книги из ГПНТБ / Крисс А.Е. Жизненные процессы и гидростатическое давление

Т а б л и ц а 05. Влияние давления 2000 атм (при 18±2°) на прорастание и содержание «мягких» (нежизнеспособных) и «твердых» ссмяп (в %) с непроницаемой оболочкой (Davies, 192S0)

*Средине данные в нонтролях: проросшие семена —48,22%; мягкие семена —7,63%; твердые —семена 44,15%.

**Средние данные в контролях: проросшие семена —24,04%; мягкие семена — 1,14%; твердые семена —74,82%.

был конечный процент проросших семян Cladrastis lutea. Дав­

а более высокое — вредным. В контроле прорастание происходи­ ло в какой-то мере лишь при температуре 50° или когда поверх­ ность семян разрыхлялась.

Давление 10 000 ф/д2 давало наибольший эффект прораста­ ния у семян Ditremexa occidentalis при 25°. В этих темпера­ турных условиях, а также при 50° процент проросших семян возрастал с повышением давления. При 0° давление было неэф­ фективным.

собствовало некоторому увеличению кислотности в семенах Rici­ nus communis, Cladrastis lutea.

156

Действие давления было неэффективным по отношению к мяг­ ким семенам и ускоряло процесс прорастания семян, обладаю­ щих твердой, непроницаемой оболочкой. Авторы полагают, что этот эффект частично является механическим и выражается в создании лучших условий для проникновения внутрь семян воды и кислорода, необходимых для физиологических процессов, соп­ ровождающих прорастание. Они видят преимущество высокого давления над обычной скарификацией в том, что последняя мо­ жет повредить семена.

Влияние давления на прорастание семяи Lactuca saliva в при­ сутствии кислорода исследовали Vidaver а. Lue-Kim (1967). При

І,25-10-аМ .g

концентрации кислорода 2,5-ІО-4 М прорастание семян не про­ исходило под давлением выше 5000 ф/д2, требовалась концентра­ ция О2 1,25 ■ІО-3 М, чтобы семена прорастали при высоком давлении.

Рис. 82 показывает, что при атмосферном давлении и отсут­ ствии лимита кислорода прорастание начиналось через 12 час. и все 10 семян латука прорастали до конца суток. Давление выше 3000 ф/д2 удлиняло период до начала прорастания и по­ явления ростков у всех семяи.

Стимулирование прорастания наблюдалось при невысоком дав­ лении, этот эффект усиливался с повышением концентрации Оо. После снятия давления, если его применяли в присутствии кислорода, прорастание задерживалось, тогда как семена, под­ вергнутые действию давления в анаэробных условиях, прораста­ ли после декомпрессии с такой же средней скоростью, как конт­ рольные семена, не подвергавшиеся давлению.

В присутствии красного света 729 ммк и при атмосферном давлении прорастало меньше семяи, чем при обычном освещении, и требовалось больше кислорода, чтобы увеличить число про­ росших семян. Между тем в опытах под давлением 200 атм воз­ растал процент проросших семян по сравнению с семенами, ос­ тававшимися при атмосферном давлении, вне зависимости от ха­ рактера освещения (Vidaver, 1972).

157

ДВИЖЕНИЕ ПРОТОПЛАЗМЫ В КЛЕТКАХ

Движение протоплазмы в растительных клетках Elodea cana­ densis под высоким давлением исследовал Marsland (1939b). Уже при 150 атм скорость движения уменьшалась наполовину, а при 350 атм она едва ощущалась. Полная остановка циклозиса про­ изошла между 400 и 500 атм. Реверсия наступала быстро, если давление 400 атм продолжалось не более получаса.

Приняв, что минимальное время центрифугирования, необхо­ димое для перемещения хлоропласта в клетке, может служить показателем вязкости протоплазмы, автор провел соответствую­ щие опыты в центрифуге под давлением. Выяснилась близкая связь между задержкой движения и изменениями, которые про­ изводит давление в консистенции протоплазмы. Интерпретация ■этих результатов построена на предположении, что реакции зольч^ ^ гел ь играют такую же роль в движении протоплазмы, как в явлении амебоидного движения.

В отличие от Elodea, замедление циркуляции протоплазмы в клетках Nitelia flexilis под влиянием повышенного гидростати­ ческого давления в значительной мере зависело от чувствитель­ ности клеток (Harvey, 1942). В одной части их замедление дви­ жения протоплазмы прогрессивно возрастало, когда давление повышали ступенчато по 1000 ф/д2. Реакция других была иной: до 4000 ф/д2 наблюдалось слабое замедление циркуляции про­ топлазмы, а затем, с дальнейшим увеличением давления, ско­ рость циклозиса уменьшалась, достигая при 9000 ф/д2 50—30% первоначальной.

Быстрый подъем давления от атмосферного до 5000—9000 ф/д2 в большинстве клеток не останавливал циркуляцию протоплаз­ мы. Резкая декомпрессия, от 5000—9000 ф/д2 до атмосферно- ю давления, приводила к остановке циклозиса в 50% опытов.

При низкой температуре (10°) и температурах ниже и выше оптимума для максимальной скорости циклозиса (32—38°) дав­ ление 3000—6000 ф/д2 вызывало только дальнейшее замедление движения протоплазмы в клетках.

У миксомицетов давление 1000—3000 ф/д2 ускоряло цирку­ ляцию протоплазмы (Pease, 1940b). Подъем до 4000 ф/д2 зна­ чительно замедлял поток, направлявшийся лишь в одном нап­ равлении. Резкое повышение давления до 6000 ф/д2 и выше тотчас вызывало ускоренное одностороннее движение протоплаз­ мы, которое вскоре практически прекращалось.

БАРОУСТОЙЧИВОСТЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК

Сезонные изменения в устойчивости растений к высокому гидростатическому давлению обнаружили Александров, Лютова и Фельдман (1959). У клеток эпидермиса листового влагалища Dactylis glomerata, Elymus arenarius и E. angustus чувствитель-

15S

постъ к давлению была максимальной с мая по сентябрь и ми­ нимальной в течение всей зимы (рис. 83). Сравнение баро­ резистентности D. glomerata, растущих на открытом грунте и в оранжерее, показало, что повышение устойчивости к давлению' осенью в основном является реакцией на снижение температуры среды.

Фельдман (1962) изучал влияние углеводов на устойчивость клеток различных растений к высокому гидростатическому дав-

Рис. 84. Изменение устойчи­ вости к давлению эпидермаль­ ных клеток листа Tradescanlia iluminensis врастворах сахаров, различной концентрации (Фельдман, 1962)

1 — сахароза;

2— глюкоза;

3 — лактоза;

4 — галактоза; по оси ординат — превышение-

давления, вызывающего поврежде­ ние в течение 5 мин. в опыте, по сравнению с контролем (в атм);

159

леишо. Показателем резистентности служило сохранение движе­ ния протоплазмы после пятиминутного пребывания под давле нием. На рис. 84 видно, что с увеличением концентрации' саха­ розы и глюкозы в растворах, где выдерживали листья Traclescantia fluminensis, устойчивость к давлению повышалась особен­ но резко, когда наступал плазмолиз. Максимальное повышение давления, которое требовалось, чтобы преодолеть защитное дей­ ствие сахаров и получить эффект, как в контроле, достигало 650 атм.

Такое же защитное влияние оказывали гипертонические раст­ воры КС1 и мочевины, однако только при коротких экспозициях. Автор объясняет это обстоятельство токсическим действием КС] и деплазмолизом, вызываемым проникновением мочевины в клетки.

Из табл. 66 видно, что растворы сахарозы повышают барорезпстентиость растений Dactylis glomerate, Elymus arenarius, Azarurn europaeum, Vinca minor, Campanula persicifolia. Общим для этих растений было увеличение в большей или меньшей степени устойчивости к высокому давлению, если применяли плазмолпзирующпе концентрации сахара. Однако у Dactylus glomerate резистентность заметно возрастала и под влиянием концентрации сахарозы, не вызывающей плазмолиз.

Проницаемость протоплазменной мембраны у клеток эпидер­ миса лука Allium сера исследовал Murakami (1963), применяя для плазмолиза и деплазмолиза различные концентрации раст­ воров глицерина, хлористого натрия, мочевины, формалина, саха­ розы; моделью служили желатиновые блоки. Увеличение объема

Т а б л и ц а CG. Влияние плазмолнзирующнх и неплазмолнзнрующнх растворои саха­ розы па устойчивость клеток различных растений к высокому гидростатическому давлению (Фельдман, 1962)

П р и м е ч а и и е. Число опытов в каждой серии равно девяти.

460

происходило в растворах всех этих веществ, кроме сахарозы, под давлением 7100 ф/д2. Время плазмолиза клеток в гипертонических растворах увеличивалось под давлением, тогда как время деплаз­ молиза сокращалось.

шей части разжижалось. Во втором делении требовалось примерно на 2000 ф/д2 большее давление, чтобы вызвать повреждение ве­ ретена. Соматические клетки были более резистентными.

Хромосомы заметно размягчались под давлением 1000 ф/д*. Слияние становилось явным, когда применяли давление 3000 ф/д2, а укорочение и округление наступало при 4000 ф/д2. Полное слияние и округление, указывающие на закончившееся разжи­ жение матрикса, происходили при 15 000 ф/д2. Движение хромо­ сом лимитировалось теми величинами давления, которые не раз­ жижали веретено.

После снятия давления веретено вновь образовывалось, дви­ жение хромосом было ненормальным, разжиженный матрикс ста­ новился очень вязким.

ВЛИЯНИЕ НА ВОДОРОСЛИ И ФОТОСИНТЕЗ

Действие высокого давления на водоросли исследовал Sturm (1957). Продолжительное пребывание под давлением (10—13 дней) активировало размножение Chlorella pyrenoidosa, когда давление составляло 100 и 200 атм, и, наоборот, уменьшало прирост кле­ ток, если его поднимали до 300 и 400 атм.

Сокращение экспозиции до 5 час. привело к тому, что под давлением 200 атм скорость размножения не отличалась от конт­ роля, между тем ингибирующее действие давления 300, 400 и 500 атм сменилось резко ускоряющим размножение влиянием (рис. 85). Выяснилось также, что эффект давления 400 атм за­

Hydrodiction reticulatum оказалась более чувствительной к дав­ лению, чем хлорелла. Давление 400 атм при 26-часовой экспо­ зиции снизило рост водоросли почти на 50% по сравнению с контролем. Примерно столь же задерживающее действие вызва­ ла низкая температура (0°), когда применяли давление 200 атм в течение 5 час.

Стимулирование роста Chlorella под давлением 200 атм про­ должительностью 208 час. отмечает Gessner (1961). Через две

недели число клеток увеличивалось в три раза по «равнению с контролем при атмосферном давлении, тогда как повышение дав­ ления до 400 атм в течение 512 час. имело своим результатом

уменьшение урожая на 70%.

Клетки сннезеленой водоросли Phormidiuni luriduni var. olivaceae быстрее лизировались под повышенным двленпем, чем при

1 атм (ZoBell, Kim, 1972).

Авторы обращают внимание иа тот факт, что после компрес­ сии лизоцим лучше сохранял свою активность при pH 4,5, чем

Рпс. 85. Влияппе высокого

давления на размножение

Chlorella pyrenoiclosa (Sturm,

Продолжительность давления 5 час.;

Г — опыт;

2 — контроль

Время после снятия давленщ дни.

500 атм продолжительностью 30 мин. и больше; меньшее давле­ ние— 10, 100 атм — оказалось неэффективным. Из числа цветных мутантов Euglena, неспособных образовывать хлорофилл, был выделен один — PR-1 — и проведен через 14 пересевов под осве­ щением, однако под микроскопом в монохроматическом свете не удалось обнаружить в клетках зрелых хлоронластов. Малень­ кие зерна зеленоватого цвета, которые могли быть пропластида­ ми или просто жировыми глобулами с пигментом, не содержа­ ли хлорофилла, судя по отсутствию пика 665 ммк в спиртовых вытяжках.

Чтобы установить, появился ли этот мутант в результате индукции высоким давлением или отбора бесцветного варианта, уже присутствующего в популяции, контрольные культуры и му­ тант были рассеяны на Difco-arape, к которому добавлялись уби­ тые клетки эвглены. Через восемь дней под освещением на конт­ рольных чашках выросло 100% зеленых колоний, а из культуры PR-1 — 100% белых колоний. Хотя колонии мутанта на агаре вы­ глядели белыми, они давали желто-оранжевый рост в жидкой сре­ де, показывая образование каротиноидов.

162

У PR-1, как и у других двух мутантов — PR-2 и PR-3, ка­ ротиноиды не были идентифицированы, но общее количество этих пигментов на сухой вес клетки у мутанта PR-2 было вдвое

больше, чем у PR-1 и PR-3.

Давление 1000 атм тоже оказалось мутагенным фактором. Хотя после двухчасовой экспозиции под этим давлением остались жизнеспособными только 1 • ІО-6, 1 • ІО-5 клеток, в этом случае, так же как при 20-минутной экспозиции под давлением после рас­ сева, около 20% выросших колоний имели белую и пеструю

Рис. 86. Влияние давления на фотосинтез у Ulva lobata при разных температурах (Vidaver, 1969)

лении от 1000 до 12000 ф/д2, вне зависимости от температур, при котором этот ряд испытывали. Выше 12 000 ф/д2 темпера­ туры 25 и 30° дали одинаковый эффект. Наименьшее выделение кислорода наблюдалось при температуре 10° (рис. 86). У Porphyra perforata ингибирование фотосинтеза под давлением очень мало менялось от варьирования температурных условий в пределах от 10 до 30°.

Эффект усиления фотосинтеза у Porphyra perforata при исполь­ зовании источников освещения 566 и 702 ммк не зависел от дли­ ны волны, когда применяли давление свыше 5000 ф/д2. Выде­ ление кислорода уменьшалось в той же степени в красном све­ те, что и в зеленом. Комбинация источников освещения увеличи­ вала вдвое ингибирующее действие давления в сравнении с опы­ тами, где использовали эти длины волн в отдельности. Ингиби­ рование возрастало с повышением давления. Под давлением свыше 13 000 ф/д2 в комбинации двух лучей не выделялось больше кислорода, чем при раздельном освещении.

Давление оказывало иное влияние на величину выделивше­ гося кислорода в период индукции, который наступает в первый момент освещения, чем на величину его в период установивше-

1 Сы. также об Euglena gracilis на стр. 193—194.

ДЕЙСТВИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ЖИВОТНЫХ

ВЛИЯНИЕ НА КЛЕТОЧНОЕ ДЕЛЕНИЕ

Развитие оплодотворенных яиц

Уже накоплен значительный материал, характеризующий из­ менения, которые наступают под действием гидростатического давления в клетках животных на разных стадиях их деления после оплодотворения.

Draper a. Edwards (1932) исследовали оплодотворенные яйца Fundulus, находившиеся под давлением 100—130 атм, в течение 1—3 час. В первых опытах выяснилось, что задержка в дробле­ нии яиц после давления чаще всего составляла 15 мин. по срав­ нению с контролем; за этот период при атмосферном давлении удваивалось число клеток.

Наиболее ярко проявляется ингибирующее влияние давления на процесс развития оплодотворенного яйца при сопоставлении числа клеток на разных стадиях деления после пребывания в течение одинакового времени под давлением 100 и 1 атм (табл. 67). Из табл. 67 видно, что в то время как 95 яиц под давле­ нием 100 атм успевали разделиться на две клетки, в контроле такое же количество яиц находилось уже на второй стадии. Под давлением 1 атм на третьей стадии насчитывалось в восемь раз больше клеток, чем при высоком давлении.

В опытах Marsland (1938) давление поднималось до 450 атм на стадии появления борозды у оплодотворенных яиц АгЬасіа punctulata. Независимо от того, начиналась ли инвагинация, пли почти полностью завершалось разделение яйца, давление не только прекращало дальнейшее углубление борозды, но вскоре начиналось обратное развитие. Если давление сохранялось в те­ чение 10 мин., то независимо от того, как далеко зашло оплодот­ воренное яйцо на пути к первому делению, оно принимало почти прежнюю сферическую форму.

Когда давление снималось, снова активно начинался процесс интрузии. Он протекал нормально: второе и третье деления про­ ходили в тот же период, что и в яйцах, которые развивались при атмосферном давлении.

165