Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

АТФазные активности в узлах кущения озимых и яровых растений пшеницы на ранних этапах онтогенеза

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "АТФазные активности в узлах кущения озимых и яровых растений пшеницы на ранних этапах онтогенеза"

ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ АКАДЕМИЯ НАУК УССР ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ И ГЕНЕТИКИ

На правах рукописи ФИЛОИЧШКО ПАВЕЛ АЛЕКСЕЕВИЧ

АТФазные АКТИВНОСТИ В УЗЛАХ КУЩЕНИЯ ОЗИМЫХ И ЯРОВЫХ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ НА РАННИХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА

03.00.12 - физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

КИЕВ, 1991

Работа выполнена в лаборатории биохимии Мироновского научно-исследовательского института селекции и семеноводства пшеницы имени' В. Н. Реме ело

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор

В.С.ЦЫБУЛЬКО

0$ициалыш.е оппоненты: доктор биологических наук

Ведущее учреждение: Киевский государственный университет

им.Г.Г.Шевченко

по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Институте физиологии растений и генетики АН УССР (252022, г.Киев, ул.Васильковская, 31/17)

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке Института физиологии растений и генетики АН УССР

В.В.БАБЕНКО

кандидат биологических наук Т.П.БУКОЛОВА

Защита диссертации состоится

в ^^часов на заседании специализированного совета Д 016.57.01

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность телы. Одним из требований ускорения научно-технического прогресса в растениеводстве является разработка теоретически обоснованных агротехнических приемов в рамках технологии возделывания, позволяющих снизить влияние неблагоприятных климатических факторов на продукционный процесс. Б этой сеязи особое значение приобретает вопрос о природе и особенностях индивидуального развития растений и о влиянии на ход онтогенеза различных экзо- и эндогенных факторов.

Одним из аспектов решения этой проблемы является изучение фи-зиолого-биохимических особенностей онтогенеза растений, определяемого воздействием низких положительных температур. Одной из таких особенностей является индукция или стимуляция перехода растений от вегетативного роста к генеративному развитию при воздействии пониженных температур, обозначаемая термином "яровизация". Необычное влияние низких температур на озимые растения делает их незаменимыми объектами для исследования принципов и механизмов регуляции онтогенеза растений [Даскалик, 19903. В настоящее время установлена тесная связь между характером и продолжительностью яровизационного воздействия и уровнем морозоустойчивости [Бабенко, Бирюков, 1974; Крекуле, 1981) озимой пшеницы.

Таким образом, изучение процесса яровизации, установление природы яровости и озимости, создает возможность для выявления внутренних закономерностей и механизмов таких процессов как закаливание растений и повышение их устойчивости к воздействию абиотических факторов.

Многочисленными экспериментами по фотопериодической индукции цветения была показана важная роль обеспечения меристематических тканей энергетическим и пластическим субстратом [Цыбулько, 19783. Ведущая роль в субстратном обеспечении гетеротрофных клеток меристемы отводится транспортным АТФ-зависимым (АТФазным) системам несолрягаицих мембран [Бге, 19853.

В настоящее время довольно полно исследованы АТФазные системы митохондрий и хлорошгастов, ответственных за первичное преобразование энергии [Козлов, Скулачев, 19773, в то время как АТФазные системы несопрягавдих плазматических и вакуолярных мембран начали интенсивно изучаться только в последнее время и исследованы недостаточно. В частности, в литературе отсутствуют сведения о функциональном состоянии, динамике и особенностях регуляции этих ферментативных активностей у яровых и озимых растений. Вместе с

- г -

тем, недостаточно исследован характер изменения активное транспортных АТФаз в процессе яровизационного воздействия.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла выявлении специфических (обусловленных озимым или яровым тип развития) особенностей функционального состояния и механизм регуляции Са++ и М§++-стимулируемых АТФаз различной субклеточн локализации на ранних этапах онтогенеза растений пшеницы . Важность изучения особенностей функционирования транспортных АТФ несомненна, поскольку работа этих систем определяет направленное и интенсивность основных метаболических процессов, в свою очере, обусловливающих различия в скорости прохождения ранних этапов о: тогенеза яровыми и озимыми формами. Поэтому также необходимо бы. изучить характер изменения активности АТФаз в процессе яровизаци Учитывая, что в клетках злаковых, в отличие от растений др; гих видов, преобладазт А'ГФазная активность, преимущественно стим, даруемая иона1.и Ga",+[Diaz de Leon, 1935 3 и что эти ионы выполня: важную роль в регуляции роста и развития растений tKauss, 19S7 целью данного исследования также являлось изучение характера изм нений содержания Са+_г в тканях узлов кущения озимых под влияние; яровизации и изучение возможности регуляции этого параметра. В связи с этим исследовали:

-действие специфических ингибиторов плазматической вакуолярной (N0^) АТФаз на АТФазные активности немитохондриально: происхождения в узлах кущения озимых и яровых растений пшеницы;

-характер изменения суточной динамики активности АТФаз процессе яровизации;

-изменение состава множественных молекулярных фо; немитохондриальных АТФаз в процессе яровизации;

-влияние цитоплазматического и митохондриального компартме: тов белкового синтеза на активность АТФаз митохондрий яровых озимых растений;

-реакцию митохондриальной АТФазы узлов кущения озимых и яр вых растений на свободные ненасыщенные жирные кислоты;

-изменение характера суточной динамики содержания Са++ микросомальной фракции узлов кущения озимах растений под действ» яровизации и химических соединений (1,3-диметилксантин), оказыва; 1дих воздействие на внутриклеточное распределение Са++.

Научная новизна раПопш. Впервые проведено комплексное сравк тельное исследование Са++- и Mg++-стимулируемых АТФаз различи субклеточной локализации в узлах кущения озимых и яровых растен

шеницы.

Выявлены различия между яровыми и озимыми растениям в плана [увствительности АТФаз к действию специфических ингибиторов иазматической и вакуолярной АТФаз, что свидетельствует о ¡азличиях в направленности и интенсивности транспортных процессов I клетках узлов кущения этих растений. Показано, что в процессе (ровизации у озимых растений происходит сдвиг в сторону фиближения по этим параметрам к яровым растениям.

Прослежено изменение суточной динамики активности транспортам АТФаз з процессе яровизации. Полученные результаты могут слу-жть экспериментальным подтверждением высказываемой в литературе •очки зрения, согласно которой одним из последствий яровизации шляется оптимизация трофического обеспечения точек роста.

Впервые показано изменение в процессе яровизации состава мо-гекулярных форм немитохондриальных АТФаз. Установлено, что функци-знальное состояние АТФаз регул!фуется белковым фактором, ингибиру-ЖФв действие которого снимается протеолитической обработкой.

Выявлены различия между яровыми и озимыми растениями по стегани влияния цитоплазмы на функциональную активность АТФазы митохондрий.

Показано, что, в митохондриях озимых растений, в отличие от фовых, функционирует механизм "защиты" от избыточного расходована АТФ в условиях холодового воздействия.

Теоретическая и практическая значимость работы. Выполненная забота носит теоретический характер. Полученные результаты расши-зягат и углубляют существующие представления о механизмах яровиза-даонного процесса, о природе яровости и озимости. Результаты заботы могут быть использованы как теоретическая база для зазработки приемов управления скоростью прохождения ранних этапов знтогенеза озимых злаков и методов оценки селекционного материала. 5 частности, при проведении исследований разработан способ получе-шя высокобелковых форм пшеницы (Авт.свид-во СССР Я 1245287).

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на 1-й республиканской научно-производственной конференции "Вклад молодых ученых Украины в интенсификацию сельскохозяйственного производства" (г.Харьков, 1986), на научно-теоретических конференциях мучных сотрудников ВИР (Ленинград, 1987; 1988), на 4-й межрепю-1альной конференции молодых исследователей "Актуальные проблеш ризиологии растений и генетики" (Киев, 1983), Всесоюзном земинаре 'Тенетико-физиологические аспекта селекции озимых культур

на устойчивость к абиотическим факторам" (Мироновка, 1989).

Объел и аащшиуа рабоши. Диссертация изложена на 153 страницах, включая 6 таблиц и 36 рисунков. Состоит из введения, общего обзора литературы о развитии взглядов на физиолого-биохимические механизмы онтогенеза растений, трех экспериментальных глав, заключительного обсуждения и выводов. Список использованной литературы включает 260 источников, в т.ч. 164 иностранных.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ■

Объети, условия и летоды ^следования. Исследования выполнены на растениях двух сортов озимой (Мироновская 808, Безостая 1) и яровой пшеницн (Мироновская ранняя). В отдельных опытах в исследования дополнительно включались другие сорта озимой и яровой пшениц. Семена изучаемых сортов репродуцированы в севообороте Мироновского

ншссп.

Выращивание растений осуществлялось в вегетационных сосудах, заполненных почвенно-песчаной смесью (3:1) с добавкой минеральных удобрений из расчета I г действующего вещества (NPK) на I кг смеси. Растения выращивались в климакамерах при 22°С ± I на свету и I6°C í I в темноте, 16-часовом фотопериоде с уровнем освещенности 16 клК (лампы ДРЛ-ЮСЮ). В этом режиме растения выращивались в течении 15-20 суток, после чего сосуды с растениями в фазе третьего листа помещались на яровизацию при 3°С ± I и 16-часовом фотопериоде с уровнем освещенности 10 клК. Длительность яровизации определялась задачей каждого конкретного эксперимента и максимально составляла 60 суток. В отдельных опытах растения выращивались на коротком дне (фотопериод 8 часов, освещенность 10 кЛк).

ПрспаратиЗние летоОи: а) митохондрии выделяли по методу описанному В.К.Войникоеым £19783; б) пост-митохондриальный суперна-тант госле допо.пнитального центрифугирования (35000g, 30 мин) использовали как препарат субклеточных (немитохондриальных) мембран (микросомальная фракция); в)хроматин выделяли по методу Suglta et al.[1979]; г) гистоны выделяли из хроматина 3-кратной отмывкой последнего 0.4 н I¡2S04 и последующим центрифугированием при 15000g. Гистони осаждала добавлением к надосадочной жидкости трех объемов абсолютного этанола при -20°С.

Аналитические летоды: а)АТФазную активность [(мкгР04/мг белка) хЗОшшЗ определяли по уровню отщепленного Рн , содержание которого определяли по Фиске-Субарроу СКочетов,1380];"б)электрофоретическое выявление множественных молекулярных форм (МШ) АТФаз проводили по

7ls [1964]. Для выявления АТФазной активности в гелях наиболее игодным оказался молибдатный метод [Brever, Sing, 1970] с нашими цификациями; в) определение уровня фосфорилировашюсти гистонов эводили путем озоления белка в смеси Нг30д:НС10д:ЮЮ3(2:1:3) и ределения в минерализате фосфата по Фиске-Субарроу; в Содержание пьция (Са++) в диализатах таст-митохондрианых супернатантов ределяли методом пламенной фотометрии; г) определение малонового альдегида проводили по методике, описанной Ю.А.Владимировым и Я.Арчаковым [1972]. Продукты окисления липоленовой кислоты )Ж) получали по Антонову и др.[1976]; дОпределение белка пропили по методу Лоури, описанному в литературе [Шаткин, 19723.

Повторность опытов 3-5-кратная. Статистическая обработка ре-яьтатов проводилась на ПЭВМ по программе "Statgraphics".Pac4Jmi-(Щ величины стандартной ошибки (Х±х) и доверительные интервалы гласно критерию Стьюдента (при р=0.05). В работе обсуждаются зличмя, достоверные при 95% уровне значимости.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ . Сравнительная характеристика нелитохонвришътг Са"14"- и Mg1"*-стилцлируежыл: АТФаз узлов кущения яровых и неяровизированных

озимых растений.

Полученные результаты (Табл.1) показывают, что озимые ;тения обладают более низким уровнем активности i-стимулируемых АТФаз, чем яровые. Длл разграничения активностей 5CT39HHO АТФазы и неспецифической кислой фосфатазы в реакционную )ду вносили ингибитор последней (молибдат аммония). Действие

Таблица 1.

АТФазные активности немитоховдриальных мембран узлов кущения растений пшеницы [ (мкг РО./мг белка )х30 мин]

Сорт М8++-АТФаза Са++-АТФаза

Яровые: Мироновская ранняя Ранняя 73 Родина Озише: Мироновская 808 Сибирская ульяновка Оренбургская 48 181.4 ± 3.5 167.9 ± 4.0 161.7 ± 2.2 66.7 ± 3.1 75.1 ± 1.6 81.7 ± 1 .0 213.8 ± 3.2 165.1 ± 3.0 190.2 ± 4.2 84.6 ± 2.4 75.2 ± 2.0 122.2 ± 2.9

- б -

этого ингибитора привело к снижению измеряемой активности в диапазоне рН 5.0-6.0, по литературным данным, характерном для неспецифических фэсфатаз.

Возможные- примеси митохондриальной АТФазы в мембранных препаратах нейтрализовали олигомицином, действие которого приводило к снижению измеряемой активности при рН >=8.

Известно, что АТФазы, локализованные в плазматических и ваку-олярвдх мембранах, различаются чувствительностью к неорганическим ионам. В частности, ионы -УО"-3 селективно иягйбирует АТФазу плазматических мембран, в то время как АТФаза тонопласта специфически чувствительна к ионам N0^ Помимо этого, АТФазные системы плазма-леммы и тонопласта различаются ошгимумами рН: 6.0-6.8 и 7.0-8.0, соответственно.: Наши исследования показали (Рис.1, 2), что АТФаз-ная активность мембранных препаратов озимых растений более эффективно ингибируется нитратом в среде рН 7.2, характерной для АТФазы тонопласта. В отличие от озимых, АТФазы яровых растений показывают повышенную чувствительность к орто-ванадату при рН 5.0, оптимальном для АТФазы плазматических мебран.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что в препаратах нояровизированных озимых растений преобладает АТФаз-ная активность, характерная для тонопласта, в то время как в мембранных препаратах яровых растений доминирует АТФазная

100 80 60 4О 20

100

Икс,805

I» П--1 |(|

..шиш_Щ1

Пар.408

1 рН 6.0

ЩШ т 7.2 кЛ.

РИС.1. Действие специфических ингибиторов АТФаз тонопласта (нитрат) и плазмаломмы (ванадат) на Са-АТФазную активность

♦ £а>на<3ат

Пир. 809

Н.ранн^а М.ранмт

Рис.2 То те, для Мз-АТФазпой активности

активность, свойственная плазматическим мембранам.

Очевидно эти особенности отражают различия между яровыми и неяровизированными озимыми растениями в соотношении и направленности процессов активного транспорта в клетках их узлов кущения.

2. Особенности ивлененш активности АТФаз в процессе яровизации

Существует точка зрения, что различия в скорости развития яровых и озимых неяровизированных растений обусловлены особенностями обеспечения их точек роста питательными веществами . [Цыбулько, 1978; Великанов, 1981; Жмурко, 1982]. По-видимому, эти особенности связаны с различной суточной ритмикой и интенсивностью процессов накопления и перемещения продуктов ассимиляции. Б свою очередь, интенсивность этих процессов в гетеротрофных тканях узлов кущения должна обусловливаться характером суточной динамики (ритмики) активности плазматических и вакуолярных транспортных АТФаз.

Результаты наших опытов показали (Рис.3,4), что у озимых растений, в отличие от яровых, характер суточной динамики АТФаз изменялся на протяжении всего яровизационного периода и стабилизировался только после 60 суток яровизации. Следует отметить, что характер суточной динамики активности АТФаз озимых растений после 60 суток яровизации в общих чертах был подобен суточной динамике, отмеченной у яровых растений в начальный период холодовой обработки. Подобная тенденция наблюдалась также у растений,выращиваемых на коротком дне (8 часов) в течении 50 суток и температуре 18-20°С.

Измерение АТФазной активности в присутствии селективных ингибиторов АТФаз плазматических (УО^3) или вакуолярных (!ГО~) мембран показало постепенное снижение в процессе яровизации озимых растений АТФазной активности тонопластного типа (Рис.4). Обратная зависимость наблюдалась для АГФазных активностей плазматического типа (Рис.3). На коротком дне также отмечено общее снижение уровня Са++- АТФазной активности тонопластного типа у озимых растений. В отличие от озимых, у яровых растений в условиях короткого дня, уровень Са-АТФазной активности сохранялся на уровне, свойственном контрольным растениям.

Наряду с этими результатами, следует отметить наблюдаемое в наших опытах изменение в процессе яровизации комплекса множественных молекулярных форм АТФаз озимых растений, которое проявлялось в исчезновении отдельных электрофоретических компонентов и появлении новых на завершающем этапе яровизации.

Таким образом, полученные результата указывают на существенную перестройку в процессе яровизации систем внутриклеточного

сез яровизации

>0- +Ci,

Ь*

150 L

+Hg, ♦Mg,

озимые яро&ие озимые яробг

100

И,

^ tí

12 3 4 5 6 йрем«нние to4f.it

20 суток яробизацин

60 суток »робмзацни

2 3 4 5 Временные точки

200

т 150

100'ф*.

1

2 3 4 5 6 временные точки

Рис.3. Суточная динамика Сатт- и Mg -АТФазной активности плазматического типа в узлах кущения яровых (Мироновская ранняя и озимых (Мироновская 808) растений при различных сроке

яровизации.

Временные точки: 1, 2, 3- начало, середина, конец дня; 4, £ 6- начало, середина, конец ночи. Условия опыта: определение <jej ментати^нсй активности в присутствии 10 мкМ орто-ванадата

fieз яро&изацин

¿0 с/ток яробнзаци»

1 2 3 4 5 6 временные точки

200

150

Í

\

„ ш \

1 2 3 4 5 6 Йремемные точки

¿0 с/то« «юбизацми

250 ^.......................

М- озмные ;

2^0 +Са, sfo&uej сзкные! ■ яро&ые!

1 2 3 4 5 6 временное точки

Рис.4. То жо, для АТФазной активности тонопластного типа.

Обозначения те же. Условия огшта: определение фермонтативне активности в присутствии 20 мМ нитрата

транспорта в уздах кущения озимых растений: наряду с возрастанием активности АТФаз плазматического и снижением активности АТФаз тонопластного типа изменяется суточная динамика АТФазной активности субклеточных мембран.

3.Особенности регуляции нелитохондръшьной АТФазной активности в узлах ктения яровых и озимых растений

По литературным данным, в процессе яровизации озимых растений происходит возрастание протеолитической активности [Tan Ke-íiui, Zheng Yu-shi,' 19821. Активация протеолитических процессов может явиться причиной изменения активности других ферментов в результате частичного протеолиза балластных белков и освобождения фермента из связанной формы. В частности, на животных объектах показана возможность регуляции активности плазматической АТФазы посредством эндогенных белковых ингибиторов. Эти факты, а также низкая (по сравнению с яровыми) активность АТФаз озимых растений позволяет предполагать существование механизма "протеолитической" регуляции активности АТФаз у растений пшеницы..

С целью проверки этой гипотезы определение АТФазной активности мембранных препаратов, полученных из узлов кущения контрольных и яровизированных растений, проводили в среде рН 7.2 по двум вариантам: с добавлением и' без добавления в реакционную среду 0.05% протеолитического фермента трипсина.

Полученные результаты показывают (Рис. 5), что обработка трипсином приводила к увеличению активности Са++-АТФазы в мембранных препаратах из неяровизированных озимых растений. В препаратах из яровых растений действие трипсина проявилось в снижении, как Са++-АТФазной, так и Мд++-АТФазной активностей.

В литературе описаны опыты по ускорению выколашивания растений озимой пшеницы путем обработки частично яровизированных

С»-йТ*»з» Mg-ATfi3i

Рио 5. Действие трипсина на АТФазные активности мембранных препаратов из узлов кущения неяровизированных озимых и яровых растений.

растений раствором трипсина [Tan Ke-hul, Zheng Yu-shl, 1982: В наших опытах активирующий эффект трипсшга еще в большей степеш проявлялся на частично яровизированных озимых растениях: АТФазные активности "трипсинизированных" препаратов достигал! уровней, характерных для контрольных яровых растений. У яров* растений активация АТФаз при действии трипсина проявляется толы после воздействия пониженных температур.

Таким образом, полученные результаты указывают на существовг вание у растений пшеницы механизма регуляции АТФазной активности немитохондриальных мембран (вероятнее всего, тонопласта). Основс этого механизма являются белковые факторы, ограничивающие ш ингибируюнще АТФазную активность. Особенность озимых растеш состоит в том, что в клетках их узлов кущения этот механик регуляции Са++-стимулируемой АТФазы функционирует до яровизацю По-видимому, функционирование этого механизма у растений пшениг на ранних этапах онтогенеза обусловлено типом развития.

4.Влияние яровизации на содержание кальция в узлах кущения оэилыг растений.

Ионам Са++ отводится важная роль в регуляции процессов рос1; и развития растений [Kauss, 1987]. Регуляторная роль Са" осуществляется посредством изменения их концентрации в цитозо.1 ШСа++] J клеток. Установлено, что активация метаболизма мер! стематических тканей сопровождается увеличением концентращ изотопа 45Са в их клетках [Geijn, Smeulüers, 19811.

В наших исследованиях также отмечалась повышеинная концентрг ция Са++-ионов ([Са++3) в тканях узлов кущения яровизированных pi стений. В узлах кущения этих растений выявлена также сутсчнг динамика [Са++] , причем максимальное накопление приходилось i темное время суток (Рис.б).

Известен целый ряд соединений, оказывающих воздействие í поступление Са++ в клетки и их внутриклеточное распределение Одним из таких соединений является 1 ,3-диметапксантин (теофиллин] физиологическое действие которого может быть связано с ингибировг нием Ca++/Hf- обмена на уровне митохондрий. В результате этогс поступление ионов Са++ в митохондрии затруднено и ионы накапливг ются в цитозоле клеток [Rasmussen,l970]. Механизм такого действ! теофиллина связывают с активацией фосформирования белков, в час1 ности субъединиц митохондриальной АТФазы. В наших исследованш также наблюдалось снижение активности митохондриальной АТФазы узлах кущения растений, выращенных из обработанных 10-4М растворе

геофиллииа семян. Аналогичное гашкенио активности этого фермента )Тмечалось и у яровизированных растений.

Вместе с тем, содержание Са++ в узлах кущения растений в ¡арианге с обработкой теофиллином, было повышенным по сравнению с »яровизированными (контрольными) растениями, а характер суточной инамики [Са++] был аналогичен выявленому у яровизированных расте-шй (Рис.б).

" »Г | А

И 4\ >1 *

И 14 Ь Д '•.,. ' | "ч}»' "в" ШНТРОЯк и/«

' 12 г V / «Ро4;тцш

110 .44 ч ,а { sLíl±l&J

* 0 1 2 3 4 5 6 ¿р-енеьные точку

Известно, что уровень фосфорилированности белков хроматина [вляется одним из факторов, определяющих функциональную активность щерного материала. В наших исследованиях повышенный уровень фосфо-шшрованностк гистонов отмечался у яровизированных растений, лалогичное изменение этого параметра наблюдалось и у иеяровизиро-¡ашшх растений в варианте опыта с обработкой теофиллином.

Таким образом, обработка теофиллином способствует накоплению :альция в тканях узлов кущения озимых растений. Наряду с этим говшается степень фосфорилированности белков хроматина, что ¡видетельствуот об активации процессов в клеточных ядрах, 'егуляторная роль Сазонов в метаболизме растений [РооуаШи 985; Каша, 1937] и полученные результата, указывающие на проделанную аналогию в изменении ряда метаболических параметров гад влиянием яровизации и обработки теофиллином, позволяют считать герспективным использование регуляции поступления Са++-ионов, как |ДНого из ■ элементов управления физиологическим состоянием (астений, в частности злаковых.

5.Влияние ингибиторов белкового синтеза на мтохондриплтую АТФазнт антивлостъ.

Результаты наших опытов показывают, что для митохондрий ©яровизированных озимых растений характерен болое низкий уровень .ТФазной ахстивности, чем для яровых (Табл. 2). .

Рис.6 Суточная динамика

-1.4-

содержапия Са б пост-митохоидриальных супер-катантах гомогената узлов хущония ОЗИМЫХ растений.

Таблица 2

Активность АГФазы митохондрий узлов кущения

яровых и неяровизированных озимых растений

Сорт мкг РО, 4 - хЗОмин мг белка

Яровые: Мироновская ранняя Ранняя 73 Родина Озимые: Мироновская 80S Сибирская ульяновка Оренбургская 48 68.1 ± 1.4 53.6 ± 0.8 85.2 ± 1.2 27.3 ±0.9 10.9 ± 0.6 44.0 ± 1.1

По современным представлениям фукциональное состояние целого ряда митохондриальных ферментных комплексов (мультимеров) зависят от систем белкового синтеза как на цитоплазматических, так и на митохондриальных рибосомах. В частности, это установлено для митохондриалыюй АТФазы (Апйгеи, Мипоэ, 1975]. Для разграничения компартментов белкового синтеза, контролируемых митохондриальным и ядерным геномами, в наших исследованиях были использованы хлорам-феникол (селективный ингибитор биосинтеза на мито-рибосомах) и ци-клогексимид (актидоон)- ингибитор цитоплазматического биосинтеза белка, зависимого от ядра. В наших опытах (Табл.3) обработка озимых растений циклогексимидом приводила к значительному увеличению активности митохондриальной АТФазы. В отличие от циклогекси-мида, хлорамфеникол оказал в равной степени ингибирующий эффект на АТФазу митохондрий как озимых, так и яровых растений. Это указыва-

Таблица 3.

Влияние ингибиторов белкового синтеза на М2 -АТФазную активность (мкг РО х мг белка хЗО мин) митохондрий узлов кущения яровых и неяровизированных озимых растений

Вариант опыта Мироновская 808 Мироновская ранняя

активность % от контроля активность % от контроля

Контроль 44.9 ± 3.6 100 109.7 ±7.0 100

Хлорамфеникол 21.3 ± 4.0 48 62.5 ± 7.1 57

Цяклогексимид 126.1 ± 5.1 286 109.2 ± 8.7 100

зт на отсутствие различий в скоростях обмешшаемости субъвдиниц тохондриальной АТФазы, синтезируемых в их митохондриях.

Полученные результаты дают основание предполагать, что в реляции активности митохондриальной АТФазы озимых растений опре-ленную роль выполняют белки, синтезируемые в цитоплазме под кон-элем ядерного генома. Следует отметить, что участие цитоплазма-теских (контролируемых ядерным геномом) факторов в регуляции фу-щюнальной активности митохондрий озимых растений также покато в условиях гипотермии СВойников, Лузова, 1980).

В ряде исследований показано, что охлаждение растений может знвать повышение АТФазной активности [Боржковская и др., 1971]. яаших исследованиях воздействие пониженной температуры приводило возрастанию активности АТФазы митохондрий у яровых и угнетению зй активности у неяровизированных озимых растений. При выяснении ¿роды этих изменений необходимо учесть, что при яровизации в эдессе адаптивной перестройки мембранных структур в клетках нашиваются свободные жирные ненасыщенные кислоты, способные выпо-зть активную роль в регуляции митохондриальных функций (Констан-иов и др. 19791. Накопление этих соединений в мембранах митохон-Ш может приводить к разобщению окислительного фосфорилирования Шсгак ег а!.,19693 и к возрастанию АТФазной активности.

По нашим данным, при внесении экзогенных жирных кислот в зпараты митохондрий проявлялись различия мевду яровыми и озимыми чтениями,. В митохондриях яровых растений, в отличие от озимых, 5людалось возрастание АТФазной активности, наибольшее при щентрации жирной кислоты 0.2 мкМ (Рис.7).

Механизм стабильности АТФазы митохондрий озимых растений при зышении концентрации жирных кислот теоретически объясним и

6.Особенности, -регуляции активности мшохондриалъной АТФазы озима: растений

Рио.7.Действие линоленовой кислоты на активность 1^+-АТФазы митохондрий растений таненицы

и 160

-»- Пир.пинт -е- Пир.803

2 130

с

т 100.

О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 яихслсцс113 к-га (нсМ>

заключается в ингибировании адешш-нуююоавд-трансяокззы митохондрий активированными формами жирных кислот [Войников, 1977]. I качестве возможного объяснения активации АТФазы митохондрий Яровы: растений при накоплении жирных кислот (при гипотермии) можкс предположить низкую интенсивность процесса активации жирны: кислот, осуществляемую при участии ацил-КоА-синтетазы.

Для проверки данного предположения наш был использова] цетамифен - известный как ингибитор ацил-КоА-синтетазн в животны; тканях [Holmes, 1962; Комиссаренко, Резников, 19721. Раство] цетамифена (0.1%) инфильтрировали в ткани узлов кущения яровых i озимых растений. После инкубации (3 часа) из узлов кущени; выделяли митохондрии. Действие инфильтрированного препарата hi митохондриях яровых растений не проявилось, очевидно по то) причине, что, независимо от действия ингибитора, интенсивност: процесса активации жирных кислот у этих растений значительно ниже чем у озимых. У озимых растений инфильтрация цетамифена приводил; к значительному возрастанию активности митохондриальной АТФазы По-Еидишму, е результате ингибирования процесса активации жирны: кислот в митохондриях озимых проявились последствия эффект; разобщения, аналогичные показанным для митохондрий яровых растенк при охлаждении.

Таким образом, существенной особенностью механизма регуляцк энергообмена клеток озимых растений пшеницы является возможной ограничения АТФазной активности митохондрий путем ингиОировани аденин-нуклеотид-транслоказы активированными формами жирна кислот, накапливающихся е клетках вследствие, вызванно охлаждением, адаптивной перестройки мембранных систем.

ВЫВОДЫ

1. Между яровыми и неяровизированными озимыми растениям существуют различия в степени чувствительности немитохондриа льных АТФаз к специфическим ингибиторам АТФаз плазмалеммы тонопласта. Активность немитохондриальных АТФаз озимых не яровизированных растений более чувствительна к ингибитору АТФаз тонопласта (N0"). АТФазная активность яровых растений боле эффективно подавляется ингибитором АТФазц плазмалеммы (V0^+). Эт особенности, по-видимому, связаны с различной интенсивность транспортных процессов в плазматических и вакуолягрных мембрана клеток узлов кущения яровых и неяровизированных озимых растений.

2.В процессе яровизации озимых растений чувствительном немитохондриалыюй АТФазной активности к орто-ванадату возрастает

а к нитрату снижается. Наряду с этим, в процессе яровизации происходит смещение оптимума рН этой активности в кислую область. Очевидно, эти изменения отражают перестройку в ходе яровизации направленности и(или) интенсивности транспортных процессов на субклеточном уровне. В пользу этого свидетельствуют также изменения в процессе яровизации озимых электрофоретического спектра АТФаз.

3. Активность немитохондриальных АТФаз в узлах кущения растений, выращиваемых на свету, подвержена значительным колебаниям в течении суток. Характер этой суточной динамики специфичен для яровых и неяровизированных озимых растений и изменяется в процессе яровизации. Холодовая обработка (кратковременная для яровых и продолжительная для озимых) приводит к исчезновению различий в характере суточной динамики активности АТФаз.

4. В узлах кущения растений пшеницы функционирует механизм ингибирования немитохондриальной АТФазной активности посредством фактора белковой природы. Различие между озимыми и яровыми растениями состоит в том, что у первых действие белкового ингибитора проявляется до яровизации и усиливается при действии пониженных температур, у вторых -лишь при холодовой обработке.

5. В процессе яровизации Ьзимых растений в тканях узлов кущения возрастает концентрация ионов Са++, при этом максимальное накопление этих ионов происходит в ночное время. Наряду с этим, в процессе яровизации увеличивается уровень фосфорилированности белков хроматина - гистонов. Аналогичное изменение указанных параметров наблюдалось у неяровизированных озимых растений, обработанных 1,3-диметилксантином.

6. Митохондрии неяровизированных озимых растений обладают более низкой (по сравнению с яровыми) АТФазной активностью. Вместе с тем, активность митохондриальной АТФазы озимых значительно возрастает при обработке растений ингибитором цитоплазматического синтеза белка -циклогексимидом. По-видимому, функциональное состояние митохондриальной АТФазы озимых, в отличие от яровых растений, в большей степени регулируется цитоплазматическими факторами.

7. Митохондрлальная АТФаоа озимых растений, в отличие от яровых, эффективно ингибируотся продуктами переписного окисления липидов. Наряду с этим, ЛТФаза митохондрий озимых растений не реагирует на присутстствие экзогенной линоленовой кислоты в диапазоне концентраций 0.02-0.2 мкМ. В митохондриях яровых при указанных концентрациях экзогенной жирной кислоты АТФазная

активность возрастает. Увеличение АТФазной активности митохондр. яровых растений отмечается также при охлаждении. По-видимому, эте особенность яровых растений связана с низкой интенсивность процесса активации жирных кислот. В отличие от яровых, митохондри озимых растений, благодаря относительно высокой интенсивное! процесса активации жирных кислот, в состоянии нейтрализоват разобщающее действие последних и, таким образом, избежав избыточного расхода АТФ при холодовых нагрузках.

Список работ, опубликованных по латериалал диссертации

1. Филонченко П.А., Лебедева Г. Д. Влияние яровизации н АТФ-азную активность в узлах кущения яровой и озимой пшеницы/ Сб.научн.трудов МНШССП.Селекция, семен-во,агротехн.зерн.культур -1983. -С.82-85

2. Мазильников Г.В., Филонченко П.А. Активность перекисног окисления липидов у озимых и яровых сортов пшеницы под влияние яровизации и перезимовки//Сб.научн.тр. МНШССП. Биологич.осное повышения продукт, зерн.культур. -1985. -С.69-73

3. Филонченко П.А. Изменение суточной динамики АТФазной ан тивности в узлах кущения яровых и озимых пшениц в процессе ярови зации//Тез.2-й респ.конференции молодых ученых. -Харьков. -1986 -С.80-81

4. Филонченко П.А., Мазильников Г.В., Мельников А.Ф. Авт свидетельство СССР № 1245287. Способ получения высокобелковых фор шеницы.

5. Филонченко П.А., Волощук С.И., Мазильников Г.В. АТФазна активность несопрягающих мембран клеток узлов кущения яровых озимых растений пшеницы//Сб.научн.трудов МНШССП. Агротехн. физиолог.факторы повышения продукт.зерновых. -1986. -С.33-38

6. Филонченко П.А. Автоматический пламенный фотометр/ Перечень рационализат. прогрес.технолог.решений рекомендованны для внедрения в с.х. производство. -Киев, 1986. -С.7

7. Филонченко П.А. Действие протеолиза на АТФазную активност в тканях узлов кущения яровых и озимых растений пшеницы//СО.науч трудов МНШССП. Научн.методы повыш. урожайн.качества зерн, и корм культур. -1986. -С.75-77

8. Филонченко П.А. Участие свободных жирных кислот и проду ктов их окисления в регуляции АТФазной активности митохондрий яро вых и озимых пшениц// Бюллетень ВИР, -Ленинград, 1987. -Вып.175 -С. 9-11

-179. Филонченко П.А. Особенности функционального состояния митохондриальннх транспортных АТФаз в узлах кущения озимых и овых растений пшеницы на ранних этапах онтогенеза// Бюллетень Р. -Ленинград, 1989. -Вып.188. -G.13-15

звел Алексеевич Филонченко

ГФазные активности в узлах кущения яровых и озимых растений иеницы на ранних этапах онтогенеза

т. 220 Формат 00x84/16. Уч.-изд.л. 0,93 эдписано к печати 9.C8.I99I гола._Тираж 100

элиграфичесний участок Института теоретической физики АН УССР