Біоенергетика рослинних клітин в умовах мікрогравітації

Бриков, ВО
Косм. наука технол. 2015, 21 ;(4):84–93
https://doi.org/10.15407/knit2015.04.084
Мова публікації: українська
Анотація: 

Підсумовуються дані про ультраструктуру та функціонування енергетичних органел у клітинах автотрофних та гетеротрофних тканин вищих рослин, що зростали під впливом клиностатування. Показано, що завдяки адаптивним реакціям мітохондріому в гетеротрофних клітинах кореня зберігається енергетичний гомеостаз, підтримка якого в космічному польоті буде залежати від надходження субстратів до окислювального фосфорилювання. Встановлено, що при субоптимальному освітленні рослин рівень перебудов ультраструктури хлоропластів був виражений більшою мірою, аніж при оптимальних умовах освітлення. Висунуто припущення, що мікрогравітація посилює негативну дію субоптимальних умов освітлення на основний метаболізм рослинних організмів. Обговорено перспективи подальших досліджень в цій області та деякі прикладні аспекти створення ростових камер для культивування рослин на борту космічних літальних апаратів. 

Ключові слова: альтернативна оксидаза, дихання, клиностатування, мітохондрії, ультраструктура, хлоропласти
References: 
1. Климчук Д.О. Структурно-функціональні особливості мітохондрій в статоцитах коренів сої за умов мікрогравітації // Цитология и генетика.— 2007.— 41, N 1.— C.30 —35.
2. Baldwin K.M., Herrick R.E., McCue S.A. Substrate oxidation capacity in rodent skeletal muscle: effects of exposure to zero gravity // J. Appl. Physiol.— 1993.—75 .— P.2466 —2470.
3. Bingham G.E., Levinskikh M.A., Sytchev V.N. Effects of gravity on plant growth // J. Gravit. Physiol.— 2000.— 7.— Р.5 —8.
4. Brykov V. Clinorotation аffects the ultrastructure of pea root mitochondria // Micrograv. Sci. Technol.— 2011.— 23.– P.215 —219.
5. Brykov V.O., Shugaev A.G., Generozova I.P. Ultrastructure and metabolic activity of pea mitochondria under clinorotation // Cytology and Genetics.— 2012.— 46.— P.144—149.
6. Carde J.-P. Electron microscopy of plant cell membranes // Methods Enzymol./ Eds L.Packer, R.Douce.— New York: Academic Press Inc.,1987.— 148.— P.599—622.
7. Chance B.,Williams G.R. The respiratory chain and oxidative phosphorylation // Adv. Enzymol.— 1956.— 17.— P.65— 134.
8. Ferl R., Wheeler R., Levine H.G., et al. Plants in space // Curr. Opin. Plant Biol.— 2002.— 5.— Р.258— 263.
9. Jeong J., Guerinota M.L. Homing in on iron homeostasis in plants // Trends Plant Sci.— 2009.— 14.— P.280 — 285.
10. Jiao S.X., Hilaire E., Paulsen A.G., et al. Brassica rapa plants adapted to microgravity with reduced photosystem I and its photochemical activity // Physiol. plant.— 2004.— 122.— P.281— 291.
11. Kochubey S.M., Adamchuk N.I., Kordyum E.L., et al. Microgravity effects the photosynthetic apparatus of Brassica rapa L.// Plant Biosystems.— 2004.— 138.— Р.1 — 9.
12. Lambers H. Respiration in intact plant tissues:its regulation and dependence on environmental factors, metabolism and invading organisms // Higher Plant Cell Respiration / Еds R.Douce, D.A.Day.— Berlin: Springer,1985.— 18.— P.202— 247.
13. Lambers H., Scheurwater I., Atkin O.K. Respiratory patterns in roots in relation to their functioning // Plant Roots: The Hidden Half / Eds Y.Waisel, A.Eshel, V.Kafakki.— New York: Marcel Dekker, 1996.— P. 323 — 362.
14. Liao J., Liu G., Monje O., Stutte G.W., et al. Induction of hypoxic root metabolism results from physical limitations in O 2 bioavailability in microgravity // Adv.Space Res.— 2004.— 34.— Р.1579— 1584.
15. Małecka A., Derba-Maceluch M., Kaczorowska K., et al. Reactive oxygen species production and antioxidative defense system in pea root tissues treated with lead ions: mitochondrial and peroxisomal level // Acta Physiol. Plant.— 2009.— 31.— Р. 1065— 1075.
16. Merkys A.J., Laurinavicius R.S., Svegzdiene D.V. Plant growth, development and embryogenesis during Salyut-7 flight // Adv. Space Res.— 1984.— 4.— P.55— 63.
17. Millar A.H., Whelan J., Soole K.L., et al. Organization and regulation of mitochondrial respiration in plants // Annu. Rev. Plant Biol.— 2011.— 62.— Р.79— 104.
18. Paul A.-L., Wheeler R.M., Levine H.G., et al. Fundamental plant biology enabled by the space shuttle // Amer. J. Bot.— 2013.— 100.— Р. 226— 234.
19. Pfaffl M.W. A new mathematical model for relative quantification in real-time RT-PCR// Nucl. Acids Res.— 2000.— 29.— Р.e45.
20. Plaxton W.C., Podesta F.E.  The functional organization and control of plant respiration // Crit. Rev. Plant. Sci.— 2006.— 25.— P.159— 198.
21. Porterfield D.M. The biophysical limitations in physiological transport and exchange in plants grown in microgravity // J. Plant Growth Regul.— 2002.— 21.— Р. 177— 190.
22. Rasmusson A.G., Møller I.M. Mitochondrial electron transport and plant stress // Adv. Plant Biol.— 2011.— 1.— Р. 357— 381.
23. Rhoads D.M., Subbaiah C.C. Mitochondrial retrograde regulation in plants // Mitochondrion.— 2007.— 7.— Р. 177— 194.
24. Saha G.C., Vandemark G.J. Evaluation of expression stability of candidate references genes among green and yellow pea cultivars (Pisum sativum L.) subjected to abiotic and biotic stress // Amer. J. Plant Sci.— 2012.— 3.— Р. 235— 242.
25. Shenkman B.S., Nemirovskaya T.L., Belozerova I.N., et al. Mitochondrial adaptations in skeletal muscle cells in mammals exposed to gravitational unloading // J. Grav. Physiol.— 2002.— 9.— P. 159— 162.
26. Slocum R.D., Gaynor J.J., Galston A.W. Cytological and ultrastructural studies on root tissues // Ann. Bot.— 1984.— 54.— P. 65— 76.
27. Stein T.P., Schlutera M.D, Galante A.T., et al. Energy metabolism pathways in rat muscle under conditions of simulated microgravity // J. Nutr. Biochem.— 2002.— 13.— P. 471— 478.
28. Stout S.C., Porterfield D.M., Briarty L.G., et al. Evidence of root zone hypoxia in Brassica rapa L.grown in microgravity // Int. J. Plant Sci.— 2001.— 162.— Р. 249— 255.
29. Stutte G.W., Monje O., Hatfield R.D., et al. Microgravity effects on leaf morphology, cell structure,carbon metabolism and mRNA expression of dwarf wheat // Planta.— 2006.— 224.— Р.1038 —1049.
30. Sychev V.N., Levinskikh M.A., Gostinsky S.A., et al. Spaceflight effects on consecutive generations of peas grown onboard the Russian segment of the International Space Station // Acta Astronaut.— 2007.— 60.— P.426— 432.
31. Talalaiev O., Korduym E. Expression of small heat shock protein (sHSP)genes in the garden pea (Pisum sativum) under slow horizontal clinorotation // Plant Signaling and Behavior.— 2014.— 9.— Published online: 30 Apr 2014.
32. Tripathy B.C., Brown C.S., Levine H.G., et al. Growth and photosynthetic responses of wheat plants grown in space // Plant Physiol.— 1996.— 110.— P. 801— 806.
33. Van Aken O., Giraud E., Clifton R., et al. Alternative oxidase: a target and regulator of stress responses // Physiol. plant.— 2009.— 137.— Р. 354— 361.

34. Wolff S.A., Coelho L.H., Zabrodina M., et al. Plant mineral nutrition,gas exchange and photosynthesis in space: A review // Adv. Space Res.— 2013.— 51.— P.465— 475.