ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 581.1.146:631.52:633.11
АДАПТАЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ФОТОСИНТЕЗА У СОРТОВ ПШЕНИЦЫ С
ПРИЗНАКОМ "СВЕРНУТЫЙ ЛИСТ" ПРИ ДЕЙСТВИИ ВЫСОКОЙ
ТЕМПЕРАТУРЫ
© 2010 г. Г. Е. Сариева*, С. С. Кенжебаева**, Х. К. Лихтенталер***
* Иссыккульский государственный университет им. К. Тыныстанова, Каракол,
Кыргызстан
** Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Казахстан
*** Университет Карлсруэ, Институт молекулярной биологии и биохимии,
Карлсруэ, Германия
Поступила в редакцию 23.08.2008 г.
Впервые получены доказательства адаптивного характера признака "свернутый лист" в
устойчивости растений пшеницы (Triticum aestivum L.) к действию основного фактора
засухи - высокой температуры. Сорт Отан с более сильным проявлением этого
признака был более устойчив к действию температурного стресса (40оС, 2 ч + 2 ч в
течение 2 дней). Измерение показателей флуоресценции хлорофилла Fv/Fm и RFd690
выявило, что сорт Отан является устойчивым к ингибированию фотохимической
активности ФС II и ФС I. У сорта Отан, кроме того, высокая температура не влияла на
скорость нетто-фотосинтеза (PN), однако снижала этот показатель у других сортов
пшеницы. Основными факторами, обусловливающими такую устойчивость, явились
адаптация пигментного аппарата фотосинтеза путем активного накопления
каротиноидов, более стабильная структурная организация ФС II и ФС I и их высокая
фотохимическая активность, а также эффективная устьичная регуляция транспирации и
снабжения клеток мезофилла СО2. Предполагается, что физиологическая роль признака
"свернутый лист" заключается в поддержании адаптационного потенциала путем
повышения эффективности водного обмена флаговых листьев пшеницы при действии
высокой температуры.
-----------------------------
Сокращения: Кар – каротиноиды; ППФ – плотность потока фотонов; УП – устьичная
проводимость; ФА – фотосинтетический аппарат; Хл – хлорофилл; ЭИВ – эффективность
использования воды; AP – индекс адаптации к стрессу; Ci – внутриклеточное содержание CO2;
F0, Fm, Fv – соответственно фоновая, максимальная и переменная флуоресценция хлорофилла в
состоянии, адаптированном к темноте; Fv/F0 – отношение переменной флуоресценции к
фоновой; Fv/Fm – отношение переменной флуоресценции к максимальной или максимальный
выход квантов ФС II; PN – скорость нетто-фотосинтеза; RFd690 – индекс жизнеспособности
фотосинтетического аппарата.
Адрес для корреспонденции: Сариева Гульмира Едигеевна. 722200 Кыргызстан, Иссыккульская
обл., Каракол, ул. Абдрахманова, 103. Иссыккульский государственный университет, кафедра
биологии. Факс: (00996) 3922 50498; электронная почта: gulmira_sarijeva@mail.ru

Ключевые слова: Triticum aestivum – засухоустойчивость – свернутый лист –
фотосинтез – устьичная проводимость – транспирация – пигментный аппарат –
фотохимическая активность – флуоресценция хлорофилла – адаптационный
потенциал.

ВВЕДЕНИЕ

Засуха является наиболее сильным стрессовым фактором, лимитирующим
продуктивность пшеницы во многих регионах ее возделывания. В связи с этим,
селекция пшеницы и других зерновых культур в основном направлена на создание
новых линий и генотипов с адаптивными морфофизиологическими признаками,
обеспечивающими защиту от засухи [1, 2]. Поскольку фотосинтез является основным
метаболическим процессом, обеспечивающим образование биомассы растений,
усиленное внимание уделяется изучению роли признаков, связанных с
функционированием фотосинтетического аппарата (ФА). Известно, что оптимальное
функционирование фотосинтеза в условиях засухи включает эффективное
использование поглощенного света, устойчивость к высокой температуре и
повышенную способность рассеивать избыток поглощенной энергии света [3].
Предполагается, что оптимальное функционирование фотосинтеза при засухе может
обеспечиваться путем изменения морфологии листа – свертывания листовой пластинки
[2]. Отбор сортов по признаку "свернутый лист", обеспечивающему повышение
засухоустойчивости, используется в селекции риса [2, 4], кукурузы [5], сорго [6] и
пшеницы [1]. Однако физиологическая роль этого признака остается мало
исследованной. В связи с этим, особый интерес представляет изучение адаптационного
потенциала ФА у сортов пшеницы с признаком "свернутый лист" в условиях засухи.
Следует отметить, что засуха сама по себе является сложным интегральным
стрессовым фактором, включающим несколько составляющих, различных по природе и
силе воздействия на растение. Основными составляющими засухи, подавляющими
процессы жизнедеятельности растений, считаются высокая интенсивность ФАР,
высокая температура воздуха и водный дефицит [7-9]. Поскольку фотосинтез
проявляет наибольшую чувствительность к высокой температуре [10, 11], целью
настоящего исследования явилось изучение функционирования фотосинтеза и оценка
адаптационного потенциала у сортов пшеницы с введенным признаком "свернутый
лист" к действию высокой температуры.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектами исследования служили мягкие сорта яровой пшеницы (Triticum
aestivum L.): Отан (ВС5) и Альба (ВС3) с введенным признаком "свернутый лист",
контролируемым генами Rl1 и Rl2 [1]. Сорта Отан и Альба были получены методом
индивидуального отбора из гибридной комбинации (Грекум 476 - Омская 9) - Омская
9. При этом сорт Отан несет два доминантных гена Rl1 и Rl2, сорт Альба - один Rl ген
[1]. Контролем служил родительский сорт Омская 9 с обычной морфологией листа (не
несущий данный признак).
Растения выращивали в теплице в сосудах на питательной торфяной смеси TKS II
при температуре воздуха 15о/10оС (день/ночь) для исключения грибной инфекции;
фотопериоде 16 ч; плотности потока фотонов (ППФ) 700-800 мкмоль/(м2 с);
относительной влажности воздуха 70%. Полив проводили до влажности почвы 75% от
полной полевой влагоемкости. Для экспериментов использовали 80-дневные растения.
Все физиолого-биохимические определения проводили на флаговых листьях.
Эксперименты проводили в камерах с регулируемым режимом: температура
воздуха - 19о/15оС (день/ночь); фотопериод - 16 ч; ППФ - 800 мкмоль/(м2 с);
относительная влажность воздуха - 70%. Температуру поднимали до 40оС в течение 5
ч. Скорость повышения и последующего снижения температуры равнялась 0.07оС/мин.
Продолжительность действия высокой температуры 40оС составляла 2 ч в сутки,
остальное время поддерживали температуру на уровне 19оС. В целом растения
подвергались воздействию температурного стресса в течение 4 ч (по 2 ч в течение 2
дней).
Степень свертывания флагового листа определяли по методу Saneoka с соавт.
[12], измеряя ширину средней части листовой пластинки в течение дня с 2-часовым
интервалом. Сначала измеряли ширину листовой пластинки в свернутом виде (Шсв),
затем ее ширину в развернутом виде (Ш). Степень свертывания листа рассчитывали по
формуле:
(1 - Шсв/Ш) - 100%.                                                                                (1)
Определение параметров газообмена флаговых листьев in vivo проводили на 2-й
день температурного стресса сразу после воздействия на растения температурой 40оС
(в 14:00) на СО2-Н2О-порометре (CHP-5K, "Walz, Effeltrich", Германия). Для расчетов
скорости нетто-фотосинтеза (PN), устьичной проводимости (УП) для воды,
транспирации, эффективности использования воды (ЭИВ) и внутриклеточного
содержания СО2 (Ci) использовали формулы, предложенные Lichtenthaler [13]. ЭИВ
рассчитывали, как отношение скорости PN к транспирации и выражали в мкмоль
CO2/ммоль H2O.
Кинетику флуоресценции хлорофилла определяли на PAM-флуорометре ("Walz,
Effeltrich") и с помощью LITWaF-флуорометра по методике Lichtenthaler с соавт. [10,
14]. Пробы растительного материала (листовые сегменты диаметром 9 мм)
предварительно выдерживали в темноте в течение 20 мин.
Переменная флуоресценция (Fv) - флуоресценция хлорофилла в состоянии,
адаптированном к темноте. После включения света (примерно 0.1 мкмоль/(м2 с))
определяли фоновую флуоресценцию F0. Через 1 с подавали импульс насыщенного
белого света (примерно 3500 мкмоль/(м2 с)) и определяли максимальную
флуоресценцию (Fm). После постепенного падения сигнала до относительно
постоянного значения измеряли флуоресценцию Fs (steady-state fluorescence).
Параметры фотохимической активности хлорофилла оценивали по отношению
переменной флуоресценции к максимальной (Fv/Fm) и отношению переменной
флуоресценции к фоновой (Fv/F0).
В отличие от PAM-флуорометра, использование LITWaF-флуорометра позволяет
измерить кинетику индукции флуоресценции одновременно при 2 длинах волн,
соответствующих максимумам флуоресценции хлорофилла: 690 и 735 нм. Используя
полученные значения максимальной (Fm) и постоянной (Fs) флуоресценции,
рассчитывали показатель "скорость уменьшения флуоресценции" при 690 нм (RFd690) и
735 нм (RFd735):
RFd690 = Fd/Fs,                                                                                        (2)
RFd735 = Fd/Fs,                                                                                         (3)
где Fd – разница между максимальной флуоресценцией Fm и ее постоянным значением
Fs.
Используя показатели RFd690 и RFd735, рассчитывали индекс адаптации к стрессу (AP)
[15]:
AP =1 - (1 + RFd735)/(1 + RFd690).                                                                 (4)
Содержание пигментов фотосинтеза: общего хлорофилла (Хл (а + b)) и общих
каротиноидов (Кар), определяли в листовых сегментах после определения параметров
газообмена и флуоресценции Хл. Листовые сегменты растирали в 100% ацетоне и
измеряли оптическую плотность экстракта на спектрометре (Spektrometer UV 200,
"Shimadzu", Япония) с использованием коэффициентов экстинкции по методу
Lichtenthaler [16].
Все определения проводили в 4 биологических и 4 аналитических повторностях.
Статистическую значимость различий оценивали по t-критерию Стьюдента. На
рисунках и в таблицах представлены средние арифметические данные с ошибкой
среднего. Корреляционный анализ проводили, используя программу ANOVA.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Изучение температурной зависимости динамики свертывания листа показало, что
сорта пшеницы значительно различаются по времени и степени проявления этого
признака (рис. 1). Раннее свертывание флагового листа наблюдали у сорта Отан при
температуре 19оС. У сорта Альба этот признак начинал проявляться на несколько часов
позднее, когда температура воздуха возрастала до 30оС. В условиях максимальной
температуры (40оС) у сорта Отан лист свертывался на 47-52%, а у сорта Альба на 27%.
Снижение температуры воздуха от 40о до 19оС сопровождалось уменьшением
свертывания листа у обоих сортов (рис. 1).
Обнаруженный у сортов Отан и Альба схожий характер увеличения свертывания
листа при повышении температуры воздуха позволяет заключить, что феномен
свертывания проявляется как ответная защитная реакция на повышение температуры.
Поскольку фотосинтез является процессом, наиболее чувствительным к действию
высокой температуры [10, 11], мы изучили основные параметры фотосинтеза у сортов
пшеницы с признаком "свернутый лист".
Суммарное содержание Хл (а + b) во флаговых листьях всех исследованных
сортов пшеницы в контроле было в пределах 492–506 мг/м2 площади листа (табл. 1). В
контроле содержание Кар у всех растений составило 79.8–86.1 мг/м2. Отношение
общего содержания Хл к содержанию Кар (Хл/Кар) было в пределах 5.71–6.29. Такое
содержание фотосинтетических пигментов является типичным для здоровых, хорошо
функционирующих зеленых листьев растений.
После 4-часового прогрева при температуре 40оС в течение 2 дней обнаружили
четкие генотипические различия в изменении содержания и соотношения
фотосинтетических пигментов. После действия высокой температуры содержание Хл
(а + b) у растений сортов Омская 9 (отсутствует свертывание листа) и Альба (средняя
степень свертывания) снижалось на 26 и 37% соответственно, по сравнению с
контролем (табл. 1). Такой эффект затронул обе формы Хл а и Хл b почти в одинаковой
мере, в результате этого отношение Хл a/b у сортов Омская 9 и Альба уменьшилось
всего на 8% относительно значений в контроле (табл. 1). Напротив, у растений сорта
Отан, характеризующегося наибольшим проявлением признака "свернутый лист",
общее содержание Хл (а + b) после воздействия высокой температуры оставалось на
прежнем уровне. Однако отношение Хл а/b также снизилось на 8% относительно
контрольного значения (табл. 1).
Четкие генотипические различия были обнаружены в общем содержании Кар
после 4-часового воздействия температурой 40оС. Во флаговых листьях сорта Омская 9
содержание Кар не изменилось, несмотря на значительное разрушение Хл. У сорта
Альба отмечали слабое незначительное уменьшение содержания Кар (на 12.4%).
Напротив, у сорта Отан с высокой степенью свертывания листа содержание Кар
значительно возросло (на 33.5%) за счет биосинтеза de novo (табл. 1). Вследствие таких
изменений в содержании общего Хл и Кар отношение Хл/Кар после действия высокой
температуры существенно уменьшилось у всех трех сортов пшеницы до значений 4.10–
4.63 (табл. 1). У сортов Омская 9 и Альба отношение Хл/Кар снизилось из-за
разрушения Хл, а у сорта Отан – из-за интенсивного биосинтеза Кар de novo и его
накопления.
Результаты определения параметров СО2-Н2О-газообмена после воздействия на
растения температуры 40оС также выявили четкие генотипические различия (табл. 2).
Зависимое от температуры сильное снижение скорости PN установлено в листьях
Омской 9 (на 30%) и в меньшей степени - у сорта Альба (на 16%). У сорта Отан с
высокой степенью свертывания листа величина PN оставалась на уровне контроля.
Устьичная проводимость (УП) и интенсивность транспирации являются важными
факторами, регулирующими скорость фотосинтеза при высокой температуре [4, 17].
Поэтому представлялось целесообразным оценить роль устьичной регуляции при
изменении скорости фотосинтеза у сортов пшеницы, различающихся по степени
свертывания листа. У сорта Отан при действии температуры 40оС УП и интенсивность
транспирации незначительно снизились (на 20 и 11% соответственно). В листьях сорта
Альба подобных изменений не выявили, а у сорта Омская 9 установили значительное
повышение этих показателей.
Внутриклеточное содержание СО2 (Ci) в листьях является еще одним важным
компонентом регуляции процесса фотосинтеза [18], хотя взаимосвязь между
поступлением СО2 в клетки мезофилла листа и скоростью фотосинтеза неоднозначна
[19]. Мы установили, что высокая температура не влияла на Ci у всех трех сортов
пшеницы независимо от морфологических изменений флагового листа.
Наряду с изменениями УП выявили значительные генотипические различия по
показателю ЭИВ (табл. 2). У сорта Омская 9 высокая температура снижала ЭИВ на
38%, у сорта Альба со средней степенью свертывания листа – на 16%, у сорта Отан с
наибольшим свертыванием листа прогрев не влиял на ЭИВ.
Другим важным фактором, регулирующим функционирование ФА растений,
считается фотохимическая активность ФС II [20, 21]. Поэтому мы изучили влияние
высокой температуры на фотохимическую активность ФС II как наиболее
чувствительного компонента ФА [21] у сортов пшеницы, различающихся по степени
проявления признака "свернутый лист".
Определение параметров флуоресценции хлорофилла показало, что у сорта
Омская 9 температура 40оС существенно снижала значения Fv/Fm, Fv/F0 и RFd690 (рис. 2
и 3), а также потенциал адаптации к стрессу АР (рис. 3). У сорта Альба со средним
проявлением свертывания листа также было обнаружено зависимое от температуры
снижение показателей Fv/F0 на 20% и RFd690 на 23% (рис. 2 и 3). В отличие от
перечисленных сортов, у сорта Отан температура 40оС вызвала лишь тенденцию к
снижению показателей Fv/Fm, Fv/F0 и RFd690 флаговых листьев (рис. 2 и 3).
Кроме того, у листьев сорта Альба были установлены средние значения
потенциала адаптации АР при действии температурного стресса (рис. 3), а сорт Отан
отличался стабильно высоким значением адаптационного потенциала (в пределах 0.3) к
действию высокой температуры.
Для выявления факторов, регулирующих функционирование ФА флаговых
листьев пшеницы в условиях высокой температуры, был проведен корреляционный
анализ связи между PN, Сi, совместной фотохимической активностью ФС II и ФС I и
содержанием Хл. Как видно из табл. 3, для всех сортов независимо от морфологии
флагового листа была характерна положительная корреляция между PN и RFd690. У
сортов Омская 9 и Альба выявлена тесная положительная корреляция между PN и
содержанием Хл (a + b). У сорта Отан обнаружена положительная корреляция между
PN и Сi.
В табл. 4 представлены результаты корреляционного анализа взаимосвязи между
степенью проявления признака "свернутый лист" и основными параметрами
фотосинтетической деятельности. Высокая степень свертывания листа при воздействии
температурой 40оС тесно связана с PN, Сi, содержанием Хл и совместной
фотохимической активностью ФС II и ФС I, что подтверждается положительными
коэффициентами корреляции между этими показателями, установленными для сорта
Отан. У сорта Альба средняя степень свертывания листа также положительно
коррелировала с PN, содержанием Хл и его фотохимической активностью.

ОБСУЖДЕНИЕ

Пигментный аппарат фотосинтеза

Обнаруженный нами в контрольных флаговых листьях трех сортов пшеницы
(табл. 1) уровень Хл и Кар является характерным для зеленых фотосинтетически
активных тканей большинства высших растений [13, 22]. Известно, что значения
отношения Хл a/b выше 3.0 являются типичными для молодых зеленых листьев, а
также для приспособленных к действию солнечного света листьев большинства видов
растений [23, 24]. Отношение Хл/Кар выше значения 5.7 соответствует зеленым
листьям, приспособленным к среднему или низкому уровню потока фотонов, в том
числе теневым листьям [22, 24].
Значительное увеличение содержания Кар (на 33%) и уменьшение отношения
Хл/Кар с 6.29 до 4.63 у сорта Отан, характеризующегося наибольшей степенью
свертывания листа после действия высокой температуры, является адаптивной
реакцией фотосинтетического пигментного аппарата к воздействию температурного
стресса. Растения этого сорта отвечали на повышение температуры активным
накоплением Кар, которые защищают реакционные центры ФА от фотоингибирования
и индуцированных температурой повреждений, таких как фотоокислительное
разрушение элементов пигментного аппарата и ЭТЦ [7, 13]. Такая реакция характерна
для многих растений в полуденные часы, когда интенсивность солнечной радиации и
температура воздуха достигают своего естественного максимума [13]. Известно, что
накопление вновь синтезированных Кар, преимущественно --каротина и зеаксантина,
является типичной ответной реакцией многих растений на действие света высокой
интенсивности [7, 13]. По-видимому, такая же ответная реакция возможна и на
действие высокой температуры, на что указывает увеличение содержания Кар в
листьях сорта Отан. Благодаря накоплению Кар после прогрева при температуре 40оС
общее содержание Хл осталось высоким, а отношение Хл/Кар во флаговых листьях
сорта Отан уменьшилось до величины 4.63, которая характерна для листьев многих
видов деревьев и трав, произрастающих в условиях высокой интенсивности солнечной
радиации [23, 24]. Такие листья с низкими значениями отношения Хл/Кар остаются
зелеными, что указывает на их лучшую адаптацию к световому и температурному
стрессу [7, 10, 23].
Для родительского сорта Омская 9, у которого признак "свернутый лист"
отсутствует, было характерно значительное разрушение Хл, частичное
фотоингибирование ФА и уменьшение скорости фотосинтетической ассимиляции СО2
после температурного стресса. При этом уменьшение содержания Хл (а + b) с 506 до
375 мг/м2 и отношения Хл/Кар с 6.21 до 4.44 у сорта Омская 9, очевидно, является
симптомом повреждения ФА. Подобное снижение содержания Хл и отношения Хл/Кар,
связанное с деструкцией ФА, происходит в процессе естественного старения ФА
листьев осенью: Хл разрушается быстрее, чем Кар и ксантофиллы, вследствие чего
зеленые листья окрашиваются в желто-зеленый цвет [23]. При этом отношение Хл/Кар
снижалось с величины 4 до 3-2 и даже до 1 [23]. Поскольку уровень Кар в листьях
сорта Омская 9 в противоположность Хл не уменьшился, а, наоборот, слегка подрос
(табл. 1), можно предположить, что у растений включилась реакция адаптации
пигментного аппарата в ответ на повышение температуры и началось накопление Кар.
После индуцированного стрессом начального повреждения ФА и разрушения Хл у
многих растений наступает фаза акклимации, в результате которой восстанавливается
фотосинтетическая активность листьев [10, 13, 24].
Сорт Альба со слабым проявлением признака "свернутый лист", вероятно,
занимает промежуточное положение по адаптации к высокой температуре между
устойчивым сортом Отан и чувствительным сортом Омская 9. У данного сорта в
полдень также обнаружили частичное разрушение Хл и Кар, связанное с частичным
фотоингибированием фотосинтеза, однако снижение скорости фотосинтеза было
меньше, чем у родительского сорта Омская 9 с обычной морфологией листа. Высокая
температура вызвала снижение содержания Хл с 492 до 309 мг/м2 и отношения Хл/Кар
с величины 5.71 до 4.10, что указывает на частичное разрушение ФА, однако степень
этого повреждения, видимо, была ниже, чем у сорта Омская 9.
Итак, исследование структурных и функциональных изменений пигментного
аппарата фотосинтеза у сортов с различной степенью свертывания листа при действии
высокой температуры выявило различный характер ответной реакции: быструю
полную адаптацию (Отан) и начальный эффект повреждения, сопровождаемый
частичной адаптацией (Омская 9, Альба).
Функционирование фотосинтеза

Сорт Омская 9 (отсутствует признак "свернутый лист") в наименьшей мере
сохранял способность поддерживать прежнюю PN при воздействии температуры 40°C.
В то же время, другие сорта, обладающие этим признаком, смогли сохранить
фотосинтетическую функцию в стрессовых условиях. Одновременно с изменениями в
структуре ФА (количество Хл и Кар), у сорта Омская 9 существенно возросли УП и
скорость транспирации. У сортов Отан и Альба таких изменений не обнаружили.
Увеличение УП привело к снижению величины ЭИВ и, в результате, к значительному
снижению PN. Известно, что увеличение УП в условиях экстремально высокой
температуры в полуденные часы способствует охлаждению листьев и является
ответной реакцией растений на перегрев [25]. В то же время, увеличение УП и скорости
транспирации может значительно снизить содержание воды в клетках мезофилла, и в
итоге привести к уменьшению ЭИВ в процессе фотосинтеза [4, 17].
Изменение структурного состояния ФА в листьях сорта Омская 9 сопровождалось
существенным ингибированием фотохимической активности ФС II, которая была
оценена по флуоресценции Хл (показатели Fv/Fm, Fv/F0) [11, 14]. В отличие от
параметров Fv/Fm и Fv/F0, характеризующих потенциальную фотохимическую
активность ФС II, показатель RFd690 отражает суммарную активность ФС II и ФС I и
является более точным индикатором жизнеспособности листьев, особенно в стрессовых
условиях [23]. Этот факт подтверждается наличием тесной положительной корреляции
между PN и значениями RFd690, установленной в ряде исследований [22-24]. В нашем
случае уменьшение значений RFd690 во флаговых листьях сорта Омская 9 после
прогрева указывает на снижение суммарной фотохимической активности ФС II и ФС I
и связанного с ней транспорта электронов.
Известно, что значения фоновой (F0) и максимальной (Fm) флуоресценции
характеризуют состояние Хл а [7, 14], входящего в состав ССК и реакционных центров
ФС II [7, 14]. Вероятно, прогрев растений сорта Омская 9 при температуре 40оС вызвал
повреждение реакционных центров ФС II и, как следствие, снижение отношения Fv/F0.
Значительное снижение показателя RFd690 свидетельствует о том, что действие
высокой температуры ингибирует транспорт электронов между ФС II и ФС I, что, в
свою очередь, вызывает подавление фотосинтеза в полдень. Ингибирование суммарной
фотохимической активности ФС II и ФС I во флаговых листьях сорта Омская 9
(отсутствует признак "свертнутый лист") сопровождается снижением индекса
адаптации к стрессу АP. Уменьшение значений Fv/Fm, Fv/F0, RFd690 и AP у сорта Омская
9 свидетельствуют о том, что температурный стресс вызывает структурно-
функциональные повреждения на уровне пигментных антенных комплексов и
реакционных центров ФС II (Fv/Fm и Fv/F0), а также на уровне транспорта электронов
между ФС II и ФС I (RFd690).
У сорта Альба со средней степенью свертывания листа температурный стресс также
подавлял PN, однако в меньшей мере, чем у сорта Омская 9. Снижение скорости
фотосинтеза не было связано с высокой УП и высокой скоростью транспирации.
Прогрев при температуре 40оС вызвал значительное уменьшение содержания
суммарного Хл, ингибирование фотохимической активности ФС II (уменьшение
значений Fv/F0) и реакций транспорта электронов между ФС II и ФС I (RFd690). Однако
температурный стресс не снижал индекс адаптации к стрессу (АР). Это указывает на то,
что сорт Альба является более адаптированным к стрессу по сравнению с родительским
сортом Омская 9. Отмеченные изменения свидетельствуют о повреждении структуры и
функции реакционных центров ФС II и транспорта электронов между ФС II и ФС I у
сортов Омская 9 и Альба. Полученные нами данные о чувствительности ФС II к
высокой температуре у сортов пшеницы без признака "свернутый лист" или с его
слабым проявлением аналогичны результатам, полученным ранее при изучении
влияния высокой температуры на фотохимическую активность растений гороха [10] и
озимой пшеницы [26].
Наличие отрицательной корреляции между скоростью фотосинтеза и высоким
внутриклеточным содержанием СО2 у сортов Омская 9 и Альба (табл. 3)
свидетельствует, согласно Pastenes и Horton [25], о высокой потенциальной активности
РБФК - ключевого фермента фиксации СО2. Таким образом, снабжение клеток
мезофилла СО2 не лимитирует скорость фотосинтеза флаговых листьев сортов Омская
9 и Альба при температуре 40оС. Как видно из данных корреляционного анализа,
функциональная стабильность обеих фотосистем (RFd690) является наиболее важным
фактором, регулирующим скорость фотосинтеза у сортов Омская 9 и Альба после
прогрева растений. Это подтверждается наличием у них положительной корреляции
между значениями PN и RFd690 (r2 = 0.61 и 0.94 соответственно). Кроме того, снижение
содержания Хл, т.е. частичная деструкция ФА, также играет важную роль в
ингибировании скорости фотосинтеза у обоих сортов (табл. 3). Таким образом, высокая
температура снижает PN у сортов Омская 9 (в большей степени) и Альба (в меньшей
степени), вызывая нарушения в структуре и фотохимической активности ФА. На
основании полученных данных сорта Омская 9 и Альба можно характеризовать как
более чувствительные к кратковременному действию температурного стресса.
В противоположность сортам с обычной морфологией листа или слабым
проявлением признака "свернутый лист" высокая температура не ингибировала PN у
сорта Отан с наиболее выраженным проявлением этого признака. Очевидно, что
устойчивость фотосинтеза у данного сорта связана с уменьшением УП и скорости
транспирации, что позволяет листьям эффективно использовать воду в процессе
фотосинтеза, несмотря на воздействие высокой температуры. Такой вывод
подтверждается сохранением высоких значений ЭИВ и PN после температурного
воздействия (табл. 2). Ранее при исследовании свертывания листа у генотипов риса
также было показано, что данный признак способствует более эффективному
использованию воды в процессе фотосинтеза, что, несомненно, указывает на
определенную устойчивость растений со свернутыми листьями к засухе и высокой
температуре [4]. Кроме того, высокая степень свертывания листа у сорта Отан
предохраняет Хл от разрушения при кратковременном воздействии высокой
температуры. Дополнительное накопление при усилении биосинтеза de novo Кар также
способствует стабилизации структурного состояния ФА в условиях стресса, что, в свою
очередь, определяет сохранение функциональной активности ФА. Этот факт
подтверждается сохранением достаточно высоких значений показателей
флуоресценции Хл (Fv/Fm, Fv/F0, RFd690 и AP) во флаговых листьях сорта Отан даже
после воздействия высокой температуры.
Известно, что наиболее важным защитным механизмом ФА растений от
фотоингибирования при действии различных стрессоров считается обезвреживание
избытка поглощенной энергии фотонов путем рассеяния энергии в ЭТЦ – так
называемое явление "нефотохимического тушения флуоресценции", основным
механизмом которого является увеличение протонного трансмембранного градиента
-рН+ [7, 13, 21, 23]. Значительная роль "нефотохимического тушения" избыточной
энергии подтверждена в условиях ФАР, а также низкой и высокой температуры [13, 21,
22]. Следовательно, можно полагать, что стабильная фотохимическая активность
растений сорта Отан при действии температуры 40оС обеспечивается адаптацией ФА,
возможно, путем включения альтернативных механизмов "нефотохимического
тушения" избыточной энергии фотонов, и защиты реакционных центров от окисления
вновь синтезированными Кар. Тем не менее, такой путь не может играть большой роли
в защите ФА от ингибирования.
Высокая скорость фотосинтеза сорта Отан обеспечивается, скорее всего,
сохранением стабильного структурно-функционального состояния ФА листьев при
действии высокой температуры. Высокая адаптационная способность ФА у этого сорта
при температуре 40оС подтверждается величиной индекса адаптации АP, значения
которого остаются достаточно высокими (рис. 3). Из литературы известно, что
адаптационный потенциал характеризует способность листа стабилизировать
фотохимическую активность ФС II и ФС I при действии какого-либо стрессора [22-24].
Установленные для сорта Отан значения индекса адаптации к стрессу в пределах
0.30о0.33 свидетельствуют о высокой адаптивной способности ФА данного сорта в
условиях высокой температуры.
Таким образом, основным фактором, стабилизирующим фотосинтез у сорта
пшеницы с наибольшим проявлением признака "свернутый лист" в условиях высокой
температуры, является сохранение фотохимической активности обоих реакционных
центров фотосинтеза, а также антенных комплексов и транспорта электронов между
ФС II и ФС I. Наряду с этим, устьичная регуляция поступления СО2 в клетки
мезофилла и достаточно стабильное содержание Хл также выполняют важную роль в
сохранении фотосинтеза у сорта Отан при действии высокой температуры. Этот факт
подтверждается высокими коэффициентами корреляции между данными параметрами
(табл. 3). Дополнительным фактором служит накопление вновь синтезированных Кар,
которые способствуют стабилизации структуры ФА и его функции. Мы полагаем, что
способность сорта Отан предохранять ФА от индуцированного высокой температурой
фотоингибирования и уменьшение УП и скорости транспирации являются двумя
решающими "стратегиями" в его адаптации к температурному стрессу.
Суммируя полученные данные, можно заключить, что признак "свернутый лист"
способствует стабилизации структурно-функционального состояния ФА при действии
кратковременного температурного стресса. При этом степень свертывания листа
определяет сохранение оптимальной фотосинтетической деятельности листьев. В
основе такой адаптации лежит способность ФС II и всей ЭТЦ, включая ФС I, сохранять
высокую фотохимическую функцию, несмотря на высокую температуру.
Физиологическая роль свертывания листа заключается в обеспечении высокого AP и
повышении эффективности водного обмена флаговых листьев пшеницы. Дальнейшие
исследования помогут расширить наши представления о физиологической роли
признака "свернутый лист" в повышении засухоустойчивости у пшеницы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богданова Е.Д., Омарова Э.И., Полимбетова Ф.А. Регуляция потери воды при
изменении структуры листового аппарата у мягкой озимой пшеницы // Физиология
Растений. 1995. Т. 42. C. 383-385.
2. Price A.H., Cairns J.E., Horton P., Jones H.G., Griffiths H. Linking Drought-
Resistance Mechanisms to Drought Avoidance in Upland Rice Using a QTL Approach:
Progress and New Opportunities to Integrate Stomatal and Mesophyll Responses // J. Exp.
Bot. 2002. V. 53. P. 989-1004.
3. Anderson J.M., Chow W.S., Park Y.I. The Grand Design of Photosynthesis:
Acclimation of the Photosynthetic Apparatus to Environmental Cues // Photosynth. Res.
1995. V. 46. P. 129-139.
4. Dingkuhn M., Cruz R.T., O’Tool J., Dorffling K. Net Photosynthesis, Water Use
Efficiency, Leaf Water Potential and Leaf Rolling as Affected by Water Deficit in Tropical
Upland Rice // Aust. J. Agric. Res. 1989. V. 40. P. 1171-1180.
5. Premachandra G.S., Saneoka H., Fujita K., Ogata S. Osmotic Adjustment and
Stomatal Response to Water Deficits in Maize // J. Exp. Bot. 1992. V. 43. P. 1451-1456.
6. Corlett J.E., Jones H.G., Massacci A., Masojidek J. Water Deficit, Leaf Rolling and
Susceptibility to Photoinhibition in Field Grown Sorghum // Physiol. Plant. 1994. V. 92. P.
423-430.
7. Demmig-Adams B., Adams W.W. Photoprotection and Other Responses of Plants to
High Light Stress // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1992. V. 43. P. 599-626.
8. Lichtenthaler H.K. Vegetation Stress: An Introduction to the Stress Concept in Plants
// J. Plant Physiol. 1996. V. 148. P. 4-14.
9. Chaves M., Maroco J., Pereirs J. Understanding to Drought – from Genes to the
Whole Plant // Plant Biol. 2003. V. 30. P. 239-264.
10. Georgieva K., Lichtenthaler H.K. Photosynthetic Activity and Acclimation Ability of
Pea Plants to Low and High Temperature Treatment as Studied by Means of Chlorophyll
Fluorescence // J. Plant Physiol. 1999. V. 155. P. 416-423.
11. Бухов Н.Г., Джибладзе Т.Г. Влияние повышенных температур на
фотосинтетическую активность у интактных листьев ячменя при низких и высоких
освещенностях // Физиология растений. 2002. Т. 49. C. 371-375.
12. Saneoka H., Nagasaka C., Hanh D., Yang W., Premachandra G.S., Joly R.J., Rhodes
D. Salt Tolerance of Glycinebetaine-Deficient and -Containing Maize Lines // Plant Physiol.
1995. V. 107. P. 631-638.
13.  Lichtenthaler H.K. Biosynthesis, Accumulation and Emission of Carotenoids, --
Tocopherol, Plastoquinone and Isoprene in Leaves under High Photosynthetic Irradiance //
Photosynth. Res. 2007. V. 92. P. 163-179.
14. Lichtenthaler H.K., Buschmann C., Knapp M. How to Correctly Determine the
Different Chlorophyll Fluorescence Parameters and the Chlorophyll Fluorescence Decrease
ratio RFd of Leaves with the PAM Fluorometer // Photosynthetica. 2005. V. 43. P. 379-393.
15. Strasser R.I., Schwarz B., Bucher J. Simultane Messung der Chlorophyll-Fluoreszenz-
Kinetik bei verschiedenen Wellenlangen als rasches Verfahren zur Fruhdiagnose von
Immisionsbelastungen an Waldbaumen. Ozoneinwirkung auf Buchen und Pappeln // Eur. J.
For. Pathol. 1987. V. 17. P. 149-157.
16. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and Carotenoids, the Pigments of Photosynthetic
Biomembranes // Methods Enzymology / Eds Douce R., Packer L. New York: Academic,
1987. P. 350-382.
17. Price A.H., Young E.M., Tomos A.D. Quantitative Trait Loci Associated with Stomatal
Conductance, Leaf Rolling and Heading Date Mapped in Upland Rice (Oryza sativa L.) //
New Phytol. 1997. V. 137. P. 83-91.
18. Mohotti A.J., Lawlor D.W. Diurnal Variation of Photosynthesis and Photoinhibition in
Tea: Effects of Irradiance and Nitrogen Supply during Growth in the Field // J. Exp. Bot.
2002. V. 53. P. 313-322.
19. Tezara W., Mitchell V., Driscoll S.P., Lawlor D.W. Effects of Water Deficit and Its
Interaction with CO2 Supply on the Biochemistry and Physiology of Photosynthesis in
Sunflower // J. Exp. Bot. 2002. V. 53. P. 1781-1791.
20. Lichtenthaler H.K. In Vivo Chlorophyll Fluorescence as a Tool for Stress Detection in
Plants // Applications of Chlorophyll Fluorescence / Ed. Lichtenthaler H.K. Dordrecht:
Kluwer, 1988. P. 129-142.
21. Bukhov N.G., Boucher N., Carpentier R. Loss of the Precise Control of Photosynthesis
and Increased Yield of Non-Radiative Dissipation of Excitation Energy after Mild Heat
Treatment of Barley Leaves // Physiol. Plant. 1998. V. 104. P. 563-570.
22. Lichtenthaler H.K., Ac A., Marek M.V., Kalina J., Urban O. Differences in Pigment
Composition, Photosynthetic Rates and Chlorophyll Fluorescence Images of Sun and Shade
Leaves of Four Tree Species // Plant Physiol. Biochem. 2007. V. 45. P. 577-588.
23. Lichtenthaler H.K., Babani F. Light Adaptation and Senescence of the Photosynthetic
Apparatus: Changes in Pigment Composition, Chlorophyll Fluorescence Parameters and
Photosynthetic Activity during Light Adaptation and Senescence of Leaves // Chlorophyll
Fluorescence: A Signature of Photosynthesis. Ch. 30 / Eds Papageorgiou G., Govindjee.
Dordrecht: Springer-Verlag, 2004. P. 713-736.
24. Sariyeva G., Knapp M., Lichtenthaler H.K. Differences in Photosynthetic Activity,
Chlorophyll and Carotenoid Levels, and in Chlorophyll Fluorescence Parameters in Green
Sun and Shade Leaves of Ginkgo and Fagus // J. Plant Physiol. 2007. V. 164. P. 950-955.
25. Pastenes C., Horton P. Effect of High Temperature on Photosynthesis in Beans. II.
CO2 Assimilation and Metabolite Contents // Plant Physiol. 1996. V. 112. P. 1253-1260.
26. Yamasaki T., Yamakawa T., Yamane Y., Koike H., Satoh K., Katoh S. Temperature
Acclimation of Photosynthesis and Related Changes in Photosystem II Electron Transport in
Winter Wheat // Plant Physiol. 2002. V. 128. P. 1087-1097.