вещества вынуждены проходить через живые клетки эндодермы, Необходимо еще отметить, что плазмалемма клеток эндодермы жестко связана с поясками Каспари с помощью специфических белков и не отходит от поясков Каспари даже при плазмолизе (Clarkson, 1993), что, очевидно, почти устраняет поток ионов и между плазмалеммой и поясками Каспари. Можно, таким образом, говорить об эндодер-мальном барьере для апопластного транспорта. Формирование поясков Каспари для прерывания симплаотного транспорта носит, вероятно, всеобщий характер, поскольку используется растением в корне дважды, а также нередко в клетках обкладки сосудистых пучков листа (Полевой, 1989, о, 295), в стебле - с меньшей степенью выраженности (Лотова, Тимонин, 1989), и, наконец, что интересно, образование похожих структур показано в фитопатологии для прекращения движения метаболитов по алопласту (Морозов, 1992), В корне наблюдаются некоторые нарушения эндодер-мального барьера в местах образования вторичных корней; возможно, ионы и вода могут обходить эндодерму снизу, поэтому

sтот барьер не идеален (Стамболцян, 1987). Впрочем, апоплаот-ный обход воды, полагают, незначителен, но может меняться при отдельных стрессовых воздействиях (Skinner, Radin, 1994).

При обсуждении вопроса о значении поясков Каспари и эндодермы в создания сопротивления потоку воды отметим работы по искусственной модификации корня (Steudle, 1995) - с помощью тончайшей иглы протыкали эндодерму, создавая тем самым апоп-ластные обходные пути для движения воды. Оказалось, что гидравлическая проводимость корня почти не изменилась, но резко упало корневое давление, Steudle интерпретирует данные как резкое снижение коэффициента отражения (характеризует прониц-цаемость мембраны для осмотически действующих веществ) корня вследствие появления обходных путей для движения ионов, При этом у ^модифицированного корня о интактной эндодермой коэффициент отражения изначально был меньше единицы, поэтому автор работы считает, что в нем уже существовали подобных обходные пути для ионов, т.е. эндодермальный барьер не идеален. Корневое давление при протыкании эндодермы не падает до нуля - свидетельство активной накачки ионов в центральный цилиндр, Основной же вывод, полагает Steudle, при модификации корня и последующей работе с ним, применяя корневой зонд давления.* эндодерма не является основным сопротивлением для тока воды в корне (протыкание эндодермы не сказалось на гидравлической проводимости), сопротивление току воды равномерно распределено по всем клеткам на пути воды в центральный цилиндр (Steudle, 1995).

Центральный цилиндр включает перицикл, стелярную паренхиму, ксилемные и флоэмные элементы. Здесь вода проходит через

перицикл, представленный одним или несколькими слоями парен-химных клеток, может проходить через клетки отелярной паренхимы у проводящих пучков и далее поступает в сосуды ксилемы (Рейвн, Зверт, Айкхорн, 1990). На этом пути сопротивление ее току представляется небольшим. Полагают также, что особенности заложения сосудов ксилемы - экзархно (т.е. на периферии стели) в отличие от стебля - способствует укорочению пути для радиального движения воды в сосуды ксилемы (Лотова, Тимонин, 1989). В центральном цилиндре, помимо указанных тканей, расположены также флоэмные элементы.

Поступление воды из наружной среды в клетки ризодермы и дальнейшее ее продвижение в сосуды ксилемы осуществляется по градиенту водного потенциала, т.е. в соответствии о ее энергетическим состоянием. Так, в клетках ризодермы существует высокое осмотическое давление клеточного сока, которое заставляет воду из наружной среды поступать в них. далее вода также следует, в основном, по градиенту осмотической составляющей водного потенциала. Важно, однако, отметить, что изменение тур-горного давления (т.е. потенциала давления - составляющей водного потенциала) в клетках может менять значение и даже знак водного потенциала. Поэтому в корнях вполне вероятны локальные градиенты водного, потенциала, как временные, порядка секунд и меньше, так и пространственные. Пространственные градиенты были показаны в экспериментах с корнями проростков бобов и кукурузы - водный потенциал падал при радиальном движении вглубь корня, а в клетках эндодермы наблюдали его повышение, так называемый эндодермальный скачок водного потенциала (Борисова, Жолкевич, 1982; Борисова, Лазарева, Жолкевич, 1982; Борисова,

Лазарева, Жолкевич, 1984). Оказалось, что эндодермальный скачок водного потенциала связан о метаболизмом корня и функционированием сократительных систем клеток - разобщитель окисления и фосфорилирования 2,4-динитрофенол, а также цитохалазин Б и колхицин устраняли его, выравнивая водный потенциал в эндодерме и окружающих клетках (Борисова, Лазарева, Жолкевич, 1982, 1984). Именно такие локальные градиенты и могут определять общее движение потока воды. Недавно были выявлены также градиенты тургорного давления (оно возрастало внутрь корня) в коре корней различных видов растений (Ру^о!, 21жпегтапп, 1990: ¿штеппаш и др., 1992; кудо! и др., 1993). Авторы считают, что в ряде случаев такие градиенты возникают вследствие транс-пирационного потока, на них влияют условия корнеобитаемой среды, однако роль и значение этих градиентов пока не ясны. Совсем недавно появились работы, где ученые рассматривают модели, в которых вводят локальные временные градиенты водного потенциала и пытаются с их помощью описать транспорт воды в корне (Кундт, Робник, 1998; Кипа!, 1998; Мелещенко, 1998). Более подробно мы еще остановимся на них при рассмотрении данных о природе корневого давления.

Вопрос о пути движения воды - апопластно, симпластно или трансвакуолярным путем - вызывал долгое время споры. Исследователи, придерживающиеся строго осмотических воззрений на движение воды, уверенно считали, что апопласт - единственный и достойный путь для потока воды (см., например: Полевой, 1989). Те же, кто большее значение уделял физиологии водообмена, полагали, что значительная доля водного потока движется по клеткам (Бос, 1984 и др.). В настоящее время с помощью современных

•"""í1 i ■O o

физических методов (ЯМР, зонд давления - клеточный и корневой) более или менее четко показано, что вода в отделенной корневой системе движется, в основном, оимплаотно или трановакуолярным путем, При интенсивной транспирации может доминировать апоп-лаотный путь тока воды по растению (Steudle, Boyer, 1985), однако более характерно (а для отделенного корня - почти исключительно) движение воды по живым клеткам (Анисимов и др., 1983; Анисимов, 1987, 1992; Steudle, Boyer, 1985; Boyer, 1985; Jones et al., 1983; Steudle, Jeschke, 1983; Steudle, 1993, 1994; Melchior. Steudle, 1995; Великанов, 1997 и др.), То же справедливо и для корней кукурузы (Steudle и др., 1987) -апоплаотный путь возможен лишь при создании значительных градиентов гидростатического давления в корне, когда большие внешние гидростатические давления прикладываются в экспериментах к окружающей корни жидкости. Интересно отметить, что сейчас существенный вклад апопластного пути (исключая сосуды) оспаривается даже при движении воды в листьях (Canny, 1993, 19956).

Необходимо, вероятно, сделать небольшое отступление об одном открытии, явившимся серьезным аргументом в пользу оимп-лаотного или трансвакуолярного пути движения воды, Ранее считалось, что апоплаотный путь движения воды определяется низким, что полагали очевидным, сопротивлением клеточных стенок для водного тока (Полевой, 1989). Однако недавно были обнаружены специфические мембранные белки, обладающие избирательной проводимостью для воды. Вначале появлялись косвенные данные о существовании специфической водной проводимости, ингибируемой солями ртути и меркуробензоатом, в мембранах клеток животных

(Ьикаооу1о и др., 1984; иЬазш и др.. 1984) и влиянии указанных ингибиторов на транспорт воды в растении (Жолкевич и др., 1989). Потом удалось выделить гены и экспреосировать белки, отвечающие за специфический транспорт воды (РизМпп и др., 1993), но еще несколько лет назад они казались довольно экзотическими. а их присутствие в растениях - не более, чем вероятным (Скобелева, 1990). Однако быстро выяснилось, что водные каналы - аквапорины - широко распространены у растений и присутствуют как в плазмалемме, так и в тоноплаоте.

К настоящему времени выполнено огромное количество работ, посвященных аквапоринам растений, изучена их структура, тканевая локализация, разработаны методики для выявления водных каналов. Полученные данные обобщены уже в нескольких обзорах (СЬт1зрее1з и др., 1997; Маиге!, 1997; ЗоЬаГ£пег, 1998). Оказалось, что аквапорины высоко проницаемы для воды, молекулы которой движутся через водный канал друг за другом по узкой поре, в то же время проницаемость для других веществ и ионов у водных каналов низка (Маиге!. 1997). Характерными признаками для их выделения считают низкую энергию активации для транспорта воды и высокое отношение между проницаемостью мембраны для осмотического и диффузионного потоков воды (Маиге!, 1997: М1ет1е1г, Туегшап, 1997). Были выделены гены аквапоринов АгаЫйорз1з, белки-водные каналы экспрессированы в ооцитах Хепориз. В растении же водные каналы активно экспрессируются в связанных с сосудами тканях корня и листьев, эндодерме и центральном цилиндре корня. Выдвинуто предположение, что аквапорины необходимы клеткам с повышенными потребностями в транспорте воды - растущим, устьичным и клеткам, расположенным около сосу-

дов, а также при де- и регидратации (Schaffner и др., 1995). Интересные данные получили R. Kaldenhoff с коллегами - при индуцированном синим светом цветении Arabidopsis усиливается экспрессия гена, кодирующего водный канал плазмалеммы; ген обладал активируемым светом промотором и интенсивно зкопреооиро-валоя в растягивающихся или дифференцирующихся клетках, Исследователям удалось даже регулировать водную проницаемость мембран клеток с помощью искусственно синтезированных антиомысло-вых конструкций, что неожиданно привело к изменению внешнего вида корневых волосков. Был охарактеризован и продукт гена -аквапорин, который, как выяснилось, принимает участие в гра-витропичеокой и других связанных с движениями реакциях растения, Исследователи полагают, что регуляция проводимости этого и других водных каналов может осуществляться за счет фосфори-лирования/дефосфорилирования (Kaldenhoff, Richter, 1995, Kaldenhoff и др,, 1995),

Таким образом, само существование и важное значение аква-поринов в транспорте воды не вызывают сомнений, Уже показано, что аквапорины обусловливают большую долю потока воды у ряда растительных систем (Hertel, Steudle, 1997), однако их вклад в транспорт воды в корне и регуляция этой доли (закрыванием-открыванием каналов, например, при различных воздействиях) пока не ясны (Steudle, Henzler, 1995), Это - вопросы ближайшего будущего,

Теперь рассмотрим движение воды, прошедшей через ризодер-му и кору в сосуды. Здесь путем восходящего водного тока считают ксилему, нисходящего - преимущественно флоэму. Обычно полагают, что сосуды ксилемы уже на небольшом расстоянии от кон-

чика корня (зона корневых волосков, где есть сформированная метаксилема) лишены живого содержимого (Полевой, 1989; Рейвн, Эверт, Айкхорн, 1990) и представляют собой пустые капилляры, Они состоят из большого числа расположенных друг над другом члеников со оплошными боковыми стенками, верхняя и нижняя стенки члеников обычно скошены, С внутренней стороны стенок члеников нередко заметны кольцевые, спиральные или лестничные утолщения вторичной клеточной стенки. Между расположенными друг над другом члениками сосудов находятся пластинки о большим числом отверстий в них, Это так называемые перфорационные пластинки, образующие путь о низким сопротивлением для тока воды, Иногда их наблюдают на боковых поверхностях сосудов, У наиболее зволюцнонно развитых растений выявляются простые перфорации - между соседними верхним и нижним члениками сосудов отсутствует перфорационная пластинка с множеством отверстий, а образовано лишь одно отверстие о диаметром сосуда, У голосеменных же сосудов нет вообще, а проводят воду их предшественники трахеиды, перфорационные пластинки также отсутствуют (Жизнь растений, 1980, т,5 (1), о, 11-14), Однако у одного растения редко присутствуют сосуды только одного типа, обычно в сосудистой системе можно выделить и сосуды различной морфологии о перфорационными пластинками в разных сторонах, и трахеиды, В корне тяжи ксилемы чередуются о группами элементов флоэмы, составляя сложные проводящие пучки (Лотова, Тимонин, 1989), В целом, образуется сложная переплетенная проводящая сеть,

Отроение сосудов и сосудистой системы представляет важный таксономический признак - эволюция наземных растений шла к

созданию пути с наименьшим сопротивлением для водного потока. Встречаются работы, математически моделирующие процесс: доказывают необходимость появления ксилемы в центре стебля или корня и рассматривают оптимальное расположение сосудистых пучков (Roth и др., 1994а, б).

Транспорт воды по сосудистым элементам обычно изучают редко (Jene, Zimmermann, 1979; Steudle, 1995), полагая, что он чрезвычайно прост. Появились, однако, данные о присутствии протоплазмы в сосудах поздней метакоилемы, на расстоянии 10-20 см и далее от кончика корня, эти живые элементы оказывали значительное сопротивление току воды (Данилова, 1975; StAubin и др., 1988; Sanderson и др., 1988). В ряде случаев такая ситуация приводила к существованию значительной разницы в осевой проводимости корней (Sanderson и др., 1988); при этом оказалось, что подобное явление может возникнуть и в более апикальной части корня, где только периферические метакоилемные сосуды были проводящими. В подтверждение сложности транспорта воды по сосудам ксилемы (ом. также McCully, 19956) отметим недавние работы группы U. Zimmermann, ими создан коилемный зонд давления для измерения гидростатических давлений непосредственно в ксилеме. Полученные результаты были настолько неожиданны, что заставили исследователей отказаться от общепринятой когезион-ной концепции подъема воды в растениях - измеренные давления часто были положительными, что принципиально противоречит этой теории (Zimmermann и др., 1993а, б; Zimmermann и др., 1994; Zimmermann и др., 1995). Для объяснения подъема были предложены несколько сил, а для их работы - существование осмотически изолированных компартментов в коилемных сосудах. Подобная сег-

ментация сосудов ксилемы, приводящая к появлению сояеотражаю-щйл барьеров и, следовательно, созданию осмотически относительно изолированных компартментов в сосудах, по мнению авторов, может быть связана с механическими включениями в сосудах или созданием осмотических барьеров окружающими сосуды клетками (Zimmennann и др., 1993а, б; Zimrnermann и др., 1994; Zimmermann и др., 1995; Zhu и др., 1995), Высказываются и другие гипотезы о возможности появления осмотических барьеров пои движении растворов на границах обычных скошенных концов кои-лемных сосудов в силу их геометрических свойств (Кундт, Роб-ник, 1998). Некоторые данные подтверждают существование осмотических барьеров в тканях растений - вблизи сосудов кукурузы, в тканях сахарного тростника (Canny, 1990; Jaoohsen и др., 1992; Welbauïï! и др., 1992). Наличие гидравлически изолированных компартментов предполагается и в корнях, судя по результатам, полученным традиционными методами (Wang:, Canny, MoOully, 1991) и с помощью ксилемного зонда давления (Zhu и др., 1995). Исследования, как и дискуссии, продолжаются.

При описании сосудистой системы растения следует остановиться на оригинальных работах Г.Б. Кедрова (Кедров, 1965, 1971, 1973, 1984, 1985). Он рассматривает проводящую систему растения с ботанической точки зрения. Выясняется, что среди сосудистых элементов ксилемы расположены живые клетки, тесно контактирующие с сосудами, причем живые клетки образуют непрерывную сеть, а их морфология такова, что позволяет двигаться воде по ней в любом направлении. Автор полагает, что возможен автономный водный поток по живым элементам сосудистой системы в любом направлении - даже вниз, противоположно потоку по кси-

леме (Кедров, 1971). Выясняется также, что расположение контактов (промежуточных контактов в боковых стенках сосудов и пор между трахеидами) между сосудистыми элементами таково, что значительный поток воды движется не прямо вверх, а скорее вбок, к наружной поверхности стебля или корня, т.е. путь воды по сосудам описывается гораздо более сложной картиной, чем это кажется с первого взгляда (Кедров, 1965, 1973, 1984).

В заключение раздела отметим, что транспорт воды в корневой системе в настоящее время представляется весьма сложным процессом, где не исключено наличие пространственных и временных градиентов водного потенциала, существование гидравлически и осмотически изолированных компартментов и очевидна огромная роль живых клеток о их интактными мембранами.

1,3.5. Осмотическая концепция корневого давления

После обнаружения и описания корневого давления возник вопрос о природе этого явления. Первые исследователи восходящего водного тока в растении - Hales (1727), Night (1801) -считали, что живые клетки корня активно участвуют в подъеме сока по растению (Жолкевич и др., 1989). Подобного мнения позднее придерживались и придерживаются W.O. James и Н. Baker (James, Baker, 1933), Л.В. Можаева и Н.В. Пилъщикова (Можаева, Пильщикова, 1972, 1976, 1978, 1979), Бос (Бос, 1964), Петров (Петров, 1974) и некоторые другие ученые.

В настоящее время, однако, довольно широко распространена осмотическая концепция эксудации и корневого давления, согласно которой воду в корневую систему насасывает концентрирован-

ный сок в коилемных сосудах. Живые клетки корня участия в транспорте воды не принимают, даже скорее мешают потоку воды, оказывая ему сопротивление (Steudle, 1995). Такие воззрения основываются на исследованиях Pfeffer, детально изучившего в конце прошлого века осмотические явления. Их простота, разумеется, привлекла внимание к осмосу и пробудила желание объяснить с его помощью наибольшее число физиологических процессов. Кстати, еще Д.А. Сабинин, комментируя гипотезу Munch о флозм-ном транспорте, предостерегал от применения подобного "упрощающего55 подхода в физиологии (Сабинин, 1971, о. 159): "Причины популярности схемы Мюнха, по нашему мнению, заключаются не в ее глубине и стройности, а в модельной простоте. Исследователей часто подкупает возможность "модельного мышления" в области сложных биологических проблем". Видимо, подобное стремление к "модельному мышлению" и было основной причиной того, что широкое распространение, начиная с 1920-ых годов получила схема Priestley (Priestley, 1920, 1922), впоследствии несколько модифицированная .* корень, нагнетая воду, функционирует как осмометр; концентрированный раствор в этом "осмометре" находится в сосудах ксилемы; живые клетки корня - полунепроницаемая мембрана, она не дает осмотически действующим веществам выходить наружу из сосудов ксилемы. Уравнение эксудации тогда записывается как:

J iff Г Lp -к б * ДП,

где Зщ - объем водного потока, Д П - разница осмотических давлений ксилемного сока и наружного раствора, 6 - коэффициент

РОССМЙОКА&

^З&нмс

отражения, характеризующий проницаемость мембраны для осмотически действующих веществ (или степень преобразования разницы осмотических давлений в разницу гидростатических давлений).

Итак, согласно таким воззрениям, в создании корневого давления участвуют лишь осмотические силы, а на величину его еще влияют свойства мембраны (живых клеток коры). Вопрос о создании повышенной концентрации осмотически активных веществ в сосудах решается обычно просто: работа ионных насосов плаз-малеммы ризодермы и клеток, окружающих сосуды, приводит к созданию повышенной концентрации веществ в сосудах. Первичный электрохимический градиент накачиваемого насосом иона преобразуется за счет функционирования ионных каналов и переносчиков в градиент разных ионов и метаболитов. В итоге в сосудах повышена их концентрация - налицо условие для развития осмотических явлений и корневого давления (House, 1974; Полевой, 1989). Споры ведутся лишь о месте локализации первичных насосов, некоторые исследователи помещают их только в плазмалемму ризодермы, а основное значение при регуляции ионного состава кси-лемного сока придают ионным каналам клеток вокруг коилемных сосудов (Wegner, Rasohke, 1994; de Boer, Wegner, 1997), Известно, что корневое давление связано с метаболизмом корня, При вышеизложенном подходе связь осуществляется через работу ионных насосов и электрохимический градиент на мембране клеток. Существует, впрочем, еще гипотеза Нуlmo (Hyliro, 1953) о повышенной концентрации ионов в сосудах, согласно которой значительная часть ионов для создания корневого давления освобождается после гибели клеток ксилемы при дифференциации.

Осмотическая концепция корневого давления проста, и поз-

водяет сделать ряд предсказаний, Самое существенное - корневое давление не будет развиваться, если корень помещен в гипертонический раствор по отношению к ксилемному соку, т.е. если осмотическое давление ксилемного раствора ниже осмотического давления раствора, в котором находится корень. Однако все оказывается гораздо сложнее и зксудация, вызванная корневым давлением, продолжается в гипертонических растворах. Следующий раздел будет посвящен этому, казалось бы, парадоксальному явлению, а сейчас напомним о взглядах классика отечественной физиологии растений и одного из пионеров в исследовании эксудации Д.А. Сабинина. Вначале он рассматривал корневую систему как осмотический аппарат (Сабинин, 1925), схема получила широкое распространение, особенно поддерживаемая современными сторонниками осмотической концепции корневого давления. Однако в последние годы жизни Д.А, Сабинин относился к эксудации не как к простому осмотическому явлению, он связывал ее с метаболизмом клеток и их полярностью и писал, что "плач растений - это поддержание тока воды и растворенных веществ через корневые системы за счет локализованных различий в интенсивности и характере обмена веществ в живых клетках поглощающей зоны корня" (Сабинин, 1949).

1.3,8, Сложная природа корневого давления

Как уже отмечалось, согласно простой осмотической концепции корневого давления, эксудация невозможно в гипертонических

растворах, Поэтому неожиданными оказались данные van Overbeek (van Overbeek, 1942), что эксудат выделялся, когда его осмоти-

ческое давление было значительно меньше осмотического давления окружающего корни раствора. Впооледствие эти результаты были подтверждены в других исследованиях (Вгоуег, 1951; House, Find lay, 1968; Можаева, Пилыцикова, 1972; Жолкевич и др., 1979). Было сделано заключение, что корневое давление складывается из двух принципиально разных составляющих; осмотической, которая подчиняется осмотической концепции экоудации, и неосмотической, или метаболической, которая обеспечивает экоу-дацию в гипертонических по отношению к эксудату растворах. Тогда в уравнение экоудации следует включить неосмотичеокий компонент:

Jw = I- * б * Ж + Ф¥,

где C&w - поток воды, не зависящий от градиента осмотического давления (Anderson и др., 1970; House, 1974). Это же выражение

можно представить в виде:

Jw = Lp * 6 А Ш + MC,

где MC - метаболическая составляющая корневого давления. Величина ее определяется как разность между осмотическим давлением омывающего корни раствора, который останавливает экоудацию, и осмотическим давлением эксудата. Экспериментально при этом подбирается раствор, в котором экоудация останавливается, измеряется его осмотическое давление, превышение этого давления над осмотическим давлением эксудата и есть величина метаболической составляющей. В лаборатории регуляции водного обмена и

засухоустойчивости ИФР РАН под руководством проф. В.Н. Жолке-вича было показано, что величина метаболической составляющей колеблется от 0 до 80% от величины суммарного корневого давления (Жолкевич и др., 1979; 1989; Чугунова, 1989; Королев, 1990),

Разумеется, против данных о существовании неосмотического компонента были выдвинуты возражения: что существует градиент осмотического давления по длине корня и транспорт воды везде следует осмотическому потенциалу, что останавливающие эксуда-цию вещества проникают в корень, что при остановке эксудации возрастает осмотическое давление эксудата и др. (ом., например, House, 1974). В тщательно проведенных экспериментах все эти возражения были отвергнуты (подробнее см,: Жолкевич и др., 1979; 1989; Zholkevich, 1991), В качестве останавливающего эк-оудацию вещества, например, использовали полиэтиленгликоль (ПЭГ) с молекулярной массой 6000, который заведомо не проникал в корень (Нечипоренко, Рыбалова, 1980). Существование метаболической составляющей, вроде бы, вновь подтверждено.

Следующим аргументом против существования метаболической составляющей выдвигают соображение, что метаболическая составляющая как активный транспорт воды невозможна по энергетическим соображениям (Steudle, 1994). Но метаболическая составляющая не требует активного транспорта воды, будучи связанной с потенциалом давления (см. ниже) и вполне укладывается в традиционные рамки водного потенциала. Кстати, многие сторонники осмотических подходов к транспорту воды не отрицают возможности даже активного транспорта воды, делая расчеты (House, 1974), а ряд ученых полагает доказанным активный транспорт во-

ды (Oertli, 1988, 1991). Интересная гипотеза была выдвинута в Физиологии животных, всегда шедшей впереди физиологии растений в вопросах описания транспортных процессов в организмах: многие мембранные белки действуют как осмотические машины. Они переносят сотни молекул воды через мембрану в котранспорте с некоторыми ионами, при этом вода может идти против осмотического градиента на мембране. Экспериментально показано, что в некоторых животных системах транспорт воды осуществляется против осмотического градиента вплоть до 5 бар. Авторы считают, что процесс транспорта воды через мембраны - контролируемый процесс, и транспорт воды часто сопряжен о транспортом ионов? рассмотрение сопряжения ведется на уровне конформационных переходов ионных каналов и переносчиков. Полагают также, что осмотическая концепция никоим образом не может объяснить весь спектр наблюдаемых явлений (Zeuthen, Stein, 1994), В последующих работах Т, Zeuthen (Zeuthen, 1996) предлагает рассмотренный механизм котранопорта воды о ионами или метаболитами для создания неосмотичеокого компонента корневого давления растений iK+/0l~/ Hg.O котранспорт), а также рассматривает возможность участия подобного механизма в транспорте воды по флоэме (Нг/гексозный переносчик может быть сопряжен о транспортом воды) и при регуляции быстрых движений у растений за счет входа и выхода воды их клеток,

Против метаболической составляющей приводят еще одно возражение - при моделировании транспорта воды создано огромное количество моделей, которые при желании можно применить к экоудации и попытаться объяснить неосмотическую его составляющую о осмотических позиций. Остановимся подробнее на этом вопросе,

Модели, применяемые для описания корневого давления можно разделить на одномембранные и двухмембранные (Лукоянова, 1990; Лялин, 1989), Одномембранные полагают, что ксилему от наружного раствора отделяет лишь одна действующая мембрана, за которую принимают все клетки коры, ризодерму, эндодерму. Подобная модель просто не позволяет существовать эксудации в гипертоническом растворе (при применении ПЭГ 6000 коэффициент отражения должен быть равен 1 и, следовательно, никаких возможностей для дальнейших манипуляций не остается). Показаны и другие возражения против одномембранной модели эксудации (Лялин, 1989; Newman, 1978).

В двухмембранных моделях используется три компартмента -наружный раствор, совокупность клеток коры корня и содержимое сосудов ксилемы. Соответственно, рассматриваются 2 мембраны. Варируя их параметры можно получить больше вариантов. В модели Ginsburg; (Ginsburg1, 1971), применяющей к растениям асимметричную двухмембранную модель Curran (Curran, 1960), предполагается, что две эти мембраны обладают различной проницаемостью для веществ, т.е. коэффициентом отражения. Однако в такой модели маловероятен поток воды против градиента осмотического потенциала. К тому же коэффициенты отражения мембран практически всех растительных клеток близки к 1, попытки создать модель на их незначительной разнице вряд ли отражают реальность (Лялин, 1989). Другая модель - стоящего градиента давления (Anderson и др., 1970; Fisous, Kramer, 1975), использующая аналогичную схему из физиологии животных (Diamond, Bossert, 1987) для растений, - не подходит для сосудов, поскольку не отвечает экспериментальным данным (Жолкевич и др., 1979). В применении же к

,t s-"? " -

отели корня (Katou, Taura, Furumoto, 1987) модель также не отвечает имеющимся результатам» - не может быть применена к "рукавичкам" (см, ниже), лишенным центрального цилиндра, но обладающим способностью к экоудации. Аналогичная картина будет о этой моделью и для сегментов корней без центрального цилиндра, использовавшимся в других опытах (Ginsburg:, Ginzburg, 1970а, 19706; Ginsburg, 1971). Наконец, отсутствуют серьезные экспериментальные подтверждения гипотетического механизма.

Обратимся теперь к обратнооемотической модели корневой экоудации (Лялин, 1989; Лялин, Лукоянова, 1989; Лукоянова, 1990). Она вообще не допускает экоудации в гиперосмотических по отношению к эксудату растворах. Эта модель не допускает также существования отрицательной экоудации, которая тем не менее наблюдается (например: Филиппов, 1982).

Модель Schwenke, Wagner (Schwenke, Wagner, 1992) рассматривает гипотетические ионные каналы, активируемые натяжением, и колебания коэффициента отражения. Ни одно из этих допущений не показано. Хотя модель объясняет некоторые свойства экоудации, но полагает наличие полного сопряжения водных и солевых потоков (что неверно, как показали исследования аквалоринов (Steudle, Henzler, 1995)). Наконец, Steudle (Steudle, 1994, 1995) предлагает составную (composite) модель корня. Она создана на основе лишь измерений с помощью не всеми принимаемого (Zimmermann и др., 1992) зонда корневого давления, и авторы ничего не пишут об экоудации. Интересна также модель возникновения экоудации за счет электроосмоса в плазмодеомах клеток корня (Великанов, 1997); ученый показывает, что возможна электрическая неэквивалентность симпласта корня и что подобное

явление может вызывать злектрооомоо в плазмодеомах, В то же время эта модель также не подкреплена убедительными экспериментальными данными, что отмечает и сам автор; наконец, модель электроосмоса в плазмодеомах будет, как представляется, свидетельствовать о тесном сопряжении водных и ионных потоков, чего в реальности не наблюдается,

В заключение анализа всех моделей отметим постоянную критическую направленность авторов новых моделей по отношению к старым и наоборот, а также отсутствие решающих экспериментальных данных в пользу какой-либо одной модели. Большинство моделей нередко игнорирует фактические данные и анатомическое отроение корня, На основании моделирования отвергать существование метаболической составляющей корневого давления, подтвержденное экспериментально, представляется не совсем разумным, Наконец, в самое последнее время появились две модели, предлагающие физическую основу для реализации неосмотической составляющей корневого давления (Кундт, Робник, 1998; Кипа!., 1998; Мелещенко, 1998), - пульсации клеток коры или периодическое повышение тургора вследствие активации метаболизма клеток коры. Нельзя исключить и предложенный механизм котранопор-та воды и ионов для реализации активного транспорта воды (1еи1Ьеп, 1996),

1,3,7, Метаболическая составляющая корневого давления

После экспериментального доказательства существования метаболической составляющей корневого давления, за счет которой оно превышает осмотическое давление эксудата, стало ясно, что

общее развиваемое корневое давление можно представить как сумму осмотической и метаболической составляющих. Возник вопрос о природе метаболической составляющей корневого давления. Значительные успехи в ее изучении были достигнуты в ТСХА под руководством Л.В, Можаевой (Можаева, 1991; Можаева, Боева, 1970, 1971; Можаева, Булычева, 1971; Можаева, Никитина, 1989; Можаева, Пильщикова, 1969, 1972, 1976, 1978, 1979; Можаева, Пилыци-кова, Зайцева, 1975; Можаева, Пильщикова, Кузина, 1978, 1979, 1980; Пильщикова, 1988).

Базируясь на полученных данных, Л.В, Можаева и Н.В. Пильщикова предложили рассматривать процесс транспорта воды через корень как двухфазный.* существуют две последовательные фазы, фаза поступления воды в клетки и фаза выделения ее. Фаза поступления воды более пассивная, ее можно уподобить фазе расслабления. Фаза выделения активна, происходит выталкивание воды в направлении сосудов ксилемы (фаза сокращения). Выталкивание воды понижает водный потенциал клеток, что приводит к пассивному поглощению последующей порции воды. Таим образом, реализуется импульсная ритмичность в транспорте воды. Оказалось, что подобный импульсный характер транспорта воды находит отражение в сокращении и расслаблении паренхимных клеток коры и центрального цилиндра: сокращение соответствует максимуму выделения эксудата, а расслабление - минимуму (Можаева, Пильщикова, 1972, 1976), Применив оригинальный экспериментальный прием - резкую смену температуры в зоне корней (с 20 до 35° 0 или с 15 до 30и С), - исследователи смогли вызвать доступные для измерения изменения площади поперечного сечения корня, В опытах о корнями проростков кукурузы было показано, что эти

изменения связаны с транспортом воды: сокращение площади поперечного сечения корня сопровождалось резким выбросом эксудата. Впоследствии эти результаты были полностью подтверждены в опытах о более совершенной регистрирующей техникой - резкий выброс эксудата наблюдали при переносе корней из раствора с температурой 22й С в раствор с температурой 4° С (Schwenke, Wagner, 1992). В опытах Л.В. Можаевой и Н.В. Пилыдиковой сокращение корня и выброс эксудата ингибировались 2,4-динитрофе-нолом, нарушавшим энергоснабжение клеток, и пара-хлормеркуро-бензоатом (действует на тиольные группы белков, подавляет АТФ-азную активность актомиозннподобных (сократительных) белков, нарушает транспорт через аквапорины). Было выдвинуто предположение, что наблюдаемое сокращение клеток коры связано о деятельностью актомиозннподобных белков, Оки вскоре были выделены из корней тыквы (Можаева, Булычева, 1971), а затем подсолнечника (Жолкевич и др., 1979; Абуталыпов, Жолкевич, 1979; Абуталыбов, Шушанашвили, Жолкевич, 1980; Абуталыбов, Жолкевич, 1981; Абуталыбов, 1982),

Видимо сейчас уместно остановиться на возможной роли сократительных элементов и цитоскелета в транспорте воды в корне, В последние годы изучению цитоскелета растений и вообще сократительных элементов всех организмов уделяется вое большее внимание, особенно значительные успехи в этой области были достигнуты на молекулярном уровне. Был детально исследован новый "молекулярный мотор" - белок кинезин, стало многое понятно в его движении по тубулиновым микротрубочкам (Kuo, Sheetz, 1993; Kuli и др,, 1996; Sablin и др,, 1996), Кинезин похож на известный ранее белок динеин, также двигающийся по тубулиновым

микротрубочкам и осуществляющий транспорт элементов клетки по ним, как по рельсам, Между кинезином и динеином, тем не менее, несмотря на большое сходство, обнаружены различия в характере связывания с микротрубочками и передвижения по ним, Появились доказательства, что сходные с динеином и тубулином белки присутствуют также у растений (Медведев, Маркова, 1998), Большее внимание стало уделяться и микротрубочкам растений, достигнуты значительные успехи в исследовании тубулинов, условий их сборки и действующих на процесс веществ. Особенно важными оказываются микротрубочки, расположенные в кортикальных слоях клетки, Они связаны с отложением целлюлозы в клеточной стенке; весьма вероятно, что интересно, взаимодействие кортикальных микротрубочек с микрофиламентами (Медведев, Маркова, 1998), Микротрубочки растений активно исследуют при развитии растений и при различных воздействиях на них, Показана существенная роль микротрубочек в процессах роста и развития корневого апекса (Baluska и др., 1995, 1996), формировании корневых волосков (Sato и др., 1995), Многочисленные данные о роли микротрубочек в создании и поддержании полярности у растений приведены недавно на русском языке в обзоре (Медведев, Маркова, 1998),

Не меньшее, если не большее, внимание уделяется другому элементу цитоскелета - сети микрофиламентов и связанным с ними миозинам, Рентгеноотруктурным анализом получена о высоким разрешением картина головки миозиновой молекулы, элемента играющего важнейшую роль в движении молекулы миозина по актиновым филаментам и, следовательно, сокращении, и проанализирована структура его комплекса о актином (Rayment и др., 1993а, б), Больше стало известно о биофизике и конфирмационных изменениях

молекулы при этом процессе (Spudich, 1994). В последние годы открыты многие неклассические миозины, обнаруженные белки классифицированы по группам, причем Функции их различны (Bement, Mooseker, 1993). Оказалось, что весьма вероятно совместное участие миозиновых и кинезиновых молекул в транспортных процессах в клетках, и объединенному действию "молекулярных моторов" уделяется большое внимание (Sohliwa, 1999; Huang и др., 1999). Многие миозины обнаружены и в растениях (например.* Reichelt и др., 1997). Совершенно необычной оказалась функция миозина I С в Ácanthamoeba castellan!i (Doberstein и др., 1993) - миозин был связан с сократительной вакуолью и играл важную роль в ее периодическом сокращении и выбросе воды. Антитела против этого миозина, введенные в клетки амебы, приводили к ингибированию работы миозина, вследствие чего нарушалась деятельность сократительной вакуоли, и клетки погибали от осмотического шока, переполненные водой. Естественно, уделяется большое внимание и актиновым фнламентам - только по ним могут двигаться и прикладывать усилия миозины. Показаны структурные переотройки актиновой сети клеток кончика корня при их развитии (Baluska и др., 1997), важную роль играют актиновые филаменты при морфогенезе корневых волосков (Sato и др., 1995), в процессах создания и поддержания полярности (Медведев, Маркова, 1998), при синтезе белка (Клячко, 1998). Выявлено, что степень натяжения актиновых филаментов в растительных клетках сложно зависит от концентрации различных ионов, биорегуляторов, температуры и pH (Grahsky и др., 1994). Большое внимание уделяют актомиозинподобным белкам и компонентам этой сократительной системы, обнаруженным во флоэме (Курсанов,

1976; Туркина, 1985; Соколов и др., 1985, 1986; Соколов, 1988; Куликова, 1986, 1992; Туркина, Акатова, 1994), предполагая, что они могут принимать участие в транспорте аооимилятов по флоэме и выступать в качестве одной их движущих сил транспорта, Интересно, что относительно высокая концентрация миозина (Соколов и др., 1985, 1986; Соколов, 1988) и актина (Куликова, 1986) была обнаружена в ксилемных проводящих пучках, В целом, именно актомиозинподобные белки являются основными моторами клетки (Williamson, 1993), обеспечивающими большинство внутриклеточных движений, а компоненты цитоскелета (микротрубочки и микрофиламенты) осуществляют пространственную организацию этих движений и создают упорядоченные сети для жизнедеятельности клетки,

В настоящее время пока рано предлагать четкий механизм участия цитоскелета в транспорте воды, однако это участие несомненно (выше приводился интересный пример с сократительной вакуолью амебы - первый доказанный случай связи миозинов о ос-морегуляцией), Сейчас появились модели (Великанов, 1997; Кундт, Робник, 1998; Kundt, 1998), предполагающие работу миозина по открыванию-закрыванию просветов плазмодесм - ключевых структур в межклеточном транспорте (Overall, Blaokman, 1996; Gnoshroy и др., 1997). Другие исследователи считают, что сократительные элементы могут осуществлять ритмичное межклеточное движение протоплазмы, включая даже крупные органеллы, через плазмодеомы; явление исследовали детально, при микроскопических наблюдениях было показано периодическое быстрое движение органелл через плазмодеомы и выявлена энергозависимость процесса (Zhang и др., 1990). Подобный механизм хорошо исследован

для движения плазмодия микоомицета Physarum (Теплов и др., 1998). Отметим, что недавно было показано наличие актина-миозина VIII вблизи плазмодеом кончика корня кукурузы (ом, Кундт, Робник, 1998), продемонстрирована асоциированная с плазмодео-мами АТФ-азная активность и предполагается участие белков ци-тоскелета в транспорте вирусных частиц через плазмодеомы (Ohoshroy и др., 1997), Одна из последних моделей уже рассматривает структуру плазмодеомы, где о десмотрубочкой плазмодеомы связаны актиновые филаменты и миозин (Overall, Blaokman, 1996). В целом же корне распределение актиновых филаментов имеет определенную специфику - довольно много актиновых филаментов в клетках коры, меньше - в клетках центрального цилиндра (Baluska и др., 1997). Полученные, таким образом, данные вполне согласуются о результатами Л.В, Можаевой и Н.В. Пильщи-ковой (Можаева, Пильщикова, 1972, 1976) и Жолкевича В.Н. с сотрудниками (Жолкевич и др,, 1979),

Обратимся вновь к импульсному характеру транспорта воды через корень. Действительно, автоколебательный (периодический) характер транспорта воды известен давно (Grossenbacher, 1938; Гунар и др,, 1957; Трубецкова, 1957), преимущественно удавалось измерять циркадные (суточные) ритмы, хотя были отмечены и более короткопериодные колебания, В настоящее время в связи с развитием измерительной аппаратуры успешно регистрируют колебания экоудации о периодами в несколько минут и меньше (Можаева, Пильщикова, 1972; Лазарева, Борисова, Жолкевич, 1986; Schwenke, Wagner, 1992), Недавно с помощью нового метода -ксилемного зонда давления - обнаружены даже периодические колебания гидростатического давления в сосудах интактного расте-

ния (Schneider, Zhti, Zimmermann, 1997; Weener, Zimmermann,

1998) * По мнению Л,В, Можаевой и Н.В. Пильщиковой (Можаева, Пилыцикова, 1972, 1976), как уже было отмечено, автоколебательный характер зкоудации связан с существованием фазы расслабления (минимум зкоудации) и фазы выделения (максимум зкоудации) в транспорте воды, Эти данные нашли свое подтверждение в опытах с корнями проростков кукурузы (Лазарева, Борисова, Жолкевич, 1986), С помощью специально собранной установки было показано, что как водопоглощение, так и аксудация обнаруживают колебательный характер с периодом около 3 минут, Наиболее интересно - эти колебания находились в противофазе, максимум поглощения соответствовал минимуму зкоудации и наоборот, Оказалось, что автоколебания подавляются ингибиторами зкоудации -2,4-динитрофенолом и карбонилцианид-3-хлорфенилгидрайоном, нарушающими знергообмен клеток; цитохалазином Б и колхицином, блокирующими работу сократительных белков; пипольфеном, нарушающим структурную целостность мембран; пара-хлормеркуробензо-атом, влияющим на тиольные группы белков, и некоторыми другими соединениями. При этом падала амплитуда колебаний, возрастал период, противофазность водопоглощения и зкоудации сменялась синхронностью. Хлористый кальций, стабилизирующий мембраны, повышал интенсивность зкоудации и усиливал автоколебания. Автоколебательный характер транспорта воды через корень в проведенных экспериментах следует, по всей видимости, связывать с функционированием метаболической составляющей корневого давления, поскольку все указанные ингибиторы при своем действии подавляют именно эту составляющую, существенно не затрагивая осмотической составляющей (см. ниже). Мишенью действия хлористо-

го кальция также выступает метаболическая составляющая корневого давления, Таким образом, полученные данные находятся в полном соответствии с предположением о сложном, состоящем из нескольких фаз, характере транспорта воды в корне,

Оставалось, однако, не ясным с функционированием каких именно клеточных систем связана метаболическая составляющая. Ответ на этот вопрос дало применение ингибиторного анализа при изучении эксудации корней 5-7-дневных проростков кукурузы и "рукавичек", полученных из этих корней, "Рукавички" - отделенные корни, у которых удален центральный цилиндр, Разрыв проходит по клеткам эндодермы, и "рукавичка" состоит из ризодерми-са, клеток коры, остатков эндодермы и продолговатой полости, возникшей после удаления центрального цилиндра. Зафиксированная вертикально и погруженная нижней частью в воду "рукавичка" начинает выделять жидкость в эту полость. Предполагается, что у "рукавички" эксудация, по крайней мере в первое время, происходит исключительно за счет метаболической составляющей корневого давления, так как в полости "рукавички" отсутствует жидкость и говорить о работе осмометра в такой системе трудно (Жолкевич и др., 1989), Полагают также, что к "рукавичкам" неприменима модель асимметричной двойной мембраны и модель стоящего осмотического градиента из-за отсутствия стели (Жолкевич и др., 1989). Со сходной с "рукавичками" системой работали и другие исследователи (31пзЬигд:, 01пгЬиг£, 1970а, 19706, 1971),

Интенсивность эксудации "рукавичек" была вдвое выше, чем у отделенных корней, хотя у них на начальном этапе эксудации отсутствовала осмотическая составляющая корневого давления.

Метаболическая составляющая у "рукавичек" оказалась значительно выше, чем у отделенных корней. Ее величина доходила до 80% (Жолкевич и др,, 1989; Чугунова, 1989; Королев, 1990). Наблюдали также резкое возрастание температурного коэффициента цю зкоудации (измеряемого в интервале 20-30и С) с 3 у отделенных корней до 5 у "рукавичек". Температурный коэффициент цю - интегральная величина, характеризующая природу процесса, У простых физических процессов Цю близок к 1, для химических реакций его величина составляет 2-2.5, а большие величины цю характеризуют сложные процессы, сопровождаемые цепными реакциями (Жолкевич и др,, 1989), Высокий температурный коэффициент цю эксудации у "рукавичек" свидетельствует, что природа их зкоудации достаточно сложна; более низкий температурный коэффициент Qio эксудации отделенных корней может говорить в пользу того, что у них в создании корневого давления принимает участие также осмотическая составляющая (которая по своей природе ближе к простому физическому процессу), Таким образом, вое данные свидетельствуют в пользу того, что при изучении эксудации "рукавичек" имеют дело о проявлением почти одной метаболической составляющей корневого давления (Жолкевич и др,, 1989), Ингибиторный анализ показал, что зкоудация отделенных корней, и в значительно большей степени "рукавичек", подавляется ингибиторами, нарушающими энергообмен клетки, - 2,4-ди-нитрофенолом, цианидом, карбонилцианид-3-хлорфенилгидразоном, олигомицином. Ингибиторы сократительных систем клетки - цито-халазин Б, колхицин - также подавляли эксудацию, у "рукавичек" в большей степени, Ингибитор синтеза белка на цитоплазматичес-ких рибосомах циклогекоимид, ингибитор протонной АТФазы дицик-

логексилкарбодиимид, ингибитор строфантинчувствительной АТФазы строфантин, камфора в высокой концентрации - все эти ингибиторы вызывали сильное подавление эксудации, особенно у "рукавичек". Определения метаболической составляющей показали, что она резко снижается, а температурный коэффициент эксудации Ою при действии ингибиторов падал почти до 1 (Жолкевич и др., 1989: Чугунова, 1989; Королев, 1990; 1Ьо1кву1ск и др., 1990). Можно сделать общий вывод, что применяемые ингибиторы влияют почти исключительно на метаболическую составляющую корневого давления, за счет чего снижается интенсивность эксудации и ее температурный коэффициент £}ю.

Применение стимуляторов - хлористого кальция (стабилизирует мембраны), фитогормонов ИУК, кинетика, гибберелловой кислоты, биомедиатора ацетилхолина, камфоры в низкой концентрации, аденина, дыхательного кофактора МОН - приводило к обратному эффекту. Метаболическая составляющая корневого давления возрастала на фоне повышения интенсивности эксудации и ее температурного коэффициента цю (Жолкевич и др., 1989; Чугунова, 1989; Королев, 1990; 2Ьо1кеу1оЬ и др., 1990). Получается, что, в основном, метаболическая составляющая как быстро регулируемая определяет характер изменений корневого давления.

В целом, "опыты с "рукавчиками" ясно продемонстрировали:

1) непосредственное участие паренхимных клеток в создании корневого давления и реальность его метаболической составляющей,

2) сложную природу метаболической составляющей, 3) особенно тесную зависимость функционирования метаболической составляющей от энергоснабжения, внутриклеточного сократительного аппарата, целостности клеточных мембран" (Жолкевич и др., 1989, о.

В последние годы работа по научению метаболической составляющей в ИФР РАН продолжается, Было показано, что отсутствует аддитивность стимуляции зксудации при совместном действии различных фитогормонов или биомедиаторов, а их стимулирующий эффект полностью снимается воздействием ингибиторов энергообмена или сократительного аппарата, При применении стимуляторов совместно с ингибиторами наблюдается лишь эффект ингибиторов (Жолкевич, Чугунова, 1995), Следовательно, существует некоторое звено, где пересекается действие всех стимуляторов и ингибиторов, Было также показано, что, помимо ацетилхолина, экоудацию стимулируют нейромедиаторы животных оеротонин, адреналин и норадреналин (Жолкевич, Чугунова, 1997), названные биомедиаторами (Рощина, 1991а, б), Формируется целостное представление о взаимодействии фитогормонов, биомедиаторов и сократительных элементов клетки в регуляции транспорта воды через корень и создании корневого давления,

Разработана новая модельная система для изучения метаболической составляющей корневого давления - "воздушные" корни 40-80-дневных растений подсолнечника (Жолкевич, Королев, 1995; Жолкевич, Зубкова, Королев, 1998), Это вынутые из воды и обсушенные о поверхности отделенные корневые системы растений подсолнечника, они ничего не поглощают снаружи, но эксудация у них продолжается, Экоудацию "воздушных" корней можно уподобить секреции; ее интенсивность нередко больше, чем у отделенных корней, находящихся в растворе, а осмотическое давление эксудата часто ниже, Экоудацию "воздушных" корней сильно подавляют мембранотропный агент пипольфен и ингибитор энергообмена

2,4-динитрофенол, тогда как хлористый кальций повышает интенсивность зксудации "воздушных" корней (Жолкевич, Королев, 1995). Показано также, что эксудация "воздушных" корней связана с сократительными системами клеток (подавлялась колхицином) , а в ее регуляции участвует биомедиатор норадреналин (Жолкевич, Зубкова, Королев, 1998),

В заключение суммируем данные по двум составляющим корневого давления (Жолкевич и др., 1989).

КОРНЕВОЕ ДАВЛЕНИЕ Метаболическая составляющая Осмотическая составляющая

1, Знергозависима, 1« Непосредственно не зависш Зависит от функционирования ни от эндогенного энерговнутриклеточного сократительного снабжения, ни от работы аппарата, сократительных белков.

2, Имеет автоколебательный характер 2. Не обнаруживает с периодом 2-3 мин,, причем ритмы автоколебаний, поступления воды чередуются с

ритмами ее выделения, т.е. находятся в противофаве.

3, Имеет Цю около 5, что свидетель- 3. Имеет цю около 1, т.е. ствует о сложной природе данной определяется относительно составляющей, связанной, простыми, преимущественно по-видимому, с процессами цепного физическими процессами, характера.

4, Водный ток проходит по живым 4, Водный ток проходит, клеткам (симпластным или главным образом, по трановакуолярным путем), апоплаоту,

Полученные в физиологических экспериментах данные позволили сделать предположения о конкретных механизмах Функционирования метаболической составляющей корневого давления - ее работа требует полярности (ом, ниже) и возможно связана с периодическими колебаниями потенциала давления паоенхимных клеток и/или периодическим открыванием и закрыванием плазмодесм (Zholkevich, 1985; Жолкевич и др., 1989). Недавно появились физические модели, предлагающие работу контрактильных белков в плазмодесмах и пульсации клеток для создания корневого давления (Кундт, Робник, 1998; KuTidt5 1998)} или периодическое сдавливание клетками коры стели как основу эксудации (Мелещен-ко, 1998), Не исключено и функционирование белков-осмотических машин, подобных предложенным в физиологии животных, где наблюдали транспорт воды против осмотического градиента вплоть до 5 бар (Zeuthen, Stein, 1994; Zeuthen, 1996),

1.3.8. Поляпнооть и водный ток

Полярность, "... выражающаяся в различии свойств на противоположных концах или сторонах клеток, тканей, органов и всего растения" (Терминология роста и развития высших растений, 1982, стр. 70), существенна, как уже отмечалось, для интеграции растительного организма. Подчеркнем, кстати, взаимосвязь процессов транспорта гормонов и кальция с полярностью и их важную роль в ее создании и сохранении (Медведев, 1996), а также неотъемлемое участие цитоскелетных элементов в этом процессе (Медведев, Маркова, 1998). Полярность отдельных клеток и

всего симпласта в целом выступает также как необходимое условие возникновения и поддержания одностороннего водного тока. Действительно, ток воды между двумя точками возможен лишь тогда, когда между ними существует разность водных потенциалов (постоянная или периодически возникающая), Разница водных потенциалов связана с различиями по другим параметрам (биофизическими, физиологическими, биохимическими и т.д.), характеризующим растительную систему. Неотъемлемую связь транспорта воды в корне с полярностью его клеток - локальными различиями в их проницаемости и чертах обмена веществ - подчеркивал еще Д.А, Сабинин (Сабинин, 1949, 1955), Напомним также работы Д, Боса, где подъем соков в растении связывался с пульсирующей активностью клеток, При этом в качестве условия однонаправленного тока выдвигалось предположение о различной активности клеток с разных концов стебля (Бос, 1964),

Понятие полярности оказалось необходимым и для ряда "чисто осмотических" описаний транспорта воды в корне - модель асимметричной двойной мембраны (Curran, 1960), примененная к растениям (Ginsburg, 1971), требует различия свойств у последовательных мембран. Модель постоянного осмотического градиента (standing-gradient osmotic flow) (Diamond, Bossert, 1967), примененная к отели корня с целью объяснения эксудации (Katou, laura, Furumoto, 1987), фактически также прибегает к понятию полярности. Зависимости гидравлической проводимости мембран от направления потока воды посвящает целый раздел в крупном обзоре Steudle (Steudle, 1994); причем этот известный исследователь, ратующий за объяснение всего водообмена растений простыми физическими механизмами, вынужден признать, что причины об-

наруженной полярности остаются неясными. Другие авторы в качестве причины обнаруженной полярности предполагают специфические свойства белковых водных каналов-аквапоринов или их различное распределение и регуляцию в мембранных доменах (Maure1, 1997), Отметим, что, по-видимому, на двух полюсах клетки регуляция распределения или активности аквапоринов отличается, причем существенную роль в выявленной полярности играют актиновые микрофиламенты (Wayne, Tazawa, 1988),

За проявление полярности в некоторой степени ответственны, очевидно, анатомические особенности растительных тканей, Так, на гиподермальных препаратах корня, в которых, по мнению авторов, после знзиматического воздействия отсутствуют живые клетки, были обнаружены различия в гидравлической проводимости при движении воды в противоположных направлениях (Shone, Olarkson, 1988), Обнаружена полярность гидравлической проводимости клеток эпидермиса при движении воды в ткани растений и из них, сохранявшаяся после воздействия хлороформа (Зялалов, 1984), В то же время полярность возникает, в основном, как проявление жизнедеятельности клеток и связана с их метаболизмом. О зависимости гидравлической проводимости изолированных коилемных сосудов от направления тока воды, например, даже не упоминается (Jeje, Zimmermann, 1979), Рассмотрим подробнее данную проблему.

Весьма оригинальные данные были получены в лаборатории регуляции водного обмена и засухоустойчивости Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН - эксперименты с клетками гриба Pilobolus umbonatus Bui1er показали отчетливую взаимосвязь между электрической поляризованностью клеток и однос-

торонним водным током в них, проявляющимся в гуттации (Тараканова и др., 1985; Тараканова, Жолкевич, 1986; Тараканова и

др., 1991), Гифы клеток гриба находились во влажном субстрате и поглощали воду, а гуттационная жидкость выделялась на поверхности опорангиенооца, ультраструктурные особенности которого способствуют этому процессу (Куркова, 1988), Оказалось, что существует апикально-базальный градиент мембранного потенциала вдоль гуттирующей клетки Pilobolus; движение воды осуществлялось в направлении возрастания этого потенциала, При воздействии анестетиков (паров серного эфира и хлороформа) градиент электрического потенциала исчезал, в то же время прекращалась и гуттация, Таким образом, полученные результаты убедительно демонстрируют, что полярность клеток и тканей (в данном случае - электрическая - весьма чувствительный показатель, отражающий физиологическое состояние организма) тесно связана с односторонним водным током,

Исследование метаболической составляющей корневого давления подтверждает эти выводы и показывает, что для ее функционирования также необходима полярность - открывание-закрывание плазмодеом, сокращение клеток (Zholkevioh, 1985; Жолкевич и др,, 1989) или функционирование водных помп (Кундт, Робник, 1998; Kundt, 1998) могут создать односторонний водный ток лишь при наличии полярности (различий гидравлической проводимости и др,), В целом, хотя вопросам взаимосвязи полярности и одностороннего водного тока не всегда уделяется должное внимание, исследователи часто отмечают полярные свойства растительных структур при изучении их водообмена, что отражает обязательное условие направленного водного тока в растении (Жолкевич и др.,

1.4, Нисходящий водный поток б растении

При рассмотрении транспорта воды в растении на нисходящий водный поток обычно обращают мало внимания, считая его величину незначительной, а потому и не важной для растения, В большинстве случаев также при таком подходе обсуждают лишь водный поток по флоэме, исключая другие пути для нисходящего торга воды, Между тем значение нисходящего потока весьма велико для образования единой гидродинамической системы растения и циркуляции по ней водных потоков (Жолкевич и др., 1989).

1,4.1. Флоэмный поток

Традиционно считается, что путь нисходящего тока аооими-лятов из побега в корень - флоэма. Транспорт происходит по ситовидным клеткам и членикам ситовидной трубки. Термин "сито"

относится к скоплениям пор (обычно на концах клеток или члеников) , через которые осуществляется контакт соседних элементов и транспорт веществ. У члеников сосудов такие контакты называются ситовидными пластинками; на срезах рядом с ними выявляется скопление белкового вещества (Ф-белок). У ситовидных элементов сохраняется живое содержимое клеток в отличие от сосудов коилемы, но отсутствует ядро и четкая граница между цитоплазмой и вакуолями. Рядом о клетками флозмных сосудов располагаются клетки-спутники, обладающие всеми атрибутами растительной клетки (Рейвн, Зверт, Айкхорн, 1990),

- 66 -

Нисходящий ток ассимилятов и воды по флоэме кажется с виду более сложным, чем экоудадия и корневое давление, поскольку в сосудах флоэмы сохраняется живое содержимое, Тем не менее для этого процесса тоже подобрали простую и вроде бы вое объясняющую схему - гипотезу массового тока под давлением, выдвинутую в первой половине Ж века Э. Мюнхом, Согласно ей, в листе происходит загрузка ассимилятов в окончания сосудов флоэмы, в результате вода движется по осмотическому градиенту в сосуды, вызывая ток раствора вниз, где концентрация ассимилятов ниже, Фактически опять используется осмотический механизм, только для создания массового тока раствора ассимилятов вниз по флоэмным сосудам, Механизм тока под давлением в целом сходен при таком подходе с механизмом создания тока эксудата в корне (Полевой, 1989),

Мы уже приводили слова Д.А. Сабинина, что гипотеза Мюнха привлекает исследователей своей простотой. Далее Д,А, Сабинин отмечал, что "... концепция Мюнха снимает самый вопрос о механизме передвижения по флоэме. Стоит принять эту схему, как отпадает ряд вопросов, затруднявших и доныне затрудняющих исследователей, Но ,,, схема Мюнха не приемлема," (Сабинин, 1971, с, 159), Д.А. Сабинин здесь же подчеркивал определяющую роль протоплазмы в транспорте по ситовидным трубкам, В настоящее время слова Д,А, Сабинина полностью сохранили свою актуальность, Несмотря на формальный приоритет над другими концепциями, гипотеза Мюнха не получает полной поддержки работающих в области флоэмного транспорта (см,, например: Фенсом, Томпсон, Колдуэлл, 1994), Существует довольно много возражений против нее. Например, еще в середине XX века было показано, что вое-

ходящий ток минеральных веществ может осуществляться по флоэме (Ратнер, Акимочкина, Ухина, 1959), Следовательно, по флоэме одновременно движутся вещества в различных направлениях, что гипотезой Мюнха объяснить чрезвычайно сложно, Поэтому в качестве движущей силы транспорта предлагается также электроосмос. Высказывается предположение о транспорте по флоэме за счет создания периодических волн давления (Fensom, Donald, 1982; Фенсом, Томоон, Колдуэлл, 1994; Семенов, Фенсом, Томпсон, 1995), Во флоэмных сосудах обнаружены актомиозинподобные белки (Курсанов, 1976; Туркина, 1985; Соколов и др., 1985, 1986; Соколов, 1988; Куликова, 1992), и многие исследователи считают, что их активность также создает движущую силу для транспорта ассимилятов и воды по флоэме. Предполагают, что контрактильные кольца в порах ситовидной пластинки могли бы обеспечить ток ассимилятов (Туркина, Акатова, 1994),

В заключение можно отметить, что водный поток и поток ассимилятов по флоэме постоянно движутся из листьев в корни растения, однако механизмы транспорта пока не ясны. Несмотря на широкое распространение гипотезы Мюнха, она не объясняет полностью все явления, Весьма вероятно участие сократительных элементов в создании движущей силы флоэмного транспорта.

1,4,2, Другие пути нисходящего водного потока и выделение воды корнями

Водный поток по флоэме - не единственный нисходящий водный поток в растении, Существует, по крайней мере в определенных условиях, и ток по другим путям. Так, например, известно,

что растения могут поглощать часть влаги надземной частью, и в качестве довольно распространенного метода орошения в сельском хозяйстве применяют дождевание. При таком поливе растений часть воды поглощается их апикальными частями и движется вниз, Метод достаточно эффективен; в одной из модификаций - импульсное дождевание - позволяет резко повысить урожайность сельскохозяйственных культур и снизить расход поливной воды (Лебедев, 1990). Одним из возможных путей для подобного нисходящего транспорта могла бы служить обнаруженная Г,Б, Кедровым связная сеть живых элементов в ксилеме растения, по которой вероятен не зависящий от транспирации нисходящий ток воды в необходимых для растения условиях (Кедров, 1971),

Не идущий по флоэме нисходящий поток воды у растений четко выявляется при определенных условиях водного дефицита, Еще Бос (Бос, 1984) отмечал, что у завядшего и погруженного верхушкой в воду растения происходит постепенное восстановление тургора сверху, от апикальных листьев, вниз, к корню, что отражает и направление потока воды. Прямое поглощение воды отделенной корневой системой в условиях водного дефицита со среза корня из сосуда для измерения эксудации было показано и для растений хлопчатника. Интересно, что при удалении коры на пеньках растений всасывание шло исключительно через сосудистые пучки (очевидно, преимущественно, ксилему), правда величина потока была меньше (Филиппов, 1982), Оригинальные эксперименты были проведены Г,Б, Кедровым - у веток дуба была отделена кора и рассматривался нисходящий поток веществ и воды (Кедров, 1985), Такой поток был обнаружен. Предлагается модель, объясняющая существование нисходящего тока по ксилеме, - при интен-

оивной транспирации создается устойчивое натяжение в сосудах ксилемы, за счет него вода может всасываться листьями растений и далее транспортироваться вниз по ксилеме, причем характер ее движения может быть достаточно сложен,

В целом, когда водный потенциал корней становится ниже водного потенциала листьев, можно считать практически доказанным нисходящий водный поток по ксилеме (ом, обзор Rhizopoulou, 1997). Нередко даже наблюдают выделение воды корнями в сухую почву. Известно явление "гидравлического лифта" (Richard, Caldwell, 1987; Blum, Johnson, 1992; Dawson, 1993), когда вода поглощается корнями в нижних почвенных горизонтах, движется вверх, но затем выделяется в почву, В данном случае поток воды движется вверх, но затем выделяется в почву. Более интересным явлением представляется "корневая гуттация" - выделение воды в почву корнями, когда побег находится в условиях хорошего водоснабжения, транопирация низка. Появились несколько свидетельств в пользу такого активного (в отличие от пассивного "гидравлического лифта") определяемого растением выделения воды корнями (MoCully, 1995а; Schwenke, Wagner, 1992). Первоначально обнаруженные десятки лет назад доказательства подобного явления впоследствии оказались артефактом, и поэтому интерес к проблеме надолго затух (см, MoCully, 1995а), Лишь сейчас снова подтвердилось при использовании более совершенной методики исследования, что под воздействием корневого давления вода может выделяться из корней во влажную почву (MoCully, 1995а), Есть также одно свидетельство феномена "гидравлического лифта" при высокой влажности почвы (Vetterlein, Marschner, 1993), В исследованиях MoCully (MoCully, 1995а) о помощью метода

крио-сканирующей электронной микроскопии было показано, что у растений кукурузы в утренние часы (после периода влажной ночи и наблюдавшейся гуттации листьев) на корнях выявляются выделившиеся из них капли жидкости, Ученый связывает подобное явление с деятельностью корневого давления в сочетании с высоким водным статусом надземной части в течение ночного периода, Подобные наблюдения по выделению воды из ризодермы у отделенных корней приведены в работе (Schwenke, Wagner, 1992), Корни поглощали воду, но часть ее выделялась из ризодермы наружу в месте, где корень не омывался водой, MoCully предполагает важность такого выделения воды для гидратации корневого чехлика и создания увлажненных слоев почвы вокруг корня и полагает, что это играет существенную роль в жизни растений. В более ранних работах отечественных исследователей с дейтериевой водой также сообщалось о выделении воды корнями проростков кукурузы (Крем-нина, 1969; Кремнина, Яковлев, 1971). Наиболее активное выделение воды при токе воды сверху вниз наблюдали у молодой растущей зоны корней и и участка, где формировались боковые корни (Кремнина, 1969; Кремнина, Яковлев, 1971), У взрослых растений кукурузы выделение воды корнями зависело от фазы развития растений (Кремнина, Пронин, 1965), Выявлено также выделение воды при ее токе снизу вверх (Кремнина, 1969; Кремнина, Яковлев, 1971). Авторы полагают важную роль выделения воды для образования слизи корневого чехлика и создания благоприятных условий для поглощения ионов. Теоретически выделение воды корнями допускает модель транспорта воды в корне, разработанная Steudle (Steudle, 1994, 1995). В его составной модели корня предполагается, что при высоком корневом давлении и подавленной транс-

пирации часть воды выделяется корнем в окружающую среду. Выделение воды корнем находит, таким образом, биофизическое обоснование.

В целом, базируясь на проанализированных литературных данных, можно говорить о наличии нисходящего водного потока в растении, не связанного о флоэмой. Обнаружено также выделение воды корневой системой в почву. Такие явления можно наблюдать и в полевых условиях. В ряде случаев они связаны с активной деятельностью корня и важны для ризосферы.

1.5. Проблемы единой гидродинамической системы растения

Циркуляция водных растворов - неотъемлемая черта жизни. За счет циркуляции обеспечивается обмен метаболитами и биомедиаторами между различными частями организма, происходит удаление токсичных продуктов. Именно за счет циркуляции водных растворов осуществляются взаимосвязи между компонентами клеток, между различными клетками, органами. Именно за счет циркуляции реализуется общая взаимосвязь физиологических процессов в организме, поддержание гомеостаза и функционирование организма как единого целого. Эта объединяющая Функция транспорта воды играет исключительно важную роль для жизнедеятельности любого организма (Жолкевич и др., 1989).

У высших животных существуют кровеносная и лимфатическая системы, и непрерывный ток жидкости по ним подчинен сложной нейрогуморальной регуляции (Физиология человека, 1986). Прекращение циркуляции приводит к быстрой гибели организма. У рас-

тений отсутствует подобная дифференцированная система циркуляции растворов, но значение процесса не менее важно, Интересно, что при рассмотрении микроциркуляции крови животных выявляются вроде бы непривычные для кровотока млекопитающих особенности; в некоторых капиллярах ток крови течет в одну сторону, а затем вдруг останавливается и течет в обратную; роль нервной системы в регуляции через капилляры невелика; основное значение придают регуляций химическими веществами, выделяемыми соседними клетками и находящимися в крови; особое внимание уделяют но-радреналину и ацетилхолину; мышечные клетки, определяющие тонус капилляров, весьма чувствительны к химическим веществам, в 100 раз больше, чем мышечные элементы крупных сосудов (Zweifach, 1959), Такие особенности кажутся даже более близкими к движению воды в растениях (недавно показано, например, что в листьях по разветвленной сети промежуточных сосудов вода может двигаться в любом направлении (Alius, Canny, 1985); о важности гормональной регуляции транспорта воды см, подробнее: Жолкевич и др., 1989), чем к традиционным представлениям о кровотоке животных, и показывают возможное разнообразие проявлений циркуляции в организмах,

Циркуляция, или циклические процессы, вообще играет исключительную роль в проявлении феномена жизни, При недостатке ресурса циркуляция, вероятно, единственный возможный способ организации упорядоченных процессов. Показаны биохимические циклы, биогеосферные циклы элементов, циркуляция веществ в организме, циклические стадии в переносе электрона в дыхательной и фотосинтетичеокой электрон-транспортных цепях, циклический перенос ионов через мембрану для создания на ней электрохими-

ческого градиента, В ряде случаев в организме активизируются циклические шунты, вроде бы не играющие ни энергетической, ни важной синтетической роли, но позволяющие сохранить непрерывность биохимических процессов в организме и тем самым его структурную целостность (например, см, Игамбердиев, 1992),

В растении давно обсуждаются вопросы циркуляции ионов и, надо сказать, проблема уже не вызывают споров (Greulach, 1973; Зялалов, Газизов, 1989; Marsohner, Kirkhy, Engels, 1997), Показана рециркуляция калия, азота, фосфора, других элементов минерального питания в растении. Активно выясняется роль процесса в жизни растения, Была даже высказана концепция о существовании циркуляторной системы растения (Biddulph S,, Biddulph и,, 1959), правда, циркуляция воды почти не затрагивалась.

Тем не менее такая циркуляция показана, и важность циркуляции водных растворов и транспорта воды для жизни растения наглядно демонстрируют полностью погруженные в воду растения и водоросли, У них, разумеется, отсутствует транопирация и вроде бы нет никакой необходимости в переносе воды между частями растения - водная среда повсюду. Тем не менее и у этих организмов показан направленный и упорядоченный транспорт воды. Расскажем об этих не столь очевидных результатах по изучению транспорта воды у полностью погруженных под воду растений подробнее.

В последние годы, в подтверждение более ранних данных (Thiit, 1932), появились оригинальные работы (Pedersen, 1993, 1994; Pedersen, Sand-Jensen, 1993), убедительно демонстрирующие наличие корневого давления и интенсивного акропетального

дальнего транспорта воды у водных растений. Несмотря на полное отсутствие транспирации, у них значительные количества воды подаются корнем в побег. В опытах о ТНО была убедительно показана ведущая роль корневой системы в транспорте воды в побег, хотя небольшие количества воды поглощались даже отделенным побегом (Pedersen, Sand-Jensen, 1993). Кстати, в опытах Thut (Ihut, 1932) акропетальный транспорт воды осуществляли даже нижние сегменты стебля, правда, снабженные корнями. Интересно, что транспорт воды в водных растениях сильно зависел от условий (например, освещенности), в которых находится растение (Pedersen, Sand-Jensen, 1993).

Наличие корневого давления у водных растений подтверждается также прямыми измерениями с помощью корневого зонда давления - корневая система Myriophyllum развивала корневое давление до 0.3 бар (Pedersen, 1994). У некоторых водных растений наблюдается наблюдается гуттация с концов листьев, снабженных гидатодами (Pedersen, 1993, 1994). Гуттация, отражающая корневое давление, оказалась весьма чувствительна к температуре -так, Qio гуттации у Sparganium emersum составлял около 8 в диапазоне 10 - 15и С (Pedersen, 1993), Гуттация была сопряжена с энергозависимыми процессами - ванадат, ингибитор Нт-АТФаз плазмалеммы корня (Sze, 1984; Ramos et al., 1994), в концентрации 1 мМ подавлял гуттацию на 90%, и Pedersen (Pedersen, 1993) полагает, что наблюдаемая гуттация - активный процесс, связанный с энергообменом корневой системы, и что корневое давление исключительно важно для создания водных и ионных потоков в водных растениях.

Транспорт воды как важнейшая физиологическая функция зе-

леного организма реализуется даже у водорослей, где с помощью ТНО наблюдали движение воды как в акро- , так и в базипеталь-ном направлениях (Schmitz, Srivastava, 1980). Авторы связывают это движение с массовым током по сосудистым элементам, поскольку скорость тока значительно превышала величины, допускаемые диффузией или другими механизмами, любопытно, что выделявшийся из сосудов водорослей эксудат был обогащен АТФ и калием, что может указывать на взаимосвязь транспорта воды с энергообменом и у водорослей (Schmitz, Srivastava, 1980).

Весьма важными в связи о данными о не зависящем от транс-пирации движении воды у водных растений кажутся результаты В.Г. Реуцкого (Реуцкий, 1984), который показал, что у растения существует не зависящий от транспирации восходящий поток жидкости, Этот поток создается на свету за счет фотосинтетической деятельности растения; делается предположение, что в процессе фотосинтеза происходит синтез большого количества осмотически активных веществ и создается сила для восходящего тока воды. Такой светозависимый поток был выявлен в отсутствии градиента влажности между листом и атмосферой. Выказывается также на основании экспериментальных данных гипотеза о циркуляции влаги в системе ксилема-мезофилл листа-флоэма, что фактически свидетельствует о существований единой гидродинамической системы растения (Реуцкий, 1984), Сходные результаты были получены на растениях кукурузы и подсолнечника W. Tanner (Tanner, Beevers, 1990; 1995), Оказалось, что при практически полном подавлении транспирации опытные растения не отличаются по физиологическим показателям от транспирирующих контрольных. Исследователи считают, что восходящий поток в растении может возникать за счет

нисходящего шлозмного тока вниз и водных запросов точек роста. У находящихся во влажных условиях растений до 30% водного тока, как показывают эксперименты, может быть не связано с транспирацией, а в ее отсутствие функции транспорта ионов выполняют рециркулирующие водные потоки (Tanner, Beevers, 1990; 1995),

Появление новых методов исследования (Callaghan и др., 1994; Metzler и др., 1994) позволяет привести дополнительные аргументы в пользу существования единой гидродинамической системы растения (Kockenberger и др., 1995; 1997). Так, путем построения ЯМР образов стебля растения получена схема распределения потоков воды в стебле, вычислены скорости водных потоков в ксилеме и флоэме и показана рециркуляция значительных количеств воды между ксилемой и флоэмой. Вообще говоря, интенсивный обмен и взаимодействие между флоэмными и ксилемными сосудами не вызывают сомнения (Соколова, Красавина, 1980); обнаружены даже расположенные преимущественно в узлах передаточные клетки, которым отводят важную роль в переносе веществ из ксилемы во флоэму (Соколова, Красавина, 1980).

Близкое расположение элементов ксилемы и флоэмы и интенсивный водообмен между ними позволяют, в принципе, организовать ряд физиологических процессов, связанных с противотоком. В организме животных в некоторых органах известна противоточ-ная система, приспособительная структура "... состоящая из двух соприкасающихся сосудов или каналов, по которым жидкости движутся в противоположных направлениях. Противоточная система может осуществлять уравновешивание, разделение или концентрирование (умножение) состава жидкостей... Противоточные системы

могут работать как противоточные обменники, создающие условия для сохранения и обмена тепла, газов, и как противоточные умножители, которые служат механизмами увеличения концентраций веществ. Принцип противотока осуществляется в деятельности различных физиологических систем организма. Например, у рыб и некоторых моллюсков полное насыщение крови кислородом в жабрах происходит вследствие противотока крови и воды в них. По этому же принципу действует система маточно-плацентарного кровообращения, кровеносная система в мышцах акул и тунцов, в конечностях арктических птиц и млекопитающих... Противоточные умножители обеспечивают процессы осмотического концентрирования мочи в почках у птиц и млекопитающих и накопления и удержания газов в плавательном пузыре рыб. Противоточная система нефрона создается петлей Генле, плавательного пузыря - "чудесной сетью" сосудов (Биологический энциклопедический словарь, с. 514). Насколько подобные явления характерны для растений - пока неясно, но существование единой гидродинамической системы растения позволяет их реализовать.

Единая гидродинамическая система растения может выполнять не только функции интеграции растительного организма, но и играть важную роль в сбережении воды при стрессовых условиях. Здесь циркуляция будет обеспечивать экономию важного ресурса. И действительно, показана гидравлическая изоляция от окружающей среды экстремальных галошитов, первыми заселяющих пустынные и сухие территории вблизи Мертвого моря (Yakir, Yeshiell, 1995). После первых дождей растения возобновляют транспирацию, но значительную часть года они как бы находятся в "замкнутом" состоянии, что продемонстрировали измерения их изотопного сос-

Наконец, существование единой гидродинамической системы и гидравлического континуума в растении позволяет передавать сигналы через водную фазу. Гидравлические сигналы выполняют, как считают в настоящее время, важную роль в сигнальной системе растения (Maione, 1993; Полевой и др., 1997), передавая воздействия о повреждении надземной части. Продемонстрировано, например, изменение гормонального баланса корней при холодовом или тепловом воздействии на побег, передаваемом к корням, по-видимому, гидравлическим сигналом (Полевой и др., 1997).

Выше рассматривалась возможность нисходящего тока по ксилеме растения и выделение воды корнями. Единство водной фазы позволяет передавать воду из побега в корень или в пределах корня и выделять ее в почвенную среду, Такой обратный поток резко расширяет возможности для обеспечения роста растения, Показано, например, относительно высокое гидравлическое сопротивление апекса корня проростков кукурузы (Frensch, Steudle, 1989; Frensch, Meoser, 1995), которые авторы связывают с необходимостью защиты зоны роста от внезапных перепадов водного потенциала среды, который сразу влияет на водный потенциал ксилемного сока. Вполне вероятно, что нисходящий водный поток воды обеспечивает водоснабжение апикальной меристемы в условиях засухи.

Наконец, вполне возможна связь гидродинамической системы и вероятного нисходящего тока по ее элементам о выделительной функцией корня, присущей как наземным (Самцевич, 1985; Иванов, 1973), так даже и водным растениям (Лукина, 1991, 1994), Выделение корнем различных химических соединений (Marschner, 1991;

Лялин, Соловьев, 1995), ферментов (Chang1, Bandurski, 1964; Praveen-Kumar, Burman, 1996), аллелопатичеокие взаимодействия между подземными частями растений (Иванов, 1973; Рахтеенко и др., 1973; Двораковский, 1983, с, 162-164) могут быть опосредованы током воды из корневой системы в почву, Косвенным подтверждением этого предположения служит обнаруженная ритмичность в выделении корнями как органических веществ (Дубров, Еулыги-на, 1967), так и ионов калия (ом.: Иванов, 1973, с. 35), кальция, хлорида и сульфата (Дубовик, 1950). Выделение ионов в почву происходило наиболее интенсивно в течение ночи, тогда как максимумы поглощения их из почвы наблюдали в утренние часы. Максимумы выделения органических соединений в корнеобитае-мую среду также обычно были приурочены к ночному времени или раннему утру, резко спадая к полудню. Можно, следовательно, говорить, что выделительная функция реализовывалаоь корнем преимущественно в периоды минимальной транопирации - ночью, когда повышается водный потенциал в ксилеме и, как обсуждалось выше, вероятен нисходящий водный поток по ней. Именно в этот период суток наблюдала и выделение жидкости с поверхности корня кукурузы MoOully (MoCuIly, 1995а),

Резюмируя, отметим неотъемлемую связь жизненных проявлений о циркуляцией водных растворов. Имеются убедительные доказательства в пользу существования у растений единой гидродинамической системы, роль и значение которой пока еще только начинают проясняться.

Экоудация сегментов корней

Интересной моделью для изучения как единой гидродинамической системы, так и природы корневого давления представляются сегменты корней. Выяснилось, что сегменты способны к экоудации не только о базального конца, аналогично целым отделенным корням, но и с апикального конца, т.е. в направлении, противоположном обычной зксудации, Экоудация с апикального конца сегментов оказалась неожиданной. По-видимому, здесь проявляется потенциальная способность корневой системы к транспорту воды в нисходящем направлении. Это, как уже отмечалось, существенно для создания единой гидродинамической системы растения, выделения корнем веществ и жидкости, В тоже время у сегментов корней отсутствует апикальная меристема и зона растяжения (если сегменты вырезаны из области более, чем на 1 ом удаленной от апекса), поэтому изучение транспорта воды и ионов не осложняется эффектами роста на эти процессы. Кроме того, у сегментов перерезаны сосуды и, следовательно, нарушена целостность необходимой для простой осмотической концепции экоудации полунепроницаемой мембраны. Изучение проявляющейся тем не менее у сегментов экоудации способствует пониманию природы корневого давления,

Кратко остановимся на известных к настоящему времени работах о транспортных процессах в сегментах корней. Сегменты

корней часто использовали для изучения водных и ионных потоков через корни (James, Baker, 1933; Rosene, 1941а, 19416; Gronewald, Hanson, 1980; Smith, Harper, 1977; Соловьев, Верен-чиков, 1987; Aslam и др., 1996 и др.). При этом, к сожалению.

часто делали необоснованные выводы о транспорте черев апикальный и базальный срезы (Asian и др., 1996): полагали, что поглощение ионов происходит через апикальный срез, а выделение -через базальный. Подобные представления, возможно, инициированы гипотетической схемой потоков раствора в сегменте корня, приведенной в модели Fisous (Fisous, Kramer, 1975). Авторы, впрочем, выделяют граничные условия для применения схемы, но она получила распространение и приводится иногда без подробного анализа (см., например: (Лукоянова, 1990)).

Чисто водному обмену сегментов корней посвящено лишь несколько работ (James, Baker, 1933; Rosene, 1941а, 19416; Соловьев, Веренчиков, 1987). В работе James и Baker (James, Baker, 1933) показано, что сегменты, вырезанные из корней древесных пород и помещенные горизонтально во влажную среду, обладали способностью к зксудации с базального среза. Поглощение воды шло всей поверхностью сегментов и из потометра (заполненный жидкостью оооуд для сбора эксудата и измерения интенсивности зксудации) на апикальном срезе. В данном случае сосуды у сегментов были перерезаны и наблюдался однонаправленный водный поток. Исследователи связывали транспорт воды исключительно с деятельностью живых клеток, и специально эксудацию сегментов не изучали.

В работах Rosene (Rosene, 1941а, 19416) проводилось более детальное изучение зксудации сегментов корней лука. Оригинальная техника - вдоль корня или сегмента размещали несколько по-тометров - позволяла определять поглощение в различных участках корня. Сегменты размещались вертикально. Оказалось, что у более апикальных сегментов интенсивное поглощение шло из всех

Питометров, жидкость выделялась о базального среза; у более базальных сегментов поглощение уменьшалось и начиналось выделение с апикального среза, тогда как транспорт к базальному снижался. Сосуды у сегментов были перерезаны. Н. Reseñe высказала предположение, что способность к базипетальному транспорту снижается у сегментов по мере удаления от апекса и что можно выделить две силы действующие на поток воды в корне - радиальную и базнпетальную. Радиальная сила меняется незначительно с расстоянием от апекса корня и обеспечивает движение воды в отель, а базипетальная, направленная в сторону побега, уменьшается с удалением от апекса корня. В другой работе (Rosene, 19416) Н. Rosene проводила остановку водопоглощения и экоуда-ции растворами сахарозы; величины, останавливающие процессы, были равны для отделенных корней и сегментов корней. В ряде случаев наблюдался обратный поток воды - в верхних потометрах шло поглощение, а в нижнем - выделение.

Еще одна работа, посвященная зкоудации сегментов корней кукурузы, была сделана В, А, Соловьевым и С.П. Веренчиковым (Соловьев, Веренчиков, 1987). При интересном подходе - сборе эксудата со среза корня, находящегося на растении с подавленной транспирацией, была показана возможность выделения эксудата с апикального среза корня, т.е. продемонстрирован нисходящий поток по ксилеме при подавленной транспирации. Проводили Taime эксперименты о сегментами корней, Оказалось, что интенсивность зкоудации о апикального среза была примерно равна таковой с базального среза, Точная длина сегментов и расстояние от апекса не сообщается, но при сборе эксудата с апикального среза находившегося на растении корня (проростки 5-8 дней) от-

резали нижние 13-15 из 20-25 сантиметров корня. Химический состав эксудата был сходен для обоих направлений потока и соответствовал ксилемному эксудату. Очевидно, у сегментов корней исследователи наблюдали поток по ксилеме в двух направлениях -нисходящем и восходящем. К сожалению, дальнейшего исследования зксудации не проводили, рассматривая проведенные эксперименты лишь как разработку нового метода для сбора эксудата.

В литературе встречаются отдельные данные об зксудации сегментов стволов ( см, Krämer, 1983; Schwenke, Wagner, 1992), однако и этот феномен практически не изучен. Поскольку сегменты корней представляют собой чрезвычайно интересную и практически не исследованную модельную систему для постижения природы корневого давления и выявления особенностей функционирования единой гидродинамической системы растения, они были выбраны нами в качестве объекта исследования,

Заключение диссертации по теме «Физиология и биохимия растений», Волков, Вадим Степанович

выводы

1. Рассмотрена и детально исследована новая модельная система для изучения транспорта воды и ионов в корне - сегменты корней проростков кукурузы (Zea mays L.)

2. Показано, что сегменты корней способны выделять эксудат не только с базального (как это обычно наблюдается у "целых" отделенных корней), но и с апикального конца, т.е. в диаметрально противоположных направлениях,

3. Противоположно направленные водные токи в сегментах не являются следствием капиллярных или каких-либо иных простых Физических процессов, а имеют сложную физиологическую природу, судя по их энергозависимости, величине температурного коэффициента Qio интенсивности зкоудации, чувствительности эксудации к метаболическим регуляторам,

4. Как восходящий, так и нисходящий водные потоки в сегментах (подобно эксудации "целых" отделенных корней) чувствительны к действию нейромедиаторов ацетилхолина и норадренали-на, стимулирующих зкоудацию, ингибитора энергообмена при дыхании 2,4-динитрофенола и блокаторов сократительных систем клеток d-тубокурарина и цитохалазина В, подавляющих зкоудацию, Полученные результаты подтверждают возможность непосредственного участия контрактильных систем и биомедиаторов в формировании движущих сил транспорта водных растворов в корне, в создании корневого давления.

5. Восходящий и нисходящий водные токи в сегментах различаются по интенсивности и величине температурного коэффициента

- 158

Qio эксудации, величине ее метаболической составляющей, величине осмотического давления эксудата, чувствительности к ней-ромедиаторам. Это может свидетельствовать о неидентичности механизмов этих токов,

8, Судя по химическому составу выделяемых эксудатов, как восходящий, так и нисходящий водные токи в сегментах направляются по ксилеме.

7, Предложена математическая модель, основанная на различиях в радиальной гидравлической проводимости и метаболической составляющей движущей силы транспорта воды по длине сегментов корней. Экспериментальные данные удовлетворительно описываются предложенной моделью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сегменты корней - новая модельная система для изучения транспорта воды и ионов. У сегментов отсутствует растущая апикальная часть корня длиной 2 ом, которая включает корневой чехлик и зону растяжения, поэтому транспортные процессы не осложнены взаимодействием с ростовыми и предстают в своего рода "чистом" виде. Перерезание сосудов у сегментов на первый взгляд нарушает целостность полунепроницаемой мембраны, всегда используемой в простой осмотической концепции для объяснения корневого давления, и, следовательно, необходимы новые подходы для описания транспорта воды в сегментах - с учетом перерезания сосудов и всех тканей корня.

В опытах было обнаружено, что сегменты способны к зкоуда-ции: с базального конца - аналогично "целым" отделенным корням, - а также к эксудации с апикального конца - в направлении, противоположном обычной эксудации. Первоначально предполагалось, что сегменты способны лишь к созданию однонаправленного тока жидкости, и обнаруженная зкоудадия о апикального конца оказалась неожиданной. Зксудация о обоих концов сегментов представляла собой физиологическое, а не простое физическое (например, капиллярное засасывание) явление, судя по высокому температурному коэффициенту Цю эксудации, ее энергозависимости, сложной кинетике и автоколебаниям. Более того, было показано, что транспорт воды в отделенных корнях и сегментах корней чувствителен к действию биомедиаторов ацетилхолина и норадреналина, стимулирующих зкоудацию, ингибиторов энергооб

- 149 мена (2,4-динитрофенол) и блокаторов сократительных систем клеток (и-тубокурарин, цитохалазин Б), подавляющих эксудацию. Полученные результаты подтверждают сложную природу транспорта воды в сегментах корней, корневого давления, а также непосредственное участие контрактильных систем и биомедиаторов в формировании движущих сил транспорта водных растворов в корне, Изучение химического состава выделяемого сегментами эксудата позволило сделать вывод, что в обоих случаях - при зкоу-дадии с банального и при зкоудации с апикального концов сегментов - эксудат движется по ксилеме. Эксудат о апикального конца сегментов представлял собой как бы "сконцентрированный15 эксудат с базального конца. Не наблюдалось различий в рН эксудатов; не было качественных различий в составе ионов и Сахаров; были, наконец, сходны спектры свободных аминокислот в эксудате с базального и с апикального юнцов сегментов. Эксудат о базального конца сегментов по химическому составу был почти идентичен эксудату "целых" отделенных корней.

При измерениях на одном сегменте было показано, что сегмент способен одновременно выделять эксудат с двух сторон. Следовательно, можно полагать, что жидкость поглощается всей ризидермой корня, движется к стели корня и далее выделяется через коилемные сосуды в обоих направлениях, Поглощение жидкости через срезы, по-видимому, отсутствует, и общая схема транспорта воды в сегментах тогда достаточно близка к наблюдаемой в интактном корне, В пользу подобного взгляда свидетельствуют также данные наблюдений по заклеиванию нижнего находящегося в жидкости среза сегмента: в этом случае наблюдали усиление, а не ослабление эксудации сегмента, что говорит об от

- 150 оутотвии поглощения жидкости через находящийся в жидкости срез сегмента,

Было показано, что характеристики транспорта воды в сегментах различаются в зависимости от направления тока жидкости, Так, наблюдали сходство параметров эксудации у отделенных корней и эксудации с базального конца сегментов корней, тогда как у экоудация с апикального конца сегментов корней (в направлении, противоположном обычной эксудации и восходящему водному потоку) интенсивность снижена, меньше у нее и температурный коэффициент Qio на тоне, однако, повышенного осмотического давления эксудата и повышенной чувствительности к действию биомедиаторов, Различия эксудации о базального и апикального концов сегментов по температурному коэффициенту цю эксудации и по чувствительности к действию норадреналина и ацетилхолина позволяют сделать вывод о различиях в движущих силах эксудации в различных направлениях, Этот вывод был подтвержден и измерениями метаболической составляющей движущей силы эксудации -она оказалась значительно выше при эксудации с базального конца, Подобная полярность и различия в движущих силах при транспорте воды сегментами, как мы полагаем, могут быть связаны только о деятельностью живых клеток. Действительно, радиальное сопротивление потоку воды в корне - потоку через живые клетки ризодермы, коры, эндодермы, паренхимы - обычно на несколько порядков превышает сопротивление потоку воды в сосудах (ом,, например, Steudle, Peterson, 1998) и является поэтому определяющим, В наших экспериментах измеренная в камере давления гидравлическая проводимость сегментов также оказалась на порядок выше аналогичной величины для целых корней, доказывая определяющую роль радиального потока воды, Различия в движущих силах зкоудации могут быть также связаны только с радиальным транспортом воды в сосуды ксилемы, Вполне вероятны некоторые различия в дифференциации сосудов по оси корня, и изучение их требует специального исследования, однако, как мы полагаем, такие различия не могут объяснить полярности в транспорте воды сегментами - истоки этой полярности следует искать лишь в деятельности живых клеток. Отметим, что нам удалось обнаружить электрическую поляризованность сегментов, проявляющуюся как следствие их физиологической поляризованности,

В настоящее время можно предложить математическую модель, объясняющую полярность в транспорте воды сегментами за счет различий в гидравлической проводимости клеток с разных сторон сегмента, При рассмотрении в модели транспорта воды через корень с учетом метаболической (неосмотической) составляющей, все полученные данные удовлетворительно описываются предложенной моделью.

Рассмотрим транспорт воды и растворенных веществ в сегменте корня (рис, 12), Предположим вначале, что весь поток воды обусловлен разницей осмотических давлений Ätf' ;в сосудах ксилемы и в окружающей корень среде. i4 bKi i w

КОРй

JW

Л7Т

W 1 сесиецт L i-, Z

Рис, 12= Ухема транспорта воды и ионов в сегменте корня Zea mays L, Объяснения в тексте.

Тогда

Jw = L M б,

M - Js/Jw R T, где Jw и Js - потоки воды и растворенных веществ, соответственно; R, Т и L - универсальная газовая постоянная, абсолютная температура и гидравлическая проводимость, соответственно; М и б - разница осмотических давлений и коэффициент отражения, соответственно.

Далее будем полагать, что определяющим параметром является гидравлическая проводимость (преимущественно радиальная), монотонно меняющаяся по длине сегмента, а поток растворенных веществ постоянен по длине сегмента. Тогда входящий в корень поток воды будет разветвляться в две стороны в зависимости от гидравлических проводимостей в двух направлениях, Однако для потока в любую сторону в каждой внутренней точке сегмента можно найти ближайшую к взятой точку, в которой существует направленный в противоположную сторону и равный по величине поток воды; суммарный поток во внутренних точках можно таким образом не рассматривать, а поток о концов сегмента будет определяться граничными условиями - гидравлической проводимостью на концах, Тогда Зт~ L± Jg/^wl б R Т, a JW£= Lg Js/Jw2 б R Т, откуда Jwi/Jw2 sfLi/Lg.

Аналогично М±/М<2 s^Lg/Li'

Таким образом, отношение потоков воды о концов сегментов пропорционально квадратному корню из проводимоотей на этих концах, а отношение осмотических давлений обратно пропорционально этой величине. Подобную картину мы и наблюдаем в реальности; для апикального конца большему осмотическому давлению эксудата соответствует пропорционально меньшая интенсивность зкоудации; согласно проведенным вычислениям, радиальные гидравлические проводимости для апикального и базального концов для наших данных (разница интенсивностей зкоудации в 2-3 раза) должны отличаться в 4-9 раз. Определение радиальных гидравлических проводимоотей требует специальной техники, однако приводимые в литературе данные согласуются с выполненными нами вычислениями (например, Melchior, Steudle, 1993),

Рассмотренная модель, однако, никак не объясняет причины различия температурных коэффициентов Qio, чувствительности к биомедиаторам и различных величин метаболической составляющей при зкоудации о разных концов сегментов, Введем в модель не зависящий от осмотического поток жидкости, определяемый абсолютной величиной метаболической составляющей MOV, Будем также полагать, что абсолютная величина метаболической составляющей M0V постоянна по длине корня. Тогда

Jw = L Дя б + L MCY,

Ы = Js/Jw R Т,

W± а итоговые выражения для потока воды и разницы осмотических давлений будут сложнее: и КСУ + УТ7°(МСУ)2ч-Чи1ГГГ^7 . «»>* - ' -- - , а1г = Ч. (MCV^MUsRTcS' г I £

Принципиальный момент, тем не менее, что общие закономерности сохраняются в широком диапазоне величин - большей интенсивности эксудации соответствует меньшая разница осмотических давлений и наоборот, Подбирая различные численные величины, можно получить различные соотношения между разницей осмотических давлений и интенсивностью эксудации (аналогичную модель см, в: Fiscus, Kramer, 1975), в пределе соотношения стремятся к полученной ранее обратной пропорциональности. Теперь рассмотрим движение воды на разных концах сегментов. На базальном конце движущими силами транспорта воды будут MCV и Дя, их соотношение определяет Qio, величину метаболической составляющей и чувствительность к биомедиаторам (полагаем, что Ою для МС около 5, а для М - около 1, тогда, поскольку МС составляет примерно 70% от общей движущей силы эксудации суммарный Qio будет около 3,5-4, что соответствует экспериментальным данным) : на апикальном конце движущими силами транспорта воды будут MCV и 2.5 Дд, отсюда, очевидно, получаем меньшую величину метаболической составляющей, меньшую величину Qio (полагая, что МС составляет около 30% от движущей силы эксудации, получим суммарный Ою около 2.5, что хорошо согласуется с экспериментальными данными) и большую чувствительность к биомедиато

- 156 рам (активация меньшей метаболической составляющей выражается в большем эффекте). Возможно, что MCV и другие параметры (транспорт солей, например) также закономерным образом меняются вдоль оси корня, тогда можно получить попытаться получить точное количественное описание эксудации сегментов.

Приведенная модель, таким образом, удовлетворительно объясняет зкоудацию сегментов корней и различия в интенсивности эксудации и движущих силах эксудации с разных сторон сегментов, Одно из дополнительных следствий рассмотрения математической модели - она показывает преимущества сегментов как новой системы для изучения метаболической составляющей, О двух сторон сегментов величины метаболической составляющей различаются, что позволяет одновременно исследовать транспорт воды при различных величинах метаболической составляющей и подробнее выявить ее роль в создании движущей силы транспорта воды.

Наиболее сложным оказался и остается вопрос о путях одновременного движения противоположно направленных потоков в ксилеме и о том, насколько обнаруженная способность сегментов выделять эксудат в обоих направлениях имеет отношение к ин-тактному растению и его единой гидродинамической системе. Противоположно направленные потоки в ксилеме, обнаруженные нами в сегментах корней, могут двигаться по различным сосудам ксилемы или по одному. Ни одна из этих возможностей не исключена! хотя недавно показано наличие гидравлически изолированных компарт-ментов в корнях (Wang, Canny, MoOully, 1991; Zhu и до,, 1995), которые могли бы служить для противотока воды, нельзя исключить и вторую возможность, хотя понять механизмы ее реализации сложнее. По аналогии, впрочем, можно привести данные о транс

- 156 порте веществ по флоэме в противоположных направлениях (например: Ратнер, Акимочкина, Ухина, 1959), чему также не дано убедительного объяснения, В настоящее время достаточно сложно также показать, насколько связана выявленная способность сегментов корней к транспорту воды в противоположных направлениях о реальной картиной транспорта воды в интактном растении. На основании многочисленных литературных данных, подробно обсуждаемых в литературном обзоре, можно сделать вывод, что в ин-тактных растениях возможен нисходящий поток жидкости по ксилеме, выделение воды корнем и что существует рециркуляция значительных количеств воды в растении. Все эти результаты позволяют нам высказать предположение, что обнаруженная способность сегментов корней к транспорту воды в противоположных направлениях может проявляться в растении при условиях, например, подавленной транопирации и высокого корневого давления, В этом случае противоположно направленные водные токи в сегментах корней могут отражать реально существующие в растении потоки растворов, которые циркулируют, образуя единую гидродинамическую систему растения: представляется возможной также их связь о выделительной функцией корня, Для подтверждения высказанной гипотезы необходимы дополнительные исследования на целом растении с помощью специальных неинвазивных методов исследования, В любом случае можно утверждать, что сегменты проявляют потенциальную способность к транспорту воды в противоположных направлениях, которая может быть реализована в интактном растении.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Волков, Вадим Степанович, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА

Абуталыбов EL 5h Выделение актомиозинподобного белка из корней подсолнечника /V Автореферат диоо, на ооиок, уч. степени канд. биол, наук. М, 1982, 20 с, Абутадыпов В.Ф., Жолкевич В.Н. Выделение актомиозинподобного белка из корней подсолнечника // доклады АН СССР. 1979. Т, 244. N 5, С, 1275-1277, Абуталыбов В.Ф., Жолкевич В.Н. Влияние ионов Сак+, Mg2"*", Na"1" на активность актомнозинподобной АТФазы, выделенной из корней подсолнечника // Физиология растений, 1981, Т. 28, N 2, С, 442-443, Абуталыбов В.Ф., Шушанашвили В.И.» Жолкевич В.Н. Выделение ак-тиноподобного белка из корней подсолнечника // Доклады АН СССР, 1980, Т, 252, N 4, С, 1023-1024, Али-заде В,М, Переходные процессы при выделении пасоки корневой системой подсолнечника. Автореферат диос, на соискание ученой степени канд. биологических наук, М, ИФР. 1974, 27 с,

Анисимов А,В, Биофизические аспекты межклеточного транспорта воды в растениях // Автореферат диос, на ооиск, уч, степени доктора физ.-мат. наук, М,: МГУ. 1987, 48 о, Анисимов А,В,, Евареотов A.C., Самуилова И,Ф,, Гусев H.A. Импульсный метод ЯМР в оценке межклеточного транспорта воды по симпласту // Доклады АН СССР, 1983, Т, 271, N 5, С, 1246-1249,

Анисимов А,В,, Раткович С. Транспорт воды в растениях: исоле-

дование импульсным методом ЯУР. М.: Наука, 1992, 144 о, Арнольд В,И, Теории катастроф, М,: Наука, 1990, 128 с, Бауэр 0,3, Теоретическая биология, М.-Л-д: Изд-во ВИЕМ, 1935, 206 о,

Белозерская т. А., Крицкий М.С., Соколовский В,Ю, Мембранный злектрогенез и проблемы клеточной дифференцировки у мице-лиальных грибов // Микробиология, 1995, Т, 64, N 3, С,

¿Cj zí О"™ OÜU £

Биологический энциклопедический словарь. Под ред. М.С. Гиляро-ва (главн. ред.). М.: Советская энциклопедия, 1986, 832 о.

Борисова Т.А., Жолкевич В.Н. Об эндодермальном скачке водного потенциала в корневой системе // Физиология растений. 1982. Т. 29. С, 737-742. Борисова Т.А.. Лазарева Н.П,, Жолкевич В.Н, Влияние химических агентов на зндодермальный скачок водного потенциала и зк-оудадию корней Zea mays L. // Доклады АН СССР. 1982. Т. 267. N 3. С. 766-768. Борисова Т.А., Лазарева Н.П., Жолкевич В.Н. 0 возможной физиологической роли эндодермального скачка водного потенциала в корневой системе // Физиология растений. 1984. Т. 31, N 6. С, 1092-1097, Бос Дж, Ч, Избранные произведения по раздражимости растений.

Т.2. М,: наука, 1964, 396 с, Бутенко Р.Г. Культура изолированных протопластов, клеток и тканей в решении задач физиологии растений// Новые направления в физиологии растений / Под ред. А.Л. Курганова. М,: Наука, 1985, С, 16-32,

- 161 -

Вахмистров Д.Б., Али-заде В.М. Переходные процессы при выделении пасоки корневой системой подсолнечника. Кинетический анализ // Физиология растений, 1973, Т, 20, Вып. 2, О, 250-259,

Вахмистров Д.Б. Ионный режим растений: эволюция проблемы // Новые направления в физиологии растений / Под ред. акад. Курсанова А.Л. М,: Наука, 1985, О, 214-230, Вахмистров Д.Б., Злотникова И,Ф, Функциональная специфика корневых волосков // Физиология растений, 1990, Т, 37, Вып, 5, 0, 946-954,

Великанов Г.А. Водообмен и системы переноса ионов у клеток в

высших растениях, Диос,,, докт, биол, наук, Казань, 1997, 333 с,

Волков В.С., Жолкевич В.Н. Параметры экссудации в зависимости

от пространственной ориентации сегментов корней Zea mays L, // Доклады академии наук, 1993, Т, 332, N 4, С. 526-528,

Гунар И,И,, Крастина Е.Е., Петров-Спиридонов А.Е., Брюшкова

К,А,, Беликова Е.М. Суточные ритмы поглощающей и синтетической деятельности корня // Тезисы докладов делегатов

съезда всесоюзного ботанического общества, 9-15 мая 1957 г. Вып. 2. Ленинград: 1958, С. 103-104, Гурвич А,Г, Принципы аналитической биологии и теории клеточных

полей, М,: Наука, 1991, 287 с, Данилова м,Ф, Структура корня как органа поглощения веществ. Автореферат дисс, на соискание ученой степени докт, биологических наук, Ленинград: ВИН АН СССР, 1975, 76 о, Двораковокий М,С, Экология растений, М,: Высшая школа, 1983,

дубров А.П., Еулыгина E.B, Ритмичность выделения органических веществ корнями злаковых растений // Физиология растений. 1967, Т. 14, Вып. 2, С, 257-263, Дубовик Я,Ф, Роль биологического поглощения минеральных солей почвой в питании растений // Доклады Академии наук СССР, 1950, Т, 73, N 4, С, 837-839, Жизнь растений, Т. 5 (1). Под ред. Тахтаджяна А.Л. IL: Просвещение. 1980, 430 о, Жолкевич В.Н., Оиницына S.A., Пейсахзон Б.И., Абуталыбов В.Ф,, Дьяченко И,В, 0 природе корневого давления // Физиология растений, 1979, Т.26. Вып, 5, С, 978-993, Жолкевич В.Н., Кушннренко М.Д., Печерская С.Н., Байтовая О,И,, Клейман Е.И. О кинетике процессов водообмена листа // Доклады АН СССР, 1985, Т, 280, N 6, С. 1514-1516. Жолкевич В.Н, Гусев H.A., Капля A.B., Пахомова Г.И., Пильщико-ва Н.В., Самуилов Ф,Д,, Славный П.С., Шматько И,Г, Водный обмен растений, М,: Наука, 1989, 256 с, Жолкевич В.Н., Королев A.B. "Воздушные" корни - новая модельная система для изучения корневого давления // Доклады Академии наук, 1995, Т, 344, N 5, С, 702-704, Жолкевич В.Н., Чугунова Т.В. О взаимодействии белков цитоске-лета, биомедиаторов и фитогормонов при регуляции транспорта воды в растении // Доклады Академии наук. 1995, Т, 341, N 1, С, 122-125, Жолкевич В.Н., Чугунова Т.В. Влияние нейромедиаторов на нагнетающую деятельность корня // Доклады Академии наук, 1997, Т, 356, N 1. С, 122-125,

- 163 -

Жолкевич B.H.j Зубкова H.K., Королев A.B. Воздействие колхицина и норадреналина на выделение эксудата корнями Helianthus araiuus L. в отсутствие поглощения воды из наружной среды // Доклады Академии наук. 1998. Т. 359. N 4. С, 551-553.

Зацепина Г.Н.ä Коломиец A.A.. Понамарев В.Е, Корреляция между постоянным электрическим полем черешка кислицы и физиологическим состоянием растения// Биофизика. 1991. Т. 36. Вып. 5. С. 895-898. Зялалов A.A. Физиолого-термодинамический аспект транспорта воды по растению // М.: Наука. 1984. 135 с. Зялалов A.A.j Газизов И.О. Рециркуляция калия в растениях //

Физиология растений. 1989. Т. 36. Вып, 5, С, 880-887. Иванов В.Б. Специфика пространственной и временной организации роста клеток корня в связи с его функциями // Физиология растений. 1979, 1,26, Вып, 5, С, 888-898, Иванов В,П. Растительные выделения и их значение в жизни фито-

ценозов. М,: Наука, 1973, 296 с, Игамбердиев А,У, Роль микротелец в организации метаболизма растений. Автореферат дисо, на соискание ученой степени доктора биологических наук, М, ИФР РАН, 1992, 56 с, Каримова Ф,Г., Маркова м.Н,, Гусев Н.А, Изменение выхода воды из растительных клеток под действием некоторых факторов // Физиология растений. 1978. Т. 25, Вып, 2, С, 328-333, Карманов В,Г,, Мелещенко С.Н, Физиологический механизм прямой и обратной связей в системе водного обмена растения // Физиология растений, 1971, Т. 18, Вып. 5, С, 959-965. Кедров Г.Б. О значении промежуточных контактов сосудов древе-

- 184 -

оины ясеня Fraxinus excelsior L, // Научные доклады высшей школы. Биологические науки, 1965, N 2, С, 140-147, Кедров Г,Б, 0 структуре и некоторых функциях живой системы древесины // Морфология цветковых растений / Отв, ред. Кудряшов Л.В. м,: Наука, 1971, С. 135-156, Кедров Г.Б. О строении радиальных водопроводящих путей в древесине некоторых хвойных растений // Научные доклады высшей школы. Биологические науки, 1973, N 10 (118), С, 67-73,

Кедров Г.Б. О факторах, определяющих приуроченность окаймленных пор к радиальным стенкам трахеид вторичных трахеи-дальных древесин // Бюллетень МОИП, Отд, биологический, 1984, Т, 89, N 2, С, 70-82, Кедров Г,Б, 0 водопроводящей системе ксилемы дуба как пути нисходящего тока веществ // Научные доклады высшей школы. Биологические науки, 1985, N 6, С, 78-82, Кларкоон Д. Транспорт ионов и структура растительной клетки,

М, j Мир, 1978, 368 с, Клячко Н,Л, Белокоинтезирующий аппарат и цитоскелет // Физио-

логиия растений. 1998, Т. 45, N 2, С. 208-217, Козловский Т, Водный обмен растений, М,г Колос, 1969, 247 с, Колпиков Л,И, Прижизненные наблюдения некоторых физиологических особенностей различных участков поверхности листа // Физиология растений, 1965, Т, 12, Вып. 1, 0, 167-169, Колье О,Р,, Максимов Г,В,, Раденович Ч.Н. Биофизика ритмического возбуждения, М,: Изд-во МГУ, 1993, 208 о, Королев А,В, Влияние химических агентов на нагнетающую деятельность корня. Автореферат дисс, на соискание ученой

степени канд. биологических наук, М. ИФР АН СССР, 1990. S3 с,

Королева О,А, Особенности водного обмена паренхимных клеток запасающего корня сахарной свеклы. Автореферат дисс, на соискание ученой степени канд. биологических наук. М. ИФР РАН. 1994. 24 о,

Кремнина А.Н., Пронин В.А. Корневые выделения кукурузы и их влияние на некоторые стороны жизнедеятельности сои // Физиология растений. 1965. Т.12, Вып. 5. С. 847-853.

Кремнина А,Н, Влияние условий минерального питания на интенсивность выделения влаги корнями растений кукурузы // Физиология растений, 1969. Т. 16. Вып. 4. С. 626-631.

Кремнина А.Н., Яковлев A.A. Исследование процессов водо- и ио-нообмена в физиологически разнокачественных участках корня кукурузы // Состояние воды и водный обмен у культурных растений / Под ред. Петинова Н.С. М. .* Наука, 1971, С, 105-116,

Кретович В,Л, Обмен азота в растениях, М,: Наука, 1972, 528 о,

Кубичек С,А, Секреция замыкающими клетками капелек жидкости // Физиология растений, 1976, Т.23. Вып, 2, С, 403-404,

Кулаева О.Н. Гормональная регуляция физиологических процессов у растений на уровне синтеза РНК и белка, 41 Тимирязевское чтение, М,; Наука. 1982, 84 с,

Куликова А.Л. Количество и формы актина в проводящих тканях Helacleum sosnowskyi // Физиология растений, 1986, Т, 33, Вып. 4. С. 629-636.

Куликова А.Л. Некоторые свойства флозмных белков из эксудата тыквы // Физиология растений. 1992. Т. 39. Вып. 6. С.

1108-1115,

Кундт В,, Робник М, Водные помпы б корнях растений // Физиология растений, 1998, Т, 45, Вып. 2, 0, 308-316,

Куркова Е.В. Некоторые ультраструктурные характеристики гриба Pilobolus umbonatus, полученные с помощью просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии // Ультраотруктура растений. Тезисы докладов VI Всесоюзного симпозиума. Киев.- АН Украинской ПОР, 1988. 0. 209.

Куроанов А,Л, Транспорт ассимилятов в растении, М.: Наука, 1976. 646 с,

Куроанов А,Л, Ученый и аудитория, М: Наука, 1982, 272 с,

Лазарева Н,П,, Борисова Т. А., Жолкевич В.Н. об автоколебательном характере нагнетающей деятельности корневой системы Zea mays L. // Доклады АН COOP. 1986. Т. 289. N 3, О. 761-764,

Лебедев Г,В, Водный дефицит и сельскохозяйственное производство, Л,: Химия, 1990, 316 с,

Левушкин С.И., Шилов И,А, Общая зоология, М,г Высшая школа, 1994, 432 о,

Лима-де-Фариа А. Эволюция без отбора. М,: Мир, 1991, 456 с,

Лоскутов А.Ю., Михайлов A.C. Введение в синергетику, М.; Наука, 1990, 270 с,

Лотова Л,И,, Тимонин А,К, Сравнительная анатомия высших растений, М.: Издательство МГУ, 1989, 80 с,

Лукина Г.А. Эколого-физиологические аспекты выделения выделения аминокислот водными растениями // Экологические аспекты регуляции роста и продуктивности растений / Под ред, Титовой и,В,, Кефели В,И, Ярославль; Ярославский

roo, университет, 1991, С, £12-221, Лукина Г,А, Роль корней в выделении аминокислот растениями ряски малой // Биология внутренних вод. Информационный бюллетень, N 96 / Под, ред. Копылова А.И. С,-Петербург: Наука, 1994, С, 13-15, Лукоянова С,А, Биофизические основы корневой экссудации // Биофизика растений и фитомониторинг / Под ред. Лялина 0.0. Ленинград: Наука. 1990, 0. 45-71, Лялин 0,0, к теории траноклеточного осмоса.« обратноооомотичео-кая модель корневой экссудации // Физиология растений. 1989. Т. 36. Вып. 3, 0. 421-434, Лялин 0,0,, Лукоянова O.A. и корневой системе как осмотическом аппарате: развитие идей Д.А. Сабинина // Физиология растений, 1989, Т, 36, Вып. 5. С. 860-870. Лялин 0=0., Соловьев Е.В. Феномен выделения корнями целых растений в окружающий раствор стимулятора дыхания // Физиология растений, 1995, Т, 42, N 4. С. 501-506. Маевокая С.Н., Андреева Т,Ф,, Воевудокая О.Ю., Черкасова H.H. Влияние повышенной концентрации COg на фотосинтез и азотный обмен растений горчицы // Физиология растений. 1990. Т, 37, и 5, С, 921-927, малинецкий Г,Г, Хаос, Структуры, Вычислительный эксперимент,

М,; Наука, 1997. 255 с, Медведев С.С. Физиологические основы полярности растений.

1996, 0-Пб.: Кольна. 160 о. Медведев 0.0., Маркова И,В, Цитоокелет и полярность растений

// Физиология растений, 1998, Т. 45, N 2, С, 185-197, Мелехов Е.И. Влияние 2,4-Д на проводимость корней, поглощение

- 168 -

воды и транопирацию // Физиология растений, 1979, Т, 28. N 5, С, 1001-1005, Мелещенко С,Н, Об управлении водным режимом растения посредством воздействий на его корневую систему // Физиология растений, 1974, Т, 21, Вып. 6, 0, 1201-1206, Мелещенко С.Н. Система водного транспорта высшего растения и ее элементы. 4, 0 механизме возникновения корневого давления в интактном растении // Физиология растений, 1998, Т, 45, N 5, С, 795-800, Можаева Л.В. Неосмотическая природа корневого давления // Известия ТСХА, 1991, N 5, С, 69-81, Можаева Л,В,, Боева Т.Г. Изучение аденозинтрифосфатной активности и сократительных свойств клеток корня // Известия ТСХА, 1970, Вып, 3, С, 16-24, Можаева Л,В,, Боева Т,Г, Электронномикроскопичеокое изучение структуры клеток поглощающей зоны корня и локализация в них АТФазы // Известия ТСХА, 1971, Вып, 1, С. 6-13, Можаева Л,В,, Булычева Е.М. Свойства сократительного белка, выделенного из корней тыквы // Известия ТСХА. 1971, Вып. 2, С, 3-9,

Можаева Л,В,, Никитина А,А, Влияние гетероауксина на биохимическую активность клеток корня и скорость плача // Известия ТСХА, 1969, Вып, 6, С, 8-17, Можаева Л,В,, Пилыпикова Н,В, Влияние температурных воздействий на скорость плача и некоторые стороны энергетического обмена корней подсолнечника // Известия ТСХА, 1969, N 4, С, 14-30,

Можаева Л.В., Пильщикова Н.В. 0 природе процесса нагнетания

- 169 -

воды корнями растений // Известия ТОКА. 1972. N 3, С. 3-15.

Можаева Л.В., Пилыдикова Н.В. 0 неоомотическом поступлении воды в сосуды корня // Известия ТСХА. 1976. N 6. С, 3-11.

Можаева Л.В., Пильщикова Н.В. Соотношение между величиной компонентов корневого давления и скоростью нагнетания воды корнями // Доклады Академии наук. 1978. Т. 239. N 4. С. 1005-1008.

Можаева Л.В., Пильщикова Н.В. О движущей силе плача растений // Физиология растений. 1979. Т. 26. Вып. 5, С, 994-1000.

Можаева Л.В., Пильщикова Н.В., Зайцева Н.В. Изучение сократительных свойств клеток корня в связи о ритмичностью плача растений // Известия ТСХА. 1975. N 1. С, 3-13,

Можаева Л.В,. Пильщикова Н,В,, Кузина В,И, Значение неосмотического компонента корневого давления для нагнетания воды корнями /У Известия ТСХА, 1978. N 1. С. 3-11.

Можаева Л.В., Пильщикова Н.В,, Кузина В,И, Изучение природы движущей силы плача растений о использованием химических воздействий // Известия ТСХА, 1979, N 1, 0, 3-9.

Можаева Л.В., Пильщикова Н.В., Кузина В.И. Сравнительное определение движущей силы плача растений компенсационным и динамическим методами // Известия ТСХА. 1980. N 1. С. 8-14.

Мокронооов АЛ, Фотосинтетическая Функция и целостность растительного организма. М,: Наука, 1983. 64 с.

Молчанов A.M. Нелинейности в биологии. Пущино: ОНТИ Путинского научного центра РАН, 1992. 223 с.

Морозов Ю.М. Цитологические аспекты взаимоотношений растений и

- 170 -

фитопатогенных грибов // Микология и фитопатология, 1992. Т. 26, N 1, С, 67-75, Николио Г,} Пригожин И, Познание сложного. М.: Мир. 1990. 344

с.

Нечипоренко Г.А., Рыбалова Б.А. Применимость различных осмотически действующих агентов для исследования водного обмена

растительных тканей // Физиология растений, 1980, Т.27. N1.0, 203-208, Новое в синергетике. Загадки мира неравновесных структур, М,:

Наука, 1996, 264 с, Опритов В,А, Распространяющееся возбуждение у высших растений// Успехи современной биологии, 1977, I, 83, Вып, 3, и, 442-458,

Опритов В,А,, Калинин В,А,, Ретивин В.Г. Теоретические основы и методы изучения биофизических процессов у растений. Горький: ГГУ, 1979, 54 с, Опритов В,А,, Пятыгин 0,0,, Ретивин В.Г. Биоэлектрогенез у

высших растений, М,: Наука, 1991, 216 о, Пайтгек X,-0,, Рихтер П.Х. Красота фракталов. Образы комплексных динамических переменных, М,: Мир, 1993, 176 с, Петров А.П. Биоэнергетические аспекты водного обмена и засухоустойчивости растений, Казань: Изд-во Казан, вет, ин-та, 1974, 82 с,

Пильщикова Н.В. Ультраструктура клеток стелярной паренхимы в

связи о нагнетательной деятельностью корня // Известия ТСХА, 1988, N 4, 0, 70-75, Полевой В,В, Фитогормоны. Ленинград: Изд-во ЛГУ, 1982, 249 о, Полевой В,В, Физиология растений, М,: Высшая школа, 1989, 464

о,

Полевой А, В, j Танкелюн О.В., Полевой В,В, Быстрая дистанционная передача сигнала о локальном стрессовом воздействии у проростков кукурузы // Физиология растений, 1997, Т, 44, N 5, С, 645-651, Пригожин PL, Стенгерс И. Порядок из хаоса, М.: Прогресс, 1986, 432 с,

Ратнер Е,И,, Акимочкина Т,А,, Ухина С,Ф, 0 путях и механизме передвижения минеральных веществ из корней в надземные органы растения на примере передвижения Pöz // Физиология растений, 1959, Т, 6, Вып, 1, С, 3-12, Рахтеенко И,Н,, Мартинович Б,С,, КауровИ,А,, Минько И,Ф,, Крот Л,А, Водорастворимые метаболиты и их роль во взаимоотношениях растений в фитоценозах // Физиология растений, 1973, Т, 20, Вып, 2, О, 385-391, Рейвн П,, Зверт Р,, Айкхорн 0, Современная ботаникаю М,: Мир,

1990, Т, 2 , 344 о, Реуцкий В,Г, Адаптивная регуляция водообмена растений. Автореферат дисс, .,, докт, биол. наук, Минск: Ин-т экспериментальной ботаники им, В.Ф. Купревича АН БССР, 1984, 45 о, Роньжина B.C., Мокроносов А.Т. Лонорно-акцепторные отношения и участие цитокининов в регуляции транспорта и распределения органических веществ в растениях // Физиология растений, 1994. Т. 41. N 3. С. 448-459. Рощина В,В, Биомедиаторы в растениях, Ацетилхолин и биогенные

амины, Пущино; ПНЦ АН СССР, 1991а, 193 с, Рощина В.В. Реакции хлороплаотов на биомедиаторы. Автореферат диоо, ... докт, биол, наук, М.: ИФР АН СССР, 19916. 29 с.

-1 "in - J. / ¿С, -

Рубцова М-С,, Кузнецова Т.Н.} Швецов Г,А, Измеритель разности биопотенциалов растений. Авторское свидетельство N 1155193, 1985,

Сабинин Д.А. О корневой системе как осмотическом аппарате // Известия биологического НИИ при Пермском гоо, ун-те, Пермь, 1925, Т, 4, Прил. 2, С, 3-128, Сабинин Д.А. О значении корневой системы в жизнедеятельности растений, М,г Изд-во АН СССР, 1949, 48 с, (9-е Тимирязевское чтение),

Сабинин Д, А, Физиологические основы питания растений, М.:

Изд-во АН СССРj 1955, 512 с, Сабинин Д.А. Избранные труды по минеральному питанию растений.

М,: Наука. 1971, 512 о, Савельев В,А,, Мелехов Е.И., Абисалов P.C. Измерение сопротивления корней току воды о помощью камеры давления // Водный режим растений в связи с разными экологическими условиями. Казаны Изд-во Казан, ун-та, 1978, С, 384-388, Самцевич С,А, Активные выделения корней и их значение // Физиология растений. 1965, Т. 12, Вып. 5. С. 837-846, Семенов В,В, Вопросы метода в естественных науках, Пущине:

ОНТН НЦБИ АН СССР, 1990, 149 с, Семенов И.Л., Фенсом Д.С., Томоон Р.Г. Природа колебаний в толщине листьев Beta vulgaris, измеренных с помощью линейного датчика // Физиология растений. 1995, Т, 42, N 6, С, 878-884,

Скобелева и, В, Гидравлическая проводимость мембран растительных клеток и возможности ее биологической регуляции // Биофизика растений и фитомониторинг / Под ред. Лялина

0=0, Ленинград: Наука, 1990, и, 71-89, Слейчер Р, Водный режим растений, М, : Мир, 1970, 365 о, Соколов 0,И,, Богатырев В,А,, Туркина М,В, Миозинподобный белок из высшего растения Heraoleum sosnowskyi // Доклады АН СССР, 1985, Т, 282, N 6= С, 1513-1516, Соколов 0,И,, Богатырев В,А,, Туркина М,В, Миозин из проводящих тканей Heraoleum sosnowskyii взаимодействие с мышечным актином и образование филаментов // Физиология растений, 1986, Т, 33, Вып, 3, С, 421-431, Соколов О.й. Выделение и идентификация миозина из проводящих тканей. Автореферат дисс, на соискание ученой степени канд. биологических наук, М.: ИФР АН СССР, 1988, 22 о. Соколова C.B., Красавина М.С. Функциональные отношения клеток и тканей в проводящей системе растений // Физиология растений, 1980= Т, 27, Вып, 5, С, 986-1004, Соловьев В.А., Веренчиков С,П. Характеристика ксилемкого экссудата. получаемого без отделения корня от побега // Физиология растений. 1987, Т, 34, N 3, С, 554-563, Стамболцян Е.Ю. Роль эндодермы в процессе транспорта ионов по корню // Физиология растений, 1987. Т. 34. Вып. 6. С, 1187-1198,

Тараканова Г.А., Шведова О.Ю., Жолкевич В.Н. Электрохимические характеристики и гуттация клеток Piloholus umbonatus Buller // Доклады АН СССР, 1985, Т, 280, N 5, С, 1277-1280.

Тараканова Г,А,, Жолкевич В.Н, Исследование кинетики электрохимических параметров мукорового гриба Piloholus umbonatus Buller // Доклады АН СССР, 1986, Т. 286. N 2.

С, 504-508,

Тараканова Г, А,} Серова Е.М., Жолкевич В,Н, Исследование электрической поляризованнооти гигантских клеток Filoboliis путем внеклеточных микроэлектродных измерений // Физиология растений, 1991, Т, 38, Вып. 1, С, 176-180, Теплов В,А,, Бейлина С,И,, Романовский Ю,М, Автоволновая динамика цитоскелета плазмодия Physaruiïî policephalum // Физиология растений. 1998. Т. 45, N 2. С. 168-184, Терминология роста и развития высших растений // Под ред. М.Х.

Чайлахяна, М,: Наука, 1982, 96 с. Тонких А,К,, Бабаев Т.А., Маркова И,А,, Ли A.B., Гагельганс А.И, Механизм ауксинподобного действия тироксина // Физиология растений, 1995, Т, 42, N 2, С, 195-200, Трубецкова О.М. Суточная ритмичность деятельности корневой системы и механизм плача растений // Тезисы докладов делегатов съезда всесоюзного ботанического общества, 9-15 мая 1957 г. Вып, 2, Ленинград: 1958, С, 107-109, Туркина М.В, Транспорт ассимилятов: факты и гипотезы // Новые направления в физиологии растений / Под ред. акад. Кирсанова А.Л. М.: Наука, 1985, С, 231-252, Туркина М,В,, Акатова Л,3, Термостабильные актин-связывающие белки из флоэмы Heraolешп sosnowskyi // Физиология растений, 1994, Т, 41, N 3, С, 367-373, Туркина М.В., Соколова С,В, Методы определения моносахаридов и олигосахаридов // Биохимические методы в физиологии растений / Под ред, 0,А, Павлиновой, М,: Наука, 1971, о, 7-34,

Туркина М.В., Павлинова O.A. Транспорт ассимилятов как фактор

- 175 -

интеграции физиологических процессов в растении // Физиология растений, 1981, Т, 28, Вып. 1, С, 184-205. Урманцев Ю.А, Зволюционика или общая теория развития систем природы, общества и мышления, Пущино,- ОНТИ НЦЕИ, 1988. 79 о,

Ушаков В,Ю,, Колтунова И, Р. 0 пульсирующем характере транопи-рации и поступления воды в листья растений// Доклады АН ССОР. 1982, Т, 266, N 3, 0, 766-768, Фенсом Д.О., Томсон Р.Г., Колдуэлл К.д. Тандемно движущиеся волны давления как возможный механизм флозмного транспорта// Физиология растений. 1994, Т, 41, N 1, О, 135-148.

Физиология человека, Т. 3, Кровь. Кровообращение. Дыхание. Под

ред. Шмидта Р., Тевса Г, М.: Мир, 1986. 288 о. Филиппов Л.А. Водный режим растений и диагностика полива. Новосибирск: Наука (Сибирское отделение). 1982, 153 о. Философский словарь. Под ред. Фролова И.Т. М,: Политиздат, 1991. 560 с,

Чугунова Т.В. Роль паренхимных клеток в нагнетающей деятельности корневой системы. Автореферат дисс, на соискание ученой степени канд. биологических наук, М,.» 1ФР АН СССР,

1989, 17 о,

Шноль С.Э, Хватает ли времени для дарвиновской эволюции? //

Природа, 1990, N 11, С, 23-26, Знгельгардт В,А, Познание явлений жизни. М.: Наука, 1984. 304 о.

Яковлев Г,П., Челомбитько В.А. Ботаника, М.: Высшая школа.

1990, 368 с.

4 :-"iC-

- J. / U ~

Alius D.P., Canny M.J. Water Pathways in Wheat Leaves. I, The Division of Fluxes between Different Vein Types // Australian Journal of Plant Physiology. 1985, V, 12, P, 173-181,

Anderson W, P. j Aikrnan D.P., Meiri A, Excised root exudation -a standing-gradient osmotic flow // Proceedings of the Royal Society of London, Series B, 1970, V, 174, N 1037, P, 445-458,

Asian? M., Travis R.L., Rains D,W,, Huffaker E,0, Effect of root perturbation and excision on nitrate influx and efflux in barley (Hordeum vulgare) seedlings // Physiologia Plantarum, 1996, V, 97, N 3, P, 425-432,

Baluska F, , Barlow F,W,, Hauskrecht M,, Kubica S., Parker J,S,, Volkmann D, Microtubule arrays in maize root cells. Interplay between the oytoskeleton, nuclear organization and post-mitotic cellular growth patterns // New Phytologist, 1995, V, 130, P, 177-192,

Baluska F,, Barlow P.W.} Volkmann D, Complete disintegration of the microtubule oytoskeleton procedes its auxin-mediated reconstruction in postmitotic maize root cells // Plant Cell Physiology, 1996, V, 37, N 7, F, 1013-1021,

Baluska F,, Vitha S,, Barlow P.W., Volkmann D. Rearrangements of F-aotin arrays in growing cells of intact maize apex tissues: a major developmental switch occurs in the postmitotic transition region // European Journal of Cell Biology, 1997, V, 72, N 2, P, 113 -121,

Bement W.M., Mooseker M,S, Keeping out the rain // Nature,

A -f>~i ~ Iff ~

1993= V, 365= P. 785-786= Biddulph S= 5 Biddulph 0= 1959= The circulatory system of

plants // Scientific American, 1959= V. 200 p. 44-49= Blum A.} Johnson J.W. Transfer of water from roots into dry soil and the effect on wheat water relations and growth // Plant and Soil, 1992= V. 145= P. 141-149= deBoer A=H=i Wegner L= Regulatory maohanisms of ion channels in xylem parenchyma oeels // Journal of Experimental Botany, 1997, V= 48, Special issue, P= 441-449, Boyer J,S= Water transport // Annual Review of Plant

Physiology= 1985, V. 36= P= 473-516, Bradford M,M, A rapid and sensitive method of the quantitation of microgram quantities of protein using the principle of protein-dye binding /./ Anal, Biochem, 1976, V. 76= N 1 = P= 248-254=

Broyer T.C. Exudation studies on the water relations of plants // American Journal of Botany, 1951, V. 38= N 3, P, 157-162=

Canny M.J. What becomes of the transpiration stream? // New

Phytologist, 1990. V. 114. P. 341-368. Canny M.J. The transpiration stream in leaf apoplast.« water and solutes // Philosophical Transactions of the Royal Society of London B, 1993, V, 341, P. 87-100. Canny M.J. A New Theory for the Ascent of Sap - Cohesion Supported by Tissue Pressure // Annals of Botany. 1995a. V. 75. P. 343-357. Canny M.J. Apoplastic Water and Solute Movement: New Rules for an Old Space// Annual Review of Plant Physiology and

Plant Molecular Biology, 19956, V, 46, P, 215-236, Canny M,J, Applications of the compensating pressure theory of water transport // American Journal of Botany, 1998, V, 85, N 7, P, 897-909, Callaghan P.T., Kockenberger W,, Pope J,M, Use of different propagators for imaging of capillary flow in the presence of stationary fluid // Journal of Magnetic Resonance, Series B, 1994, V, 104, P, 183-188, Chang C,W,, Bandurski R,S, Exocellular enzymes of corn roots

/7 Plant Physiology, 1964, V, 39, N 1, P, 60-64, Chasm B., Lukacovich M,F,, Toon M, R, 5 Solomon A, K, Effect of thiourea on PCMBS inhibition of osmotic water transport/ in human red cells // Biochimica et Biophysica Acta, 1984, V, 778, P, 185-190, Chusov 1, Mathematics of Nonlinearity // Science in the USSR,

1988, N 1, P, 42-48, Chrispeels M.J., Daniels M.J., Weig A. Aquaporins and Water Transport Across the Tonoplast // Advances in Botanical Research. 1997. V. 25, P, 419-432, Clarkson D,T,, Robards A.W., Stephens J.E., Stark M, Suberin lamellae in the hypodermis of maize (Zea mays) roots; development and factors affecting the permeability the hypodermal layers // Plant, Cell and Environment, 1987, v, 10, P, 83-93,

Clarkson D,T, Root structure and sites of ion uptake // Plant roots. The hidden half/ Eds Waisel Y,, Eshel A, and Kafkafi U, N.Y.: Marcel Deccer, 1991, P, 417 Clarkson D,T, Roots and delivery of solutes to the xylem //

- 179 -

Philosophical Transactions of the Royal Society of London EL 1993, V, 341, P. 5-17,

Ourran P,F, Na, Cl and water transport by rat ileum in vitro // Journal of General Physiology, 1960, V, 43, P, 1137-1148,

Dawson T«E, Hydraulic lift and water use by plants: implications for water halanc, performance and plant-plant interactions // Oeoologla, 1993, v, 95, P, 565-574,

Dembinski E,; Wisniewska I,, Zebrovski J,,

Raozynska-Booanowska K, Negative regulation of asparagine synthetase in the leaves of maize seedlings by light, benzyladenine and glucose // Physiologia Piantarum. 1996, V. 96. P. 66-70.

Diamond J.M,, Bossert W,H, Standing-gradient osmotic flow, A mechanism for coupling of water and solute transport in epithelia // Journal of General Physiology. 1967. V. 50. N 8. P, 2061-3083,

Doberstein S.K.. Baines I.C., Wiegand G., Korn E.D., Pollard T.D, Inhibition of contractile vacuole function in vivo by antibodies against myosin-I // Nature, 1993. v. 365. P.841-843,

Fensom D.S., Donald R,G, Thickness fluctuations in veins of corn and sunflower detected by a linear transducer // Journal of Experimental Botany, 1982, V. 33. N 137. P. 1176-1184,

Fisous E.L., Kramer P.J. General model for osmotic and pressure-induced flow in plant roots // Proceedings of

- 180 -

Natl, Acad, Sol, USA, 1975, ¥,72, N 8, P, 3114-3118, Frensoh J,, Steudle E, Axial and radial hydraulic resistance to roots of maize (Zea mays L,) // Plant Physiology, 1989, V, 91, P, 719-726, Frensoh J,, Meuser J, Short-, medium-, and long*-distance transport in maize roots: relationship between structure and function // 10th International Workshop on Plant Membrane Biology, Regensburg, Program and abstracts, 1995, D01,

Fushimi K., Ushida S., Hara I., Hirata I,, Marumo F,, Sasaki S, Cloning and expression of apical membrane water channel of rat kidney collecting tubule // Nature, 1993, v, 361, P, 549-552, Ghoshroy S,, Lartey R,, Sheng J,, Citovsky V, Transport of proteins and nucleic acids through plasmodesmata // Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1997, v, 48, P, 27-50, Ginsburg H., Ginzburg B,Z, Radial water and solute flows in roots of Zea mays I, Water flow // Journal of Experimental Botany, 1970a, V, 21, N 68, P, 580-592, Ginsburg H., Ginzburg B,Z, Radial water and solute flows in roots of Zea mays II, Ion fluxes across root cortex // Journal of Experimental Botany, 19706, V, 21, N 68, P, 593-604,

Ginsburg H. Model for iso-osmotic water flow in plant roots // Journal of Theoretical Biology, 1971, V, 32, N 1, P, 147-158,

Grabsky S., Xie X,G, , Holland J,F,, Sohindler M, Lipids

- 181 -

trigger changes in the elasticity of cytoskeleton in plant cells: a cell optical displacement assay for live cell measurements /7 Journal of Cell Biology, 1994, v, 126, N 3, P, 713-726, Greulaoh v,A, Plant Functions and Structure, London:

Collier-Maomillan Publ., 1973, 575 p. Gronewald J,W,, Hanson J,B, Sensitivity of the proton and ion transport mechanisms of corn roots to injury // Plant Science Letters, 1980, V, 18, P, 143-150, Grossenbaoher K,A, Diurnal fluctuations in root pressure //

Plant Physiology, 1938, V, 13, N 4, P, 669-676, Herridge D,F, Effect of nitrate and plant development on the abundance of nitrogenous solutes in root-bleeding and vacuum-extracted exudates in soybean // Crop Science, 1984, V, 25, P, 173-179, Hertel A,, Steudle E, The function of water channels in Chara: The temperature dependence of water and solute flows provides evidence for composite membrane transport and for a slippage of small organic solutes across water channels // Planta, 1997, V, 202, N 3, P, 324-335, Hofer R,M, Root hairs / / Plant roots. The hidden hair/ Eds waisei Y,, Esnel A, and Kafkafi U, N.Y.: Marcel Decoer, 1991, P, 129-148, House 0,R, Water transport in cells and tissues, London:

Edward Arnold PubL , 1974, 562 p. House C,R,, Findlay N, Water transport in isolated maize roots // Journal of Experimental Botany, 1966, V. 17, P. 344-354,

- 182 -

Huang J.-D., Brady S.T.} Richards B.W., Stenoien D., Resau J,H,, Copeland N.G., Jenkins N. A. Direct interaction of microtubule- and actin-based transport motors // Nature, 1999, V, 397, P, 287-270, Hylmo B, Transpiration and ion absorption /7 Physiologia

Piantarum. 1953, V, 8, P. 333-405, Irvine J,, Grace J. Continuous measurements of water tensions in the xylern of trees based on the elastic properties of wood // Planta, 1997, ¥, 202, N 4, P, 455-461, Itai C,, Birnbaum H, Synthesis of plant growth regulators by roots // Plant roots. The hidden half/ Eds Waisel Y,, Eshel A, and Kafkafi Li, N.Y.: Marcel Deooer, 1991, P, 163-177,

Jacobs en K.K. i Fisner u,G,, MaretzKi A,, Moure P,H, Anatomy of sugarcane stem in relation to phloem unloading and sucrose storage // Botanioa Acta, 1992, V, 105, P, 70-80, James W.O., Baker H, Sap pressure and the movements of sap //

New Phytologist, 1933, ¥, 32, N 5, P, 317-343, Jaunin F,, Hofer R.M. Root hair formation and elongation of primary maize roots // Physiologia Plantarum, 1086, Y, 68, N 4, P. 653-656, Jaunin F,, Hofer R,M, Calcium and rhizodermal differentiation in primary maize roots // Journal of Experimental Botany, 1988, V. 39, N 202, P, 587-593, Jeje A.A,3 Zimmermann M.N, Resistance to water flow in xylem vessels // Journal of Experimental Botany, 1979, ¥, 30, N 117, P, 817-827, Jones H,, Tomos A.D., Leigh R,A,, Wyn Jones R.G.

- 183 -

Water-relation parameters of epidermal and cortical cells of the primary root of Iritioum aestivum L. // Planta. 1983, V. 158, N 3, P, 230-236, Kaldenhoff R,, Rionter G, Expression and function of a gene coding for a plasmamembrane water channel from Arabidopsis tnaliana // 10th International Workshop on Plant Membrane Biology, Regensburg, Program and abstracts, 1995, L25, Kaldenhoff R,} Rolling A,, Meyers J,, Karmann U., Euppel G,, Rionter G, The blue light-responsive AthH2 gene of Arabidopsis thaliana is primarily expressed in expanding as well as in differentiating cells and encodes a putative channel protein of the plasmalemma // The Plant Journal, 1995, V, 7, N 1, P, 87-95, Katou K,, Taura T,, Furumoto M, A model for water transport in the stele of plant roots // Protoplasma, 1987, ¥, 140, N 2/3, P, 123-132, Kookenberger W,, Pope J,M,, Oallaghan P,T,, Komor E, Quantification of phloem and xylem water flow in castor bean seedlings by non-invasive NMR microimaging // 10th International Workshop on Plant Membrane Biology, Regensburg, Program and abstracts, 1995, L29, Kookenberger W,, Pope J,M,, Xia Y,, Jeffrey K,R,, Komor E,, Oallaghan P,T, A non-invasive measurement of phloem and xylem water flow in castor bean seedlings by nuclear magnetic resonance microimaging // Planta, 1997, V, 201, N 1, P, 53-63,

Kramer P,J, Water relations of plants, N.Y.: Academic Press.

1983, 489 p.

Krikun J. Mioorrhizae in agricultural crops // Plant roots. The hidden half/ Eds Waisel Y,Eshel A, and Kafkafi U, N, Y,i Marcel Deooer, 1991, P, 767-787,

Kiill F.J.} Sablin E,P, 5 Lau. R,, Fletterick R.J., Yale R.D. Crystal structure of the kinesin motor domain reveals a structural similarity to myosin // Nature, 1996, V, 380, P, 550-555,

Kundt W, The hearts of the plants // Current Science, 1998, V, 75, N 2, P, 98-102.

Kuo S.C.} Sheetz M.P. Force of single kinesin molecules measured with optical tweezers // Science, 1993, V, 260, P, 233-234,

Lukaoovio M.F., Verkman A.S., Dix J,A,, Solomon A,K, Specific intenactionsof the water transport inhibitor, pOMBS, with band 3 in red blood cell membranes // Biochimica et Biophysica Acta, 1984, V, 778, P, 253-259,

Malone M, Hydraulic signals // Philosophical Transactions of the Royal Society of London B, 1993, V, 341, P, 33-39,

Marschner H. Root-induceed changes in the availability of micronutrients in the rhizosphere // Plant roots, The hidden half/ Eds Waisel Y,, Eshel A, and Kafkafi U, N.Y.: Marcel Deooer, 1991, P, 503-528,

Marschner H.} Kirkby E.A., Engels C, Importance of Cycling and Recycling of Mineral Nutrients within PLants for Growth and Development // Botanioa Acta, 1997, V, 110, N 4, P, 265-273,

Maurel C, Aquaporins and water permeability of plant membranes

// Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1997, V. 48, P, 399-429, McClendon J,H, The Osmotic Pressure of Concentrated Solutions of Polyethylene Glycol 6000, and its variation with Temperature // Journal of Experimental Botany, 1981, v, 32, N 129, P, 861-866, MoOully M,E, water efflux from the surface of field-grown grass roots. Observations by cryo-scanning- electron microscopy // Physiologia Plantarum, 1995a, V. 95, P, 217-224,

MoOully M, How Do Real Roots Work? // Plant Physiology. 19956. ¥. 109, P. 1-6,

MoOully M.E,, Boyer J.S. The expansion of maize root-cap mucilage during hydration, 3, Changes in water potential and water content // Physiologia Plantarum. 1997, V, 99, N 2, P. 169-177,

MoOully M.E,, Sealey L.J. The expansion of maize root-cap mucilage during hydration. 2. Observations on soil-grown roots by oryo-scanning electron microscopy // Physiologia Plantarum. 1996. V. 97. N 3. P. 454-462, Melonior W. , Steudle E, Water transport in onion (Allium cepa L.) roots. Changes in axial and radial hydraulic conductivities during root development // Plant Physiology. 1993. V, 101. P. 1305-1315, Melchior W,, Steudle E. Hydrostatic and osmotic hydraulic conductivities and reflection coefficients of onion (Allium cepa L,) roots // Structure and function of roots / Eds Baluska F., Ciamporova M,. Gasparikova 0., Barlow

- 186 -

P.W, Dordrechtr Kluwer. 1995, P. 209-213, Metzler A,, Kockenberger W,, von Kienlin M,, Komor E,, Haase A, Quantitative measurement of sucrose distribution in Ricinus communis seedlings by chemical-shift microscopy // Journal of Magnetic Resonance, Series B, 1994, V, 105, P, 249-252,

Money N,P, Osmotic Pressure of Aqueous Polyethylene Glycols, Relationship between Molecular Weight and Vapor Pressure Deficit // Plant Physiology, 1989, V, 91, P, 765-769, Newman E,I, Interaction between Osmotic- and Pressure-induced Water Flow in Plant Roots // Plant Physiology, 1976, V, 57, N 5, P,738-739, Niemietz 0,M,, Tyerman S,D, Characterization of water channels in wheat root membrane vesicles // Plant Physiology, 1997, V, 115, P, 561-567, Oaks A,, Beevers H, The requirement for organic nitrogen in Zea mays embryos // Plant Physiology, 1964, V, 39, N 1, P, 37-43,

uertli J,J, Gains in water potential in plants // Studia

biophysioa, 1986, V, 115, N 2, P, 95-103, uertli J,J, Transport of water in the rhizosphere and in roots // Plant roots. The hidden half/ Eds Waisel Y,, Eshel A, and Kafkafi U, N,Y,; Marcel Deooer, 1991, P, 559-587, Overall R,L,, Blackman L,M, A model of the maoromolecular structure of plasmodesmata // Trends in Plant Science, 1996, V, 1, N 9, P, 307-311, Overbeek J, van Water uptake by excised root systems of tomato due to non-osmotic forces // American Journal of

Botany. 1942, V. 29, N 8, P, 677-682, Pedersen 0, Lone:-Distance water transport in aquatic plants //

Plant Physiology, 1993, ¥, 103, P, 1369-1375, Pedersen 0, Aoropetal water transport in submerged plants //

Botanioa Acta, 1994, ¥, 107, P, 61-65, Pederson 0,, Sand-Jensen K, Water transport in submerged

maorophytes // Aquatic Botany, 1993, ¥. 44, P, 385-406, Peterson 0.A,,, Enstone D,E, Functions of passage cells in the endodermis and exodermis of roots // Physiologia Plantarum, 1996, V, 97, N 3, P, 592-598, Peterson C.A., Murrmann M,, Steudle E, Location of the major barriers to water aid ion movement in young roots of Zea mays L, // Planta, 1993, V, 190, P, 127-136, Peterson C.A., Perumalla C.J. Development of the hypodermal Casparian band in corn and onion // Journal of Experimental Botany, 1984, V, 35. P, 51-57, Pockman W.T., Sperry J,S., 0'Leary J.W, Sustained and significant negative water pressure in xylem // Nature, 1995. V. 378, P, 715-716. Praveen-Kumar, Bur-man U. visual evidence of nitrate reductase exudation from plant roots // Current Science. 1996. ¥.71. N 7. P. 585-586. Priestley J.H. The mechanism of root pressure // New

Phytologist, 1920. V. 19. P. 189-200, Priestley J.H. Further observation upon the mechanism of root

pressure // New Phytologist. 1922. ¥, 21, P. 41-48, Ramos R.S., Caldeira M.T. s Arruda P, et al. The two Kirs for H"r-ATPase and the use of giucose-8-phosphate and

- 188 -

hexokinase as an ATP regenerating1 system // Plant Physiology. 1994, V, 105, P, 853-859, Payment I,, Rypniewski W,R,, Schmidt-Base K,, Smith R, 5 Tomchick D,R,, Benning M,M,, Winkelmann D.A., Wesenberg Q,j Holden H.M. Three-dimentional structure of myosin subfragment-1: a molecular motor // Science, 1993a, V, 261, P, 50-58,

Payment I., Holden H.M.} Whittaker M,, Yohn C.B., Lorenz M.,

Holmes K.C., Milligan R,A, Structure of the Aotin-Myosin Complex and Its Implications for Muscle Contraction // Science, 19936, V, 251, P, 58-65, Read D, The ties that bind: micorrhizal fungi // Nature, 1997,

v, 388, P, 517-518, Reichelt S,, Knight A,, Todge T.P.s Baluska F,, Volkmann D., Kendriok-Jones J, Characterization of a plant myosin // European Congress for Molecular Cell Biology, Brighton, England, March 22-25 1997, Abstracts and Program, P, 27, Rhizopoulou S, Is negative turgor fallacious? // Physiologia

Pi ant arum. 1997, V, 99, P, 505-510, Richards J,H,, Caldwell M,M, Hydraulic lift: Substantial nocturnal between soil layers by Artemisia tridentata roots // Oecologia (Berlin), 1987, V, 73, P,486-489, Richardson P,T,, Baker D.A. 1982, The chemical composition of cucurbit vascular exudates // Journal of Experimental Botany, 1982, V, 33, N 137, P, 1239-1247, Roe J.H., Epstein J.H., Goldstein N,P, 1949, A photometric method for the determination of inulin in plasma and urine // Journal of Biological Ohemisrty. 1949, ¥, 178,

P, 839-845,

Rosene H, Water balance in the onion roots: relation of water intake to volume exudate of isolated roots and root segments // Plant Physiology, 1941a, ¥, 16, P, 447-460,

Rosene H, Control of water transport in local root regions of attached and isolated roots by means of the osmotic pressure of the external solution // American Journal of Botany, 19410, V, 28, P, 402-410,

Roth A,j Mosbrugger V,, Neugebauer H.J. Efficiency and evolution of water transport systems in higher plants: a modelling approach. I. The earliest land plants // Philosophical Transactions of the Royal Society of London B, 1994a. V. 345, P, 137-152,

Roth A,, Mosbrugger V., Neugebauer H.J, Efficiency and evolution of water transport systems in higher plants: a modelling approach, I, Stelar evolution // Philosophical Transactions of the Royal Society of London B, 19946, Y, 345, P. 153-162.

Rygol J., Zimmermann U. Radial and axial turgor pressure measuments in individual cells of Mesembryanthemum cristallinum grown under various saline conditions // Plant, Cell and Environment. 1990. V. 13, P. 15-26.

Rygol J., Pritohard J,, Zhu J,J., Tomos Â.D.. Zimmermann U. Transpiration induces radial turgor pressure gradients in wheat and maize roots // Plant Physiology. 1993, ¥, 103, P, 493-500,

Sablin E.P., Kull J,F,j Cooke R,, Yale R,D,, Fletteriok R.J. Crystal structure of the motor domain of the

- 190 -

kinesin-related motor nod // Nature, 1998, v, 380, P, 555-559,

Sanderson J,, Whithread F,C,, Clarkson D,T, Persistent xylem cross-walls reduce the axial hydraulic conductivity in the apical 20 cm of barley seminal root axes: implications for the driving force for water movement // Plant, Cell and Environment, 1988, V, 11, N 4, P, 247-258, Sato S,, ugasawara Y,, Sakuragi S, The relationship between growth, nucleus migration and cytoskeleton in root hairs of radish // Structure and function of roots / Eds Baluska F,, Ciamporova M,, Gasparikova 0,, Barlow P,W, Dordreohti Kluwer, 1995, P, 89-74, Schaffner A,R,, Kammerloher W,, Warkalla K,I,, Becker D,, Hedrich R,, Janssen 0, Abundant and specific plasma membrane water channels - cloning of plant genes using COS cells as a mammalian expression system // 10th International Workshop on Plant Membrane Biology, Regensburg, Program and abstracts, 1995, L24,

< i

Schaffner A, R, Aquaporin function, structure and expression: are there more surprises to surface in water relations // Planta, 1998, V, 204, N 2, P, 131-139, Schliwa M, Molecular motors join forces // Nature, 1999, v, 397, P, 204-205,

Sohrnitz K,, Srivastava L,M, Long distance transport in Maorocystis integrifolia III Movement of TH0 // Plant Physiology, 1980, V, 86, P, 88-89, Schneider H,, Zhu J,J,, Zimmermann U, Xylem and cell turgor pressure probe measurements in intact roots of

- 191 -

glyoophytes:transpiration induces a change in the radial and cellular reflection coefficients // Plant, Cell and Environment. 1997, V, 20, P, 221-229, Sohwenke H,} Wagner E, A new concept of root exudation //

Plant, Cell and Environment, 1992, Y, 15, P, 289-299, Sievers A,, Hensel W, Root cap, Structure and function // Plant roots. The hidden half/ Eds Waisel Y,, Eshel A, and Kafkafi LI, N, Y, : Marcel Deocer, 1991, P, 53-74 = Shone M.G. T., Clarkson D=T, Rectification of radial flow in the hypodermis of nodal roots of Zea mays L= // Plant and Soil, 1988, V, 111, P, 223-229, Skinner R.H., Radin J=W= The effect of phosphorus nutrition on water flow through the apoplastic bypass in cotton roots // Journal of Experimental Botany= 1994= V, 45, N 273= P= 423-428=

Smith R,C,, Harper J,0, Influence of the root tip and the duration of washing on K+ retention by excised apical root segments of corn // Plant Physiology, 1977, ¥, 59, N 2, P, 335-336=

Sperry J.S., Saliendra N,Z,, Pookman W,T,, Coohard H,, Cruiziat P,, Davis S.D., Ewers F.W., Tyree M=T= New evidence for large negative xylem pressures and their measurement by the pressure chamber method. Plant, Cell and Environment, 1996, Y= 19, P= 427-436= Spudion J=A= How molecular motors work // Nature. 1994, ¥,

372= P. 515-518. StAubin G.St., Canny M.J., MoOully M.E. Living vessel Elements in the Late Metaxylem of Sheathed Maize Roots // Annals

- 192 -

of Botany, 1986, V, 58, P, 577-588, Steudle E, Pressure probe techniques; fcasio principles and application to studies of water and solute relations at cell, tissue and organ level // Water deficits: Plant responces from cell to community / Eds Smith J,A,C,, Griffith H, Oxford: Bios Soi, 1993, P, 5-36, Steudle E, The regulation of plant water at the cell, tissue, and organ level; role of active processes and compartmentation // Flux control in biological systems. From enzymes to populations and ecosystems / Eds Sohulze E,-D, San Diego: Acad, Press, 1994, P, 237-299, Steudle E, Trees under tension // Nature, 1995, V, 378, P, 663-664,

Steudle E, Water transport across roots // Structure and function of roots / Eds Baluska F,, Oiamporova M,, Gasparikova 0,, Barlow P,W, Dordrecht: Kluwer, 1995, P, 197-208,

Steudle E,, Boyer J,S, Hydraulic resistance to radial water flow in growing hypoootyl of soybean measureed by a new pressure-perfusion technique // Piant a. 1985, V, 164, N 2, P, 189-200,

Steudle E,, Henzler T, Water channels in plants: do basic concepts of water transport change? // Journal of Experimental Botany, 1995, V, 46, N 290, P, 1067-1076. Steudle E,, Jeschke W,D, Water transport in barley roots //

Planta, 1983, V, 158, N 3, P, 237-248, Steudle E,, Oren R,, Sohulze E,-D, Water Transport in Maize Roots, Measurement of Hydraulic Conductivity, Solute

- 193 -

Permeability, and of the Reflection Coefficients of Excised Roots using: the Root Pressure Probe // Plant Physiology, 1987, V, 84, N 4, P, 1220-1232, Steudle E,, Peterson C,A, How does water get through roots? //

J, Exp, But, 1998, V, 49 N 322, P, 775-788, Steuter A,A,, Mozafar A,, Goodin J,R, Water Potential of Aqueous Polyethyl ene Glycol // Plant- Physiology, 1981, V, 87, N 1, P, 84-67, Strohman R,0, The coming Kuhnian revolution in biology//

Nature Biotechnology, 1997, V, 15, N 3, P, 194-200, Sze H, H+-translocating ATPases of the plasma membrane and tonoplast of plant cells // Physiologia Plantarum, 1984, ¥, 61, P, 683-691, Tanner W., Beevers H, Does transpiration have an essential function in long-distance ion transport in plants? // Plant, Cell and Environment, 1990, V, 13, N 8, P, 745-750,

Tanner W,, Beevers H, Does transpiration play an essential role in plant growth? // 10th International Workshop on Plant Membrane Biology, Regensburg, Program and abstracts, 1995, DOS, Thut H,F, 1932, The movement of water through some submerged

plants // American Journal of Botany, ¥, 19, P, 693-709, Varaey G.T., Canny M,J, Rates of water uptake into the mature root system of maize plants // New Phytologist, 1993, ¥, 123, P, 775-786

Verse1 J,~M,, Mayor G, Gradients in maize roots: local elongation and pH // Planta, 1985, V, 164, N 1, P,

96-100,

Vetterlein D,, Marschner H. Use of microtensiometer technique to study hydraulic lift in a sandy soil planted with pearl millet (Pinnesetum americanum EL.3 Leeke) // Plant and Soil, 1993, V, 149, P, 375-282, Wang X,-L,5 Canny M.J.} McCully M.E. The water status of the roots of soil-grown maize in relation to the maturity of their xylem // Physiologia Plantarum, 1991, V, 82, P, 157-162,

Wayne E,, Staves M.P. A down to earth model of gravisensing or Newton's law of gravitation from the apple's perspective // Physiologia Plantarum, 1996, V, 98, N 4, P, 917-921, Wayne R., Tazawa M, The actin cytoskeleton and polar water permeability in characean cells // Protoplasma. 1988, Suppl, Cell dynamics, V, 2, Molecular aspects of cell motility, Cytoskeleton in cellular structure and activity, P, 116-130, Wegner L,, Raschke K, Ion channels in the xylem parenchyma of barley roots // Plant Physiology, 1994, V, 105, P, 799-813,

Wegner L,H,, Zimmermann U, Simultaneous recordings of xylem presure and trans-root potential in roots of intact glycophytes using a novel xylem pressure probe technique // Plant, Cell and Environment, 1998, V, 21, P, 849-865, Welbaum G,E,, Meinzer F, G,, Grayson R,L,, Thomham K,T, Evidence for and consequences of a barrier to solute diffusion between the apoplast and vascular bandies in sugarcane stalk tissue // Australian Journal of Plant

- 195 -

Physiology, 1992, ¥, 19, P, 611-624,

Williamson R.E. Organelle movement // Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1993, ¥, 44, P, 181-202,

Yakir D,, Yesniell Y, Plant invasion of newly exposed hypersaline Dead Sea shores // Nature, 1995, ¥, 374, P, 803-805,

Zeuthen T,, Stein W,D, Cotransport of salt and water in membrane proteins: membrane proteins as osmotic engines // Journal of Membrane Biology, 1994, Y, 137, P, 179-195,

Zheuthen T, Molecular mechanisms of water transport, Springer: Heidelberg-New York, 1996, 170 p.

Zhang W,0,5 Yan W,M,, Lou 0,H, Intercellular movement of protoplasm in vivo in developing endosperm of wheat caryopses // Protoplasm. 1990, V, 153, N 3, P. 193-203.

Zholkevich Y.N. On the self-osoillative nature of water transport in plants // Water and Ions in Biological Systems. Proceedings of the Third International Conference/ Eds. Pullman A.} Yasilesou Y. and Packer L, Bucharest: Union of Societies for Medical Sciences, 1985, P, 149-152,

Zholkevich Y.N. Root pressure // Plant roots. The hidden half/ Eds Waisel Y., Eshel A, and Kafkafi u, N.Y.: Marcel Deccer, 1991, P, 589-603.

Zholkevich Y.N,, Chugunova T.V., Korolev A.V. New data on the nature of root pressure // Studia biophysioa. 1990, V. 136. N 2-3. P. 209-216.

Zhu J.J., Zimmermann U.. Thurmer F., Haase A, Xylem pressure

- 196 -

response in maize roots subjected to osmotic stress: determination of radial reflection coefficients by use of the xylem pressure probe // Plant, Cell and Environment, 1995, V, 18, P, 906-912,

Zimmermann H.M., Steudle E, Apoplastio transport across young1 maize roots: effect of exodermis // Planta, 1998, V. 206, P, 7-19,

Zimmermann U., Rygol J,, Balling A,, Klock G.} Metzler A,, liasse A, Radial turgor and osmotic pressure profiles in intact and excised roots of Aster tripolium // Plant Physiology, 1992, V, 99, P, 186-196,

Zimmermann U,, Benkert R,, Schneider H., Rygol J,, Zhu J.J., Zimmermann G, Xylem pressure and transport in higher plants and tall trees // Water deficits: plant responses from cell to community / Eds Smith J.A.C. and Griffiths H, Oxford: Bios Scientific Publishers Ltd, 1993a, P. 87-108.

Zimmermann U,, Haase A,, Langbein D., Meinzer P. Mechanisms of long-distance water transport in plants: a re-examination of some paradigms in the light of new evidence // Philosophical Transactions of the Royal Society of London B. 19936. V. 341. P. 19-31.

Zimmermann U,, Meinzer F.C., Benkert R., Zhu J.J., Schneider H.. Goldstein G., Kuchenbrod E., Haase A. Xylem water transport: is the available evidence consistent, with the cohesion theory? // Plant, Cell and Environment. 1994. V. 17, P. 1169-1181.

Zimmermann U,, Meinzer F.C., Bentrup F.-W. How does water

- 197 -

ascend in tall trees and other vascular plants? // Annals of Botany, 1995, V, 76, P, 545-551, Zweifaoh B,W, The microcirculation of the blood // Scientific American, 1959, V, 200, N 1, P, 54-60,