Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ДЕЙСТВИЕ ФИТОГОРМОНОВ НА РАСПАД АЛЕЙРОНОВЫХ ЗЕРЕН И ЖИРОВЫХ ТЕЛ И НА ФОРМИРОВАНИЕ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР В СЕМЯДОЛЯХ ТЫКВЫ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "ДЕЙСТВИЕ ФИТОГОРМОНОВ НА РАСПАД АЛЕЙРОНОВЫХ ЗЕРЕН И ЖИРОВЫХ ТЕЛ И НА ФОРМИРОВАНИЕ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР В СЕМЯДОЛЯХ ТЫКВЫ"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИИ им. К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

ХОХЛОВА Валентина Александровна

/

ДЕЙСТВИЕ ФИТОГОРМОНОВ НА РАСПАД АЛЕЙРОНОВЫХ ЗЕРЕН И ЖИРОВЫХ ТЕЛ И НА ФОРМИРОВАНИЕ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР В СЕМЯДОЛЯХ ТЫКВЫ

(03.00.12 — Физиология растений)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва — 1973

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ им. К.-А. ТИМИРЯЗЕВА

На.правах рукописи

ХОХЛОВА Валентина Александровна

ДЕЙСТВИЕ ФИТОГОРМОНОВ НА РАСПАД АЛЕЙРОНОВЫХ ЗЕРЕН И ЖИРОВЫХ ТЕЛ И НА ФОРМИРОВАНИЕ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР В СЕМЯДОЛЯХ ТЫКВЫ

(03.00.12 — Физиология растений)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Работа выполнена в лаборатории запасных отложений и в лаборатории нуклеиновых кислот и биосиитеза белка у растений ордена Трудового Красного Знамени Института физиологии растений им. К. Л. Тимирязева АН СССР.

Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста, состоит из/введения, пяти глав, заключения, выводов и спискалшпользованной литературы, включающего 300 названий; Работа иллюстрирована 30 световыми и 94 электронными микрофотографиями, 4 графиками и 3 схемами.

Научные руководители:

доктор биологических наук - И. Н. СВЕШНИКОВА,

доктор биологических наук '

О. II. КУЛАЕВА

Официальные оппоненты:

член-корреспондент АПН, профессор П. А. ГЕНКЕЛЬ,

кандидат биологических наук, профессор Д. А. ТРАНКОВСКИИ

На официальный отзыв работа направлена в Главный Ботанический сад АН СССР.

Защита диссертации состоится бсрМЛИ-Штсс 1973 г. на заседании Ученого совета Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР.

С диссертацией молено ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « ^ >>-февраля 1973 года.

Просьба отзывы направлять по адресу: Москва, 127273, Ботаническая ул., 35, Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева, ученому секретарю, доктору биологических иаук В. И. Кефели.

На всех уровнях организации живой материи структура и функция неразрывно связаны друг с другом. Естественно поэтому, что развитие такого тонкого метода исследования структурной организации клеток, как электронная;,микроскопия, привело к тому, что биологи всех направлений стремятся сочетать биохимическое исследование процесса с анали-' зом соответствующих структурных изменений в клетках. В частности, такого рода сочетание электронномикроскопиче-ских и биохимических подходов крайне существенно при изучении проблемы гормональной регуляции физиологических процессов в растении. Исследование гормональной регуляции : у растении привлекает к себе интересы широкого круга физиологов и биохимиков,. однако, проявление действия фито; гормонов на уровне структурных изменений клеток остается до настоящего времени малоизученным. В связи с этим представлялось целесообразным выбрать в качестве основного направления работы исследование структурных изменений, . которые возникают в растительных клетках в ответ иа действие фнтогормона. _

Мы изучали этот вопрос на изолированных семядолях зрелых, семян тыквы. Такой выбор объекта был связан с тем, Что жизнедеятельность семядолей при прорастании семян регулируется фитогормоиами, поступающими в семядоли из осевых частей зародыша. Поэтому, отделенные от осевых частей зародыша, семядоли проявляют высокую чувствитель-. ность к данным извне фитогормонам (Paleg, 1960; Cohén, Paleg, 1967; Penner, Aslüon, 1966). В частности, в работах индийских ученых Банерджи и Лалорайа (Banerji, Lalo-raya, 1965, 1966) и у нас, в исследованиях А. Л. Курсанова, .О. Н. Кулаевой и Т.-П. Микулович (Курсанов, Кулаева, Ми-кулович, 1969; Kursanov, Kulajeva, Mikulovich, 1969) было показано, что рост изолированных семядолей тыквы резко ' активируется под действием цитокинина, , достигая максимальной величины при совместном действии трех фитогормо-иов: цитокинина, .гиббереллина и ауксина (Курсанов и др., 1969; Kursanov et al., 1969). Эго делает изолированные семя-

доли тыквы удобным объектом для изучения .механизма действия системы гормональной регуляции физиологических процессов у растений. г

.Цель нашей работы состояла в том, чтобы изучить структурные изменения с клетках изолированных семядолей тыквы под действием каждого из трех типов фитогормонов и при. их одновременном-действии. Работа явилась частью комплекс» .ных-исследований этой проблемы, которые проводились одновременно физиологическими, биохимическими и цитологическими методами, что позволяло осветить действие фитогормонов на структуру и функциональное состояние клеток семядолей. .*<•*

>хВвиду/того, что семядоли являются запасающим органом .семени, тыквы, но в ходе прорастания-семян они зеленеют и превращаются в фотосинтезирующий семядольный::лист, нам представлялось наиболее существенным изучить влияние фитогормонов, с одной стороны, на использование запасных веществ в клетках семядолен,-властности алейроновых - зерен и жировых тел, и, с другой -стороны,-;на"новообразование-таких ''структурных элементов клетки, как -хлоропласты, митохондрии и эндоплазматический" ретикулум. При этом особое внимание было уделено гормональной регуляции дифференциации хлоропластов.

- Работа проводилась в лаборатории запасных отложений и в лаборатории нуклеиновых кислот и биосинтеза белка у растений Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР.

Объекты и методы исследования — :

. ..Объектом для изучения действия фитогормонов на изменения тонкой структуры клеток семядолей прорастающих семян служили семядоли тыквы сорта «Мозолеевская 49». Семена замачивали в течение 5 часов в воде и затем проращивали в темной камере при 25° С. Через 72 часа проращивания с'семян удаляли оболочку, семядоли отрезали от осевой части зародыша, разъединяли и раскладывали в чашки Петри на 10 мл исследуемого раствора. В опытах были испытаны растворы следующих веществ: 6-бензиламинопурина' — БАП 10 (мг/л), гибберелловой кислоты — ГК (I мг/л), индол илуксусной кислоты — ПУК (0,01 мг/л) и сочетаний — БАП (10 мг/л).+ ГК (1 мг/л); БАП (10-мг/л) 4-ГК (1 мг/л)+ + ИУК (0,01 мг/л). Б качестве контрольного варианта служила дистиллированная водаГВзятые концентрации: фитогор-монов^проивили себя как оптимальные при-изучении действия этих веществ;на рост изолированных семядолей тыквы (Кур-санов и др., 1969; Kursanov.et.aL, 1969). В течение опыта чашки-Петри находились во влажной камере при круглосуточ-

ном освещении люминесцентными лампами.! _ЛБ—30 (13000 эрг/см2) при 25° С в условиях кондиционированной_каг. меры Станции искусственного климата. Продолжительность опыта была 120 часов. Фиксация ткани производилась в течение опыта через каждые 24 часа. Всего в "процессе изучения действия фйтогормонов на клеточную структуру семядолей тыквы было поставлено по данной схеме 5 аналогичных опытов. Исследования проводили, на ткани губчатого мезофилла. Количественный учет хлоронластов осуществляли на ткани столбчатого мезофилла. *...... . ..

Методы фиксации

Для цитологических исследований под световым микроскопом фиксацию семядолей проводили по методике Бродского (Бродский, 1966). Полученные с помощью микротома фирмы Reichert срезы (10 |i) окрашивали метиловым зеленым — пиронином (Kürnick, 1955). Препараты исследовали и фотографировали под микроскопом МБИ-6 при увеличении 7X20. ..

Для электронномнкроскопических наблюдений кусочки семядолей фиксировали несколькими фиксаторами:, . i

1. 2,5% глутаральдегидом с последующей дофиксацией 2% OsOi по методу_Гашшнга (Gunnung, 1965). ; 2. Формальдегидом в 7,5% растворе сахарозы (в отношении 1:9) с последующей тщательной промывкой материала в проточной воде и затем дофиксацией в 1% водном растворе 0s04.

3. По методу Паладе (Palade, 1952). . •1. 2% раствором КМ11О4 в 0,1% водном растворе уранил-ацетата. " ' . -

Заливку материала производили в эион. Срезы получали на ультратоме фирмы LKB—4800Л и контрастировали цитратом свинца по Рейнольдсу (Reinolds, 1963). Препараты исследовали под электронными-микроскопами УЭМВ-100В, Tesla BS-513, JEA1-5, Tesla-242E.

Сравнение картин структуры клеток семядолей, полученных с помощью всех использованных нами видов фиксаций, позволило получить более полное представление о тонкой структуре клеток запасающей ткани прорастающих семян

тыквы и ее изменениях под действием фнтогормонов. ........

Количественный учет.хлоропластов осуществляли на ткани, фиксированной нерманганатом калия. СрезыГ делали параллельно длинной оси клеток.,.Материал фотографировали на пленку с помощью „электронного микроскопа Tesla-242E при увеличении 1500 -раз. Полученные снимки проецировали на бумагу и измеряли площадь у 100 хлоропластов каждого

варианта опыта и .число хлоропластов в кадре. Полученные результаты обрабатывали статистически.

Исследование иод световым микроскопом влияния фито-гормонов на распад алейроновых зерен в семядолях

тыквы

V Клетки семядолей сухих семян тыквы почти целиком заполнены алейроновыми зернами, являющимися местом отложения запасных белков и фосфорных соединении (Холодова и др., 1963; Соболев, 1966; Прокофьев и др., 1967; Tombs, 1967; Lui Altschul, 1967 и т. д.). Поэтому мы начали работу с изучения изменений в структуре алейроновых зерен в ходе роста изолированных семядолей и под влиянием фитогормонов. - : ^

Цитологическое исследование под световым микроскопом распада алейроновых зерен в изолированных семядолях тыквы на воде и на растворах: фитогормонов показало, что он начинается с набухания -алейроновых зерен, увеличения их размера и слипания алейроновых зерен в-большие белковые массы, которые занимают основную часть объема клетки. Затем в этих белковых массах появляются оптически светлые полости. Увеличение их числа и размера приводит к распаду белковых масс на фрагменты, которые постепенно исчезают из клеток. В результате этого процесса п клетках остаются большие оптически светлые вакуоли, занимающие центральное положение. Аналогичная картина распада алейроновых зерен описана для семядолей прорастающих семян земляного ореха (Bagley et al., 1963), а также для изолированных семядолей созревающих семян льна, обработанных цитокшш-нами (Свешникова, Хохлова, 1969).

Фитогормоны ускоряют распад запасных веществ алейроновых зерен в клетках изолированных семядолей тыквы. При действии на семядоли одним фнтогормоном наибольшее ускорение мобилизации запасных веществ алейроновых зерен в клетках вызывал БЛП. ГК в меньшей степени, чем БЛП, стимулировала этот процесс. ИУК не влияла на скорость распада алейроновых зерен. Однако наибольшее ускорение этого процесса наблюдалось в случае одновременного действия на семядоли всех трех фитогормонов. Таким образом предоставление семядолям БЛП и ГК создает условие для проявления действия ИУК.

Отмеченная в наших, опытах закономерность в действии фитогормонов на использование^запасных веществ алейроновых зерен находится в полном соответствии с выявленной ранее Т. П. Микулович (Курсанов, Кулаева, Микулович, 1969) и в наших опытах! (Кулаева, Еркеев, Хохлова, Свешникова, 1972) закономерностью в действии фитогормонов на рост

г>

изолированных семядолен тыквы, который происходит главным образом за счет увеличения размера клетокл По-види- . мому гормональная регуляция роста и использования запас--ных отложении в семядолях тыквы тесно связана друг с другом. " " ■ '.*. " ' "

Так, БАП вызывал наибольшую активацию роста семядо. лей и использование в лих запасных веществ алейроновых зерен, ГК меньше активировала эти процессы, а ИУК не влияла на них," Наибольшую активацию роста семядолен и использования в них запасных веществ алейроновых зерен оказывало предоставление семядолям одновременно всех этих фнтогормонов. ..

В работах (Мнкулович, Хохлова, Кулаева, Свешникова, 1971- п Кулаева, Еркеева, Хохлова, Свешникова, 1972) М. П.'Микулович и М. И. Еркеевым было показано, что активации роста под действием фитогормона предшествует усиление синтеза в них'РНК. . • .

Более детальное сравнение действия фнтогормонов на ис? ¡пользование запасных веществ алейроновых зерен н на рост семядолей показывает, что активация роста под действием фнтогормонов обнаруживается во всех вариантах,-*: кроме тройного сочетания фнтогормонов, раньше (уже через 24 часа действия фитогормона), чем влияние их на мобилизацию запасных веществ алейроновых зерен. Конечно, это не . исключает наличия более, ранних изменений в структуре алейроновых зерен, которые не удается уловить с помощью светового микроскопа. Однако-предположительно, мы могли бы наметить следующую последовательность в действии фнтогормонов на физиологические процессы в изолированных семядолях тыквы. Фитогормоны- в первую очередь активируют синтез РНК, что приводит к усилению роста семядолей. Это в свою очередь вызывает мобилизацию запасных веществ алейроновых зерен, идущих, видимо, на синтез новых бел-: ков, необходимых для формирования структуры и становления функции растущих клеток семядолей. При этом обращает на себя внимание тог . факт, что снижение темпа роста семядолей на растворах фнтогормонов примерно совпадает по времени с окончанием мобилизации запасных веществ в их клетках. На этом основании можно предположить, что именно исчерпание запасных веществ в семядолях ставит ограничение их росту. .

В связи с изложенными данными представлялось интересным изучить, каким образом влияют фитогормоны.на фор-• мнровагше клеточных -^структур в семядолях п связи с мобилизацией запасных веществ и, в частности,-'исследовать влияние фнтогормонов на формирование внутренней структуры хлоропластов.

Электроиномикросконическое изучение влияния фитогормонов на формирование внутренней структуры :хлоропластов

Одним из наиболее существенных процессов в клетках семядолей тыквы в ходе прорастания семян состоит в развитии хлоропластов из пронластид. Мы исследовали этот процесс неизолированных семядолях тыквы и проследили влияние на него фитогормонов. -

Исследование показало,,» что формирование внутренней структуры хлоропластов. в клетках изолированных семядолей тыквы в течение 24—120 часов пребывания их на воде мало отличается ."отобычного развития хлоропластов в ходе их онтогенеза, свойственного целому ряду растений (Granick, 1955; 1961; Mühletlialer, Frey-Wyssling, 1959; Wettstein, 1959; Кислюк, Машаиский, 1965; Генерозова, 1965, 1967; Липская, 1968 и т. д.). Однако отмечается также наличие отличительных черт в структуре хлоропластов клеток изолированных семядолей,- Они заключаются в довольно слабом развитии межгранных л а мел л, связывающих граны в единую мембранную систему аппарата фотосинтеза. Это наблюдалось во все изученные сроки опыта (24—120 часов). В слабом развитии межгранных ламелл хлоропластов, по-видимому, проявлялась одна из сторон дефектности изолированных семядолей,- которые лишены связи с осевой частью зародыша, снабжающего семядоли в целом проростке фитогормонами. Однако не исключен также и тог факт, что изученный нами период роста семядолей (120 часов) оказался недостаточным для полного завершения процесса дифференциации пластид в клетках изолированных семядолей тыквы на воде. - ,

, Исследование действия фитогормонов по -отдельности и взятых вместе па хлоропласты изолированных семядолей тыквы показало, что все они оказывают значительное влияь ние на формирование внутренней структуры хлоропластов. Следует отметить, что влияние фитогормонов на развитие хлоропластов наиболее четко" обнаруживается через 72—9G часов от начала воздействия. При этом БАП оказывается фактором, стимулирующим гранообразование и общее формирование внутренней структуры хлоропластов. Кроме того, под действием БАП наблюдалось увеличение размера хлоропластов и образование проламеллярных тел в пластидах семядолей (Кулаева, Еркеев, Хохлова, Свешникова, 1972). '

Проламелляршле тела, характерные обычно для темпового,пути формирования хлоропластов (Hodge, 1956; Board-man, Anderson, 1964; Gunning, 1965; Wehrmeyer, 1967; Фрей-Висслпнг, Мюлеталер, 19G8), возникают в изолированных семядолях, несмотря надо, что семядоли находятся при непрерывном освещении! Обычно их можно обнаружить в хлоро-

пластах через 72—96 часов действия БЛП. Причины образования проламеллнриых тел в присутствии БЛП, так жё,гкак и функциональная их значимость,-до сих пор остаются не вполне ясными. В литературе известны другие немногочисленные случаи появления проламеллярных тел в пластидах на свету (Чеботарь, i960; Кпслюк, Машанскии, 1965, Steiler, Laetsch, 1969). - - :

Поскольку существенной составной частью проламеллпр-ного тела является голохром — комплекс^ белка с протохло-рофиллом (Boardman, 1962; Boardmari7-"Wndman,'* 1962; Boardman, Anderson, 1964; Kahn, 1968), а цнтокининьгстй' мулируют новообразование протохлорофнлла (Шлык, Аверина, 1969; Аверина, Шлык, 1971), эта стимуляция, возможно, и является причиной появления проламеллярных тел в семядолях тыквы под действием БЛП па свету! Однако этот вопрос требует специального изучения.

Таким образом, цнтокншш выступает в качестве эффективного-средства стимуляции формирования фотосинтетического-аппарата в семядолях тыквы. Он не только ускоряет дифференциацию хлоронластов, но приводит к значительно большему развитию в них мембранной системы по сравнению с клетками контрольных семядолей, что соответствует данным о более высоком содержании хлорофилла в семядолях, получавших цнтокшшпы (Микуловнч, Хохлова, Кулаева, Свешникова; 1971).

В отличие от цитокиннна, гиббереллнн и ауксин вызывают определенные нарушения в дифференциации 'хлоропласте в из пропластнд, а также подавляют рост и деление хлоронластов. Так, действие Г1ч на пластиды приводит к стимуляции развития в них межграпных ламелл через 72 часа и к образованию магпогран после 96-часовой обработки семядолей гиббереллнном (Хохлова, Свешникова, Кулаева, 1971; Хохлова, 1972). Изменения в структуре хлоронластов семядолей иод действием ГК аналогичны морфологическим изменениям, которые наблюдаются в пластидах ряда растении при воздействии на них хлорамфеннколом (Döbel, 1963; Маг-gulies, 1964, 1966; Srivastava et al., 1967), являющимся, как известно, специфическим ингибитором синтеза белков 70 s рибосомами, к которым относятся и рибосомы хлоронластов.

ИУК в изученной концентрации 'искажает развитие мембранного аппарата пластид, приводя к появлению в клетках семядолей тыквы хлоронластов, мембранная система которых состоит из длинных извитых ламелл, беспорядочно расположенных в строме и образующих причудливые переплетения в виде «клубков» мембран. Кроме того, ИУК. вызывает набухание у части пластид мембранной системы и стромы, что приводит к увеличению размера этих пластид. В целом

ГИУК угнетает раз~витие~хлоронластов и подавляет их рост н деление (Хохлова, Свешникова, Кулаева, ¡1971; Кулаева, Ер-кеев, Хохлова, Свешникова^" 1972)• "'""У^--л-_

Рассмотренные данные показывают, "что из трех фитогормонов, взятых в.отдельности, только цитокинин стимулирует развитие и рост хлоррпластовГВместе'с'т'ем'наилучшее-развитие внутренней "структуры"хлоропластов - и их" наибольший рост "и .деление среди изученных ^вариантов опыта достигаются "в"случае одновременного ; предоставления , семядолям всех' трех фитогормонов ;(Кулаева,' Еркёёв," 'Хохлова, Свешникова, 1972). Это , позволяет "думать, что все -три типа фито-гормонов.участвуют в регуляции "развития хлоропластов. При этом ¿для нормального протекания процесса* необходимо определенное соотношение цитокшшнов,, гнббереллииов и ауксинов, тогда как обогащение "семядолей 'лишь ауксином или гиббереллином вызывает глубокое нарушение" в >этом процессе., " . . .'.,.•.

• Установленные.нами факты.впервые показывают, что многокомпонентная гормональная; система, включающая в себя действие трех фитогормонов и ^функционирующая на уровне регуляции роста семядолей иммобилизации в них "запасных веществ алейроновых зерен,- действует.также"и.на.уровне регуляции процесса дифференциации' таких' клеточных орга-нелл, как хлоропласты.. •

В , связи с изложенным'представлялось'"важным - изучить как данные фитогормоны влияют^на, формирование структуры других клеточных органелл в. изолированных семядолях тыквы в ходе мобилизации;в-них запасных веществ.-;.

- Влияние фитогормонов^на характер использования 7 запасных веществ в клетках семядолей и формирование * • : эндоплазматической сстй, аппарата Гольджи,

* ;..........митохондрий и глиоксисом ^

" Мы исследовали" под электронным микроскопом картину использования запасных веществ^адейроновых зерен и жиро' вых тел в клетках контрольных .-.семядолей, " находившихся после изоляции 120 часов\на воде.и,развитие в клетках этих семядолей, эндоплазматнческого ретнкулума, аппарата Гольджи, митохондрий Й ГЛИОКСИСОМ. ' - 7 - .

^Исследования. показали, что клетки семядолей. набухших зрелых, семян тыквы заполнены-большим..числом алейроновых зерен и жиров ых тел, ил от) I о упакованных в клетке. Цитоплазма этих клеток^ имеет^мд^тонких," элестрошюплотных тяжей, окружающих данные^органеллы.*1' Вследствие этого другие клеточные органеллы на этих'стадиях трудно различимы. Однако все-же'удается -наблюдать в расширениях ци-

тоилазматнческих нитей митохондрии с плотным матриксом и немногочисленными кристами, а также пропластиды.

Алейроновые зерна семядолей набухших семян тыквы состоят из трех характерных компонентов: кристаллоида и глобоида, погруженных в белковый матрикс алейронового зерна, или аморфную зону. Сами алейроновые зерна ограничены одинарной мембраной. По своей- структуре алейроновые зерна тыквы идентичны алейроновым зернам целого ряда других растении (Прокофьев и др., 1968;:"Свешннкова, Хохло-ва, 1969; Jones, 1969; Buttrose, 1971) н относятся к классическому типу строения алейроновых зерен, описанному Пфеф-фером в 1872 году (Pfeffer, 1872). .Глобоид в алейроновых зернах тыквы представляет собой образование, характеризующееся упорядоченной слоистой упаковкой многочисленных телец кристаллического фитина, окруженного по периферии глобоида электронносветлой зоной. Природа этой зоны в настоящее время остается не ясной. Кроме того, глобоид имеет собственную оболочку, но ряду морфологических признаков сходную с цнтонлазматической мембраной. Это наблюдение подтверждается исследованиями других авторов (Роих, 1965; Суворов и др.; 1970; Buttrose, 1971).

Совокупность данных, полученных при различных фиксациях материала, позволила следующим образом охарактеризовать ход использования запасных отложений алейроновых зерен в контрольных семядолях тыквы, лишенных снабжения экзогенными фитогормонами. По мере гидратации семядолей алейроновые зерна набухают и увеличиваются в - размере. При этом набухает глобоид н матрикс алейронового зерна. Набухшие алейроновые зерна сливаются и образуют большие «алейроновые вакуоли», после чего содержимое этих вакуолей постепенно исчезает, а сами вакуоли приобретают электроннопрозрачный вид, занимая основной объем клеткт Распад и исчезновение отдельных - компонентов алейроновых зерен происходит с различной скоростью: первым pacTBopnJ ется аморфная зона алейронового зерна, затем кристаллоиды и последними исчезают глобоиды в вакуоли.

Следует отметить, что в процессе распада алейроновый зерен в глобоиде также происходят существенные структурные изменения. Как уже отмечалось, в процессе набухания алейроновых зерен глобоид также набухает, причем набухание затрагивает лишь периферийную электронносветлую область глобоида. В. результате этого объем этой зоны глобоида значительно увеличивается и увеличивается размер самого глобоида, тогда как объем содержимого, расположенного п центре глобоида, остается без изменения. Вслед за этим элек-тронноплотные тельца фитина распадаются на нитевидные, мелкозернистые образования, которые распределяются но всему глобоиду, а затем располагаются по его -периферии,

Н

вдоль оболочки. После этого они исчезают liглобоид становится электроннопрозрачным'(Хохлова, 1971).

Таким¿образом, алейроновые зёрна, тыквы представляют .собой органеллы со сложной внутренней^организацией и определенной последовательностью распада^ составляющих их компонентов в ходе прорастания семян. :. * » .

. Изучение процесса распада жировых тел в .изолированных ^семядолях тыквы показало,"что этот процесс начинается несколько поздней, чем. распад алейроновых, зерен и протекает как постепенное, уменьшение, размера иVчисла жиро-'вых тел. При этом, сами-жировые тела приобретают, неправильные очертания. Сходная картина мобилизации жира описана для, семян ,целого ряда растений * (Opik, 19GG; Jones, ШбЭ^МоИепНаиег, Totten, 1971 а, в). ;

. . Изучение процесса мобилизации жира;в семядолях тыквы при альдегидных или: осмийной; фиксациях выявило, что, по мере распада жировь1х"чтел, в них. появляются- электронно--.свеглые полости (или-впячивания цитоплазмы) с нитевидным

зернистым содержимым». Природа- этих-образований в настоящее, время не представляется.ясной.;:'

Процесс мобилизации ;запасных; веществ алейроновых зерен и жировых тел в .изолированных семядолях тыквы идет одновременно со -сложными процессами вторичной дифферен-цировки клеток: развитием -диктиосом, усложнением шероховатой, эндоплазматической.; сети, ..дифференциацией хлоропла-стов,. митохондрий и развитием ".глноксисом. .. Следует отметить,; что наблюдаемые-нами структурные изменения в клетках .изолированных семядолей .тыквы, происходящие в процессе' пребывания их на воде, наг свету, - аналогичны структурным изменениям, описанным.для ¿семядолей прорастающих.семян ряда других растений (Engelbrecht, Weier, 1967; Vigil,* 1970; Lott,. 1970; Lott et al„ 1970; 1971 и др.).

- Поскольку показано, что, рост изолированных. семядолей тыквы регулируется, многокомпонентной системой гормональной регуляции, включающей в себя »цнтокинин, гиббереллнн и ауксин (Курсанов и др., 1969; Kursanov et al., 1969), представлялось интересным выяснить,^как- влияют эти фитогор-моны, взятые по отдельности и при различных сочетаниях, на структурные изменения клеток,, связанные .с мобилизацией в. них запасных веществ и с процессами новообразования перечисленных выше клеточных* структур. Это представлялось 'тем более интересным, что в'литературе^имеются данные о влиянии фитогормонов на"/синтез;в'запасающих тканях .гидролитических ферментов (Paleg et, äl., 1962; 'Varner, 4964; Penner, Ashton, 1966;" Cohen; Päleg,967)-Я'

Как было^выявлено нами ранее ?под, световым микроскопом, фитогормоны-в различной 'мере ускоряют распад алейроновых зерен в клетках • изолированных, семядолей тыквы.

Электрониомнкроскоиическое исследование действия - фито-* гормонов на мобилизацию запасных веществ в клетках семядолей тыквы показало, что фитогормоны не меняют характера перестроек, наблюдающихся в структуре алейроновых зерен и жировых тел в ходе мобилизации в них запасных, веществ. При этом скорость утилизации запасных веществ жировых тел в семядолях тыквы под действием фитогормонов аналогична скорости распада в них алейроновых зерен.

, В результате проведенного нами исследованинлэбнаруже-

но, что влияние фитогормонов на развитие.'эндоплазматиче-ского ретикулума, аппарата Гольджи и глнокснсом находится в полном, соответствии с их влиянием на использование в клетках запасных веществ. Так, БАП значительно стимули-

У ровал развитие эндоплазматической сети, аппарата-Гольджи н глнокснсом. Их число в клетках, обработанных цитокпнн-ном семядолей, было значительно больше, чем в контрольных, и этому соответствовала значительная активация под действием БАП использования запасных веществ алейроновых зерен и жировых тел. Г К, которая меньше чем БАП стимулировала использование запасных веществ в клетках семядолей, в меньшей степени активировала развитие указанных органелл. ИУК не влияла на степень их развития, как не влияла и на скорость использования запасных веществ п клетках.

• Максимальное развитие эндоплазматической сети, аппарата Гольджи и глнокснсом, по сравнению с остальными вариантами опыта, происходило в клетках изолированных семядолей тыквьг, которые получали одновременно все три фито-гормона и это соответствовало наибольшей скорости использования запасных веществ в этих семядолях.

Следует отметить, что усиление развития шероховатого эндоплазматнческого ретикулума, который представляет собою сеть мембранных каналов, ассоциированных с рибосомами, происходит наряду с усилением синтеза в семядолях РНК и значительным увеличением ее содержания (Кулаева, Еркеев, Хохлова, Свешникова, 1972). Это указывает на то, что иод действием фитогормонов происходит не только увеличение числа мембранносвязанных рибосом, обусловленное ассоциацией их с каналами эндоплазматической сети, но и новообразование рибосом в клетке.

Установленные факты указывают на четкую зависимость между скоростью мобилизации запасных отложений в клетках семядолей тыквы и степенью развития эндоплазматической сети и аппарата Гольджи при воздействии на семядоли перечисленными фитогормонами..^Обнаруженная закономерность подтверждает существующее в настоящее время представление о функциональной значимости аппарата Гольджи „... и эндоплазматической сети в синтезе в них ряда гидролп-

тических ферментов, и. в ¡ мобилизации запаспых веществ в клетках (Jones, 1969). * : j.,* • Л

Фитогормоны оказывают,существенное влияние и на другие структурные элементы > клеток " семядолей. Например, 'БАП стимулирует, как^уже отмечалось, . дифференциацию хлоропластов и развитие глиоксисом- в семядолях тыквы и, кроме того,ч стимулирует дифференциацию митохондрий в" s клетках. Таким образом, БАП выступает как активный стимулятор формирования . всех j клеточных* структур в изолированных семядолях тыквыУИ;это; соответствует максимальному ускорению мобилизации-в клетках запасных веществ, которые, видимо, используются в ходе новообразования указанных- органелл. ' '.v* vc,.... у! . ».: ** ] с ГК также стимулирует дифференциацию митохондрий. п клетках семядолей. При этом,\степень дифференциации, практически, не отличалась от таковЪй в с'емядолях, получавших цитокинин. В то;Же*время:ГК, как уже отмечалось нами ранее, вызывает определенные:изменения.в процессе дифферен-циацни:хлоропластов в семядолях тыквы. Таким образом, действие. ГК - на структурную г организацию. клеток изолированных семядолей тыквы имеет свою специфику.

ИУК не ускоряет" дифференциацию митохондрий и хлоропластов, а также других органелл в клетках семядолей, но она'вызывает повышенную оводненность клеток, которая выражается в «просветлении»' цитоплазмы и в набухании мембранной 'системы и матрикса .пластид' и митохондрий. Это наблюдение находится в'соответствии с литературными данными об увеличении оводненности-клеток под влиянием ауксина (Hackett, 1952; Hackett, Humann,1952; Gautlieret, 1965;

; Предоставление изолированным семядолям тыквы одновременно трех фитогормонов: ^б-бензиламниоиурина, гиббе-• релловой кислоты и индолилуксусной кислоты вызывает максимальное, по сравнению "с действием каждого фитогормона в отдельности, развитие всех клеточных структур в семядолях и, в том числе, максимальное развитие пластид, митохондрий и глноксисом, а также наибольшее увеличение их числа в клетке,- ' : :

Таким образом, многокомпонентная система гормональной регуляции, включающая в себя^цитокниин, гиббереллин и ауксин, которая регулирует рост семядолей, участвует в регуляции мобилизации в^их клетках запасных отложений, а также в регуляции'развития в клетках таких структурных элементов, как эндоплазматическая..сеть,% аппарат Ä Гольджи, хлоропласта, митохондрии и,глиоксисомы.

выводы

1. Алейроновые зерна набухших семян тыквы состоят из характерных компонентов: глобоида, кристаллоида, окружающей их аморфной зоны и ограничивающей" алейроновое зерно одинарной мембраны. Глобоид характеризуется упорядоченной слоистой упаковкой электрошюплотиых телец фитина, Которая окружена электронносветлой зоной. Глобоид ограничен оболочкой. „ .

2. Изучена последовательность распада отдельных компонентов алейроновых зерен: первой растворяется аморфная зона, затем кристаллоид и последним глобоид. При этом глобоид претерпевает определенные структурные изменения.

3. Фитогормоны в различной степени влияют на скорость мобилизации запасных веществ алейроновых зерен и жировых тел: 6-бензиламинопурин (БАП) значительно ускоряет распад алейроновых зерен и жировых тел, не меняя при этом характер процесса. Глбберелловая кислота (ГК) ускоряет этот процесс в меньшей степени, чем цитокинин, а нндо-лилуксусная кислота.. (ИУК), взятая в отдельности, на него не влияет. Максимальное ускорение распада алейроновых зерен и жировых тел происходит при одновременном действии на семядоли цитокинина, гиббереллина и ауксина.

Обнаружена четкая корреляция в действии гормонов на рост семядолей и утилизацию запасных веществ алейроновых зерен н жировых тел.

4. Одновременно с утилизацией запасных веществ в изолированных семядолях тыквы происходит процесс вторичной Лифференцировки клеток. Он включает в себя усложнение . шероховатой эндоплазматнческой сети, .развитие аппарата Гольджи, формирование внутренней структуры хлоропластоз и митохондрий, развитие глиоксисом. -

5. Фитогормоны влияют . на . формирование внутренней . структуры хлоропластов в изолированных семядолях тыквы. Цитокинин стимулирует развитие мембранной системы хлоропластов и их рост. Гиббереллин и ауксин вызывают определенные аномалии в этом процессе и, кроме того, угнетают рост и деление пластид. Оптимальное развитие внутренней структуры хлоропластов, а также их наибольший рост и деление достигаются в случае предоставления изолированным семядолям одновременно всех трех фитогормонов. Это позволяет предполагать участие трех типов фитогормонов в регуляции развития хлоропластов.

6. Цитокинин стимулирует развитие зидоплазматической сети, аппарата Гольджп, глиоксисом и митохондрии в клетках изолированных семядолей тыквы. Гиббереллин также стимулирует развитие митохондрий и в меньшей степени других органелл. Ауксин не влияет на их развитие, но повм-

1Г»

шает оводненность клеток и набухание пластид и митохондрий. Максимальное развитие перечисленных органелл обнаруживается при одновременном-действии на семядоли цйто-кинина^ гиббереллина и ауксина. ••

•.V-Степень влияния фитогормонов на развитие эндоплазма-тической сети, аппарата Гольджи - и тлиоксисЬм соответствует степени их влияния на мобилизацию запасных веществ. ..Проделанная работа показала,"" что многокомпонентная система гормональной регуляции" физиологических процессов у , растений, включающая в* себя Ацитокинин, гиббереллин и ауксин, функционирует на уровне регуляции структурных изменений клеток изолированных! семядолей тыквы в ходе их роста-и превращения в зеленый лист. Ч*

. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ - ; V Г"" • ПО ^ТЕРИАЛ^МьДИССЕРТАЦИИ " "

. 1. Микулович Т. П., Хохлова,В. А.; Кулаева О. Н., Свешникова И. Н., 1971. Влияние 6-бензиламинопурина на изолированные семядоли тыквыг Физиол: раст. 18, 1, 98—106.

2. Хохлова В. А., 1971. Распад алейроновых зерен в семядолях прорастающих 'семян тыквы. * Физиол: раст., 18, 5, 1010—1015. ' ;

3. Хохлова В. А., Свешникова И. Н., Кулаева О. Н., 197К Влияние фитогормонов ■ на формирование структуры хлоро-пластов в изолированных-семядолях тыквы. Цитология, 13> 9, 1074—1079. ' .. ; •

. 4. Свешникова И.; Н., Болякина Ю. П., Бузулукова Н. П., Хохлова В. А., 1971; Роль, клеточных мембран в синтезе-и распаде запасного белка. Тезисы докл. на VIII Всесоюзн. , конференции по электр. микр.; 160. Москва.

5. Хохлова В. • А., :Д971.'Влияние фитогормонов на формирование тонкой структуры хлоропластов изолированных семядолей тыквы. Тезисы докл. на VIII Всесоюзн. конф. по электр. микр., 183. Москва. . - ;

.6. Кулаева О. Н.,'Еркеев М. И., Хохлова В. А., Свешникова И. Н., 1972." Гормональная; регуляция физиологических процессов в изолированных семядолях тыквы. Физиол. раст. 19,5,1923—1033. ; ,

7. Хохлова В, А.^ 1973. Алейроновые зерна в клетках запасающей ткани семян. «Атлас ультра структуры растительных клеток», Петрозаводск, 274.

Зак. 285. Тир. 250. «Знание».