Физиолого-биохимические особенности продукционного процесса гетерозисных гибридов и родительских форм Pisum sativum L.

Вайшля, Ольга Борисовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Физиолого-биохимические особенности продукционного процесса гетерозисных гибридов и родительских форм Pisum sativum L.
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Физиолого-биохимические особенности продукционного процесса гетерозисных гибридов и родительских форм Pisum sativum L."

На правах рукописи

Вайшля Ольга Борисовна

ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА ГЕТЕРОЗИСНЫХ ГИБРИДОВ И РОДИТЕЛЬСКИХ ФОРМ PISUM SATIVUM L.

03.00.12 - Физиология и биохимия растений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Иркутск - 2004

Работа выполнена на кафедре физиологии растений и биотехнологии Томского государственного университета

Научные консультанты:

доктор биологических наук

Соколов Виктор Андреевич (генетика)

доктор биологических наук

Ладыгин Владимир Георгиевич (биохимия)

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Гречаный Георгий Васильевич

доктор биологических наук Глянько Анатолий Константинович

доктор биологических наук Любимов Валерий Юрьевич

Ведущая организация:

Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, г. Москва.

Защита диссертации состоится " 2 " июня 2004 г. в 10 час. на заседании диссертационного совета Д 003.047.01 при Сибирском институте физиологии и биохимии растений СО РАН по адресу:

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 132, а/я 1243 Факс (395-2) 51-07-54 e-mail: matmod@sifibr.irk.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН.

Автореферат разослан апреля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема физиолого-биохимического обеспечения продукционного процесса растений достаточно давно привлекает внимание исследователей. В комплексной теории продукционного процесса изучалась количественная связь фотосинтеза с продуктивностью (Gifford, 1974; Быков, 1980; Ничипорович,1982; Zelitch, 1982; Гуляев, 1996; Андрианова, Тарчевский, 2000); зависимость скорости дыхания от урожая (Куперман, Хитрово, 1977; Тооминг,1984; Кумаков,1985; Amtor,1989; Головко, 1999); донорно-акцепторные отношения между фотосинтезирующими и потребляющими ассимиляты органами (Курсанов, 1976; Мокроносов, 1983; Чиков, 1987); наследование изменчивости физиологических признаков (Уоллес, 1981; Насыров, 1982; Austin et al, 1989; Молчан и др., 1996); соотношение фотосинтеза и дыхания (Ried, 1970; Семихатова, Заленский, 1982; Голик, 1990; Мамушина, Зубкова,1995). В ходе этих исследований выяснилось, что, во-первых, между интенсивностью фотосинтеза и продуктивностью корреляция часто отсутствует, и ни фотосинтез, ни дыхание не лимитируют урожай; во-вторых, очень трудно найти четкие количественные соотношения между интенсивностью этих процессов и продуктивностью потому, что их наследование носит полигенный характер, а сами они зависят от условий окружающей среды; в-третьих, стало очевидным, что потери ассимилятов в ходе дыхания - это необходимая "плата" клетки за синтез вторичных метаболитов; в-четвертых, показано, что ведущим фактором продукционного процесса является регуляция донорно-акцепторных отношений на уровне клетки, органа и целого растения.

Продукционный процесс как наиболее интегрированную функцию зеленого растения удобно изучать на модели высокогетерозисных гибридов. Проблема продуктивности тесно связана с феноменом гибридной силы, фи-зиолого-биохимический аспект которого исследовался на кукурузе (Duvick, Cassman, 1999; Hinze, Lamkey, 2003; Reif et al., 2003); пшенице (Austin et al., 1989; Кершанская, 2001; Asins, 2002); рисе (Xiao et al., 1995; Kwon et al., 2002); люцерне (Riday, Brurnmer, 2002); фасоли (Johnson, Gepts, 2002), льне, томатах и люпине (Titok, 2001); горохе (Соколов, 1989; Рыбцов, Гостимский, 1996; Vaishlya, 1998). Несмотря на успехи в изучении процессов регуляции экспрессии генов, до сих пор не разработана общая концепция, объясняющая физиолого-генетические механизмы гибридной мощности (Mac Key, 1976; Гетерозис,1987; Филатов, 1988; Шахбазов и др., 1990; Конарев, 1991).

В литературе приняты несколько гипотез, объясняющих генетические причины гетерозиса: 1) гипотеза сверхдоминирования (East, 193 6; Crow, 1948); 2) гипотеза неполного доминирования (Hallauer et al.,1988; Stuber, 1992; Crow, 1999); 3) гипотеза эпистатического взаимодействия генов (Cockerham, Zeng,1996; Johnson, Gepts, 2002); 4) гипотеза о роли компенсационного комплекса генов (Струнников, 19й4).именно дхахенехинсская

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ.

3 БИБЛИОТЕКА }

СПтрвург О» МО

причина гетерозиса была установлена на объектах, использованных в данной работе (Соколов, 1990). Считается, что полулеталъные хлорофильные мутации являются вполне адекватной модельной системой для интеграции генов. жизнеспособности в виде компенсационного комплекса генов (ККГ) в одном -генотипе, который дает при гибридизации гетерозисный эффект (Horton, 2000). Теория Струнникова постулирует, но не объясняет превосходства гибридов, поэтому важно знать, какие физиолого-биохимические системы, задействованы в формировании ККГ.

В физиологии продукционного процесса до сих пор остается открытым вопрос о механизмах взаимосвязи фотосинтеза и дыхания в ассимилирующей клетке, гормональной регуляции их соотношения и вкладе этих фундаментальных процессов в формирование зерновой продуктивности растений. Множественность взаимосвязей фотосинтеза, дыхания и ростовых процессов в значительной степени затрудняет, а в ряде случаев делает невозможным использование отдельных физиолого-биохимических показателей для оценки потенциальной продуктивности растений. В связи с этим необходим комплексный анализ причин как низкой урожайности хлорофильных мутантов, так и высокой продуктивности гетерозисных гибридов, у которых формируется более совершенный обмен веществ, оптимально сбалансированный за счет комплементации не по отдельным показателям, а по системам более высокого порядка, включающим высокоинтегрированную сеть сигнальных, энергетических, метаболических, транспортных путей и определяющим базу донорно-акцепторных отношений растения.

Цель и задачи исследования. Цель исследования состояла в разработке системного физиолого-биохимического принципа для оценки потенциала продуктивности гетерозисных гибридов и родительских форм Pisum sativum L. Для ее достижения были поставлены следующие задачи:

1. Выявить структурно-функциональные особенности фотосинтетического аппарата гетерозисных гибридов и их родительских форм.

2. Исследовать взаимосвязь фотосинтеза и дыхания в листьях нормальных, мутантных и гибридных растений гороха.

3. Изучить ростовые параметры и гормональную регуляцию продукционного процесса гибридов, мутантов и исходного сорта гороха Торсдаг.

4. Провести сравнительную оценку показателей фотосинтеза, дыхания, роста и продуктивности изученных генотипов гороха с помощью факторного и сравнительного анализа.

5. На основании полученных факторов — систем связи показателей метаболизма предложить статистическую модель, описывающую параметры высокопродуктивного генотипа гороха.

6. Идентифицировать физиолого-биохимические маркеры компенсационного комплекса генов мутанта 2004.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Гибридная мощность по зерновой продуктивности возникает в гетеро-

зиготном состоянии за счет комплементарного взаимодействия не отдельных физиолого-биохимических показателей родительских форм, а систем взаимосвязанных метаболических маркеров, обеспечивающих формирование продуктивности, поддержание гомеостаза и регуляцию основных процессов жизнедеятельности растений.

2. Низкопродуктивные мутанты гороха chlorotica сохраняют дефицит хлорофилла на всех стадиях онтогенеза, на этом фоне все физиологические системы растения проходят отбор, в результате чего формируется компенсационный комплекс генов (ККГ). Первичной причиной интеграции генов жизнеспособности в виде ККГ у мутанта 2004 является мутация chi, нарушившая синтез одного из белков реакционных центров фотосистемы I.

3. Различия в урожайности и комбинационной способности мутантов 2004 и 2014 связаны с формированием разных ККГ. В целом компенсация мутации chi на физиологическом уровне выражается в увеличении числа хлоропластов в клетке, скорости нециклического фотофосфорилирования и реакции Хилла, активации ферментов альтернативных путей фотосинтеза, цикла Кальвина, цикла Кребса, гликолиза и пентозофосфатного пути окисления углеводов. Отсутствие эффекта сверхдоминирования по активности большинства ферментов, а также переключение потока углерода в менее энергозатратные пути свидетельствует об оптимизации метаболических связей между фотосинтезом, дыханием и ростом у гибридов гороха.

4. Использованный в работе системный многотестовый физиолого-биохимический анализ позволил предложить статистическую модель показателей для объективной оценки биологической продуктивности линий гороха и сокращения сроков селекционного процесса.

Научная новизна работы. Экспериментально обоснован принципиально новый системный физиолого-биохимический подход оценки селекционного материала Pisum sativum L. на комбинационную способность. Установлены причинно-следственные связи между показателями фотосинтеза, дыхания, роста и продуктивности у высокогетерозисных Ft - гибридов и хлоро-фильных мутантов гороха. Показано, что в течение всего онтогенеза мутантов, на фоне хлорофильной недостаточности, формируется ККГ, физиологические маркеры которого идентифицированы у мутанта 2004 впервые. Выявлена физиологическая реализация универсального принципа получения эффекта гетерозиса по зерновой продуктивности: гибрид наследует от исходной формы Торсдаг нормальную структуру фотосинтетического аппарата и значения показателей из фактора "Продуктивность11, а от мутанта 2004 -значения показателей ККГ из фактора "Гомеостаз".

Научная и практическая ценность работы. Предложенный интегра-тивный принцип взаимосвязи генетических, биохимических и физиологических процессов позволяет разработать новый подход к управлению процессами формирования гетерозиса у гибридов гороха и созданию системы критериев раннего прогнозирования гетерозисного преимущества.

Статистическая модель физиолого-биохимических параметров высокопродуктивного генотипа гороха служит основой для объективной оценки исходного материала в практической селекции на гетерозис. Метаболические маркеры компенсационного комплекса генов мутанта 2004 могут быть применены в генно-инженерных технологиях при конструировании высоко-гетерозисных форм Pisum sativum L Результаты работы используются в курсах лекций по теории продукционного процесса растений.

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 45 работ. Результаты докладывались и обсуждались на Всесоюзных конференциях молодых ученых (Уфа, 1987; Петрозаводск, 1988; Минск, 1990); на I и II Всесоюзных совещаниях "Использование изогенных линий в селекционно-генетических экспериментах" (Новосибирск, 1990 и 1993), на V Международной конференции "Plant metabolism Regulation" (Varna, 1990); на II, III и V съездах Всероссийского общества физиологов растений (Минск, 1990; С-Петербург, 1993; Пенза, 2003); Международных конференциях "Photosynthesis and Photobiotechnology" и "Physical-chemical Basis of Plant Physiology" (Пущино, 1991 и 1996); на III симпозиуме "Физико-химические основы физиологии растений и биотехнология" (Москва, 1997); IV и V Международных конференциях "Регуляторы роста и развития растений" (Москва, 1997 и 1999). Международном совещании "Физиолого-биохимические аспекты изучения лекарственных растений" (Новосибирск, 1998); Keystone Symposium (USA, 1998); Всероссийском совещании "Физиология и биотехнология растений" (Томск, 1998); Международном симпозиуме "Cytokinis and Auxins in Pant Development" (Prague, 1999); "Международной конференции IPGSA "Plant Growth Substances" (Brno, 2001); II Международной конференции "Регуляция роста, развития и продуктивности растений" (Минск, 2001); Международной конференции "Photosynthesis and Crop Production"(KHeB, 2002); II Международной конференции по анатомии и морфологии растений (С-Петербург, 2002); XI Съезде Русского ботанического общества (Новосибирск-Барнаул, 2003); научных семинарах отдела молекулярной биологии НИИ биологии и биофизики Томского госуниверситета, отдела фотобиотехнологии Института фундаментальных проблем биологии РАН (Пущино); заседаниях кафедры физиологии растений Томского, С-Петербургского и Массачусеттского госуниверситетов; лаборатории гетерозиса Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск); отдела эволюционной биологии Принстонского университета (Princeton, USA); научном семинаре Сибирского Института физиологии и биохимии растений СО РАН (Иркутск).

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, изложения экспериментального материала и его обсуждения, заключения, выводов и библиографии, включающей 440 наименований, из них 163

на русском языке. Работа изложена на 275 страницах текста, содержит 54 рисунка и 74 таблицы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами изучения являлись мутанты chlorotica 2004 и 2014 (М-2004 и М-2014, личный каталог К. К. Сидоровой), индуцированные путем 12-часового замачивания семян исходного зернового сорта Торсдаг (Т) в 0,03% растворе этиленимина, а также реципрокные гибриды ТхМ-2004 и М-2004хТ. Данная мутация интересна тем, что при скрещивании М-2004 (урожай зерна 20-30% от Торсдага) с исходной формой в Ft проявляется стабильный эффект гетерозиса по семенной продуктивности (120-140% от нормы) и высоте растений, а гибриды от скрещивания линии 2014 (урожайность 2-3% от нормы) с Торсдагом не дают явления гибридной мощности.

Эксперименты проводили в течение 1987-2002 гг. на экспериментальном участке Сибирского ботанического сада (г. Томск), опытном участке Института цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск) и в открытых теплицах Института фундаментальных проблем биологии РАН (г. Пущино). Пробы отбирали с растений всех генотипов одновременно, в 9-10 часов утра, в юве-нильную фазу онтогенеза, фазу цветения и плодоношения. Для анализа использовали одно возрастные, закончившие рост листья, определяя возраст по пластохронному индексу (Сытник,1978).

Содержание пигментов определяли в 100% ацетоне (Lichtenthaler, Wellbum, 1983), спектры регистрировали на спектрофотометре "ffitachi-557" (Япония). Хроматографическое разделение хлорофиллов и каротиноидов проводили на бумаге "FN-2" (Германия) или в смеси адсорбентов на стекле (Hager et al., 1966). Содержание каждого из пигментов рассчитывали по основному максимуму поглощения: /^-каротина при 464 нм, лютеина - 446 нм, виолаксантина - 442 нм, неоксантина - 438 нм, хлорофилла "в" - 644 нм и хлорофилла "а" - 662 нм (Ладыгин, Ширшикова,1999).

Спектры излучения флуоресценции хлорофилла анализировали на установке, собранной на основе двух монохроматоров SPM-2 в области длин волн 650-800 нм с помощью самописца К-100 (Германия) при температуре +23 °С и при минус 196°С. Спектры поглощения хлорофилла и их вторые производные при комнатной температуре (23°С) записывали на спектрофотометре "Shimadzu UV-160" (Япония).

Хлорофилл-белковые комплексы мембран хлоропластов листьев гороха анализировали путем гель-электрофореза (Anderson, 1980), денситометрируя зоны при 670 нм на спектрофотометре Specord M-40. Активность фотосистем, величину светособирающей антенны и число реакционных центров фотосистемы I и II определяли в целых листьях методом ЭПР. Спектры ЭПР получали на радиоспектрометре "Рубин" РЭ 1306 (Россия) с внутренним стандартом Mn++/MgO при температуре минус 196°С (Четвериков, 1983).

Скорость фотофосфорилирования интактными хлоропластами регистрировали потенциометрическим методом по Заботину (1970) и Nichimura (1962).

Электронномикроскопическую структуру хлоропластов анализировали на тонких срезах листьев, подготовленных по Семеновой (1985) с помощью микротома LKB-Ш (Швеция), срезы просматривали на электронном микроскопе JEM-7A

СO2-газообмен изучали на инфракрасном анализаторе "Infralit-4" (Германия), О2-газообмен листьев и активность изолированных митохондрий -амперометрическим методом с помощью установки, состоящей из поляро-графа LP-7E (Чехия), самописца и термостатированной ячейки с платиновым электродом Кларка закрытого типа (Delieu, Walker, 1983).

Количественное определение редуцирующих Сахаров и сахарозы проводили микрометодом (Ермаков, 1972), содержание аминокислот - на автоматическом анализаторе «Т-339» (ЧССР), содержание малата и лактата - по Hohorst (1970), пирувата - по Czok, Lamprecht (1970); малонового диальде-гида - по Андреевой с соавторами (1988).

Активность ферментов определяли на спектрофотометрах "Specord UV-VIS" (Германия) и СФ-46 (Россия), по изменению оптической плотности реакционной среды (Гавриленко и др., 1975; Макаренко, 1988; Юзбеков, 1990). Количество гормонов изучали с помощью твердофазного иммуно-ферментного метода (Кудоярова и др., 1990; Холодарь и др., 1995).

В таблицах приведены средние значения из трех независимых экспериментов и ошибки средних. Факторный и сравнительный анализ проводили с помощью программы "Statistica 5.5 for Windows".

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА ГЕТЕРОЗИСНЫХ ГИБРИДОВ И ИХ РОДИТЕЛЬСКИХ ФОРМ

Для определения компонентов хлоропластов, нарушенных мутациями chlorotica 2004 и 2014, предстояло выяснить, изменены ли мутациями процессы биосинтеза пигментов и компоненты цепи переноса электронов в механизме фотосинтеза.

Содержание пигментов. Исследования количественного содержания хлорофиллов и каротиноидов показали, что у мутанта chlorotica 2004 накопление хлорофиллов уменьшилось на 20-25% по сравнению с исходной формой. Содержание каротиноидов снизилось в меньшей степени, всего на 1017%. Эти данные указывают на отсутствие первичной блокировки биосинтеза пигментов, но не исключают возможности нарушения у мутанта 2004 хлорофилл-белковых комплексов фотосистем. У другого мутанта chlorotica 2014 содержание хлорофилла снизилось на 40-50% по сравнению с контро-

лем. Примерно на такую же величину уменьшилось и накопление кароти-ноидов, что, вероятно, связано со вторичной частичной редукцией мембран хлоропластов, не связанной с биосинтезом пигментов и отдельных хлорофилл-белковых комплексов. В реципрокных скрещиваниях исходной формы с мутантами 2004 и 2014 у гибридов первого поколения (¥) наблюдалось восстановление синтеза пигментов до контрольного уровня в результате их гетерозиготного состояния.

Состав каротиноидов. Известно, что в организации и функционировании фотосистем хлоропластов принимают участие не только хлорофиллы, но и каротиноиды. Хроматографический анализ показал, что в отличие от исходной формы сорта Торсдаг, в листьях которой сумма хлорофиллов составляла около 80% от суммы пигментов, а сумма каротиноидов около 20%, у М-2004 относительная доля хлорофилла снизилась до 70%, а каротиноидов повысилась до 30%. Снижение доли хлорофилла обычно характерно для мутантов с нарушением пигмент-белковых комплексов. У М-2014 эти показатели составляли 75% и 25%, соответственно. Анализ качественного состава каротиноидов показал, что, в отличие от исходной формы Торсдаг, у М-2004 вдвое снижено относительное содержание каротина и увеличено накопление лютеина и виолаксантина (табл. 1, данные таблиц 1-12 приведены для юве-нильной стадии).

Таблица 1. Сумма и состав каротиноидов в листьях нормальных, мутантных и гибридных растений гороха.

Показатель Торсдаг М-2004 ТхМ-2004 М-2004хТ М-2014

Каротиноиды, сумма мкг на г сырой массы 590±25 527±13 592±19 598±21 312110

/?-каротин* 33 15 26 25 23

Лютеин 37 43 39 42 43

Виолаксантин 19 31 23 24 21

Неоксалтин 11 11 12 9 13

* - % от суммы каротиноидов

Факт уменьшения в содержании ^-каротина дает основание предполагать, что мутация cЫorotica 2004 (ген еМ), возможно, затрагивает формирование одного из комплексов реакционных центров фотосистем. Значительное накопление лютеина и виолаксантина указывает на сохранение и хорошее функционирование компонентов ксантофилового цикла и светособи-рающего комплекса ФС-И, по-видимому, не затронутых мутацией chlorotica М-2004. Далее предстояло изучить, как изменения в накоплении пигментов у мутантов сказываются на формировании различных хлорофилл-белковых комплексов и их спектральных свойствах, затрагивают ли мутации сЫошйса 2004 и 2014 непосредственно формирование комплексов ФС-1 и ФС-11.

Флуоресценция хлорофилла. Чтобы

точно знать, какие пигмент-белковые комплексы нарушены у мутантов, были проведены исследования при минус 196°С. Известно, что полосы флуоресценции хлорофилла при 681, 686 и 695 нм характеризуют присутствие в хлоропластах комплексов ССК II и РЦ ФС-П, а полосы 720, 728 и 733 нм указывают на наличие комплексов ССК I и РЦ ФС-! Полученные данные показали наличие трех характерных полос излучения флуоресценции хлорофилла как в листьях гороха дикого типа, так и в листьях мутантов 2004 и 2014, однако спектры флуоресценции хлорофилла мутантов существенно отличаются от спектра контрольных растений (рис.1). У М-2014 положение основных максимумов ФС-И при 686 и 695 нм и ФС4 при 733 нм не изменилось, но соотношение полос 733/686 нм уменьшилось от 1.5 до 1.2. Усиление свечения полос 686 и 695 нм предполагает ухудшение взаимодействия между реакционными центрами ФС-П и ФС-1 Напротив, у М-2004 сместился максимум при 733 нм до 728 нм, и в спектре флуоресценции хлорофилла резко изменилось соотношение полос свечения 728/686 нм с 1.5 до 3.0 за счет увеличения флуоресценции хлорофилла длинноволновой полосы ФС-1 Полоса свечения при 728 нм принадлежит светособирающему хлорофилл-a/b-белковому комплексу ССК I первой фотосистемы. Обычно усиление свечения этой полосы обусловлено уменьшением или отсутствием РЦ ФС-1 Для проверки этого предположения были изучены формы хлорофилла, число реакционных центров и фотохимическая активность ФСЛ и ФС-П.

Спектральные формы хлорофилла.

Низкотемпературные (-196°С) спектры поглощения хлорофилла, их вторые производные позволяют легко выявлять все индивидуальные формы хлорофилла отдельных пиг-

Рисунок 1. Спектры флуоресценции хлорофилла листьев гороха исходного сорта Торсдаг (а), мутантов 2004(6) и 2014 (в) и гибридов (г) при температуре -196°С.

мент-белковых комплексов хлоропластов или целых листьев (рис. 2).

■ - ■ ■ ■

650 700 650 700

Х,нм

Рисунок 2. Спектры поглощения хлорофилла и их вторые производные листьев гороха исходного сорта Торсдаг (а) и мутанта chlorotica 2004 (б) при температуре -196 °С

Известно, что формы хлорофилла Ь с максимумом поглощения при 649 нм и хлорофилла а при 661, 667 и 677 нм принадлежат светособирающему хлорофилл-а/£-белковому комплексу П (ССК11), а формы хлорофилла а при 661, 673 и 681 нм - светособнрающему хлорофилл-аФ-белковому комплексу I. Хлорофилл а с основной полосой поглощения при 684 нм входит в состав антенны РЦ ФС-П, а формы хлорофилла а с полосами поглощения при 690, 697 и 708 нм составляют антенну РЦ ФС-1 как у С3- , так и у С4-растений. Если у М-2014 спектр второй производной поглощения хлорофиллов практически не отличался от контрольного, то у М-2004 обнаружено значительное уменьшение максимумов при 690, 697 и 708 нм, что предполагало нарушение у него хлорофилл-а-белкового комплекса РЦ ФС-1.

Хлорофилл-белковые комплексы. Количественное содержание комплексов оценивали методом гель-электрофореза. Полученные данные показали, что в хлоропластах листьев контрольных растений гороха присутствовало два компонента ЬИ0 и ЬИХ, относящихся к ССК I (рис.3). Хлорофилл-а-белковый комплекс РЦ ФС-1 выявлялся в геле в виде одной полосы СР I. Хлорофилл-а/Ь-белковый комплекс II (ССК П) имел в гель-электрофорезе три хлорофиллсодержащие полосы ЬИ1, ЬИ2 и ЬИ3, а хлорофилл-а-белковый комплекс РЦ ФС-П был представлен в геле одной хлорофиллсодержащей полосой СР III при использовании в качестве детергента додецилсульфата натрия.

Рисунок 3. Гель - электрофорез и денситограмма хлорофилл-белковых комплексов мембран хлоропла-стов из листьев гороха мутанта 2004.

Несмотря на очень сильное отличие в накоплении пигментов, у мутантов это не привело к сильному изменению состава комплексов. Однако, учитывая неодинаковую устойчивость различных комплексов в процессе гель-электрофореза, приводящую к непропорциональному их разрушению и выходу значительного количества свободного хлорофилла, трудно было однозначно утверждать, что все наблюдаемые отличия обусловлены влиянием мутаций chlorotica 2004 и 2014. Для более точной количественной оценки наличия пигмент-белковых комплексов и функционального состояния РЦ ФС-! и РЦ ФС-П в фотосинтетических мембранах хлоропластов мутантов 2004 и 2014 необходимо было проанализировать величину антенны и число реакционных центров ФС-! или ФС-П.

Размер антенны рассчитывали по соотношению суммарного числа молекул хлорофиллов (а+Ь) к числу молекул хлорофилла Р700 РЦ ФС-1 или Р680 РЦ ФС-П. Исследование величины антенны показало, что в листьях контрольных растений гороха она изменялась в пределах 980-1100 молекул хлорофилла на один РЦ ФС4 или РЦ ФС-П в зависимости от возраста растений и яруса листьев (табл. 2).

Таблица 2. Размер антенны (число молекул Хл а) и число реакционных центров (РЦ) фотосистем в хлоропластах гороха

Показатель Торсдаг М-2004 ТхМ-2004 М-2004хТ М-2014

Размер антенны на РЦ ФСI 936±32 1821199 918±43 864±39 1216±62

Размер антенны на РЦ ФС II 1114±5 6 1301±81 975±48 929±17 1871±96

Число РЦФС1, нам2, Гх10,61 10,53 4,21 10,42 11,65 4,66

Число РЦФСII, нам2, ГхЮ16] 8,85 5,89 8,75 10,84 3,03

Отношение числа РЦФС И/РЦФС I 0,84 1,4 0,84 0,93 0,65

У мутантов 2004 и 2014 эта величина в среднем была выше и изменялась в пределах 1210-1870 молекул хлорофилла на один РЦ ФСЛ или ФС-П. Увеличение размеров антенны предполагало либо более быстрое формирование у мутантов 2004 и 2014 светособирающих комплексов I и II, либо частичную потерю комплексов РЦ ФСЛ или ФС-П.

Число реакционных центров ФС-! и ФС-П. Незначительное уменьшение в содержании хлорофилла и возрастание величины антенны в листьях М-2004 по сравнению с контрольными предполагало возможность снижения у них числа активных РЦ фотосистем. Полученные результаты подтвердили уменьшение числа реакционных центров как ФСЛ, так и ФС-П в расчете на г сырой массы и на м2 площади листьев. Следует отметить, что у этого мутанта уменьшилось число РЦ обеих ФС, однако в большей степени снизилось содержание РЦ ФС-1 Анализ числа РЦ ФСЛ и ФС-П на мг хлорофилла позволил заключить, что число РЦ ФС-П снизилось пропорционально уменьшению содержания хлорофилла, так как их число на мг хлорофилла оставалось почти прежним, как и в контроле. Эти данные предполагают, что мутация cЫoшtica 2004 первично (генетически) не нарушает процесса биосинтеза и формирования пигмент-белковых комплексов РЦ ФС-П. В то же время, число РЦ ФСЛ уменьшилось в 1.5-2.5 раза не только в расчете на сырую массу или площадь листьев, но и на мг хлорофилла, что служило прямым подтверждением генетического нарушения мутацией у М-2004 биосинтеза или формирования хлорофилл-а-белковых комплексов РЦ ФС-1

У М-2014, несмотря на некоторое увеличение размеров антенны, число РЦ ФСЛ и РЦ ФС-П изменялось одновременно и пропорционально уменьшению содержания хлорофилла. Эти данные дают основание полагать, что мутация cЫoшtica 2014 генетически не нарушает ни биосинтез белков, ни процесс формирования пигмент-белковых комплексов РЦ ФСЛ и РЦ ФС-Н. Кроме того, проведенные ранее исследования пигментов показали, что уменьшение в их содержании также не связано с генетическим нарушением цепи биосинтеза хлорофиллов или каротиноидов.

Таким образом, на основании спектральных, биохимических и фотохимических исследований мутантов гороха cЫoшtica 2004 и 2014 сделано заключение о том, что их рецессивные ядерные мутации имеют различную природу. Возможно, поэтому гибриды F1 от реципрокных скрещиваний мутанта chlorotica 2004 с линией Торсдаг дают эффект гетерозиса, а у гибридов ТхМ-2014 и М-2014хТ явление гибридной мощности отсутствует.

Ранее было установлено, что у М-2004 уменьшено накопление каротина, обычно входящего в состав РЦ фотосистем, увеличено свечение длинноволновой полосы флуоресценции хлорофилла при 728 нм, принадлежащей ССК I, смещено положение ее максимума с 733 нм до 728 нм. Все это предполагало нарушение комплекса РЦ ФС-!, на что указывало и уменьше-

ние содержания хлорофилла а с максимумами при 690, 697 и 708 им, входящих в состав антенны ближайшего окружения РЦ ФС-1 И, наконец, было получено прямое доказательство уменьшения числа реакционных центров ФС-! Следовательно, светло-зеленая окраска и снижение фотосинтеза у М-2004, в первую очередь, обусловлена тем, что ядерный ген chi, локализованный в первой группе сцепления, первично нарушает биосинтез одного из белков или формирование комплекса РЦ ФС-1.

Мезоструктура листьев. Изучение мезоструктуры листьев показало, что одной из причин хлорофильной недостаточности мутантов является уменьшение числа клеток и палисадного, и губчатого мезофилла (табл.3). Мутант 2004, имеющий ККГ, частично компенсирует это увеличением числа хлоропластов в обоих типах клеток, что в итоге не приводит к такому резкому, как у М-2014, снижению числа хлоропластов в единице ассимилирующей поверхности. Очевидная обратная зависимость между числом и объемом клеток тканей у М-2004 явно нарушена в отношении палисадной ткани, чей вклад в фотосинтез составляет 70-90% (Мокроносов, 1978).

Таблица 3. Показатели мезоструктуры листьев гороха.

Показатель Торсдаг М-2004 ТхМ-2004 М-2004хТ М-2014

Число клеток, х103/смг П 530±20 340±10 550±20 540±30 360±20

Г 810±40 580±30 980±40 970±50 580±20

Объем клетки, х103 мкм3 П 21+1,2 13±0,2 1б±0,8 18±1,5 24±1,4

Г 8+0,5 10±0,6 9±0,4 8±0,8 10±0,7

Число ХП в клетке П 18±0,5 25±1,7 19±0,6 20±1,1 17±0,4

г 10+0,2 15±0,8 10±0,1 13+0,9 10+0,2

Число ХП, млн/см3 п 9,5±0,3 8,5±0,6 10,5±0,5 10,8±0,4 6,1±0,1

г 8,1 ±0,2 8,7±0,4 9,8±0,3 12,6+0,6 5,8±0,1

КОХ, мкм-5 п 1137 490 812 728 1382

г 770 637 870 585 970

П - палисадная ткань, Г - губчатая ткань, КОХ - коэффициент объёма хлоропласта

Результаты о повышенном числе губчатых клеток на единицу площади листа у гибридов хорошо согласуются с увеличением у них интенсивности транспирации на 70% против исходной формы, снижением устьичного сопротивления для СО2 в 2 раза и повышенным количеством устьиц. Изменения в насыщенности клетки фотосинтезирующими органеллами и их разный объем привели к изменению показателя КОХ - коэффициента объема хлоропласта, то есть того объема клетки, который "обслуживается" одним хлоропластом. Так, у низкопродуктивного мутанта значение КОХ высокое и в столбчатой, и в губчатой ткани. У М-2004 и гибридов выявлена совершенно противоположная тенденция: значение КОХ здесь снижено в 2-3 раза в обо-

их типах клеток, что дает возможность предполагать у М-2004 и гибридов увеличение числа биохимических превращений в единицу времени.

Ультраструктурная организация хлоропластов Исследования структурной организации мембранной системы хлоропластов листьев гороха показали, что в клетках столбчатой паренхимы контрольных растений присутствовало большое число хорошо развитых тилакоидов, которые формировали от 22 до 35 гран, включающих от 2 до 26 тилакоидов, или в среднем 1015 тилакоидов на одну грану и около 28 гран на срез хлоропласта. Хорошо развитая система тилакоидов была обнаружена и в хлоропластах клеток губчатой паренхимы листьев контрольных растений гороха. По числу гран на хлоропласт эти ткани почти не различались. Обычно на один срез хлоропласта приходилось от 20 до 37 гран, а в среднем 26 гран. Однако в губчатой паренхиме граны, как правило, были крупнее по размерам и включали от 5 до 40 тилакоидов или в среднем около 20 тилакоидов на одну грану.

В листьях мутантов 2004 и 2014 параллельно с уменьшением в накоплении хлорофилла происходило нарушение формирования мембранной системы хлоропластов. В хлоропластах палисадной и губчатой паренхимы М-2004, как и ожидалось, выявилось значительное недоразвитие межтранных участков тилакоидов (рис.4).

Рисунок 4. Структурная организация хлоропластов листьев мутанта 2004, показывающая значительную редукцию межгранныхуча-стковтилакоидов. Увеличение: х70000 Обозначения: г - грана, ог - осмиофильные глобулы, ох - оболочка хлоропласта, рц - рибосомы цитоплазмы

Нарушения развития мембран хлоропластов наблюдалось как в столбчатой, так и в губчатой паренхиме листьев. Формирование мембран пластид происходило в основном за счет гранальных тилакоидов. Число гран на срез

хлоропласта увеличивалось, а их размеры и число тилакоидов на одну грану уменьшались в сравнении с контрольными. В губчатой паренхиме иногда наблюдалось образование макрогран с более высоким, чем в норме, числом тилакоидов. Образование макрогран в светло-зеленых листьях М-2004, по-видимому, обусловлено преимущественным сохранением пигмент-белковых комплексов РЦ ФС-Н, участвующих в слипании (stacked) тилакоидов при формировании гран.

Данные, полученные на М-2004, подтвердили локализацию ФС-I в меж-гранных участках тилакоидов. Кроме того, установлено, что потеря комплексов реакционных центров ФС-I приводит не только к редукции меж-гранных участков, но и к разрушению латеральной ориентации тилакоидов в хлоропластах. Эти результаты являются хорошим подтверждением предположения (Semenova, 2001) о том, что уплощенную структуру и пространственную ориентацию тилакоидов определяют белок-белковые взаимодействия комплексов ФС-I, локализованных на внешней, стромальной, половине мембраны.

Фотохимическая активность хлоропластов. Одним из важнейших показателей энергетической эффективности растений на свету является скорость синтеза АТФ в процессах фотофосфорилирования. Данные об уменьшении числа реакционных центров фотосистем у мутантов предполагали изменение скорости первичных реакций фотосинтеза. Так, в изолированных хлоропластах М-2004 скорость переноса электронов по циклическому пути снижалась в 3 раза по сравнению с контролем на ювенильной стадии (табл.4) и в фазе цветения, а к концу онтогенеза была на уровне контрольной линии. Этот факт хорошо согласуется с обнаруженными у этого мутанта нарушениями в структуре РЦ ФС I. Показано, что в палисадной ткани активнее работает ФС I, а в губчатой - ФС II (Maroty, 1976). Возможно, замедление скорости циклического фотофосфорилирования у мутантов связано не только с изменением тонкой структуры фотосинтетического аппарата, но и с уменьшением числа палисадных клеток в единице площади листа.

Таблица 4. Фотохимическая активность хлоропластов листьев гороха

Показатель | Торсдаг | М-2004 | ТхМ-2004 М-2004хТ | М-2014

Циклическое фотофосфорилирование, мМ АТФ / кг Хл-с

99,7±5,0 | 31,1±0,3 | 120,б±5,8 125,0±3,3 | 34,7±2,5

Нециклическое фотофосфорилирование, мМ АТФ/кг Хл-с

| 91,4±2,2 161,1±3,9 | 114,4±4,5 107,8±3,1 | 190,6±5,3

Скорость реакции Хилла, мМ Феррицианила / кг Хл-с

!58,6±4,7 | 176,1 ±5,0 | 208,3±7,8 232,2±6,1 | 174,4±4,7

Отношение Р / 2е

| 0,58 | 0,91 | 0,55 | 0,47 1 1,Ю

Скорость нециклического фотофосфорилирования в хлоропластах мутантов превышает контрольные значения также в ходе всего вегетационного периода. Вероятно, это компенсация в ответ на снижение циклического фотофосфорилирования с целью поддержания пула фотосинтетического АТФ на высоком уровне. Ранее уже была показана высокая концентрация АТФ в хлоропластах мутантов (Полищук, 1989). Возможно также, что вредный эффект мутации, проявляющийся в уменьшении числа реакционных центров, вызвал компенсационное изменение работы оставшихся центров таким образом, что у мутантов возникла структура реакционного центра, рассчитанная на максимальное число оборотов. Анализ способности пластид к выделению кислорода в реакции Хилла выявил ее увеличение у гибридов и мутантов на ювенильной стадии и в фазе цветения, к концу онтогенеза этот показатель в хлоропластах мутантов падает. Это наблюдение получено двумя методами - рН-метрическим и амперометрическим и объясняется активной работой комплексов фоторазложения воды в условиях двухкратного увеличения скорости нециклического потока электронов.

Функциональная активность листьев и хлоропластов. При насыщающей интенсивности света исходный сорт Торсдаг характеризовался высокой скоростью ассимиляции углекислоты (табл. 5). Мутации chlorotica приводили к снижению скорости поглощения СО2 в листьях М-2004 на 25-30 % и в листьях М-2014 на 45-47% по сравнению с исходной формой сорта Торсдаг при расчете на г сырой массы и дм2 площади листьев.

Таблица 5. СО2- и О2 - газообмен листьев гороха: фотосинтетическая активность при насыщающей интенсивности света (300 Вт/ м2)

Показатель Торсдаг М-2004 ТхМ-2004 М-2004хТ М-2014

Максимальный фотосинтез, мкмольСО?/ мг хлорофилла • мин

0,86±0,03 0,51±0,01 1,2±0,04 0,95±0,03 0,59±0,0 1

Максимальный фотосинтез, мкмольС02/ г сырой массы • мин

4,5+0,12 2,2±0,09 6,3 ±0,28 6,1 ±0,21 1,8±0,04

Фотосинтез единичного хлоропласта, Ю"10 мкмольС02/хлоропласт • мин

15,9 10,3 25,6 24,9 12,2

Скорость выделения 02, мкмоль 02 / мг хлорофилла • мин

0,89±0,03 0,91+0,01 0,83±0,04 0,88±0,03 0,95±0,0 1

Скорость выделения 02, мкмоль 02/г сырой массы • мин

4,4±0,12 4,2±0,29 4,3±0,28 4,1 ±0,21 4,4±0,24

При расчете на мг хлорофилла мутантные растения поглощали СО2 приблизительно на 30% меньше по сравнению с контролем. Для гибридов первого поколения характерно повышение фотосинтетической активности хлоропластов.

Это выражалось в увеличении скорости фиксации СО2 приблгаительно на 18% при расчете на мг хлорофилла по сравнению с исходной формой сорта Торсдаг.

Для характеристики фотосинтетической способности листьев в широком диапазоне интенсивностей света были проанализированы световые кривые фотосинтеза (рис.5). Для М-2004 и М-2014 установлено снижение квантовой эффективности фотосинтеза на 29-30% по сравнению с исходной формой сорта Торсдаг. Напротив, у гибридных растений в квантовая эффективность фотосинтеза повышалась в 1,5-2 раза, по сравнению с контрольной, и была в 2-3 раза выше, чем у мутантов.

Рисунок 5. Световые кривые фотосинтеза исходного сорта Торсдаг, мутантов и гибридаМ-2004хТорсдаг.

Таким образом, обсуждаемые результаты свидетельствуют о том, что эффективность использования световой энергии у мутантных растений могла быть лимитирующим звеном в процессе фотосинтеза. Она не лимитировала, а усиливала фотосинтез гибридных растений в что могло быть одной из причин ускоренного роста и повышения продуктивности, обуславливающих их гетерозис. Низкие значения фиксации СО2 при насыщающей интенсивности света, могли быть связаны либо с низкой скоростью диффузии СО2 внутрь листа, обусловленной числом и размерами устьиц, либо с уменьшением поверхности клеток мезофилла и числом хлоропластов. Оба этих фактора могли привести к падению удельной активности карбоксили-рования. Кроме того, у мутанта 2014 значительно меньше активность глице-ральдегидфосфатдегидрогеназы (ГАФДГ). которая также может снизить скорость метаболизма углерода в цикле Кальвина (81еЬке й а1., 1991).

Известно, что в условиях замедления ростовых процессов большая часть энергии дыхания тратится на процессы поддержания (Семихатова, 1987). Они имеют энергетические приоритеты, и лишь часть ассимилятов используется на ростовые процессы. В данном случае соотношение главных энергетических процессов - фотосинтеза и темнового дыхания может играть основную роль в процессах роста и накопления запасных веществ растениями гороха. Величина отношения темновое дыхание/фотосинтез у исходной формы и гибридов была ниже, чем у мутантов, что свидетельствовало о

более эффективном использовании ассимилятов этими растениями по сравнению с линиями М-2004 и М-2014.

Ферментативная активность. Показанное ранее преимущество гибрида по интенсивности транспирации и низкому устьичному сопротивлению (Соколов, 1988) предполагало более благоприятные условия диффузии СО2 к карбоксилирующим центрам и увеличение интенсивности фотосинтеза у гетерозисного гибрида. Действительно, по световым кривым видно, что уже при низких уровнях освещенности у гибрида и, в меньшей степени, у мутантов начинается процесс фиксации углекислоты. Это можно объяснить активацией реакции карбоксилирования в цикле Кальвина, которая регулируется активностью рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы и скоростью регенерации акцептора СО2 - рибулозобисфосфата (Caeramerer, Farquhar, 1981). Исследование ферментов во фракции хлоропластов показало, что активность РБФК/О оставалась высокой, почти в два раза больше контроля, на протяжении всего онтогенеза, например, на ювенильной стадии (табл. 6).

Таблица 6. Активность ферментов в хлоропластном компартменте листьев гороха, Е на 1 мг белка

Фермент Торсдаг М-2004 ТхМ-2004 М- 2004хТ М-2014

РБФК/О 5,5+0,23 10Д±0,35 б,1±0,25 9,7±0,46 8,9±0,47

НАДФН-ГАФДГ 24+1,42 73±2,57 42±4,01 38±4,53 10±1,81

ФЕПК 0,52+0,01 0,75+0,04 0,59±0,02 0,73±0,04 1,0б±0,07

НАДФ-МДГ 2,1 ±0,08 9,0±0,11 3,2±0,06 8,6+0,17 4,4±0,12

НАДФ-МЭ 0,6±0,03 1,2±0,05 0,7±0,02 1,1+0,03 1,0+0,03

Известно, что ГАФДГ является важным ферментом восстановительного пентозофосфатного пути и катализирует ключевую реакцию восстановления 3-фосфоглицериновой кислоты до 3-фосфоглицеральдегида. Для работы ГАФДГ необходимо достаточное количество НАДФН и АТФ, поэтому этот фермент в большей степени, чем другие энзимы, зависит от функционирования первичных реакций фотосинтеза. Мутант 2004 характеризуется повышенной активностью всех изучаемых ферментов фотосинтетического метаболизма углерода. Судя по активности РБФК/О, ГАФДГ, ФЕПК, по-видимому, потенциальная карбоксилирующая способность высока у обоих мутантов, но у М-2014 она не может быть реализована из-за дефицита фотопродуктов.

У С3-растений фермент ФЕПК чаще всего активен при избытке в хлоро-пластах фотосинтетического восстановителя и работает как в хлоропласт-

ном, так и в цитоплазматическом компартментах, катализируя включение СО2 в состав фосфоенолпирувата с образованием ЩУК. У Сз-растений активность пластидной ФЕПК ниже активности РБФК/О, и фермент несет лишь анаплеротическую функцию. Достаточно высокая активность ФЕПК у мутантов, скорее всего, обусловлена субстратным активированием эндогенной СО2 из реакций темнового дыхательного метаболизма, сродство к которой у этого фермента намного больше, чем к экзогенной углекислоте. Как правило, низкая скорость циклического фотофосфорилирования обусловлена низким содержанием в хлоропластах НАДФ. Возможно, это связано с активной работой НАДФ-зависимых хлоропластных МДГ и МЭ.

Таким образом, у низкопродуктивных мутантов гороха снижение фотосинтетической активности связано с уменьшением числа хлоропластов в единице площади листа, замедлением скорости поглощения СО2 и выделения О2 и снижении числа РЦ обеих фотосистем. У М-2004 это сопровождается серьезными нарушениями в структуре РЦ ФС I и редукцией аграналь-ных тилакоидов: мутация гена chi первично нарушает биосинтез одного из белков или формирование комплекса РЦ ФС I. Компенсация мутации гена М происходит как увеличение скорости НЦФФ, реакции Хилла, увеличение числа хлоропластов в палисадных и губчатых клетках, повышении скорости работы ферментов цикла Кальвина и альтернативных путей фотосинтеза. Первичный эффект мутации сЫогсЛюа у М-2014 не установлен, хотя показано ослабление взаимодействия между комплексами ФС I и ФС II. Пропорциональное снижение всех параметров у М-2014 вторично и обусловлено снижением содержания хлорофилла на 50%. Максимальная скорость потенциального фотосинтеза гетерозисных гибридов гороха обеспечена большим насыщением хлоропластами единицы площади листа и увеличением скорости поглощения СО2 одним хлоропластом.

ВЗАИМОСВЯЗЬ ФОТОСИНТЕЗА И ДЫХАНИЯ В ЛИСТЬЯХ

НОРМАЛЬНЫХ, МУТАНТНЫХ И ГИБРИДНЫХ РАСТЕНИЙ

ГОРОХА

Изучение фотосинтетического аппарата мутантных растений показало, что, несмотря на уменьшение содержания хлорофилла, числа реакционных центров фотосистем, нарушения ультраструктуры хлоропластов, замедления скорости циклического транспорта электронов, тем не менее активность ключевых реакций цикла Кальвина сохраняется высокой. В этом случае возникает вопрос, какие процессы в клетке могут поставлять дополнительные субстраты и энергетические эквиваленты, обеспечивающие нормальную работу цикла? Источником СО2, АТФ и восстановителя, вероятно, может являться дыхание. В условиях лимитированного фотосинтеза у хлорофильных мутантов усвоение углерода, скорее всего, сбалансировано через изменение работы энзиматических систем и размера пула метаболитов как наиболее чувствительных индикаторов изменения метаболизма. Эти рассуждения по-

зволили сформулировать рабочую гипотезу о том, что для формирования высокой продуктивности гетерозисные формы растений должны обладать не только повышенными значениями и фотосинтетических, и дыхательных показателей, но и большим сопряжением этих фундаментальных процессов.

Изучение дыхательного газообмена на целых листьях показало, что поглощение О, в пересчете на г сырой массы, протекает более активно, чем в контрольном варианте, только у М-2014. Если пересчитать этот показатель на мг хлорофилла, то выясняется, что и у М-2004, и у М-2014 поглощение кислорода происходит более интенсивно, чем у Торсдага. По СО2-газообмену целых листьев максимальной скоростью дыхания обладают гибриды, в пересчете на грамм сырой массы, а в пересчете на мг хлорофилла - и гибриды, и М-2014. Митохондрии активно "дышат" в клетках листьев мутантов и гибридов, особенно М-2004, а в клетках корней митохондрии активно поглощают О2 только у М-2004, причем в пересчете на мг белка. Интересно отметить, что, судя по выделению СО2 го листьев М-2004, дыхание у него должно протекать менее интенсивно, чем у исходного генотипа и М-2014. Однако активная работа ферментов гликолиза, цикла Кребса и повышенная скорость поглощения О2 митохондриями свидетельствуют об интенсивной работе реакций дыхательного метаболизма. Это несоответствие у М-2004, несущего компенсационный комплекс генов, можно объяснить тем, что дыхательный СО2 не выделяется из листьев, а служит эндогенным источником углекислоты, определяющим повышенную скорость работы РБФК/О, ключевого фермента цикла Кальвина.

Таблица 7. Активность ферментов в общем гомогенате листьев гороха,

Е на 1 г сырой массы

Ферменты Торсдаг М - 2004 ТхМ-2004 М-2004хТ М-2014

ГАФДГ-НАД 71,1±0,8 108,3±1,4 87,3±2,4 134,7±3,3 7,5±0,2

МДГ- НАДФН2 9,7±0,2 3,8±0,1 12,5±0,7 7,3±0,1 9,3+0,3

МДГ-НАДИ: 229,5±8,3 173,4±7,1 249,7±5,0 34б,3±2,9 247,б±7,6

МДГ-НАД 66,т,6 75,7±2,4 83,0±0,8 84, б±1,6 54,8±1,1 -

ИДГ-НАД 1,8±0,03 6,7±0,19 1,6±0,04 1,9±0,06 1,1 +0?05

МЭ-НАДФ 23,6±0,9 15,9±0,1 1,9±0,03 15,8±0,9 11,2+0,7

ИДГ-НАДФ 5,8±0,2 10,7±0,3 9,9+0Д 11,1±0,5 8,5±0,2

ГДГ-НАДФН 3,3±0,1 40,3±1,4 18,7±0,б 13,9±0,4 1,9±0,06

АДГ-НАД 165,8±7,2 14б,б±б,9 159,б±5,8 149,4±6,4 102,4±3,б

АДГ-НАДН 1235137 869±2б 134б±42 1308±31 761+18

ЛДГ-11АД 10,7±0,2 9,3±0,1 11,4±0,3 9,6±0,4 28,4±0,9

Пероксидаза 42,9±2,8 43,8±1,1 49,5±1,9 41,4±1,5 60,9±2,7

Известно, что ни гликолиз, ни окислительный пентозофосфатный путь (ОПФП) и цикл Кребса не отключаются полностью в ассимилирующих клетках растений (Lambers, 1985; Gardestrom, Edwards, 1985; Raghavendra et al., 1994; Kroraer, 1995; Plaxton, 1996). Исследование ключевых ферментов темнового дыхательного метаболизма выявило (табл. 7), что М-2004 и гиб-

риды имели высокую, по сравнению с Торсдагом, активность НЛДФ-ГФДГ (маркер ОПФП), НАД-ГАФДГ и пируваткиназы (маркеры гликолиза), НАД(Ф)-ИДГ и НАД-МДГ (маркеры цикла Кребса). У гибридов наследование уровня активности цитоплазматических НАДФ-ИДГ и НАДФ-ГФДГ, как и числа хлоропластов в клетке, происходит по материнской линии (табл. 8).

Таблица 8. Активность дыхательных ферментов ( Е на мг белка) в различных компартментах листьев гороха

Ферменты Торсдаг | М-2004 ТхМ-2004 | М-2004хТ | М-2014

Митохондриальиый компартмент

НАД-ИДГ 4,3+0,11 12,3+0,93 10,6+0,84 6,8+0,31 2,7+0,12

НАДФ-ИДГ 7,5+0,35 1б,1±0,61 17,0+0,41 10,2+0,20 7,0+0,14

НАД-МДГ 78+1^4 149+6,09 126+8,12 97+2,96 270+9,23

НАД - МЭ 0,91+0,03 1,08±0,04 0,82+0,06 0,69+0,02 3,10+0,09

Цитоплазматический компартмент

НАДФ-ИДГ 17+0,51 36+1,27 20+1,63 34+0,83 27±0,96

НАДН-МДГ 35+1,54 182+7,37 195+6,74 199+7,96 105+4,85

НАДФ-МЭ 5,8+0,24 7,2+0,31 6,9+0,28 7,0+0,41 10,9+0,39

НАД-ГАФДГ 12+0,83 37+1,46 23+1,12 19+0,92 5,7+0,22

НАДФ-ГФДГ 3,9+0,21 11,8+035 6,3+0,17 10,2+0,23 18,2+0,49

ФЕПК 1,2+0,08 2,4+0,13 1,5+0,07 2,0+0,08 1,8+0,09

ПК* 0,6+0,02 1,1+0,03 0,8+0,02 1,0+0,02 0,4+0,01

Ядерный компартмент

НАД-ИДГ 1,3±0,03 2,1+0,05 1,5±0,01 2,0+0,02 3,3±0,06

НАДФ-ИДГ 4,1+0,12 10,8+0,35 5,8±0,17 7,6+0,23 3,5+0,19

НАД-МДГ 35±1,36 66+3,95 51+3,82 69+3,67 19± 1,26

НАДФ-ГФДГ 0,4+0,01 0,8±0,02 0,6+0,02 0,9±0,03 0,3±0,01

ПК 0,03±0,01 0,05±0,02 0,04±0,01 0,05±0,02 0,03±0,01

* ПК - пируваткиназа

Полученные результаты свидетельствуют о том, что ферментативная составляющая дыхательной функции митохондрий, ядра и цитоплазмы у М-2004 и гибридов изменена таким образом, что способствует синтезу и экспорту большего количества НАД(Ф)Н, чем у исходной формы Торсдаг.

Одновременное увеличение активности НАДФ-ИДГ во всех компар-тментах обеспечивает в клетках гибрида и М-2004 увеличение как биосинтеза НАД(Ф)Н, так и его непрямой перенос из митохондрий и ядра в цитоплазму, при этом более высокая активность цитоплазматического фермента способна сбалансировать эти процессы (Douce, Neuburger, 1989). Данная реакция, возможно, компенсирует недостаток пула НАДФН2 фотосинтетического происхождения вследствие двух-трехкратного снижения числа реакционных центров фотосистемы II в хлоропластах мутантов.

Исследование цитоплазматической пируваткиназы, основного "темново-

го" фермента, поставляющего вторую часть "восстановительной силы" (АТФ), показало явную корреляцию её активности с ростом возможностей биосинтеза НАД(Ф)Н в митохондриях (г=0,94 и 0,99 по отношению к уровням активности митохондриальных НАДФ- и НАД-изоцитратдегидрогеназ). Увеличение потенциала биосинтеза ФЕП из 3-ФГК у М-2004 при более высокой активности ГАФДГ позволяет обеспечить повышенную активность пируваткиназы. С этой стороны, М-2014 значительно отличается относительной сбалансированностью между сниженной функцией катаболической НАД-зависимой ИДГ и пониженными возможностями темнового биосинтеза АТФ. При этом уменьшение биосинтеза АТФ у М-2014 резко диссонирует с повышенными возможностями процесса биосинтеза ФЕП из 3-ФГК и активностью РБФ-карбоксилазы в сравнении с исходной формой Торсдаг. Однако явно низкая активность ГАФДГ играет ключевую роль в цепи образования ФЕП из 3-ФГК и, видимо, поэтому потенциально высокие возможности "темнового" образования АТФ не могут быть реализованы в полной мере. В этой связи повышенная активность ФЕП-карбоксилазы в цитоплазматиче-ской фракции в силу выше названных причин вряд ли может быть реализована у М-2014 in vivo.

В литературе известно существование фосфоенолпируватного шунта (Plaxston, 1996). Шунтирование пируваткиназы позволяет использовать для дыхания в митохондриях ФГК, образующуюся в цикле Кальвина. В нашем случае это подтверждается тем, что скорость цикла Кребса на свету возрастает у мутантов. Физиологическое значение этой реакции у С3-растений определяется введением ФГК через енолазную реакцию в гликолиз и далее в цикл Кребса, что позволяет клетке увеличивать энергообмен и дает дополнительные акцепторы, усиливая тем самым синтез аминокислот. Отток некоторого количества ФГК из хлоропластов в клетках низкопродуктивного М-2014, вероятно, обусловлен тем, что скорость восстановления СО2 до углеводов лимитирует не карбоксилазная реакция, а восстановительное звено цикла Кальвина, где используется НАДФН и АТФ фотохимических реакций.

Кроме ацетил-КоА, конечными продуктами гликолиза могут быть этанол, лактат, аланин, при этом активности лактат- и алкогольдегидрогена-зы сопоставимы с активностью других ключевых ферментов в зеленых листьях растений, что связано преимущественно с повышенным содержанием НАДН в клетке (Даффус, 1987). Максимальные количества лактата обнаружены в клетках низкопродуктивного М-2014 на ювенильной стадии и в фазе цветения (табл. 9). Так, содержание молочной кислоты у М-2014 более чем в два раза превышает контроль, в противоположность М-2004 и гибридам. Значения этого показателя положительно коррелируют (г=0,92) с активностью лактатдегидрогеназы, восстанавливающей пируват в лактат за счет НАДН, что согласуется с интенсивной работой НАДН-зависимых дегидро-геназ цикла Кребса, для работы которых необходима быстрая регенерация НАДН в конечных реакциях гликолитического пути окисления углеводов.

Преимущественная активация ЛДГ, а не АДГ у М-2014, вероятно, объясняется тем, что у него создается в клетке избыток восстановителя, и цепь реакций, идущая через этанол, не активируется, а регенерация НАД идет по более короткому, лактатдегидрогеназному пути.

Таблица 9. Содержание органических кислот в листьях гороха,

мкмоль на 1 мг белка

Кислота, компартмент Торсдаг М - 2004 ТхМ2004 М2004хТ М-2014

Лактах, цитоплазма 123+0,3 9,1 ±0,2 9,7±0,2 8,5±0,1 28,7±1,1

Пируват, цитоплазма 17,3±0,2 58,9±2,6 5б,4±1,2 63,8±1,9 14,4±0,5

Малат, цитоплазма 27,9±1,2 29,1±1,0 1б,1±0,5 18,3±0,6 50,3±1,2

Пируват, ядра 8,3±0,2 5,1+0,1 7,9±0,3 4,7±0,1 7,8±0,2

Малат, ядра 12,5±0,4 20,4±1,3 15,3±0,4 19,8±1,1 6,7±0,3

Пируват, хлоропласты 4,1+0,1 12,8±0,3 5,б±0,1 15,(±1,2 8,7±0,1

Малат, хлоропласты 10,2±0,3 2б,7±1,2 12,9±0,4 30, (±1,5 16,4±0,8

Малат, митохондрии б,! ±0,2 12,8±0,б 54,5±0,5 7,5±0,2 21,9±1,3

Сниженная активность НАД-ГАФДГ, наряду с повышенной активностью ФЕПК, объясняют снижение содержания крахмала и увеличение концентрации серина, аспартата и малата в листьях М-2014. Отрицательная корреляция содержания аланина, аспартата и малата с зерновой продуктивностью (г=-0,91; -0,90 и -0,98) может быть объяснена более интенсивным метаболизмом этих веществ, одним из первых продуктов превращения которых является пируват. У М-2014 наблюдали явную несбалансированность процессов образования и потребления ИАД(Ф)Н. Низкая скорость ключевой реакции в образовании НАДН (низкая активность НАД-ИДГ) вступает в противоречие со значительными возможностями его метаболизма (активность НАДФ-ИДГ, НАД-малик-энзима и МДГ) в митохондриях. В ядерной фракции выявлена прямо противоположная картина, свидетельствующая о более высокой скорости окислительных процессов и образовании избытка НАДН. Это приводит, вероятно, к невозможности реализации потенциала отдельных реакций у М-2014 и нарушению метаболизма аспартата, малата и пирувата, важнейших органических соединений, находящихся на стыке ка-таболического и анаболического направлений метаболизма клетки.

Маркерным ферментом, определяющим отвлечение углеводов в фосфог-люконатный путь, является глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, В литературе продолжительное время считалось, что на свету активность ГФДГ снижается в силу возрастания соотношения фотосинтетических НАДФН/НАДФ, являющегося аллостерическим регулятором этого фермента. Исследования последних лет выявили, что клеточная активность ГФДГ высока и около 3035% ее общей активности локализовано в хлоропластах. Предполагают, что смысл работы ГФДГ состоит в поддержании оптимальной фотохимической активности хлоропластов через соотношение НАДФН/НАДФ и 6-фосфоглю-

конат, контролирующий две реакции цикла Кальвина. Судя по активности этого энзима, начальные этапы ОПФП активно функционируют в листьях мутантных и гибридных растений. Вероятно, ГФДГ, как ключевому ферменту ОПФП, принадлежит важная роль в формировании гетерозисного преимущества.

В работах Chapman и Osmond (1974), Larsson (1979) было установлено, что метка из органических кислот цикла Кребса поступает в цикл Кальвина. Происходит это не только за счёт реассимиляции выделенной из карбоксила меченой углекислоты, но и путём прямого переноса углеродных скелетов: две оксикислоты, образованные в ЦТК, поступают в хлоропласт и участвуют в реакциях переаминирования и синтеза аминокислот соответствующих семейств. Для того, чтобы стабилизировать работу цикла Кребса, его терминальная цепочка превращений от малата до оксалоацетата должна идти с определённой скоростью, соответствующей скорости образования или подтока ацетил-КоА в цикл. Избыток яблочной кислоты в этом случае должен выводиться из цикла трикарбоновых кислот, обеспечивая определённый пул щавелевоуксусной кислоты. Особенно значительной оказалась активность ферментов терминального участка цикла Кребса НАД-МДГ и НАД-МЭ в митохондриальном компартменте у низкопродуктивного М-2014, обеспечиваемая в три раза более высокой, чем у Торсдага, концентрацией малата.

Повышение количества пирувата в цитоплазме М-2004 и гибридов наряду с низким уровнем аланина свидетельствует о преимущественном превращении в сторону образования С3- кетокислот. Обычно часть ФГК транспортируется в цитоплазму из-за недостатка восстановителей и превращается либо в глюкозу, либо в амино- и кетокислоты. Поскольку у мутантов удельная скорость работы реакционных центров ФС II повышена, то восстановление НАДФ, проводимое фотосистемой I, у них может быть более высокое, чем в норме, из-за сопряженности работы обеих фотосистем. Но количество самих центров у мутантов значительно снижено, поэтому, скорее всего, в хлоропластах есть дефицит восстановительных эквивалентов. Дополнительный вклад в образование большого пула НАДФН у М-2004 и гибридов вносят НАДФ-зависимые ИДГ и МДГ, работающие в различных компартментах клетки. Повышение содержания малата в хлоропластах этих линий может стимулировать работу НАДФ-МДГ, что приводит к утилизации ФГК в хло-ропластах и увеличению чистой продуктивности фотосинтеза.

Обнаруженные у мутантов гороха функциональные нарушения фотосинтетического аппарата - структурные изменения в хлоропластах, изменения в работе темнового метаболизма углерода, вызывают снижение образования Сахаров (табл.10). Показано, что в этом случае регуляция процесса фотосинтеза осуществляется на генетическом уровне (Yu, 1999; Sherson et al., 2003) и может происходить за счет накопления Сахаров и крахмала в хлоропластах, по типу обратной связи (Jiao, Grodzinski, 1996; Pcgo et al., 2000). В листьях и мутантных, и гибридных растений содержание сахарозы и редуцирующих

Сахаров меньше, чем в контроле, что, вероятно, связано с быстрой их утилизацией в дыхательных реакциях.

Таблица 10. Содержание углеводов в листьях нормальных, мутантных и гибридных растений гороха, мг на г сырой массы

Показано, что у гибридов число и размер губчатых клеток больше, чем у контрольного генотипа. В палисадной ткани в основном синтезируется крахмал и белок, а в губчатой - сахароза. Губчатая паренхима также в большей степени специализирована на транспорт ассимилятов из листа. Возможно, повышенное в хлоропластах гибридов содержание крахмала связано с обнаруженным ранее повышением числа хлоропластов у гибридов именно в губчатых клетках, а также с формированием больших макрогран, состоящих из 25- 40 тилакоидов. Активная работа фотосинтетического аппарата наряду с повышенным оттоком ассимилятов в растущие органы объясняет повышение содержание крахмала и понижение уровня сахарозы в листьях гибридов. По-видимому, формирование базы отношений донор-акцептор у гибридов происходит на более высоком метаболическом уровне, увеличивающем число биохимических превращений в единицу времени и в итоге - зерновую продуктивность. Отношение суммы сахарозы и редуцирующих Сахаров к сумме органических кислот маната, пирувата и лактата, больше единицы у высокопродуктивных гибридов, минимально у низкопродуктивного М-2014 и примерно равно единице у Торсдага. Вероятно, преобладание среди фото-ассимилятов менее восстановленных продуктов, чем сахара, в листьях М-2014, является одной из причин его низкой урожайности.

Таким образом, изучение дыхательного метаболизма в листьях нормальных, мутантных и гибридных растений гороха показало, что основные его этапы не только не отключаются в ассимилирующей клетке, но и активно работают. Если у М-2014 значительная часть Сахаров отвлекается в более короткий ОПФП, то у М-2004 активно работают и гликолиз, и ОПФП. Если у М-2004 гликолиз функционирует до терминальных реакций, то у М-2014 включаются реакции, шунтирующие пируваткиназу, что позволяет далее направлять пул углерода в реакции брожения для быстрой регенерации НАДН, необходимого в качестве кофактора дыхательных дегидрогеназ. Цикл трикарбоновых кислот у М-2004 активно работает как в окислительном, так и в амфиболическом направлении, а у М-2014 его пропускная спо-

собность ограничена. Полученные результаты позволяют охарактеризовать М-2004 как объект, обладающий комплексом высоких потенциальных возможностей не только фотосинтетических, но и темновых дыхательных реакций, протекающих в ядре, митохондриях и цитоплазме. Однако явно сниженные параметры пигментной системы не приводят к росту продуктивности растений М-2004.

Для гибридов гороха в целом характерны промежуточные, между родительскими формами, уровни активности дыхательных ферментов. В клетке гибридного растения, видимо, создаётся новый уровень обмена веществ и донорно-акцепторных отношений между фотосинтезом и дыханием, определяемый нормальной структурой фотосинтетического аппарата контрольных растений и снятием системы ограничения со стороны дыхания, наследуемыми от мутанта 2004. Кроме того, гибриды переходят на менее энергоемкие, более выгодные с биохимической точки зрения, реакции. Например, к замедлению реакции превращения ФГК в ФГА, преимущественному переходу ассимиляции ионов аммония с глутаминсинтетазного пути на глутаматде-гидрогеназый, на менее "трудоемкие" для клетки реакции, катализируемые малик-энзимом и НАДФ-ИДГ, которые, помимо восстановителя, являются источником СО2 в клетке.

РОСТ, ГОРМОНЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ

Известно, что интеграция метаболических процессов включает дополнительные гены, контролирующие распределение всей массы ассимилятов между различными органами растения и между различными физиолого-биохимическими процессами (Уоллес, 1981). Гетерозисные гибриды можно рассматривать как естественные модели высокой продуктивности, где процессы образования органического вещества оптимальным образом сбалансированы с его использованием в процессе роста растений. На макроуровне распределение ассимилятов оценивается как отношение веса хозяйственно ценных частей растения к общему весу растения: это показатель "индекс урожайности", тесно связанный (г=0,95) с зерновой продуктивностью изученных линий гороха (табл.11).

Изучение процесса развития растений гороха показало, что кривая роста хлорофильных мутантов отклоняется от кривой S-типа, характерной для нормальных растений, а кривая роста гибридов иллюстрирует их гетерозис-ное преимущество (Рис.6). Ростовой анализ позволяет сравнить динамику формирования количественной продуктивности различных генотипов растений. О глубокой депрессии процесса развития мутантных растений, связанной с нарушением метаболизма, свидетельствуют результаты изучения относительных показателей роста - скорости увеличения ассимилирующей поверхности и чистой продуктивности фотосинтеза (рис.7). Высокопродуктивные гибриды, начиная уже с 10-дневного возраста, практически сразу после прорастания, превосходили исходную линию по величине листовой

поверхности и накоплению сухого вещества в надземной части. Таблица 11. Оценка продуктивности хлорофилькых мутантов, гибридов и

Преимущество гетерозисных гибридов по величине и продолжительности деятельности ассимилирующей поверхности, за счет высоких темпов

нарастания и низких - отмирания листьев, было показано ранее в ряде работ (Гетерозис, 1987; Кершанская, 2001). Интересно, что к концу онтогенеза гибриды и мутант 2004 резко снизили скорость нетто-ассимиляции, а Торсдаг и М-2014 - повысили. Несмотря на то, что по показателю чистой продуктивности фотосинтеза М-2014 имел минимальные среди изученных генотипов значения на протяжении всего онтогенеза, после стадии цветения по параметру суммарной площади листьев он начинает превосходить линию 2004. Это можно объяснить высоким уровнем АБК у М-2004 и высоким содержанием ИУК у М-2014 на последних этапах онтогенеза. Замедление роста му-тантных форм гороха, вероятно, обусловлено снижением скорости ассимиляции СО2 в процессе фотосинтеза и повышением интенсивности ее выделения в процессе темнового дыхания.

Известно, что фотосинтез участвует в реализации генетических программ развития растений путем синтеза веществ с гормональной активностью. Поскольку фотосинтетическая функция у мутантов нарушена, логично предположить, что их гормональная регуляция отличается от таковой у родительских форм. Считается, что эндогенная регуляторная система гормонов растений полифункциональна и через внутриклеточные мессенджеры клетки транслирует внешние сигналы, управляющие продукционным процессом растений. В клетке или ткани растений всегда работают одновременно и группы стимуляторов (ИУК, цитокинины, гиббереллины), и ингибиторов ростовых процессов (АБК, этилен), поэтому важно знать их соотношение. Изучение гормонального статуса показало, что мутация М привела к изменению содержания и баланса фитогормонов в листьях мутантных линий по сравнению с исходным генотипом Торсдаг.

Сильная депрессия скорости удлинения междоузлий у мутантов объясняется более низким, чем у контрольной линии, соотношением свободных форм (ИУК+ЦК)/АБК и ГК/АБК в ювенильной стадии онтогенеза. Эти же параметры для конъюгированных форм у них, наоборот, значительно выше, что свидетельствует о высокой скорости выведения активных форм гормонов-стимуляторов из метаболизма низкорослых генотипов. В фазу цветения, в момент, определяющий урожайность, низкопродуктивный мутант 2014 характеризуется максимальным значением баланса как свободных, так и связанных форм, что, тем не менее, не позволяет ему увеличить длину междоузлий. Однако при этом суммарная площадь листьев и скорость нетто-ассимиляции у него оказывается выше, чем у М-2004, несущего ККГ. На ювенильной стадии развития содержание свободной формы ивдолилук-сусной кислоты максимально у гибрида и минимально - у мутанта 2004 (табл. 12). При этом уровень физиологически активной ИУК в листьях мутанта 2014 почти такой же, как у гибрида, но количество связанной формы этого гормона почти в 10 раз больше. На стадии цветения ситуация меняется: у гибрида активные формы ИУК переходят в коньюгированную форму, а у мутантов, напротив, обнаруживается высокий уровень свободной ИУК. К

концу онтогенеза, когда ростовые реакции замедлены, у изученных генотипов уменьшается общее количество всех форм ИУК, а связанные формы доминируют.

Таблица 12. Содержание фитогормонов в листьях гороха, нг/ г сырой массы

Фитогормоны | Тосдаг | М-2004 | ТхМ2004 | М2004хТ | М-2014

Свободные формы

Индолилуксусная кислота 13,710,75 5,23±0,40 30,210,86 25,6±0,81 24,7±0,21

Зеатин 8,2210,31 7,50±0,27 16,4+0,72 20,3 ±0,29 0,41 ±0,02

Изопентениладенин 1,4210,06 5,38±0,03 4,65±0,02 3,11±0,02 3,10±0,09

Гиббе-рел- ЛИ11Ы ГКм 1,12±0,03 4,83±0,15 3,62±0,14 4,98±0,13 3,12±0,07

гк4„ 4,55±0702 5,51 ±0,25 6,12±0,28 6,51±0,32 2,80±0,15

ГК, 2,42±0,03 1?43±0?75 1,59±0,08 2,37±0,11 1,40±0,6б

Абсцизовая кислота 2,33+0,06 3,8410,12 1,90±0,05 2,47±0,06 2,9310,09

Связанные формы

Индолилуксусная кислота 14,3±0,64 38,6±1,93 7,80±0,51 21,5±0,42 76,913,29

Рибозид-зеатин 3,81±0,12 6,7310,35 2,40±0,11 1,89±0,07 3,5210,13

Гиббе- рел- лины: гк,+} 2,15Ю,31 1,64±0,78 2,54±0,82 2,63±0,12 2,45±0,12

гк4,7 2,27±0,11 6,02±0Д4 5,86±0,24 4,95±0,14 3,6010,15

ПС, 2,4] ±0,03 0,67±0,02 2,10±0,09 2,43±0,05 1,32+0,45

Абсцизовая кислота 4,90±0,16 3,5б±0,11 5,31±0,19 5,75±0,13 1,8210,03

Распределение количества ИУК по растению меняется в зависимости от генотипа. Так, например, для свободных форм ИУК показано, что у Торсдага количество этого гормона постепенно падает с нижнего яруса листьев до верхнего, почти в три раза. У М-2014 выявлено девятикратное увеличение концентрации ИУК в нижнем и верхнем листе, но небольшое, меньшее в 4-5 раз, чем в этих листьях, количество ИУК в средних ярусах. Та же зависимость характерна у М-2014 и для связанных форм ауксинов. Возможно, у этого мутанта нарушен транспорт ИУК по флоэме проводящей системы вследствие отсутствия рецептора ИУК, либо из-за пониженной активности ферментативной системы, выводящей лишние количества ИУК из обмена.

Низкопродуктивный мутант 2014 отличается самым низким уровнем зеатина в ювенильную стадию, а высокопродуктивный гибрид - самым высоким, по сравнению с Торсдагом. Обращает на себя внимание факт четырехкратного увеличения количества зеатина у гибрида в решающую для урожая семян фазу цветения и сохранение этой тенденции до конца онтогенеза. Рибозидзеатин является транспортной формой зеатина и, несмотря на то, что этот цитокинин относят к связанным формам, в биотесте на семенах ширицы он показывает высокую биологическую активность. Самое низкое содержание этого цитокинина обнаружено у гибрида ТхМ-2004 в ювениль-

ном периоде и фазе цветения, самое высокое - в фазу цветения у М-2004, несущего ККГ. Для изопентиладенина показан максимально высокий уровень у М-2004 и гибрида ТхМ-2004 в начальное время развития, но в фазу цветения его содержание у М-2004 резко падает, а у гибрида остается высоким и далее, в фазе плодоношения, также снижается. У М-2004 в нижней части растения содержание зеатина максимально, а в верхней - минимально. Поскольку все известные цитокинины синтезируются в корнях растений, возможно, у М-2004 нарушен процесс передвижения этой группы фитогор-монов по проводящей системе, хотя транспортная форма зеатина - его рибо-зид, в достаточно высоких концентрациях достигает верхнего листа. У гибридов выявлена совершенно противоположная картина и для зеатина, и для рибозидзеатина. Самый низкопродуктивный мутант 2014 имеет и самое низкое содержание цитокининов.

Данные по уровню гиббереллинов позволяют говорить о наличии определенной связи между группой свободных форм ГК4+7 и высотой гибридных растений на ювенильной стадии (г=0.98). Подобные данные были получены на кукурузе (Rood, 1990). На стадии цветения содержание свободной формы ГК4+7 у гибридов резко снижается, также как и группы ГК9, а у мутантных растений уровень этих гормонов сохраняется высоким. Если у исходной линии, гибридов и М-2014 количество ГК1+3 уменьшается по направлению от нижних листьев к верхним, то у М-2004, несущего компенсационный комплекс генов, в верхнем листе, наоборот, содержание ГК1+3 максимально. Такая же тенденция прослеживается и для группы ГК4+7, причем в верхнем листе самое большое содержание свободных и связанных форм этой группы показано для гибридов и М-2004. В фазе цветения среди всех изученных линий М-2004 и гибрид ТхМ-2004 имели почти трехкратное повышение, по сравнению с исходной формой, увеличение активности свободных форм ГК1+3 и ГК4+7. При этом в средней и верхней части гибридных растений ТхМ-2004 группа свободных форм ГК4+7 проявляла высокую активность на фоне низкого (1,2 нг на г сырой массы) содержания этих гормонов.

Интересно отметить, что повышение уровня зеатина и свободных форм ГК1+3 в листьях гибридных растений, начиная со стадии цветения и до конца онтогенеза, совпадает с повышенным содержанием АТФ (Полищук, 1989). В литературе есть данные, подтверждающие этот факт: цитокинины и гиббе-реллины усиливают сопряженность транспорта электронов с циклическим и нециклическим фотофосфорилированием (Якушкина, Похлебаев, 1982). С физиологической точки зрения это наблюдение не является неожиданным, так как для растений в общем характерна интенсификация метаболизма на стадии цветения, поскольку закладка и формирование генеративного аппарата являются наиболее энергоемкими процессами. В целом, данные по количеству ИУК, ГК и цитокининов позволяют заключить, что гибриды обладают, по сравнению с другими изученными вариантами, более сильным аттра-гирующим сигналом, что и приводит, вероятно, к повышению оттока асси-

милятов в репродуктивные органы.

В ювенильную фазу, когда в развитии растений явно доминируют гибриды, уровень активных форм абсцизовой кислоты у них снижен, но при этом активные формы переводятся в связанное состояние для дальнейшего выведения из метаболизма целого растения. Низкорослые мутанты на начальных стадиях роста характеризуются ингибирующим рост высоким уровнем свободных форм АБК и низким уровнем - связанных форм. К стадии цветения у гибридов активных форм АБК очень мало, у мутанта 2004 уровень этой группы повышен, что объясняет более раннее наступление старения этой линии. Несмотря на то, что у мутанта 2014 содержание и свободных, и связанных форм АБК невелико, он тем не менее сильно отстает по ростовым показателям, вероятно, за счет невысокого уровня гормонов-стимуляторов. Минимальные количества свободной АБК на стадии плодоношения позволяют гибриду поддерживать низкие темпы отмирания листьев. Если у Торсдага часть пула АБК находится в коньюгированном состоянии, то у мутанта 2004 с ККГ - наоборот, почти вся АБК переведена в активные формы. В створках бобов мутантной формы 2014, характеризующейся наиболее продолжительным онтогенезом, накапливается самая маленькая, из всех обнаруженных, концентрация свободных и связанных форм АБК, 0,7-0,8 нг на грамм сырой массы. У высокопродуктивных гибридов количество свободной АБК уменьшается по мере приближения к верхним ярусам, а у М-2014 - наоборот, увеличивается.

Хорошо известны синергетические и антагонистические связи между гормонами, определяющие гормональный статус целого растения. Так, действие АБК снимается цитокининами и ауксинами, гиббереллины специфически активизируют ауксиновый обмен, ИУК увеличивает экспрессию генов, кодирующих ферменты биосинтеза цитокининов, показаны антагонистические связи между АБК и гиббереллинами, этиленом и ИУК (Дерфлинг, 1985). Известны также связи между гормонами в зависимости от места и пути их синтеза: система АБК/гиббереллины связана с шикиматным путем в хлоропластах листьев и зависит от интенсивности фотосинтеза, система ИУК/этилен связана с метаболизмом мевалоновой кислоты и оказывает влияние на листья главным образом из других тканей.

Изучение гормонального баланса позволило заключить, что, во-первых, гетерозисные гибриды на ювенильной стадии развития характеризуются максимальными значениями отношений свободных форм (ИУК+ЦК)/АБК и ГК/АБК. При этом родительские генотипы существенно различаются по этим показателям. Во-вторых, к стадии цветения у гибридов падает уровень активных форм ИУК при увеличении ЦК, что является причиной ускорения заложения и развития боковых почек. В-третьих, поддержание высоких значений параметра ГК/АБК в течение всего онтогенеза позволяет гибридам сохранять высокие темпы роста на всех стадиях. В-четвертых, увеличение соотношения свободных форм (ИУК+ЦК)/АБК и резкое его уменьшение для

связанных форм при переходе от ювенильной стадии к фазе цветения приводит к снижению показателей биологической продуктивности мутантов. Ге-терозисные гибриды характеризуются противоположной зависимостью, существенной для интенсивности ростовых процессов, в итоге определяющих большую площадь листьев, биомассу и урожай зерна.

ФАКТОРНЫЙ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА ГИБРИДНЫХ РАСТЕНИЙ И РОДИТЕЛЬСКИХ ФОРМ

Анализ средних значений изученных показателей не позволяет выявить детальную картину их взаимосвязей, тем не менее очевиден их функциональный характер. Для выяснения внутренней структуры взаимосвязей между физиологическими параметрами изогенных линий гороха были проведены следующие этапы факторного анализа данных.

Этап 1. Для каждого генотипа была сформирована выборка по 5 измерений на каждый из 246 параметров (переменных), из которых 85-фотосинтетические, 70-дыхательные, 91-показатели роста и продуктивности. На основе этих данных была составлена выборка, суммарная по всем пяти генотипам (два мутанта, два гибрида и исходная форма Торсдаг). Таким образом, для каждой переменной объем выборки составил 5x5=25, а общий объем суммарной выборки - 25x246. Затем как для суммарной выборки, так и для выборок по отдельным генотипам были рассчитаны корреляционные матрицы. Из анализа этих матриц следует, что исследуемая выборка богата статистически значимыми связями.

С целью исследования систем связи в выборке был применен факторный анализ, позволяющий выявить группы линейно связанных между собой переменных. Такие группы связности называются факторами, при этом используется следующее линейное многомерное представление факторов:

Ъ = а»• V, + а2!• У2 + а*• У3 +.......+ а№• УМ) где

фактор, переменная, - факторная нагрузка к-ой пере-

менной в 1-ом факторе, коэффициент корреляции к-ой переменной с 1-ым фактором. В алгоритме факторного анализа факторы ортогональны, то есть коррелировать между собой не могут. На «вход» факторного анализа подается корреляционная матрица, «выход» факторного анализа: факторы и их факторные нагрузки.

Этап 2. Результаты факторного анализа исследуемых выборок показали, что, во-первых, во всех пяти выборках в отдельности, на основе корреляционных матриц, из 246 показателей выделяется только по четыре значимых фактора, или четыре системы связности. Во-вторых, факторы в суммарной выборке и в выборках отдельных генотипов между собой не коррелируют, а значит, они отражают разные системы связняр«¥1тД?фичщюа'ЭТ'е'Т«> являются

РОС. НАЦИОНАЛЬНА« I

БИБЛИОТЕКА <

СПемрбург I

ОЭ ЮЗ «гг I

следующие обстоятельства. В суммарной выборке изменения параметров главным образом определяются изменениями всех генотипов, от низко- до высокопродуктивного, а в выборках отдельных линий вариации параметров лежат в области нормы реакции каждого генотипа. На рис.9 по оси ординат отложены все вариации урожайности изученных генотипов, а по оси абсцисс - все вариации по количеству связанных форм АБК. На этом рисунке и далее показаны также линии регрессии той или иной зависимости.

1Э0

140

^ 100

Б0

-20

гсаПегрЫ (АЦ_ БТА 247»*25с) у=-55593+31 ДВЧ+ерз

ворсдаа гибриды

< /^2004

М-2014

05 15 25 3,5 45 5.5

Количество связанных форм АБК, нг на 1 г сырой массы

Рисунок 9. Зависимость урожая зерна от количества связанных форм АБК в листьях изученных генотипов гороха.

Полученная прямая зависимость говорит о наличии сильной связи между параметрами урожайности и количества АБК у всех линий гороха, и о том, что сам показатель уровня АБК входит в систему фактора 1 "Продуктивность".

Этап 3. Так как системы связей внутри суммарной выборки иные, чем системы связей внутри каждого отдельного генотипа, на основе суммарной выборки по пяти генотипам (п=25) был также проведен факторный анализ. В данной системе выбранных генотипов были рассчитаны и получены опять четыре системы связности, показывающие, что взаимосвязь физиологических параметров, вошедших в эти системы, не случайна и имеет явный биологический смысл, отражающий некие биологические принципы интеграции основных физиологических функций растительного организма.

Из всех показателей, вошедших в группу каждого из четырех факторов,

были отобраны только те, которые имеют факторную нагрузку (размерность коэффициентов корреляции) больше 0.75, что при данном объеме выборки соответствует уровню значимости более 0.95. Обнаруженные факторы объясняют более 95% общей дисперсии исследованных показателей, что свидетельствует о достаточной полноте анализа.

Анализ алгоритмов групп связанности позволил интерпретировать факторы следующим образом. Фактор 1 "Продуктивность" обозначен так потому, что сюда вошли такие показатели с положительными факторными нагрузками, как урожай зерна, чистая продуктивность фотосинтеза, число бобов на растение, число выполненных семян, число клеток в единице ассимилирующей поверхности, число реакционных центров, максимальный фотосинтез в расчете и на хлорофилл, и на площадь листа, фотосинтез единичного хлоропласта. В фактор 1 вошло также много других показателей, но большинство из них имеет положительные нагрузки, что свидетельствует о том, что они "работают" на поддержание продуктивности растений. Обращает на себя внимание также то, что в первый фактор вошли в основном параметры с положительными факторными нагрузками, а фактор 2 характеризуется в основном отрицательными нагрузками.

Фактор 2 назван "Гомеостаз" так потому, что этот термин наиболее адекватно отражает систему связности физиолого-биохимических показателей, вошедших в эту систему. Например, а) все гормональные соотношения стимуляторов и ингибиторов имеют отрицательную связь с фактором 2 (г=-0.97 для показателя (ИУК+ЦК)/АБК), то есть чем больше это отношение, тем некий нарушающий равновесие внутренний фактор работает меньше, и наоборот; б) параметры площади третьего и четвертого листа (г=0.90 и 0.86), а также всех представленных вариантов изучения АБК (г=-0.91), обратно коррелируют по отношению друг к другу. Поскольку АБК тормозит развитие и рост листа, система связи показателей фактора 2, возможно, определяется неким процессом, ингибирующим ростовые реакции - это может быть, например, старение; в) отрицательные факторные нагрузки одновременно имеют и такие показатели, как размер антенны ФС II (п=-0.79), активность пероксидазы (г=-0.76), глутатионредуктазы (г=-0.81). Известно, что именно фотосистема II, с работой которой сопряжен комплекс фоторазложения воды, индуцирует образование активных форм кислорода, в обезвреживании которых как раз и принимают участие пероксидаза и глутатионредуктаза; г) та же зависимость прослеживается для таких показателей, как объем палисадной клетки (г= -0.78) и коэффициент объема хлоропласта в палисадной клетке (г= -0.79), которая объясняет сильную, отрицательную же, корреляцию активности лактатдегидрогеназы (г= -0.97) с фактором системы связи 2; д) интенсивность дыхания, измеренная по выделению СО2 из целых листьев, имеет факторную нагрузку 0.80 и означает, что чем сильнее дыхание, тем активнее работает фактор 2. Известно, что именно дыхательный метаболизм поставляет клетке АТФ, восстановитель и низкомолекулярные соединения

для репарационных нужд, для поддержания различных структур в условиях, когда фотосинтетический обмен лимитирован по тем или иным причинам. Другими словами, фактор 2 назван Томеостаз" потому, что его показатели характеризуют совокупность сложных приспособительных реакций, направленных на устранение или максимальное ограничение действий различных факторов внешней или внутренний среды, нарушающих динамическое постоянство внутренней среды растительного организма.

Фактор 3 определен как "Регуляция", потому что включает отношение АТФ/АДФ (использованы данные Полищук, 1989) и 12 показателей количества, активности и соотношения фитогормонов из 21 параметра, вынесенного в систему связей физиологических показателей фактора 3. Сюда также вошли такие показатели дыхания, как скорость поглощения кислорода целыми листьями. Это можно объяснить тем, что интенсивность дыхания косвенным образом связана с ростом, поскольку хорошо известны сильные связи между этими двумя процессами и то, что многие группы фитогормонов образуются в дыхательных реакциях.

Этап 4. Далее были построены зависимости между факторными нагрузками первого фактора "Продуктивность" из общей выборки генотипов и средними значениями физиологических показателей этого же фактора отдельных генотипов (рис. 10-11). Вся выборка из 246 переменных для каждого генотипа была стандартизирована по формуле = (Х; — х)/5, где х - это среднее определенного параметра из 25 значений этого же параметра общей выборки генотипов, - это среднее этого же параметра из выборки конкретного генотипа, - среднеквадратическое отклонение.

Ч ЭсаНефЫ (МЕАМАЦ-БТА (9Л46с)

* у=-0даэ+1.059"»+«р5

Л 2 -ОН -0.4 0.0 0,< 03 1,2

Факторные нагрузки показателей фактора 1 "Продуктивность* из общей выборки генотипов

Рисунок 10. Корреляционная диаграмма средних значений параметров фактора 1 для гибрида ТхМ-2004 и факторных нагрузок показателей фактора 1 из общей выборки генотипов.

Корреляционные диаграммы строились на основе создания пар связности для гибридов следующим образом. Каждая из точек на рисунке имеет две координаты: по оси ординат - среднее значение определенного параметра одного, из гибридов из фактора 1 "Продуктивность", по оси абсцисс - факторная нагрузка этого же параметра этого же гибрида, взятая из фактора I суммарной выборки всех изученных генотипов.

2саПегр1о( (MEAN.AU-ЭТА 19у-246с) у=-0,014-1 Я14'1*ер«

• 2,5

X О

3 1.5

| 05

■0,5

£ -15

.. . .....

^^^^ ......

-1? -0.8 -0,4 0.0 04 ОД и

~ Факторные нагрузки показателей фактора 3 'Регуляция' ю общей выборки генотипов

Рисунок 11. Корреляционная диаграмма средних значений параметров фактора 3 для Торсдага и факторных нагрузок показателей фактора 3 из общей выборки генотипов.

После анализа таких корреляционных диаграмм обнаружены нетривиальные линейные зависимости между факторными нагрузками факторов суммарной выборки и стандартизованными средними значениями параметров выборок конкретных генотипов. Так, гибриды М-2004хТ и ТхМ-2004 показывают сильную положительную линейную связь с фактором "Продуктивность" (рис. 10); генотип «Торсдаг» - сильную отрицательную связь с третьим фактором "Регуляция" (рис.11). Это означает, что когда фактор 3 усиливается, средние значения показателей третьего фактора у Торсдага уменьшаются. Оказалось, что М-2004 отрицательно коррелирует с первым фактором "Продуктивность", что и следовало ожидать для обеих низкопродуктивных линий. М-2014 связан со вторым фактором Томеостаз" отрицательно, но очень сильно. По-видимому, весь обмен у него направлен на то, чтобы выжить в условиях сильной депрессии, вызванной резким снижением количества клеток и, соответственно, хлорофилла. В результате оказывается, вероятно, невозможным поддержание такой сложнейшей функциональной

системы, как Томеостаз". Такая же отрицательная зависимость обнаружена у этого низкопродуктивного мутанта и для фактора 1 "Продуктивность". Интересно отметить, что по фактору 1 у исходного генотипа гороха сорта Торсдаг связь маленькая. Эти зависимости не являются расчетными ошибками, так как факторный анализ, который дает значения факторных нагрузок, работает с корреляционной матрицей, и значения средних по отдельным генотипам для него закрыты. Эти зависимости, вероятно, отражают истинные биологические связи в системах продуктивности, гомеостаза и регуляции у растений гороха, правда, для выбранного набора генотипов.

■00 -0.4 ВЦ 0,< 03 1.2

Факторные нагрузки показателей фактора I "Продуктивность" из общей выборки генотипов

Рисунок 12. Статистическая модель "идеального" продуктивного генотипа гороха.

Далее выяснилось, что, по-видимому, для системы гороха на основе данных результатов можно сформировать образ идеального высокопродуктивного генотипа. На рисунке 12 представлена статистическая модель высокопродуктивного растения, где значения отдельных физиологических параметров гибридов из фактора 1 точно соответствуют факторным нагрузкам этих показателей из фактора продуктивности из общей выборки генотипов. На этом рисунке отображена линейная регрессия зависимостей для гибрида ТхМ-2004 и гибрида М-2004хТ. Каждая точка - это пары связности для конкретного генотипа, то есть точка имеет две координаты. Например, для одного из изученных параметров, активности супероксиддисмутазы, пара связности следующая: ее ордината - это среднее значение показателя активности супероксиддисмутазы для какого-то одного генотипа; ее абсцисса -это факторная нагрузка этой же переменной, взятая из фактора 1 "Продуктивность", который был выделен как система связи из общей выборки. Чем

более приближены к прямой линии регрессии показатели фотосинтеза, дыхания и роста какого-то генотипа, тем его биологическая продуктивность должна быть выше.

Этап 5: Идентификация компенсационного комплекса генов На основании вышеизложенной интерпретации данных предстояло выявить маркерные параметры у мутанта 2004, введение которых в генотип Торсдага и является причиной гетерозиса. Для этого был использован следующий алгоритм: Первый шаг. Выделение высокопродуктивных гибридов и выбор только тех параметров из всех систем связности факторов 1,2,3 и 4, которые у них изменяются сильно и однонаправленно, то есть то, что ярко выражено и общее. Второй шаг. Анализ генотипа М-2004 и гибридов Здесь может быть использована двоякая стратегия: выбор параметров, которые изменяются у М-2004 так же, как у гибридов, и отбор тех, которые изменяются разнонаправленно, то есть одни параметры, которые больше у М и меньше у гибридов, и наоборот.

Рисунок 13. Алгоритм поиска физиологических маркеров компенсационного комплекса генов. Шаг третий: определение показателей фотосинтеза, дыхания и роста, по-разному изменяющихся у мутанта 2004 и мутанта 2014.

Это сделано потому, что неизвестно, какие из них брать как ККГ, и каким образом физиологические показатели ККГ ведут себя в гибридном организме, где действие мутации компенсировано присутствием нормального алле-ля.

Третий шаг. Далее среди отобранных параметров М-2004 и гибридов были выявлены такие, которые изменяются у М-2014 по-другому: показатели, из оставшихся после второго шага, по которым сильно различаются М-2004, дающий гетерозисный эффект, и М-2014, не дающий такого эффекта. Итог показан на рис.13, где представлены параметры, удовлетворяющие трем условиям. Другими словами, по трем генотипам удалось обнаружить самое узкое множество показателей, которые можно идентифицировать как физиологические маркеры компенсационного комплекса генов М-2004.

Далее выяснилось, что выбранные параметры М-2004 коррелируют не с фактором продуктивности, как предполагалось, а со вторым фактором "Го-меостаз" по суммарной выборке из всех генотипов. Кроме того, физиологические показатели ККГ оказались включенными в систему параметров опять же фактора 2 "Гомеостаз". То, что они оказались все в одной системе связности, подтверждает правильный алгоритм поиска маркеров ККГ, куда вошли следующие физиолого-биохимические показатели: содержание треонина, серина, глицина, триптофана, аргинина, лактата и пирувата в цитоплазме, количество слоев губчатой ткани, скорость поглощения О2 листьями и митохондриями корней, скорость выделения СО2 из листьев, коэффициент объема хлоропласта в палисадных и губчатых клетках, активность НАДН-МДГ и НАД-ЛДГ, площадь третьего листа, количество завязанных и выполненных семян, активность ИПА, количество и активность зеатина, количество рибо-зидзеатина, количество и активность свободных форм ИУК, количество связанных форм ГК1+3 и ГК4+7, количество АБК, отношение количества свободных форм ИУК/АБК.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Феномен гетерозиса известен с библейских времен и является одним из эффективнейших путей повышения продуктивности растений. Наиболее четким критерием ценности селекционного материала при создании высоко-гетерозисных гибридов считается комбинационная способность родительских пар. Многие исследователи, пытаясь определить маркерные физиолого-биохимические показатели гибридных генотипов с ярко выраженным гете-розисным эффектом, не смогли полностью решить эту проблему потому, что изучали тот или иной определенный физиолого-биохимический процесс и связывали гетерозисные изменения именно с этим процессом.

В данной работе применен интегральный подход к исследованию фи-зиолого-биохимических особенностей продукционного процесса высокоге-терозисных форм гороха и их родительских линий. Его идея заключается в системном анализе причин разной зерновой урожайности генотипов гороха не по отдельным физиолого-биохимическим показателям, а по факторам -системам связности параметров фотосинтеза, дыхания, роста и продуктивности, прямо или косвенно регулирующих онтогенетические процессы растительного организма. Из 246 метаболических маркеров факторный анализ

позволил выделить (отбирались показатели с факторными нагрузками > 0.75) 55 параметров, объединенных в систему связности "Продуктивность", 60 параметров — в систему Томеостаз" и 22 показателя - в систему "Регуляция".

В гетерозисной селекции принято считать, что не существует универсальной причины возникновения гибридной силы. Генетическая причина данного случая гетерозиса - эпистаз и формирование компенсационного комплекса генов у М-2004. Рецессивная полулеталь гена "еМ" этого генотипа нарушает синтез одного из белков реакционных центров фотосистемы I, в результате чего растительный организм оказывается на грани между жизнью и гибелью в течение всего онтогенеза. На этом фоне все физиолого-биохимические системы растения проходят отбор, и формируется мощный комплекс специфических, хорошо скоординированных генов, которые контролируют эту жизнеспособность и погашают вредное действие полулетали. В данной работе впервые были идентифицированы физиологические показатели ККГ мутанта 2004 и установлена их связь с фактором Томеостаз" -системой связности параметров сложных приспособительных реакций, направленных на устранение различных воздействий, нарушающих динамическое постоянство внутренней среды растительного организма. Универсальный принцип получения гетерозисного эффекта заключается в том, что у гибридов полулеталь переходит в гетерозиготное состояние и не проявляется на фенотипическом уровне, а комплекс дополнительных доминантных генов жизнеспособности, не уравновешенный полулеталью, приводит к более мощному развитию признаков и в итоге - к увеличению продуктивности растений.

В классическом понимании в гибридном организме происходит увеличение активности всех физиологических систем - фотосинтеза, дыхания, ростовых и других функций. Однако в данной работе показано, что у гибридов происходит повышение интеграции и согласованности физиологических показателей фотосинтеза, дыхания и роста, работающих по системам связности показателей на формирование продуктивности, поддержание гомео-стаза и сохранение регуляции растительного организма. Механизм гетерозиса реализуется на физиологическом уровне через взаимодополнение не отдельных показателей того или иного процесса, а систем связности показателей, отражающих биологические закономерности функционирования растительного организма - систем продуктивности, гомеостаза и регуляции.

Факторный и сравнительный анализ изученных физиолого-биохимических показателей позволил выявить "лимитирующие факторы", влияющие на проявление хозяйственно полезных признаков у изученных линий гороха (табл.13).

Усиление метаболических процессов у гибридов происходит за счет комплементации по системам связи "Продуктивность" и 'Томеостаз". Гете-розисные линии по сравнению с родительскими формами обладают высоким

энергетическим потенциалом и оптимумом его реализации, что, вероятно, обусловлено снятием генетического блокирования и устранением репрессирующих факторов. Все ранее высказанные теории о физиологических причинах гибридной мощности - биохимического обогащения зиготы, комплементации белковых систем ядра и цитоплазмы, сбалансированного метаболизма, гибридных белков и другие не противоречат принципу более тесного сопряжения фотосинтеза и дыхания, показанного в клетках генотипов гороха ТхМ-2004 и М-2004хТ. Оптимальный баланс между процессами образования и использования энергии и восстановителя формирует гибкую систему распределения общеклеточного фонда энергии по различным метаболическим путям в зависимости от потребностей клетки.

При построении идеальной физиологической модели гетерозисного эффекта необходимо учитывать, что физиолого-биохимические процессы находятся под контролем наследственных механизмов, а взаимодополняемость биохимических факторов, происходящая при гибридизации, обусловлена генетической комплементарностью Из таблицы 13 видно, что у Торсдага лимитирующим звеном является система показателей из фактора "Регуляция", у гетерозисных гибридов в результате комплементации ККГ мутанта 2004 и Торсдага происходит не только усиление слабого места в физиологических процессах регуляции, но и более согласованная работа генов, работающих на формирование биологических систем связности показателей "Продуктивность" и Томеостаз".

Таблица 13. Регрессионные зависимости корреляционных диаграмм средних значений параметров фотосинтеза, дыхания, роста и продуктивности Тор-сдага, мутантов, гибридов и факторных нагрузок физиолого-биохимических показателей систем связности из общей выборки генотипов гороха

Генотип гороха Урожай зерна, % к Тор-сдагу Системы связности показателей (факторы)

"Продуктивность" "Гомеостаз" "Регуляция"

Торсдаг 100 Положительная слабая Положительная слабая Отрицательная сильная

Мутант 2004 20-30 Отрицательная сильная Положительная сильная Положительная слабая

Мутант 2014 2-3 Отрицательная слабая Отрицательная слабая Нет связи

Гибриды ТхМ-2004 М-2004хТ 130-150 Положительная сильная Положительная сильная Положительная сильная

По-видимому, узкое звено в цепи метаболизма гибридов все равно остается, но оно настолько усиливается, что перестает быть лимитирующим фак-

тором, но тогда узким звеном становится другой участок метаболической цепи. Об этом свидетельствует сильная отрицательная связь показателей гибридов с четвертым фактором, не определенным из-за небольшого количества показателей, вошедших в него. Исходный сорт гороха Торсдаг не следует рекомендовать в качестве ценного селекционного материала потому, что у него выявлена депрессия по системе показателей "Регуляция", приводящая, скорее всего, к неуравновешенности физиологических систем, о чем свидетельствует положительная, но слабая связь средних значений параметров Торсдага с факторными нагрузками систем "Продуктивность" и Гомео-стаз" из общей выборки генотипов.

У высокопродуктивных гибридов взаимосогласованность и высокая эффективность метаболических реакций определяется внесением в их геном генов из ККГ мутанта 2004, изменяющих работу факторов "Продуктивность", Томеостаз" и "Регуляция" таким образом, что происходит координация и комплементация систем достаточно высокого порядка, в результате чего оптимально сбалансированный метаболизм обеспечивает высокую толерантность к стрессовым факторам и широкие адаптивные свойства в изменяющихся условиях среды, то есть приводит к гетерозису.

Использованный в данной работе системный подход может быть применен для создания высокоурожайных культурных растений и предусматривает, во-первых, изучение не отдельных показателей растений, а их систем, определенных как факторы; во-вторых, проведение сравнительной оценки не отдельных генотипов и гибридов между собой, а конкретных линий и сортов с факторными нагрузками показателей, рассчитанными для большой вариации контрастных по продуктивности генотипов растений.

ВЫВОДЫ

1. Гетерозисное преимущество обусловлено комплементарным взаимодействием не отдельных физиолого-биохимических показателей родительских форм, а систем взаимосвязанных метаболических маркеров, обеспечивающих формирование продуктивности, поддержание гомеостаза и регуляцию основных процессов жизнедеятельности растений.

2. Эффект гибридной мощности связан с изменением регуляторных механизмов функционирования энергетического метаболизма благодаря присутствию в гетерозиготе различных аллелей, способствующих устранению репрессирующих факторов за счет компенсаторного действия геномов родительских форм.

3. Сильный плейотропный эффект мутации у низкопродуктивных линий 2004 и 2014 проявляется в изменении физиолого-биохимических параметров фотосинтеза, дыхания и роста в течение всего онтогенеза.

4. Обнаружен первичный эффект мутации М у мутанта 2004: нарушение синтеза одного из белков и формирования комплекса реакционных центров фотосистемы I.

5. Гетерозисные гибриды по сравнению с родительскими формами обладают более сильным аттрагирующим сигналом, мощным энергетическим потенциалом и оптимумом его реализации за счет наследования от исходной формы нормальной структуры фотосинтетического аппарата, а от М-2004 - компенсаторных реакций фотосинтеза и дыхания, направленных на оптимизацию и сокращение непроизводительных затрат клетки, что в итоге приводит к повышению зерновой продуктивности.

6. Реципрокные гибриды имеют максимальную скорость потенциального фотосинтеза за счет большего насыщения хлоропластами единицы площади листа и увеличения скорости поглощения СО2 одним хлоропластом. Снижение квантовой эффективности фотосинтеза у мутантов обусловлено уменьшением числа хлоропластов в единице площади листа вследствие снижения числа палисадных и губчатых клеток, замедлением скорости поглощения СО2 и выделения О2.

7. Восстановление зерновой продуктивности у мутанта 2004 до 30% от нормы и компенсация мутации гена еН1 по фотосинтетическим показателям обеспечивается увеличением числа хлоропластов в палисадных и губчатых клетках, увеличением скорости нециклического фотофосфорилирования и реакции Хилла, повышением скорости работы ключевых ферментов цикла Кальвина и альтернативных путей фотосинтеза.

8. Характер взаимосвязи фотосинтеза и дыхания на свету зависит от активности метаболических процессов в ассимилирующей клетке. У мутантов обнаружена специфическая особенность - отсутствие конкурентных отношений между фотосинтезом и дыханием в ассимилирующих клетках. Возрастание активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, НАДФ-зависимых изоцитратдегидрогеназы и малатдегидрогеназы - это компенсаторный ответ на снижение фотосинтетического восстановительного потенциала, вызванного эффектом мутации.

9. В ассимилирующих листьях всех изученных линий функция тем-нового дыхания не лимитирована. У М-2014 активирован окислительный пентозофосфатный путь и начальные этапы гликолиза, но ингибированы пируваткиназа и ферменты цикла Кребса. У М-2004 и гибридов повышена скорость работы всех этапов темнового дыхательного метаболизма.

10. Идентифицированы физиолого-биохимические маркеры компенсационного комплекса генов М-2004 и установлена их принадлежность к системе показателей "Гомеостаз".

11. Принципиально новый системный подход к объективной оценке биологической продуктивности селекционного материала позволил разработать статистическую модель показателей, описывающую физиолого-биохимические параметры высокопродуктивного генотипа гороха,

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Вайшля О.Б., Астафурова Т.П. Соотношение фотосинтеза и дыхания у нормальных и мутантных растений гороха // Тез. докл. III Всес. конф. молодых ученых по физиологии растительной клетки. Петрозаводск, 1988. С. 62.

2. Вайшля О.Б., Астафурова Т.П., Москаленко О.В. Метаболические изменения в листьях и корнях растений гороха в условиях гипобарической гипоксии. Тез. докл. IV конференции молодых ученых. Пущино,1989. С. 14.

3. Вайшля О.Б. Изучение компенсаторных реакций метаболизма у мутантных растений гороха. Тез. докл. IV Всесоюзной конференции молодых ученых по физиологии растительной клетки. Минск, 1990. С .40.

4. Вайшля О.Б., Астафурова Т.П., Ладыгин ВТ., Соколов В.А. Физиологические особенности мутантов гороха, различающихся по продуктивности // Материалы I Всесоюзного Совещания "Использование изогенных линий в селекционно-генетических экспериментах". Новосибирск, 1990. С. 121-123.

5. Астафурова Т.П., Вайшля О.Б., Ладыгин В.Г., Семенова Г.А. Метаболические изменения в листьях нормальных и мутантных растений гороха при действии экстремальных факторов // Там же. С. 117-119.

6. Ладыгин В.Г., Вайшля О.Б., Астафурова Т.П., Зайцева Т.А., Соколов В.А. Характеристика фотосистем и структуры хлоропластов хлорофильных мутантов гороха // Там же. С. 124-126.

7. Астафурова Т.П., Вайшля О.Б., Верхотурова Г.С.,.Зайцева Т.А., Чиркова Т.В. Влияние гипобарической гипоксии на фотосинтетический и дыхательный метаболизм растений гороха // Физиология растений. 1990.Т.З7. С.69-73.

9. Вайшля О.Б., Астафурова Т.П., Ладыгин В.Г. Сравнительное изучение фотосинтетического аппарата мутантных и гибридных растений гороха // Тезисы докладов II Всесоюзного съезда ВОФР. Минск, 1990. С. 40.

10. Vayshlia О.В. The physioilogical study of pea heterosis // Abstr. ofV"1 Intern, youth symposium on plant metabolism regulation. Varna, Bulgaria, 1990. P. 17.

11. Vayshlia O.B., Astafurova T.P. Metabolic changes in pea leaves under hypoxia // Там же. Р. 46.

12. Калашников Ю.Е., Вайшля О.Б., Балахнина Т.И., Астафурова Т.П., За-кржевский Д.А. Активация кислорода и ферменты защиты у пигментных мутантов гороха при аэрации и гипоксии // Тезисы докл. Международной конференции "Фотосинтез и фотобиотехнологня". Пущино, 1991. С. 30.

13. Верхотурова Г.С., Постовалова В.М., Вайшля О.Б., Лапина Г.В.. К вопросу о роли малага для поддержания работы цикла Кребса в зеленых листьях гороха на свету // Там же. С. 12-13.

14. Вайшля О.Б., Ладыгин В.Г., Соколов В.А., Астафурова Т.П. Мезострук-тура, ультраструктура и функциональные особенности фотосинтетического аппарата хлорофильных мутантов гороха// Там же. С. 88-89.

15. Калашников Ю.Е., Вайшля О.Б., Балахнина Т.И., Астафурова Т.П., За-кржевский Д.А. Фотосинтетические реакции и ферменты защиты у пигментных мутантов гороха при аэрации и гипоксии // Цитология. 1991. Т.ЗЗ. С. 104.

16. Вайшля О.Б., Астафурова Т.П. Изучение малатдегидрогеназной активности в листьях мутантов гороха // Тезисы докладов III съезда ВОФР, Санкт-Петербург, 1993. С. 16.

17. Вайшля О.Б, Астафурова Т.П. Физиологические аспекты моногибридного гетерозиса у гороха // Материалы II Совещания "Изогенные линии и генетические коллекции", Новосибирск, 1993. С. 146-149.

18. Астафурова Т.П., Вайшля О.Б. Реакция растений с разным типом метаболизма на гитюксическое воздействие // Там же. С. 143-145.

19. Астафурова Т.П., Вайшля О.Б., Зайцева Т.А., Лаптева Т.А. Особенности дыхательного метаболизма в листьях гороха при гипобарической гипоксии // Физиология растений. 1993. Т.40. С. 656-661.

20. Астафурова Т.П., Вайшля О.Б, Лапина Г.В., Ракитин А.В., Магомедов И.М. Активность анаэробных дегидрогеназ и карбоксилирующих ферментов в листьях гороха при комплексном воздействии факторов среды // Вестник Санкт-Петербургского Университета. 1993. Сер.З. № 17. С. 73-78.

21. Астафурова Т.П., Вайшля О.Б., Зайцева Т.А., Лапина Г.В., Ракитин А.В. Активность фотосинтетического аппарата листьев гороха в условиях разреженной атмосферы // Физиология и биохимия культурных растений. 1994. Т.26. С. 450-455.

22. Vaishlya O.B. Regulation ofMalatedehydrogenase system activity by the level of endogenic phytohormones in Pea chlorophyll mutants leaves // Physical-chemical basis ofplant physiology. Abstr.of Sympos. Pushchino,1996. P. 59-60.

23. Вайшля О.Б. Роль гиббереллинов в формировании эффекта гетерозиса по семенной продуктивности и высоте растений у гороха // Тезисы докладов III симпозиума "Физико-химические основы физиологии растений и биотехнология". Москва, 1997. С.ПО.

24. Вайшля О.Б. Гормональная регуляция роста и развития гетерозисных гибридов F] гороха. Тезисы докладов IV Международной конференции "Регуляторы роста и развития растений". Москва, 1997. С. 40-41.

25. Vaishlya O.B., Ladygin V.G., Sokolov V.A. Characterization of photosyn-thetic apparatus of pea chlorophyll mutants and their Fj hybrids with standard genotype (cv. Torsdag) // Photosynthetica, 1998. V.35. №3. P. 428-443.

26. Вайшля О.Б. Физиолого-биохимические особенности метаболизма фе-нольных соединений в листьях гороха // Материалы Международного совещания "Физиолого-биохимические аспекты изучения лекарственных растений". Новосибирск, 1998. С. 17-18.

27. Вайшля О.Б., Зайков К.Н. Динамика активности и содержания гиббереллинов у хлорофильньгх мутантов Pisum Sativum L. в фазах цветения и плодоношения // Материалы Всероссийского совещания "Физиология и биотехнология растений". Томск, 1998. С. 17-19.

28. Иванищев В.В., Вайшля О.Б. Характеристика фотосинтеза и дыхания изогенных линий гороха в связи с явлением гетерозиса // Доклады Российской Академии сельскохозяйственных наук. 1999. № 1. С. 5-7.

29. Вайшля О.Б., Зайков К.Н. Гиббереллины и зерновая продуктивность низкорослых мутантов Pisum sativum L. в фазе кущения // Материалы V Международной конференции "Регуляторы роста и развития растений". Москва, 1999. С. 12-13.

30. Вайшля О.Б., Лапина Г.В., Москвитина Н.С. О возможности использования физиолого-биохимических показателей листьев Populus tremula L. в ранней биоиндикации состояния экосистем // Сибирский экологический журнал. 1999. №3. С. 261-269.

31. Vaishlya O.B. Role of indolyleacetic acid and cytokinins in the phenomenon ofhybrid vigor ofplants // Biologia plantarum, 1999. V.42. P. 86-87.

32. Kamachuk R.A., Vaishlya O.B., Tikhomirov A.A., Ushakova SA Dependence of endogenic hormone balance and productivity of wheat plants on external factors // Abstracts of 17th International Conference on Plant Growth Substances. 2001, IPGSA, Brno, Czech Republic. P. 136.

33. Вайшля О.Б., Карначук Р.А., Дорофеев В.Ю., Ушакова С.А, Тихомиров А.А. Гормональная регуляция продукционного процесса пшеницы в искусственной экосистеме // Материалы II Междунар. конференции "Регуляция роста, развития и продуктивности растений". Минск, 2001. С. 30-31.

34. Vaishlya O.B. Photosynthesis and respiration interrelations of Pea chlorophyll mutants and their heterotic Fl hybrids with standard genotype // Intern. Conference "Photosynthesis and Crop Producrion".Kyiv, Ukraine, 2002. P. 105.

35. Вайшля О.Б., Иванищев В.В. Активность ферментов хлоропластов и содержание метаболитов в листьях хлорофильных мутантов гороха посевного и их гибридов // Сельскохозяйственная биология. 2003. №1. С. 82-86.

36. Вайшля О.Б., Иванищев В.В. Фотосинтетические характеристики гетеро-зисных форм Pisum sativum (L.) и их родительских линий в связи с продуктивностью // Сибирский экологический журнал. 2003. № 1. С. 113-118.

37. Вайшля О.Б, Иванищев В.В. Изменчивость уровня активности ферментов дыхания на примере гибридов Pisum sativum (L), обладающих гетерозисом по урожаю и высоте растений // Сибирский экологический журнал. 2003. № 1.С. 107-112.

38. Вайшля О.Б., Колесова О.Ю. Гормональная регуляция продукционного процесса хлорофильных мутантов 2004 и 2014 Pisum sativum (L.) и гетеро-зисного гибрида ТхМ-2004 // Ботанические исследования в Азиатской России. Материалы XI съезда РБО. Барнаул, 2003. С. 72-74.

39. Вайшля О.Б. Гормональная регуляция продукционного процесса хлоро-фильных мутантов 2004 и 2014 гороха и гетерозисного гибрида ТхМ-2004 // Физиология и биохимия культурных растений. 2003. Т.35. С. 358-366.

40. Карначук Р.А., Вайшля О.Б., Дорофеев В.Ю., Ушакова С.А., Тихомиров А.А., Лассер X., Гро Дж. Влияние условий выращивания на гормональный статус и урожайность высокорослой и карликовой линии пшеницы // Физиология растений. 2003. Т.50. С. 265-270.

41. Вайшля О.Б. Фотосинтез и дыхание гетерозисных форм Pisum sativum и их родительских линий в связи с продуктивностью // Тез. докл. Межд. конф. "Физиология растений - основа фитобиотехнологии". Пенза, 2003. С. 202.

42. Ладыгин В.Г., Вайшля О.Б., Семенова ГА Ультраструктурная организация хлоропластов chlorotica-мутантов Pisum sativum (L.) II Цитология. 2003. Т.45.С.668-677.

43. Ладыгин В.Г., Кособрюхов А.А., Вайшля О.Б. Пигменты и функциональная активность мутантов chlorotica 2004 и 2014 Pisum sativum (L.) II Физиология растений. 2004. Т.51. №5.

44. Ладыгин В.Г., Вайшля О.Б. Спектральные свойства и число реакционных центров фотосистем у мутантов chlorotica 2004 и 2014 Pisum sativum (L.) II Физиология растений. 2004. Т.51. №6.

45. Вайшля О.Б. Факторный анализ показателей фотосинтеза, дыхания и продуктивности у гетерозисных гибридов и родительских линий PISUM SATIVUML.//Электронный журнал "Исследовано в России", 15, стр. 144163,2004. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/015.pdf

16- 82 5 7

Тираж 100. Заказ260. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники пр. Ленина, 40

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Вайшля, Ольга Борисовна

Перечень сокращений

Введение

1. Вопросы взаимосвязи фотосинтеза и дыхания в зеленых 12 листьях растения

1.1. Функционирование и регуляция основных этапов темнового 12 дыхания в фотосинтезирующих листьях

1.2. Гликолиз и окислительный пентозофосфатный путь 16 в растительных клетках на свету

1.3. Цикл трикарбоновых кислот в автотрофных тканях растений

1.4. Работа электронтранспортной цепи в освещенных листьях расте- 31 ний

1.5. Физиолого-биохимическое направление в изучении проблемы 33 соотношения фотосинтетических и окислительных процессов в листьях на свету

2. Гормональная регуляция продукционного процесса растений

3. Объекты и методики исследования

4. Структурно-функциональные особенности фотосинтетического 65 аппарата гетерозисных гибридов и их родительских форм

4.1. Содержание хлорофиллов и каротиноидов

4.2. Функциональная активность листьев и хлоропластов

4.3. Спектральные свойства и число реакционных центров фотосистем

4.3.1. Флуоресценция хлорофилла

4.3.2. Спектральные формы хлорофилла

4.3.3. Хлорофилл-белковые комплексы

4.3.4. Фотохимическая активность фотосистем

4.4. Ультраструктурная организация хлоропластов

4.4.1. Число устьиц и размеры клеток листа

4.4.2. Развитие и архитектура тилакоидов в хлоропластах

4.5. Мезоструктура листьев

4.6. Фотохимическая активность хлоропластов

4.7. Ферментативная активность

5. Взаимосвязь фотосинтеза и дыхания в листьях нормальных, 116 мутантных и гибридных растений гороха

5.1. Активность дыхательных ферментов в общем гомогенате 116 и различных компартментах листьев растений гороха

5.2 Содержание углеводов

5.3 Содержание аминокислот

5.4 Содержание органических кислот

5.5 Дыхательный газообмен

5.6 Энергетическая характеристика нормальных, мутантных 157 и гибридных растений как открытых биосистем

6. Рост, гормоны и продуктивность

7. Факторный и сравнительный анализ физиолого-биохимических 198 показателей продукционного процесса мутантных, гибридных растений и их родительских форм

Введение Диссертация по биологии, на тему "Физиолого-биохимические особенности продукционного процесса гетерозисных гибридов и родительских форм Pisum sativum L."

Проблема физиолого-биохимического обеспечения продукционного процесса растений достаточно давно привлекает внимание исследователей. В комплексI ной теории продукционного процесса изучалась количественная связь фотосинтеза с продуктивностью (Gifford,1974; Фотосинтез., 1980; Быков, 1980; Ничипоро-вич,1982; Zelitch,1982; Гуляев, 1996; Андрианова, Тарчевский,2000); зависимость скорости дыхания от урожая (Куперман, Хитрово, 1977; Тооминг,1984; Кума-ков,1985; Amtor,1989; Головко, 1999); донорно-акцепторные отношения между фо-тосинтезирующими и потребляющими ассимиляты органами (Курсанов,1976; Мокроносов,1983; Чиков,1987); наследование изменчивости физиологических признаков (Уоллес,1981; Насыров,1982; Austin et al.,1989; Молчан и др.,1996); соотношение фотосинтеза и дыхания (Ried,1970; Семихатова, Заленский, 1982; Вопросы.,1988; Голик, 1990; Мамушина, Зубкова,1995). В ходе этих исследований выяснилось, что, во-первых, между интенсивностью фотосинтеза и продуктивностью корреляция часто отсутствует, и ни фотосинтез, ни дыхание не лимитируют урожай; во-вторых, очень трудно найти четкие количественные соотношения между интенсивностью этих процессов и продуктивностью потому, что их наследование носит полигенный характер, а сами они зависят от условий окружающей среды; в-третьих, стало очевидным, что потери ассимилятов в ходе дыхания - это необходимая "плата" клетки за синтез вторичных метаболитов; в-четвертых, показано, что ведущим фактором продукционного процесса является регуляция донорно-акцепторных отношений на уровне клетки, органа и целого растения.

В настоящее время существуют различные модели высокопродуктивного растения, недостаточно согласующиеся между собой и не объясняющие всей сложности физиологии продукционного процесса. Вследствие этого разработка единой концепции формирования урожая актуальна как в практическом, так и в теоретическом плане. Продукционный процесс как наиболее интегрированную функцию зеленого растения удобно изучать на естественных моделях высокопродуктивных гетерозисных гибридов.

Гетерозис традиционно относят к классическим методам селекции по улучшению генетического материала растений. Экономически высокопродуктивные ге-терозисные гибриды очень выгодны, но на практике этот прием используется только у многосемянных растений, поскольку от одного акта опыления получают не менее 500-1000 семян. Из сельскохозяйственных культур наиболее изучена кукуруза (Duvick, Cassman, 1999; Hinze, Lamkey, 2003; Reif et al., 2003); пшеница (Austin et al., 1989; Asins, 2002); рис (Xiao et al., 1995; Kwon et al., 2002); люцерна (Riday, Brummer, 2002); фасоль (Johnson, Gepts, 2002), лен, люпин и томаты (Titok, 2001), горох - "сибирская соя" (Соколов, 1989,1990; Рыбцов, Гостимский, 1996).

Несмотря на то, что гетерозис известен с библейских времен, до сих пор это явление остается одной из загадок генетики, и ни в одном из направлений его исследования не удалось разработать общую концепцию, объясняющую физиолого-генетические механизмы гибридной мощности (East, 1936; Mac Key, 1976; Шумный и др., 1982; Гетерозис, 1987; Филатов, 1988; Шахбазов и др., 1990; Конарев, 1991; Кершанская, 2001).

Так, до сих пор остается невыясненной природа явления гетерозиса, определяющегося на генетическом уровне, а реализующегося через физиологию гибридных растений. Отсутствие доказанных генетических гипотез, объясняющих это уникальное явление, не позволяет создать адекватные селекционные технологии повышения продуктивности растений.

Неизменным в гетерозисном эффекте остается лишь то обстоятельство, что у гибридов не возникают новые признаки, а происходит изменение тех или иных характеристик родительских линий. Именно по этой причине принято считать, что в явлении гибридной силы ведущую роль играют гены количественных признаков -QTL, многие из которых идентифицированы молекулярно-генетическими методами (Gepts,2002; Asins,2002; Reif et al., 2003). В литературе общеприняты несколько гипотез, объясняющих генетические причины гетерозиса:

1. Гипотеза сверхдоминирования (East, 1936; Crow, 1948). Также есть мнение, что сверхдоминирование - это результат псевдосверхдоминирования, возникающего в результате взаимодействия доминантных аллелей во время фазы расхождения хромосом (Stuber,1992; Crow, 1999).

2. Гипотеза неполного доминирования (Hallauer et al.,1988; Stuber,1992; Crow, 1999).

3. Гипотеза эпистатического взаимодействия генов (Соколов, 1990; Cockerham, Zeng,1996; Johnson, Gepts,2002).

4. Гипотеза о роли компенсационного комплекса генов (Струнникова, 1994).

Формирование эффекта гетерозиса - очень сложный и многоступенчатый процесс, с разнообразными причинами возникновения этого явления. Поэтому главным направлением в исследовании феномена гибридной силы считается разделение его на простые, генетически маркированные, конструкции. Наиболее перспективной считается модель моногибридного гетерозиса (Шумный и др., 1982). В данной работе были изучены гибриды гороха, проявляющие высокий и стабильный эффект моногибридного гетерозиса по урожаю семян (до 150% от лучшего родителя) и полученные от скрещивания низкопродуктивных хлорофильных мутантов с нормальной по пигментации исходной формой. Именно на этих объектах, впервые в экспериментах на растениях, была подтверждена гипотеза Струнникова о роли компенсационного комплекса генов (ККГ) как генетической причины гетерозиса (Соколов, 1990). Появление у хлорофильных мутантов полезных для жизнедеятельности изменений, компенсирующих вредные эффекты мутаций, судя по литературным данным, довольно редкое событие. Кроме того, не всякий компенсационный комплекс может при гибридизации привести к проявлению гибридной силы. Так, у мутантов, использованных в данной работе, наблюдается глубокая депрессия роста и развития, но у гибридов, дающих при скрещивании М-2004 с исходным генотипом эффект гетерозиса, мутация компенсирована присутствием нормального аллеля, а у гибридов от скрещивания М-2014 с нормой, не дающих гетерозис -вредный эффект мутации полностью не компенсирован.

Большой интерес представляет выяснение вопроса о том, гены каких признаков включены в такой компенсационный генный комплекс, поскольку эти знания могут быть востребованы в будущем, когда будет секвенирован и маркирован белками геном гороха. Так, известны многие гены, экспрессия которых определяет развитие у растений хозяйственно ценных признаков (Dick et al.,2000; Pereira,2000; Furbank et al.,2000). Вероятно, тогда станет возможным создание генетических конструкций из генов количественных признаков и/или их регуляторов, которые при внесении в нормально функционирующую растительную систему могли бы существенно повысить ее продуктивность.

Считается, что полулетальные хлорофильные мутации являются вполне адекватной модельной системой для интеграции генов жизнеспособности в виде компенсационного комплекса генов (ККГ) в одном генотипе, который дает при гибридизации гетерозисный эффект (Horton, 2000). Теория Струнникова постулирует, но не объясняет превосходства гибридов, поэтому важно знать, какие физиолого-биохимические системы задействованы в формировании ККГ.

В физиологии продукционного процесса до сих пор остается открытым вопрос о механизмах взаимосвязи фотосинтеза и дыхания в ассимилирующей клетке, гормональной регуляции их соотношения и вкладе этих фундаментальных процессов в формирование зерновой продуктивности растений. Множественность взаимосвязей фотосинтеза, дыхания и ростовых процессов в значительной степени затрудняет, а в ряде случаев делает невозможным использование отдельных физио-лого-биохимических показателей для оценки потенциальной продуктивности растений. В связи с этим необходим комплексный анализ причин как низкой урожайности хлорофильных мутантов, так и высокой продуктивности гетерозисных гибридов, у которых формируется более совершенный обмен веществ, оптимально сбалансированный за счет комплементации не по отдельным показателям, а по системам более высокого порядка, включающим высокоинтегрированную сеть сигнальных, энергетических, метаболических, транспортных путей и определяющим базу донорно-акцепторных отношений растения.

Цель данного исследования состояла в разработке системного физиолого-биохимического принципа для оценки потенциала продуктивности гетерозисных гибридов и родительских форм Pisum sativum L. Для ее достижения были поставлен ны следующие задачи:

5. На основании полученных факторов - систем связи показателей метаболизма предложить статистическую модель, описывающую параметры высокопродуктивного генотипа гороха.

6. Идентифицировать физиолого-биохимические маркеры компенсационного комплекса генов мутанта 2004.

В результате анализа полученных данных были сформулированы следующие основные защищаемые положения:

1. Гибридная мощность по зерновой продуктивности возникает в гетерозиготном состоянии за счет комплементарного взаимодействия не отдельных физио-лого-биохимических показателей родительских форм, а систем взаимосвязанных метаболических маркеров, обеспечивающих формирование продуктивности, поддержание гомеостаза и регуляцию основных процессов жизнедеятельности растений.

2. Низкопродуктивные мутанты гороха chlorotica сохраняют дефицит хлорофилла на всех стадиях онтогенеза, на этом фоне все физиологические системы растения проходят отбор, в результате чего формируется компенсационный комплекс генов (ККГ). Первичной причиной интеграции генов жизнеспособности, в виде ККГ у мутанта 2004 является мутация chi, нарушившая синтез одного из белков реакционных центров фотосистемы I.

3. Различия в урожайности и комбинационной способности мутантов 2004 и 2014 связаны с формированием разных ККГ. В целом компенсация мутации chi на физиологическом уровне выражается в увеличении количества хлоропластов. в клетке, скорости нециклического фотофосфорилирования и реакции Хилла, активации ферментов альтернативных путей фотосинтеза, цикла Кальвина, цикла Креб-са, гликолиза и пентозофосфатного пути окисления углеводов. Отсутствие эффекта сверхдоминирования по активности большинства ферментов, а также переключение потока углерода в менее энергозатратные пути свидетельствует об оптимизации метаболических связей между фотосинтезом, дыханием и ростом у гибридов гороха.

Принципиально новым в физиологии продукционного процесса является комплексный физиолого-биохимический подход, предлагаемый в данной работе для оценки селекционного материала Pisum sativum L. на комбинационную способность. Установлены причинно-следственные связи между показателями фотосинтеза, дыхания, роста и продуктивности у высокогетерозисных Fi - гибридов и хлоро-фильных мутантов гороха. Показано, что в течение всего онтогенеза мутантов, на фоне хлорофильной недостаточности, формируется ККГ, физиологические маркеры которого идентифицированы у мутанта 2004 впервые. Выявлена физиологическая реализация универсального принципа получения эффекта гетерозиса по зерновой продуктивности: гибрид наследует от исходной формы Торсдаг нормальную структуру фотосинтетического аппарата и значения показателей из фактора "Продуктивность", а от мутанта 2004 - значения показателей компенсационного комплекса генов из фактора "Гомеостаз".

Практическая ценность работы состоит в разработке интегративного принципа взаимосвязи генетических, биохимических и физиологических процессов, позволяющего предложить новый подход к управлению процессами формирования гетерозиса у гибридов гороха и созданию системы критериев раннего прогнозирования гетерозисного преимущества. Статистическая модель физиолого-биохимических параметров высокопродуктивного генотипа гороха служит основой для объективной оценки исходного материала в практической селекции на гетерозис. Метаболические маркеры компенсационного комплекса генов мутанта 2004 могут быть применены в генно-инженерных технологиях при конструировании высокогетерозисных форм Pisum sativum L.

Работа выполнялась в Томском государственном университете, Институте цитологии и генетики РАН (г. Новосибирск), Институте фундаментальных проблем биологии РАН (г. Пущино-на-Оке).

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Вайшля, Ольга Борисовна

выводы

4. Обнаружен первичный эффект мутации chi у мутанта 2004: нарушение синтеза одного из белков и формирования комплекса реакционных центров фотосистемы I.

6. Реципрокные гибриды имеют максимальную скорость потенциального фотосинтеза за счет большего насыщения хлоропластами единицы площади листа и увеличения скорости поглощения СОг одним хлоропластом. Снижение квантовой эффективности фотосинтеза у мутантов обусловлено уменьшением числа хлоропластов в единице площади листа вследствие снижения числа палисадных и губчатых клеток, замедлением скорости поглощения С02 и выделения 02.

7. Восстановление зерновой продуктивности у мутанта 2004 до 30% от нормы и компенсация мутации гена chi по фотосинтетическим показателям обеспечивается увеличением количества хлоропластов в палисадных и губчатых клетках, увеличением скорости нециклического фотофосфорилирования и реакции Хилла, повышением скорости работы ключевых ферментов цикла Кальвина и альтернативных путей фотосинтеза.

9. В ассимилирующих листьях всех изученных линий функция темнового дыхания не лимитирована. У М-2014 активирован окислительный пентозофосфат-ный путь и начальные этапы гликолиза, но ингибированы пируваткиназа и ферменты цикла Кребса. У М-2004 и гибридов повышена скорость работы всех этапов темнового дыхательного метаболизма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Феномен гетерозиса известен с библейских времен и является одним из эффективнейших путей повышения продуктивности растений. Наиболее четким критерием ценности селекционного материала при создании высокогетерозисных гибридов считается комбинационная способность родительских пар. Многие исследователи, пытаясь определить маркерные физиолого-биохимические показатели гибридных генотипов с ярко выраженным гетерозисным эффектом, не смогли полностью решить эту проблему потому, что изучали тот или иной определенный физиолого-биохимический процесс и связывали гетерозисные изменения именно в этом процессе.

В данной работе применен интегральный подход к исследованию физиолого-биохимических особенностей продукционного процесса высокогетерозисных форм гороха и их родительских линий. Его идея заключается в системном анализе причин разной зерновой урожайности генотипов гороха не по отдельным физиолого-биохимическим показателям, а по факторам - системам связности параметров фотосинтеза, дыхания и роста, прямо или косвенно регулирующих онтогенетические процессы растительного организма. Из 246 метаболических маркеров факторный анализ позволил выделить (отбирались показатели с факторными нагрузками > 0.75) 59 параметров, объединенных в систему связности "Продуктивность", 60 параметров - в систему "Гомеостаз" и 22 показателя - в систему "Регуляция".

В гетерозисной селекции принято считать, что не существует универсальной причины возникновения гибридной силы. Генетическая причина данного случая гетерозиса - эпистаз и формирование компенсационного комплекса генов у М-2004. Рецессивная полулеталь гена "chi" этого генотипа нарушает синтез одного из белков реакционных центров фотосистемы I, в результате чего растительный организм оказывается на грани между жизнью и гибелью в течение всего онтогенеза. На этом фоне все физиолого-биохимические системы растения проходят отбор, и формируется мощный комплекс специфических, хорошо скоординированных генов, которые контролируют эту жизнеспособность и погашают вредное действие полулетали. В данной работе впервые были идентифицированы физиологические показатели ККГ мутанта 2004 и установлена их связь с фактором "Гомеостаз" - системой связности параметров сложных приспособительных реакций, направленных на устранение различных воздействий, нарушающих динамическое постоянство внутренней среды растительного организма. Универсальный принцип получения гетерозисного эффекта заключается в том, что у гибридов полулеталь переходит в гетерозиготное состояние и не проявляется на фенотипическом уровне, а комплекс дополнительных доминантных генов жизнеспособности, не уравновешенный полулеталью, приводит к более мощному развитию признаков и в итоге - к увеличению продуктивности растений.

В классическом понимании в гибридном организме происходит повышение активности всех физиологических систем - фотосинтеза, дыхания, ростовых и других функций. Однако в данной работе показано, что у гибридов происходит увеличение интеграции и согласованности физиологических показателей фотосинтеза, дыхания и роста, работающих по системам связности показателей на формирование продуктивности, поддержание гомеостаза и сохранение регуляции растительного организма. Механизм гетерозиса реализуется на физиологическом уровне через взаимодополнение не отдельных показателей того или иного процесса, а систем связности показателей, отражающих биологические закономерности функционирования растительного организма - продуктивности, гомеостаза, регуляции.

Усиление метаболических процессов у гибридов происходит за счет комплементации по системам связи "Продуктивность" и "Гомеостаз". Гетерозисные линии по сравнению с родительскими формами обладают высоким энергетическим потенциалом и оптимумом его реализации, что обусловлено, вероятно, снятием генетического блокирования и устранением репрессирующих факторов.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Вайшля, Ольга Борисовна, Иркутск

1. Абзалов А.А., Третьяков К.Г. Смена гликолитического и пентозофосфатного путей дыхания у хлопчатника // Интенсив, технол. воздел, хлопчатника в УзССР. Ташкент, 1988. - С. 26-30.

2. Андреева Л.И., Кожемякин Л.А., Кишкун А.А. Модификация метода определения перекиси липидов в тесте с тиобарбитуровой кислотой // Лабораторное дело,1988. №11.- С.41-43.

3. Андрианова Е.А., Тарчевский И.А. Хлорофилл и продуктивность растений. -М.: Наука, 2000. 134 с.

4. Афифи А.А., Эйзен С. П. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ. М.: Мир, 1982. - 488 с.

5. Бассем Д.А. Регуляция путей метаболизма углерода в фотосинтезе // Теоретические основы фотосинтетической продуктивности. М.:Наука, 1972. - С. 117-132.

6. Быков О. Д. Исследования по фотосинтезу в связи с задачами селекции как науки // С/х биология. 1980. - Т.15. - №3. - С. 334-341.

7. Вайшля О.Б., Лапина Г.В., Москвитина Н.С. О возможности использования физиолого-биохимических показателей листьев Populus tremula L. в ранней биоиндикации состояния экосистем // Сибирский экологический журнал. 1999. №3. С. 261-269.

8. Верхотурова Г.С., Астафурова Т.П., Кудинова Л.И. Работа цикла Кребса на свету и некоторые механизмы его регуляции // Вопросы взаимосвязи фотосинтеза и дыхания. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1988. -С. 19-29.

9. Верхотурова Г.С., Постовалова В.М., Вайшля О.Б., Лапина Г.И. К вопросу о роли малата для поддержания работы цикла Кребса в зеленых листьях на свету // Тез. докл. межд. конф. «Фотосинтез и фотобиотехнология». Пущине, 1991. -С. 12-13.

10. Вершинин А.В. Физиолого-биохимические аспекты моногибридного гетерозиса, полученного на основе хлорофилльных мутантов у гороха. Пигменты в ходе индивидуального развития // Генетика.- 1977. Т. 13.- № 7. С. 11531169.

11. Вершинин А.В., Соколов В.А., Шумный В.К. Физиолого-биохимические аспекты моногибридного гетерозиса, полученного на основе хлорофилльных мутантов у гороха // Генетика. 1976. Т. 12. № 2. - С. 52-58.

12. Вершинин А.В., Соколов В.А., Шумный В.К. Физиолого-биохимические аспекты моногибридного гетерозиса, полученного на основе хлорофилльных мутантов у гороха. Анализ роста. // Генетика. 1979. Т. 15. - № 2. - С. 20062012.

13. Вопросы взаимосвязи фотосинтеза и дыхания / Под ред. B.JI. Вознесенского. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1988. 248 с.

14. Воронин П.Ю., Иванова Х.Н., Кээберг О.Ф., Пярник Т.Р. Температурная зависимость фотосинтетического С02 газообмена в листьях закаленных растений озимой ржи // Физиология растений. -1998. Т. 45.- №4. С. 500-506.

15. Гавриленко В.Ф., Ладыгина М.Е., Хандобина Л.М. Большой практикум по физиологии растений. М.: Высшая школа, 1975. - 391 с.

16. Гамалей Ю.В. Транспорт и распределение ассимилятов в растении. Подходы, методы и направления иследований // Физиология растений. 2002. -Т.49.- №1. - С. 22-39.

17. Гетерозис. М.:Агропромиздат, 1987. - 349с.

18. Гинс В.К., Шевякова Ф.В., Гамбурова Н.Г., Мухин Е.Н. Образование НАДФН в зависимости от возраста листьев и растений пшеницы разной продуктивности // Физиол. и бихим. культурных растений. 1989. Т. 21. -№ 3. - С.247-251.

19. Говинджи. Фотосинтез: Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - Т. 1-2.

20. Голик К.Н. Темновое дыхание растений. Киев: Наукова Думка, 1990. -140 с.

21. Голик К.Н., Гуляев Б.И., Теслюк Т.К. Дыхание яровой пшеницы в онтогенезе в связи с содержанием в биомассе белкового азота и углеродов // Физиология растений. 1986. - Т. 33.- вып. 4. - С. 714-721.

22. Головко Т.К. Дыхание и продуктивность клевера красного, овса и картофеля // Физиол. и биохим. культурных растений. 1987.- Т.19. -№4. - С. 334-342.

23. Головко Т.К. Дыхание растений Физиологические аспекты. С-Пб.: Наука, 1999. 205с.

24. Даффус К., Даффус Дж. Углеводный обмен растений: Пер. с англ. М.: Аг-ропромиздат, 1987.-175 с.

25. Дерфлинг К. Гормоны растений: системный подход. Пер. с нем. М.: Мир,1985.- 304 с.

26. Диксон М., Уэбб Э. Ферменты: Пер. с англ. М.: Мир. 1982. - Т. 1-3.

27. Дмитриева Н.Н. Выделение клеточных ядер растений // Клетка и клеточные структуры. М.: Наука, 1968. - С.48-52.

28. Егоров В.П., Ананьев Г.М., Кособрюхов А.А. Определение физиологического состояния фотосинтезирующих систем. Методы исследования // Экспериментальная экология / Под ред. Кефели В.И., Кудеярова В.Н. М.: Наука, 1991. С. 9-18.

29. Ермакова А.И. Микрометод определения Сахаров // Методы биохимического исследования растений. Ленинград: Колос, 1972. - С. 145-146.31.3аблуда Г.В. Вопросы физиологии и биохимии гетерозиса у растений. Уфа, 1980.-103с.

30. Заботин А.И. Определение фотоиндуцированных изменений рН при исследовании фотофосфорилирования // Методы исследования фотофосфорили-рования. Пущино, 1970.-С. 182-195.

31. Заленский О.В. О взаимоотношениях между фотосинтезом и дыханием // Ботанический журнал. 1957. - Т.42. - №11. - С. 1674-1690.

32. Зб.Землянухин А.А., Попова Т.Н. Роль изоцитратдегидрогеназы в регуляции метаболических процессов в высших растениях // Физиология растений. -1989. -Т. 36. Вып. 4. С. 753-761.

33. Иванищев В.В. Влияние рН- среды на оксалоацетатдекарбоксилазную активность хлоропластов из листьев хлопчатника // Физиология растений: Докл. АН Тадж. ССР. 1989. -Т. 32. № 4. - С. 277-279.

34. Иванова Н.А. Влияние дефолиации на строение устьичного аппарата и фотосинтетическую активность листьев // Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата. Свердловск: Изд-во УрГУ, 1978. -С. 132-136.

35. Иванова Т.И., Семихатова О.А. Альтернативный путь транспорта электронов в дыхании растений разных климатических зон // Физиология растений. 1990. Т. 37. Вып. 2. - С. 258-264.

36. Игамбердиев А.У. Микротельца в метаболизме растений. Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1990.-148с.

37. Игамбердиев А.У., Хожайнов В.Н., Клевцова И.В. Метаболизм гликолата в семядолях и листьях белой акации // Физиология растений: 1988. - Т. 35. Вып. 5.-С. 928-936.

38. Карпилов Ю.С., Новицкая И.Л., Белобродская Л.К. Влияние фотофосфорил-лирования на реакции гликолиза в клетках ассимилирующих тканей листьев проса//Биохимия. 1977. - Т. 42. Вып. 12. - С. 2131-2139.

39. Кершанская О.И. Концепция оптимального фотосинтетического типа растения пшеницы в оптимизации селекционного процесса // Вестник Башкирского университета. 2001. - №2. - С. 39-41.

40. Киселева И.С., Сычева Н.М., Каминская О.А., Михалева О.С. Взаимосвязь роста колоса ячменя и поглощения ассимилятов с содержанием фитогормонов // Физиология растений. -1998. -Т.45. №4. -С. 549-556.

41. Конарев В.Г. Гилязетдинова Ш.Я., Ахметов P.P. Гетерозис и его проявление по данным биохимии и молекулярной генетики // Сельскохозяйственная биология. 1981. - Т. 16. Вып. 3. - С. 380-384.

42. Конарев В.Г. Природа гетерозиса и возможности его прогнозирования // Сельскохозяйственная биология. 1991. - №3. - С. 3-10.

43. Корона В.В. Хлоропластогенез. Аксиоматический подход // Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата. Свердловск: Изд-во УрГУ, 1978. - С. 74-78.

44. Кочубей С.М. Организация фотосинтетического аппарата высших растений. Киев: "Альтерпрес".-2001.-205 с.

45. Кудоярова Г.Р., Веселов С.Ю., Каравайко Н.Н., Гюли-заде В.З., Чередова Е.П., Мустафина А.Р., Мошков И.Е., Кулаева О.Н. Иммуноферментная система для определения цитокининов // Физиология растений. 1990. - Т.37. -С. 193-199.

46. Кумаков В.А. Физиологические обоснования моделей сортов пшеницы. М.: Агропромиздат, 1985.268 с.

47. Куперман И.А., Хитрово Е.В. Дыхательный газообмен как элемент продукционного процесса растений. Новосибирск: Наука, 1977.183 с.

48. Куперман И.А., Хитрово Е.В., Гордеева Н.И. Четырехкомпонентная структура метаболизма листьев растений: особенности температурной зависимости компонент // ДАН.-2001.-Т.377.№3.- С. 419-422.

49. Курсанов A.JI. Фотосинтез и транспорт ассимилятов. М.: Наука, 1976. 646 с.

50. Ладыгин В. Г. Влияние корневой гипоксии и аноксии на функциональную активность и структуру хлоропластов листьев Pisum sativum L. и Glicine max L. // Физиология растений. -1999. -Т. 46. -№ 2. С. 246-258.

51. Ладыгин В. Г. Замыкающие клетки устьиц, пластиды и пыльцевые зерна диплоидных и татраплоидных гречих // Генетика. -1965. -Т.1.- № 6. С. 127131.

52. Ладыгин В. Г., Семенова Г. А. Влияние дефицита железа на состав хлорофилл-белковых комплексов и ультраструктуру хлоропластов гороха // Физиология растений. -1993. -Т.40. -№ 16. С. 841-849.

53. Ладыгин В.Г. Биосинтез каротиноидов в пластидах растений // Биохимия. -2000. -Т.65. -№ 10. С. 1317-1333.

54. Ладыгин В.Г. Биосинтез каротиноидов водорослей и его генетический контроль // Успехи современной, биологии. -2001. -Т.121. -№ 3. С. 296-317.

55. Ладыгин В.Г. Спектральные формы хлорофилла мутантов хламидомонады с неактивными фотосистемами // Биофизика. 1979. - Т. 24. - № 2. - С. 254260.

56. Ладыгин В.Г. Ширшикова Г.Н. Изменение состава каротиноидов в мембранах хлоропластов у двойных мутантов Chlamydomonas с нарушениями различных участков фотосистемы II // Биол. мембраны. -1999. -Т. 16. -№ 5. С. 492-502.

57. Ладыгин В.Г., Аллахвердиев С.И., Четвериков А.Г. Влияние редукции свето-собирающего комплекса на величину фотосинтетической единицы и число реакционных центров фотосистем у мутантов Chlamydomonas reinhardtii // Биофизика. -1990. -Т.35. -№2. С. 280-284.

58. Ладыгин В.Г., Биль К.Я., Божок Г.В. Формы хлорофилла и структура хлоропластов у мутантов Pisum sativum с неактивной фотосистемой I и фотосистемой II // Физиол. растений. -1982. Т.29. -№3. -С. 479-487.

59. Ладыгин В.Г., Лебедев Н.Н. Спектры флуроресценции хлорофилла фотосистемы I, фотосистемы П и светособирающего комплекса Chlamydomonas rein-hardii // Молекулярная биология. 1986.- Т.20. -№ 2. - С. 450-455.

60. Ладыгин В.Г., Фомина И.Р., биль К.Я., Москаленко А.А., Ширшикова Г.Н. Идентификация хлорофилл-содержащих полос с использованием мутантов Chlamydomonas reinhardii // Биохимия. 1983. - Т. 48. -№ 9. - С. 1421-1428.

61. Лайск А.Х. Кинетика фотосинтеза и фото дыхания СЗ растений. М.: Наука. 1977. 196с.

62. Ложникова В.Н., Хлопенкова Л.П., Чайлахян М.Х. Определение природных гиббереллинов в растительных тканях//Методы определения фитогормонов, ингибиторов роста, дефолиантов и гербицидов.- М: Наука, 1973. С. 50-58.

63. Магомедов И.М. Фотосинтез и органические кислоты. Л.: Изд-во ЛГУ, 1988. 203с.

64. Мажуль М.М., Новикова Н.С., Воскресенская Н.П. Действие света на фотосинтетическую и гликолитическую глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу у проростков ячменя // Физиология растений. 1980. - Т. 27. - №1. - С. 2530.

65. Макаренко Е.В. Комплексное определение активности супероксиддисмутазы и глутатионредуктазы в эритроцитах у больных с хроническими заболеваниями печени // Лабораторное дело. -1988.-№11.- С. 48-50.

66. Мамушина Н.С., Зубкова Е.К. Функционирование основных этапов темнового дыхания на свету у С3-растений с разным сезонным ритмом // Физиология растений. -1995. -Т.42. -№1. С. 30-37.

67. Маршакова М.И., Иванченко В.М., Микульская С.А. Иследование in vitro видовой специфики регуляторного влияния митохондрий на хлоропласты // Физиология растений. -1990. Т. 37. - Вып. I. - С. 64-69.

68. Минченко А.Г., Дударева Н.А. Митохондриальный геном. Новосибирск: Наука, 1990. 193 с.

69. Мокроносов А.Т. Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата. Свердловск : Изд-во УрГУ, 1978. - С. 5-30.

70. Мокроносов А.Т. Онтогенетический аспект фотосинтеза. М.: Наука, 1981. 196 с.

71. Мокроносов А.Т. Фотосинтетическая функция и целостность растительного организма: 42-е Тимирязевское чтение. М.: Наука, 1983. 64 с.

72. Мокроносов А.Т., Назарова С.К., Рахимова Г.И. Метаболизм экзогенного аланина в листьях растений // Физиология растений. 1973.- Т. 20. -Вып. 4. -С. 757-765.

73. Молчан И.М., Ильина Л.Г., Кубарев П.И. Спорные вопросы в селекции растений // Селекция и семеноводство. 1996. -№ 1-2. -С. 36-51.

74. Москаленко А.А., Ладыгин В.Г., Кузнецова Н. Ю., Ширшикова Г. Н., Ерохин Ю. Е. Выявление двух хлорофилл-а-белковых комплексов фотосистемы II у мутантов Chlamydomonas reinhardtii // Биофизика. -1988. -Т. 33. -Вып. 1. -С. 13-17.

75. Мурей И.А. Кинетика фотосинтезаи дыхания кукурузы после темнового периода // Физиология растений. 1984 - Т.31. - №3. - С.433-441

76. Мурей И.А., Рахманкулова З.Ф. Соотношение фотосинтеза и составляющих дыхания у сахарной свеклы в вегетативную фазу роста // Физиология растений. 1990. - Т.37. - №3. - С. 462-467.

77. Насыров Ю.С. Генетическая регуляция формирования активности фотосинтетического аппарата // Физиология фотосинтеза / Под ред. А.А. Ничипоро-вича. -М.: Наука, 1982. С. 146-164.

78. Наумов А.В. Сезонная динамика растворимых углеродов и дыхательного газообмена основных ценозообразователей ковыльных степей северного Казахстана // Изв. СО АН СССР. Сер. биол. наук. - 1981. - Вып. 2. - С. 30-37.

79. Негрецкий В.А. Методические рекомендации по определению цитокининов // Методические рекомендации по определению фитогормонов. Киев: Ин-т ботаники АН УкрССР, 1988. - С. 31-41.

80. Ничипорович А.А. Теория фотосинтетической продуктивности растений // Итоги науки и техники. Физиол. растений. М.: ВИНИТИ, 1977. - Т. 3. - С. 11-46.

81. Ничипорович А.А. Физиология фотосинтеза и продуктивность растений // Физиология фотосинтеза / Под ред. Ничипоровича А. А. -М.: Наука, 1982. С. 7-33.

82. Новикова Г.М., Ракитина ТЛ., Шахов А.А. Светочувствительность малатде-гидрогенезы проростков пшеницы // Докл. АН СССР. 1974. - Т. 217. -№2. -С. 472-475.

83. Новицкая И.Л. Исследование реакций гликолиза и цикла Кребса в ассимиля-цонных тканях листьев С4 растений на свету: Автореф. дис. канд. биол. наук. - Пущино, 1979. - 123 с.

84. Окунцов М.М., Верхотурова Г.С. Влияние света на содержание органических кислот в листьях Phaseolus multiflorus // Вопросы фотосинтеза. -Томск: Изд-во Том. ун-та, 1970. Вып. 2. - С.232-238.

85. Опритов В.А. Энтропия биосистем // Соросовский образовательный журнал.-1999.-№ 6.- С. 33-38.

86. Полищук Е.А. Изучение энергозависимых процессов у гетерозисных гибридов и исходных форм гороха: Автореф. дис. канд. биол. наук. Иркутск, 1989.-119 с.

87. Полищук Е.А., Соколов В.А., Солоненко Л.П., Шумный В.К. Влияние хло-рофильной мутации на азотный обмен у гетерозисных гибридов гороха // Физиол. и биохим. культурных растений. 1987. - Т. 19. -№ 2. -С. 175-182.

88. Полищук Е.А., Соколов В.А., Шумный В.К. Сравнительная характеристика активности рибулёзо-1,5-дифосфаткарбоксилазы у мутантных, нормальных и гибридных растений гороха // Генетика. 1984. - Т. 20. - № 2. - С. 298-302.

89. Пронина Н.А. Организация и физиологическая роль С02 концентрирующего механизма при фотосинтезе микроводорослей // Физиология растений. -2000.- Т.47.- №5. - С. 801-810.

90. Расулов Б.Х. Фотосинтетические параметры листьев хлопчатника при различных донорно-акцепторных отношениях в системе целого растения // Физиология растений. 1989. - Т. 33. - Вып.5. - С. 922-929.

91. Рахман Масудур М.Д., Драгавцев В.А. Новые подходы к прогнозированию гетерозиса у растений//С.-х. биол. 1990. - №1. - С.3-11.

92. Реймерс Н.Ф. Популярный биологический словарь. М.: Наука, 1991. 537 с.

93. Ренсон С. Кислоты растений // Биохимия растений: Пер. с англ. М.: Мир, 1968. С. 288-310.

94. Романова А.К. Биохимические методы изучения автотрофии у микроорганизмов. М.: Наука. 1980. 160 с.

95. Рубин Б.А., Гавриленко В. Ф. Биохимия и физиология фотосинтеза. -М.: Изд-во Московского ун-та, 1977. 328 с.

96. Рыбцов С.А., Гостимский С.А. Вклад комплекса компенсаторных генов в проявлении количественных признаков у гетерозисных гибридов гороха // Генетика. 1996. - 32. - №9. - С. 1229-1234.

97. Сапожников Д.И., Колотова JI.P., Гиллер Ю.Е. Спектр действия дезэ-поксидации виолаксантина // ДАН СССР. -1966. Т. 171. - С. 740-741.

98. Сарсенбаев К.К. Ферменты и адаптация растений к резко- континентальному климату: Автореф. дис. д-ра биол. наук. Душанбе, 1988. - 44с.

99. Семенова Г. А., Ладыгин В Г., Тагеева С. В. Ультраструктурная организация мембранной системы хлоропластов мутантов Chlamydomonas reinhardtii с неактивными фотосистемами // Физиология растений. 1977. -Т. 24. -Вып. 1. - С. 18-22.

100. Семёнова Г.А. Электронно-плотное вещество в клетках мезофилла листа картофеля // Физиология растений. 1985. - Т. 29. - № 4. - С. 660-664.

101. Семихатова О.А. Взаимосвязь фотосинтеза и функции роста // Фотосинтез и продуктивный процесс. М.: Наука. 1988. - С. 98-108.

102. Семихатова О.А. Энергетика дыхания растений в норме и при экологическом стрессе // 48-е Тимирязевское чтение. -М.: Наука, 1987. 71 с.

103. Семихатова О.А., Заленский О.В. Сопряженность процессов фотосинтеза и дыхания // Физиология фотосинтеза. М.: Наука. 1982. - С. 130145.

104. Семихатова О.А., Заленский О.В. Сопряжённость процессов фотосинтеза и дыхания //Физиология фотосинтеза / Под ред. А.А. Ничипоровича. -М.: Наука, 1982. С. 130-145.

105. Семихватова О.А., Заленский О.В. Сопряженность процессов фотосинтеза и дыхания // Физиология фотосинтеза. М., 1982. С.130-145.

106. Сидоренко О.И., Беденко В.П., Уразалиев Р.А. Фотосинтез гетерозисных гибридов озимой пшеницы. -Алма-Ата: Изд-во Гылым, 1990.40 с.

107. Сидорова К.К. Приёмы, повышающие выход мутаций у гороха // Химический мутагенез и создание селекционного материала. М.: Наука, 1972.-С. 178-183.

108. Сидорова К.К. Изучение генетической природы индуцированных мутантов гороха // Генетика. -1968. -Т. 4. №6. -С. 13-21.

109. Сидорова К.К., Тянутова Г.В., Ужинцева Л.П., Попова B.C. Естественная и индуцированная мутабильность мутантов гороха // Цитогенетика гибридов, мутации и эволюция кариотипа. Новосибирск: Наука, Сиб. Отд-е, 1977.-С. 136-146.

110. Соколов В.А. Локализация мутантного гена, контролирующего пигментацию типа chiorotica у гороха // Докл. Ан. СССР. 1989. - Т. 308. -№ 5. -С. 1244-1246.

111. Соколов В.А., Шумный В.К., Гобунова Г.В., Сушкова О.В. Сравнительное изучение глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в онтогенезе у лилий и гибридов гороха в связи с гетерозисом // Генетика. 1983. - Т. 19. - № 12. -С. 2069-2072.

112. Соколов В.А., Шумный В.К., Цонев В., Станев В., Данаилов Ж., Доб-ринова К. Частота, размер и функциональные характеристики устьиц в связи с гетерозисом у гороха // Изв. Сиб. отд-ния Ан СССР. Сер. биол. наук. -1988. Вып.2. С. 89-99.

113. Солдатенков С.В. Обмен органических кислот у растений. М.-Л.: Изд-во АН СССР. 1971. -44 с.

114. Степанова A.M., Баранова А.А. Влияние света на обмен органических кислот в листьях ревеня и табака // Биохимия. 1972. - Т. 37. Вып. 3. -С. 520-526.

115. Степанова A.M., Шумилова А.А. Влияние интермедиатов фотодыхания и кислорода на декарбоксилирование 14С- пирувата в листьях махорки // Вестник ЛГУ, сер. биол. -1980. №9 - С. 69-73.

116. Степанова A.M., Шумилова А.А. Исследование функционирования гликолитического пути окисления глюкозы в зеленых листьях на свету // Биохимия. 1974. - Т. 393. -Вып. 5. - С. 929-935.

117. Страйер Л. Биохимия: В 3-х т. Пер. с англ.-М.: Мир, 1985.- Т.2.-312с.

118. Струнников В.А. Природа гетерозиса и новые методы его повышения. -М.: Наука, 1994.-98с.

119. Сытник К.М., Мусатенко Л.И., Богданова Т.Л. Физиология листа. -Киев: Наукова Думка, 1978. 392с.

120. Тарчевский И.А. Механизм влияния засухи на фотосинтетическое усвоение С02 //Физиология фотосинтеза.-М.: Наука, 1982.-С. 118-129.

121. Титлянов Э.А., Степанова A.M., Чесноков В.А. Влияние различной освещенности и концентрации С02 на обмен органических кислот в листьях ревеня // Вестник ЛГУ, сер. биол. -1967. № 21. вып. 4. - С. 129-139.

122. Тооминг Х.Г. Экологические принципы максимальной продуктивности посевов. Л.: Наука, 1984. 264 с.

123. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии. -М.: Мир, 1981.-Т. I.-532 с.

124. Ужинцева А.П., Сидорова К.К. Изучение генетической природы мутантов гороха с измененными вегетационным периодом // Цитогенетика гибридов, мутации и эволюция кариотипа. Новосибирск: Наука. -1977. - С. 147-151.

125. Уоллес Д. Генетика фотосинтеза и продуктивности // Генетика и благосостояние человека. М.: Наука, 1981.- С. 469-480.

126. Уоллес Д. Генетика фотосинтеза и продуктивности (на примере фасоли) // Генетика и благосостояния человечества / Под ред. М.Е. Вартаняна. М.: Наука, 1981. С. 469-480.

127. Уоринг Ф., Филлипс И. Рост растений и дифференцировка.-М.: Мир, 1984.- 321с.

128. Фауден Л. Биогенез аминокислот // Биохимия растений. М.: Мир, 1968. - С. 204-224.

129. Филатов Г.В. Гетерозис: физиолого-генетическая природа.-М.: Агро-промиздат, 1988. 97с.

130. Филатов Г.Ф. Физиолого-биохимическая природа гетерозиса. М.: Аг-ропромиздат, 1993. 100 с.

131. Филиппова JI.A., Мамушина Н.С., Зубкова Е.К. Развитие представлений о взаимосвязи фотосинтеза и дыхания растений // Эколого-физиологические исследования фотосинтеза и дыхания растений / Под ред. Семихатовой О.А. Л.:Наука, 1989. С.168-183.

132. Фотосинтез и биопродуктивность: методы определения. -М.:Агропромиздат, 1989.497с.

133. Фотосинтез и продукционный процесс / Под ред. Мокроносова А. Т. Свердловск: Изд-во Уральского ун-та, 1988. 180 с.

134. Холодарь В.А., Шевцов С.В., Чекуров В.М. Применение иммунофер-ментного анализа для изучения фоторегуляции уровня гиббереллинов в этиопластах пшеницы // Физиология растений, 1995. 42. - С. 647-651.

135. Хочачка П., Сомеро Дж. Стратегия биохимической адаптации: Пер. с англ. М.: Мир, 1977. - 398 с.

136. Целькинер Ю.Л., Малкина И.С., Коваль А.Т. и др. Рост и газообмен С02 у лесных деревьев. М., 1993. 256с.

137. Цельникер Ю.Л. Физиологические основы теневыносливости древесных растений. М.: Наука, 1978. - 215с.

138. Чиков В.И. Фотосинтез и транспорт ассимилятов. М.: Наука, 1987. 188 с.

139. Чмора С.Н., Слободская Г.А. Количественное соотношение на свету и в темноте у листьев С3- растений // Физиология растений. 1985. - Т. 32. -Вып. 2.-С. 292-298.

140. Шахбазов В.Г., Чешко В.Ф., Шершевская У.М. Механизмы гетерозиса: История и современное состояние проблемы. Харьков, 1990. - 120с.

141. Шугаев А.Г. Альтернативная CN-резистентная оксидаза митохондрий растений // Физиология растений. 1998. - Т.46. -№2. - С.307-320.

142. Шумилова А.А., Федосеенко А.А., Степанова A.M. Влияние света на функции цикла Кребса в листьях кукурузы // Научн. докл. Высш. Школы. Биологические науки. 1976. - № 9. - С. 87-91.

143. Шумный В.К., Сидорова К.К., Белова Л.И. Исследования гетерозисно-го состояния у гороха по девяти мутантным генам // Генетика. 1970. - Т. 6. №8. -С. 1345-1350.

144. Шумный В.К., Соколов В.А., Вершинин А.В. Гетерозис и механизмы сверхдоминирования. Генетические аспекты гетерозиса, часть П // Гетерозис. Минск: Наука и техника, 1982. - С. 109-142.

145. Эдварде Дж., Уокер Д. Фотосинтез С3- иС4-растений: механизмы и регуляция: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - 598 с.

146. Эсау К. Анатомия растений. М.: Мир.-1969.-564 с.

147. Юзбеков А.К. Спектрофотометрические способы определения активности ключевых ферментов фотосинтетического метаболизма у Сз- и С4-растений (методическое пособие). Киев, 1990. С. 1-32.

148. Якубова М.М. Функциональные особенности и структурная организация фотосинтетического аппарата с высокой активностью: Автореф. дис. докт. биол. наук. М., 1984. - 46 с.

149. Якушкина Н.И., Похлебаев С.М. Особенности фотофосфорилирования хлоропластов, выделенных из обработанных фитогормонами листьев ячменя и пшеницы // Физиология растений. 1982.- Т.29. - №3. - С. 502-507.

150. Akamba L.M., Anderson L.E. Light modulation of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase and glucose- 6- phosphate dehydrogenase by photo-synthetic electron flow in pea chloroplasts // Plant Physiol. -1981. -V.67. № 2. -P. 197-200.

151. Amtor J.S. Respiration and crop productivity.- Berlin: Springer-Verl., 1989. -325 p.

152. Anderson J.M. Chlorophyll-protein complexes of higher plant thylakoids: Distribution, stoichiometry and organization in the photosynthetic unit // FEBS Lett. -1980. -V.117. -№1. P. 327-332.

153. Anderson L.E., Lim Ng T.C., Park R.E.Y. Inactivation of pea leaf Chloro-plastic and Cytoplasmic glucose-6-phosphate dehydrogenases by Light and Di-thiothreitol // Plant Physiol. 1974. - V.53. - № 6. - P. 835-839.

154. Anderson L.E., Lim NgbT.C., Park R.E.Y. Inactivation of pea Leaf Chlo-roplastic and Cytoplasmic Glucose-6-Phosphate-Dehydrogenases by Light and Dithiothreitol // Plant Physiol.-1974. V.53.-№ 6. - P.835-839.

155. Anderson L.E., Carol A.A., Bryant J.A. Calvin cycle enzymes in the nucleus // Физиол.и биохим.культ.раст. 2003. - T.35.- №4.- С. 309-316.

156. Ар Rees Т. Assessment of the contribution of metabolic pathway to plants respiration // The Biochemistry of Plants. Vol.2. Metabolism and Respiration. -New York, 1980.-P. 1-29.

157. Ap Rees. The organization of glycolysis and the oxidative pentose phosphate pathway in plants // Higher Plant Cell Respiration. Berlin e.a, 1985. - P. 391-417.

158. Appleford N.E.J., Lenton J.R. Gibberellins and leaf explansion in near-isogenic wheat lines containing Rht 1 and Rht 3 dwarfing alleles // Planta. 1991.-V.183.-P. 229-236.

159. Ascon- Biete J., Osvand C.B. Relationship between photosynthesis and respiration. The effect of carbohydrate status on the rate of C02 production by respiration in darked and illuminated wheat leaves // Plant Physiol. 1983. -V.71. -P.574-581.

160. Aspinall D. Role of abscisic acid and other hormones in adaption to water stress / Adaptation of plants to water and high temperature stress. N.Y.: Chister Brisbone, 1980. 324 p.

161. Austin R.B., Ford A., Morgan C.L. Genetic improvement in the yield of winter wheat: a further evaluation // J.Agr. Sci.(Cambridge). -1989. -V.112. P. 295-301.

162. Bangerth F., Aufhammer W., Baum O. IAA level and dry matter accumulation at different positions within a wheat ear // Physiol. plant.-1985.-V.63. -№1. P.121-125.

163. Barber I. Manipulation of photosynthesis // Nature. 1984. - V. 310. - № 5974.-P. 184-186.

164. Bassham J.A., Kirk M. Photosynthesis of amino acids // Biochim. Biophys. Acta. -1964. -V.90. P. 553-556.

165. Bassi R., Simpson D.I. Chlorophyll-protein complexes of barley photosys-tem I // Eur.J.Biochem. 1987. - V.163. - №2. - P.221-230.

166. Beevers H. Regulation of Carbohydrate Partitioning in photosynthetic tissue // Proceed of 8th Ann. Sympos. In Plant Physiol., Univ. of California, Rever-side, Jan. 11-12, Ed. Preiss J., Heath R.L. 1985. - 396 p.

167. Beevers H. Respiration in plants and its regulation // Prediction and measurement of photosynthetic productviti. -Pudoc: Wegeningen, 1970. P. 209-305.

168. Biogenesis and evolution of chloroplast ribosomes: cooperation of nuclear and chloroplast genes / Schmidt R.I., Hesler J.P., Gillham N.W., Boynton J.E. // Molecular Biology of the Photosynthetic Apparatus. New York, 1985. - P. 417427.

169. Bird I.F., Cornelius M.I., Dyer T.A., Keys A.I. The purity of chloroplasts isolated in non-aqueous media //1. Exp. Bot. 1973. - № 24. - P. 211-215.

170. Black C.C., Sung S.S., Xu D.P. Alternative parallel pathways of glycolysis and gluconeogenesis from sucrose to pyruvate in plant cells // Plant Physiol. — 1987. -V.83. № 4. - P. 110-114.

171. Bonnoun P. Does the chloroplast control mitochondrial functions? // FEBS Lett.-198l.-V. 136.-№ l.-P. 1-6.

172. Boudreau E., Otis C., Turmed M. Conserved gene clusters in hightly rearranged chloroplast genomes of Chlamydomonas reinhardtii // Plant Mol. Biol. -1994. -V.24. -P. 585-602.

173. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Analiti-cal Biochemistry. 1976. - V. 72. - P. 248-254.

174. Brault Mathias, Maldiney Regis. Mechanisms of cytokinin action // Plant Physiol. Biochem. 1999. V.37, N 5. P.403-412.

175. Breeze V., Elston I. Some effects of temperature and substrate content upon respiration and carbon balance of field beans (Vicia faba L.) // Ann. Bot. -1978. V. 42. -№180. - P. 863-869.

176. Brown A.H. The effects of light on respiration using isotopically enriched oxygen // Amer. J. Bot. 1953. - V. 40. - P. 719-729 .

177. Browse I.A., Brown I.M.A., Dromgoole F. I. Malate synthesis and metabolism during photosynthesis in Egeria densa Planch. // Aquat. Bot. 1980. - V.8. -№ 4. - P. 295-305.

178. Bryce I.H., Ascon-Biete I., Wiskich I.T. et al. Adenylate control of respiration in plante: the contribution of rotenone-insensitive electron transport to ADP oxygen consumption by soybean mitochondria // Physiol. Plant. -1990. V. 78. -№2.-P. 12-19.

179. Buchanan B.B., Wolosiuk R.A., Schurmann P. Thioredoxin and enzyme regulation // Trands Biochem. Sci. 1979. - V. 4. - P. 93-96.

180. Bunce J.A. Growth rate, photosynthesis and respiration in relation to leaf area index // Ann. Bot. (USA). 1989. - V. 63. -№ 4. - P. 459-463.

181. Butler W.L., Kitajima M. Energy transfer between photosystem II and photosystem I in chloroplasts // Biochim. Biophys. Acta. 1975. - V. 396. -№ 1. -P. 72-85.

182. Butterfass T. Control of plastid division by means of nuclear DNA amount // Photoplasma. 1973. - V. 76. -№ 2. - P. 167-195.

183. Caemmerer S. von, Farquhar G.D. Some relationships between the biochemistry of photosynthesis and the gas exchange rates of leaves // Planta. -1981. -T.153.- P. 376-387.

184. Camp P.I., Douglas R.D. Purification and characterization of the pea chlo-roplast pyruvate dehydrogenase complex. A source of acetyl-CoA and NADH for fatty asid biosynthesis // Plant Physiol. 1985. - V. 77. - № 3. - P. 571-577.

185. Cashin B.G., Cossins E.A., Canvin D.T. Dark respiration during photosynthesis in wheat leaf slices // Plant Physiol. 1988. - V. 87. -№ 1. - P. 155-160.

186. Chapman E.A., Graham D. The effect of light on the tricarboxylic asid cycle in green leaves. II. Intermediary metabolism and the location of the control points // Plant Physiol. 1974b. - V. 53. - P. 886-892.

187. Chapman E.A., Graham D. The effect of light on the tricarboxylic asid cycle in green leaves. I. Relative rates of the cycle in the dark and the light // Plant Physiol. -1974a. V. 53. - № 6. - P. 879-885.

188. Chapman E.A., Osmond C.B. The effect of light on the tricarboxylic asid cycle in green leaves. III. A comparison between some C3- and C^plants // Plant Physiol. 1974. - V. 53. - № 6. - P. 893-898.

189. Chitnis P.R. Photosystem I // Plant Physiol. -1996.-V.11 l.-№4.-P.661-669.

190. Chitnis P.R., Xu Q., Chitnis V.P., Nechushtai R. Functions and organization of photosystem I polypeptides // Photosynth. Res.-1995.-V.44. №1.- P.23-40.

191. Chitnis P.R., Xu Q., Chitnis V.P., Neuchustai R. Function and organization of photosystem I polypeptides // Photosynthesis Res. -1995. -V.44. -№1. P. 2340.

192. Cockerham C.C., Z.B. Zeng. Design III with marker loci // Genetics, -1996. -V.143.-P. 1437-1456.

193. Coggeshall B.M., Hodges H.F. The effect of carbohydrate concentration rate of soybean // Crop. Sci. 1980. - V. 20. -№ 1. - P. 86-89.

194. Costes C. Mutation induites et photosynthesis // Bull. Soc. Bot., France. -1979. -V. 126. № 2. - P. 53-58.

195. Cox G.F., Davies D.D. Nicotinamide adenine dinucleotide specific iso-citrate dehydrogenase from pea mitochondria // Biochem. J. 1967. - V. 105. -№ 2. - P. 729-734.

196. Crow J.F. Altervative hypotheses of hybrid vigor // Genetics, 1948. N 33. . p. 477-487.

197. Crow J.F. Dominance and overdominance // In: J. G. Coors, S. Pandey (ed.). The genetics and exploitation of heterosis in crops, 1999. ASA, CSSA and SSSA, Madison, WI. - P. 49-58.

198. Cseke С., Weeden N.F., Buchnan B.B., Uyeda K. A special fructose bisphosphate functions as a cytoplasmic regulatory metabolite in green leaves // Proc. Nat. Asad. Sci. USA. 1982. - V. 79. - P. 4322-4326.

199. Cseke C.A., Buchanan B.B. Regulation of the Formation and Utilization of Photosynthate in Leaves // Biochim.Biophys.Acta. 1986. - V.853. - №1. - P.43-63.

200. Cyiou T.J., Bush D.R. Sucrose is a signal molecule in assimilate partitioning // Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 1998. -V.45. -№4. - P. 4784-4788.

201. Czok R., Lamprecht W. // Methoden der ensymatischen. analyse. Berlin, 1970.-Bd 2.-S. 1407-1411.

202. Dahlbender В., Strack D. The role of the malate in ammonia assimilation in cotyledons of radish (Raphanus sativus L.) // Planta. 1986. - V. 169. - P. 382392.

203. Dancer G. E., ap Rees T. Relationship between pyrophosphate, fructose-6-phosphate-1-phosphotransferase, sucrose breakdown and respiration // J. Plant. Physiol. -1989. V. 135. - № 3. - P. 197-206.

204. Davis B.M., Merret M.I. Effect of light on synthesis of mitochondria enzymes in synchronized Euglena culture // Plant. Physiol. 1974. - V. 53. -№ 3. -P. 575-580.

205. Day D.A., Hanson J.B. Pyruvate and malate transport and oxidation in corn mitochondria // Plant. Physiol. 1977. - V. 59. - P. 630-635.

206. Day D.A., Neuburger M., Douse R. Interactions between glycine decarboxylase, the tricarboxylic asid cycle and the respiratory chain in pea leaf mitochondria // Austr. J. Plant. Physiol. 1985. - V. 12. - P. 119-130.

207. Decker J.P. A rapide patillumination deceleration of respiration in green leaves // Plant. Physiol. 1955. - V. 30. - P. 82-84.

208. Dennis D.T., Miernyk I.A. Compartmentation of nonphotosynthetic carbohydrate metabolism // Annu. Rev., Plant. Physiol. 1982. - V. 33. - P. 27-50.

209. Derfling K., Trietz A., Fenner R. Einflub von Abscisinsaure auf den Transport und die Einlaugerung von Assimilaten // Ber. Dtsch. Ges. -1984. -Bd. 97. № 1-2. S. 87-99.

210. Dicks J., Anderson M., Cardie L. et al. UK CropNet: a collection of databases and bioinformatic resources for crop plant genomics // Nucl.Acids Res. -2000. V.28. -№1. - P. 104-107.

211. Douse R., Neuburger M. The uniqueness of plant mitochondria // Annu. Rev., Plant. Physiol. Plant Mol. Biol. 1989. - V. 40. - P. 371-414.

212. Downes B.P., Crowell D.N. Cytokinin regulates the expression of a soybean b-expansin gene by a post-transcriptional mechanism // Plant Mol. Biol. -1998. V.37. -№ 3. - P. 437-444.

213. Dry I.B., Day D.A., Wiskich I.T. Preferential oxidation of glycine by the respiratory chain of pea leaf mitochondria // FEBS Lett. 1983. -№ 158. - P. 154158.

214. Dry I.B., Wiskich I.T. Inhibition of 2-oxoglutarate oxidation in plant mitochondria by pyruvate // Biochem. Biophis. Res. Commun. -1985. -V. 133. -№ 5. -P. 397-403.

215. Duvick D.N., Cassman K.G. Postgreen revolution: trends in yield potential of temperate maize in the North-Central United States // Crop.Sci. -1999. -V.39. -№ 5. -P.1622-1630.

216. Dyer T.A. The chloroplast genome and its products // Plant Mol. and Cell Biol.-1985.-V. 2.-P. 147-177.

217. East E.M. Heterosis // Genetics, 1936. V. 21. - P. 375-397.

218. Ebbighausen H., Jia Chen, Heldt H. W. Oxaloacetate translocator in plant mitochondria // Biochem. Biophys. Acta. 1985. - V. 810. - B-74. - № 2. - P. 184- 199.

219. Eichhorn M., Corbus B. Dia glucose-6-phosphate Dehydrogenase im Stoffwechsel photoautotropher Organismen // Biochem. Und Physiol. Pflans. -1988. -Bd. 183. № 6. - P. 449-475.

220. Ellias B.A., Givan C.V. Localization of pyruvate dehydrogenase complex in Pisum sativum chloroplasts // Plant Stl. Lett. 1979. - V. 17 - P. 115-122.

221. Ellis I.R., Leech R.M. Cell size and chloroplast sise in relation to chloroplast replication in light-grown wheat leaves // Planta. -1985.-V. 165. -№ 2. P. 120-123.

222. Elmore C.D. the paradox of no correlation between leaf photosynthetic rates and crop yields // Predicting Photosynthesis for Ecosystem Models. Florida: CRC Press, 1980. - V. 2. - P. 155-167.

223. Evans M.L. Functions of hormones at the cellular level of organization / Ed. Т.К. Scott // Encyclopedia of plant physiology. New Series. Berlin: Springer, 1984. - V.10. - P.23-79.

224. Evans L.T. Crop evolution, adaptation and yield.-Cambridge: Cambridge Univ.Press, 1993. 340p.

225. Fader G.M., Koller H.R. Relationships between respiration rate and carbohydrate pools of the soybean fruit // Plant Physiol. 1984. - V. 75. -№ 3. - P. 694-699.

226. Fang Т.К., Miernyk I.A., Randall D.D. Pyruvate oxidation by purified pea leaf mitochondria // Plant Physiol. 1987. - V. 83. - № 4. - P. 92-96.

227. Farrar I.F. Respiration rate of barley roots: its relation to growth, substrate supply and the illumination of the shoot // Ann. Bot. 1981. - V. 48. - № 1. - P. 53-60.

228. Farrar I.F. The pattern of respiration rate in the vegetative barley plant // Ann. Bot. 1980. -V. 46. - № 1. - P. 71-74.

229. Farrar I.F. The respiratory source of С02 // Plant, cell and environment. -1985. -V. 8. № 6. - P. 427-432.

230. Franzen L.G., Rochaix J.D., von Heijne G. Chloroplast transit peptides from the green alga Chlamydomonas reinhardtii share features with both mitochondrial and higher plant chloroplast presquences // PEBS Lett. 1990. - 260. -№2.-P. 165-168.

231. Garab G., Lajko F., Mustardy L., Marton L. Respiratory control over pho-tosynthetic electron transport in chloroplasts of higher plant cells: evidence for chlororespiration // Planta. 1989. - V. 179. - № 3. - P. 349-358.

232. Gardestrom P., Edwards G.E. Leaf mitochondria (C3+C4+CAM) // Encyclopedia of Plant Physiology. Berlin: Springer-Verlag, 1985. - V. 18. - P. 314346.

233. Gepts P. A comparison between Crop Domestication, Classical Plant Breeding and Genetic Engineering // Crop Science, 2002. V.42. - N 6. - P. 17801790.

234. Gietl C., Hock B. Organelle-bound malate dehydrogenase isoenzymes are synthesized as higher molecular weight precursors // Plant Physiol. 1982. - V. 70, -№ 2. - P. 483-487.

235. Gifford R. M. A comparison of potential photosynthesis, productivity and yield of plants species with differing photosynthetic metabolism // Austral.J.Plant Physiol. -1974. -V.l. №1. -P. 107-117.

236. Givan C.V. The source of acetyl coenzyme A in chloroplasts of higher plants // Physiol. Plant. 1983. - V. 57. - № 2. - P. 311-316.

237. Goldbach H., Michael G. Abscisic content of barley grains during ripening as affected by temperature and variety // Crop Sci. -1976. V. 16. -№ 6. - P. 797799.

238. Gonella I.A., Peterson P.A. Isozyme relatedness of inbread of maize and performance of their hybrids // Maydica. 1978. - V. 23. - № 2. - P. 55-61.

239. Graham D., Chapman E.A. Interactions between photosynthesis and respiration in higher plants // Encyclopedia of Plant Physiology. Photosynthesis II. V.6: Berlin.-1979. P. 150-162.

240. Graham D., Cooper J.E., Changes in levels of nicotinamide adenine nucleotides and Krebs cycle intermediates in mung bean leaves after illumination // Aust. J. Biol. Sci. 1967. - V. 20. - P. 319-327.

241. Graham D., Effects of Light on "dark" Respiration // Biochemistry of Plants. A Comprehensive Treatise.V.2. General Metabolism and Respiration / Ed. Davis D.D. N.Y.: AcadPress, 1980. P. 525-579.

242. Hageman R.H., Leng E.R., Dudley I.W. A biochemical approach to corn breeding // Advances in agronomy. 1967. - V. 19. - P. 45-86.

243. Hallauer A.R., W.A. Russel, K.R. Lamkey. Corn breeding // In: G.F. Spra-gue, I.F. Dudley (ed.). Corn and corn improvement, 1988.- 3-rd ed. Agron.Monogr. 18. ASA, CSSA and SSSA, Madison, WI. P. 463-564.

244. Hauseer R.E., Holtum I.A.M., Latsko E. Cytosolic phosphofructokinase from spinach leaves. I. Purification characteristics and regulation // Plant Physiol. -1989. -V. 90.- №6.-P. 1498-1502.

245. He Zheng-hui, Li Ming-qi. Effect of light on the glycolysis of green cells Arachis hypogaea // Chgiu shanly susebao. 1987. - V. 13. - № 3. - P. 308-315.

246. Heathcliffe Riday, E. Charles Brummer. Forage Yield Heterosis in Alfalfa // Crop Science, 2002. V. 42. - N 3. - P. 716-723.

247. Heathcliffe Riday, E. Charles Brummer. Heterosis of Agronomic Traits in Alfalfa // Crop Science, 2002. V.42. - N 4. - P. 1081-1087.

248. Heber U. Metabolite Exchange between Chloroplasts and Cytoplasm // Ann. Rev. Plant Physiol. 1974. - V. 25. - P. 393-417.

249. Heldt H.W. Transports of metabolites between cytoplasm and mitochondrial matrix // Transport in Plants (Encyclopedia of Plant Physiology. III). Berlin, 1976. P. 235-254.

250. Henriquies F., Perk R. Development of the photosynthetic unit in lettuce // Proc. Nat. Acad. Sci. 1976. - V. 73. - P. 4560-4564.

251. Hirt G., Tanner W., Kandler O. Effects of light on the rate of glycolysis in Scenedesmus obliquus // Plant Phusiol. 1971. - V. 47. - P. 841-843.

252. Hohorst H.I. // Methoden der encymatischen Analyse. Berlin, 1970. - Bd. 2. -S. 1425-1429.

253. Horton P. Interactions between electron transfer and carbon assimilation // Photosynthetic Mechanisms and the Environment. Ed. by Barker J., Barker N.R. - Elsevier Science Publishers, 1985. - P. 4. - P. 137-182.

254. Horton P. Prospects for crop improvement through the genetic manipulation of photosynthesis: morphological and biochemical aspects of light capture // J.Exp.Bot. 2000. -V.51. -P.475-485.

255. Iamashita A. Inheritance of photosynthetic rate and its selection for crop improvement // Selection Mut. Breeding. 1984. - P. 67-83.

256. Ireland R.I., Di Luca V., Dennis D.T. Isoensymes of pyruvate kinase in etioplasts and chloroplasts // Plant Physiol. 1979. - V. 63. - P. 903-907.

257. Irzykowska L., Wolko В., Swi^cicki W.K. The genetic linkage map of pea (Pisum sativum L.) based on molecular, biochemical and morphological markers // Pisum genetics. 2002.- hermes.bionet.nsc.ru/pg/33/13.htm

258. Janson S. The light-harvesting chlorophyll-a/b-binding proteins // Biochim. Biophys, Acta. 1994. V. 1184. -№1.-P. 1-19.

259. Jenkins G.I. The photoregulation of gene expression in plants // Cell Biology.-1984.-V. l.-P. 225-229.

260. Jiao J., Grodzinski B. The effect of leaf temperature and photorespiratory conditions on export of sugars during steady-state photosynthesis in Salvia splen-dens // Plant Physiol. 1996. - V.l 11. - № 1. - P. 169-178.

261. Johnson J.A., Brown A.H. The effect of light on the oxygen metabolism of the photosynthetic bacterium, Phodospirillum rubrum // Plant Physiol. 1952. -V. 29,-P. 117-182.

262. Johnson W.C., P. Gepts. The role of epistasis in controlling seed yield and other agronomic traits in an Andean x Mesoamerican cross of common bean (Phaseolus vulgaris L.) // Euphytica, 2002. -N 125. P. 69-79.

263. Kanasawa Т., Kanasava K., Kirk M.R., Bassham I.A. Regulation of photo-synthetic carbon metabolism in synchronously prowing Clorella pyrenoidosa // PI. Cell Physiol. Tokyo, 1970. - V. 11. - P. 199-253.

264. Kandler O., Haberer-Liesenketter I. Uber den Zusammenhang swischen-phospathaushalt und Photosynthese. V. Regulation der Glycolise durch die Licht-phosphorylierung bei Chlorella // Z-Naturforsch. 1963 - B. 18. - P. 718 - 730.

265. Kelly G.I., Latsko E. Evidence for phosphofructokinase in chloroplaste // Nature. 1975. - V. 256. - P. 429-430.

266. Kelly G.I., Latsko E. Chloroplast phosphofructokinase. I. Proff of phosphofructokinase activity in chloroplasts // Plant Physicl. 1977a. - V. 60. - № 6. -P. 290-294.

267. Kelly G.I., Latsko E. Chloroplast phosphofructokinase. II. Partial purification, Kinetic and regulatory properties // Plant Physiol. 1977b. - V. 60. - P. 295299.

268. Kent S.S. Photosynthesis in the higher plant Vicia faba. V. Role of malate as a precursor of the tricarboxylic acid cycle // Plant Physiol. 1979 - V. 64. - P. 159-164.

269. Knoetsel I., Braumann Т., Grimme L.H. Pigment-protein complex of green algae: improved methodological steps for the quantification of pigments in pigment-protein complexes // J. Protochem. Photobiol. 1988. - V. 1. - № 4. - P. 475-479.

270. Komor E. Source physiology and assimilate transport: the interaction of sucrose metabolism, starch, storage and phloem export in source leaves and effects on sugar status in plants // Austral.J.Plant Physiol. 2000. - V.27. - №3. - P.497-505.

271. Kopetski E., Eutian K.-D., Lottspeik F., Meeke D. Purification procedure and N-terminal amino acid sequence of yeast malate dehydrogenase isoensymes // Biochim. Biophus. Acta. 1987. - V. 912. - P. 398-403.

272. Kosterej A. Fotosynthetico-respiracne vstahy ako factor urcuj ci rast a pro-dukcny process osimnej psenice // Rostl. Vyroba. 1989. - V. 35. - № 9. - 913920.

273. Krause G.H., Bassham I.A. Induction of respiratory metabolism in illuminated Chlorella pyrenoidosa and isolated spinach chloroplasts by the addition of vitamin K5 // Biochim. Biophys. Acya. 1969. - V. 172. - № 3. - P. 553-558.

274. Kromer S. Respiration during photosynthesis // Annu.Rev.Plant Physiol.Plant Mol.Biol.-1995. V.46. - P.45-70.

275. Kuhlbrandt W., Wand D.N., Fujiyoshi Y. Atomic model of plant light-harvesting complex by electron crystallography // Nature, 1994. V.367. - P.614-621.

276. Kwon S.-J., W.-G. Ha, H.-G. Hwang, S.-J. Yang, H.-C. Choi, H.-P. Moon, S.-N. Ahn. Relationship between heterosis and genetic divergence in "Tongil" -type rice // Plant breeding.- 2002. V.121. - N 6. - P. 487-492.

277. Ladygin V.G., Bil K. Ua. Chlorophyll form absorbing at 684 nm as antenna of photosystem II in chloroplasts of C4-plant leaves // Phytosynthetica. 1981. -V. 15, -№ 1. - P. 49-54.

278. Ladygin V.G., Bil' K.Ya. Chlorophyll form absorbing at 684 nm as antenna of photosystem II in chloroplasts of C4-plant leaves // Photosynthetica. 1981. -V. 15. - №1. - P. 49-54.

279. Lambers H. Cyanid-resistant respiration: a non-phosphorylating transport pathway acting as an overflow // Physiol. Plant. 1982. - V. 55. - № 2. - P. 478483.

280. Lambers H., Szaniawski R.K., Visser de R. Respiration for growth, maintenance and ion uptake. An evolution of concepts, methods, values and their significance // Physiol.plant.- 1983.-V.58. №4. - P.556-563.

281. Lance CI., Rustin P. The central role of Malate in plant metabolism // Plant Veg. -1984. V. 22, № 5. - P. 625-641.

282. Larsson Ch. Amino acid biosynthesis by isolated chloroplasts and mitochondria during photosynthesis // Physiol, plant. 1979. - V. 46. - P. 221-226.

283. Latzko E., Kelli G.J. Enzimes of the reductive pentose phosphate cycle // Encyclopedia of plant physiology. New Ser. Springer. - Berlin Heidelberg New York, 1979. - V. 6. - P. 239-250.

284. Lawtor D.W. Photosynthesis: metabolism, control and physiology. New York: Longman, 1987. - 262 p.

285. Lendzian K., Basshem J.A. Regulation of glucose-6-phosphate dehydrogenase in spinach chloroplaste by ribulose-l,5-diphosphate and NADPH/NADP+ ratios // Biochim. Biophys. Acta. 1975. - V. 396. - P. 260-275.

286. Lendzian K., Ziogler H. Uber die Regulation der Glucose-6-phosphate Dehydrogenase in Sprinat Chloroplasten durch Licht. // Planta. 1970. - V. 94. -P. 27-29.

287. Lendzian K.I., Metabolism of specifically labeled glucose, glucose-1-phosphate and glucose-6-phosphate cycle in a reconstitued spinach chloroplast system in darkness and in the light // Plant Physicl. 1976. -V. 66. - № 1. - P. 812.

288. Levi C., Gibbs M. Starch degradation in isolated spinach chloroplasts // Plant Physicl. 1976. -V. 57. - № 6. - P. 933-935.

289. Lichtenhaler H.K. Functional organization of carotenoids and prenylgui-nones in the photosynthetic membrane // Metabolism of Plant Lipids. 1987. -P. 63-68.

290. Lichtenhaler H.K., Wellburn A.R. Determination of total carotenoids and chlorophyll "a" and "b" leaf extracts in different solvent // Biochem. Soc. Trens. -1983.-V. 11.-№ 5.-P. 591-598.

291. Liedvogel В. Acetate concentration and chloroplast pyruvate dehydrogenase complex in Spinacia oleracea leaf cells // Z. Naturfordch. 1985. - 40c. - S. 182-188.

292. Loomis R.S., Amthor J.C. Yield potential, plant assimilatory capacity and metabolic efficiencies // Crop Sci. -1999.- V.39. № 5. - P. 1584-1596.

293. Lori L. Hinze, Kendall R. Lamkey. Absence of Epistasis for Grain Yield in Elite Maize Hybrids // Crop Science, 2003. V.43. - N 1. - P. 46-56.

294. M. J. Asins. Present and future of quantitative trait locus analysis in plant breeding // Plant Breeding, 2002. V.121. - N 4. - P. 281-291.

295. Mac Key J. Genetic and evolutionary principles of heterosis // Heterosis in plant breeding. Budapest, 1976. - P.17-33.

296. Markwell J.P., Nakatani N.Y., Barber J., Thornber J.P. Chlorophyll-protein complexes fractionated from intact chloroplast // FEBS Lett, 1980. V. 122. - №1. -P. 149-156.

297. Maroty I. Photosynthetical pigments in the spongy and palisade parenchi-mas and the alternative ways of photosynthesis // Acta Biol. Szeged. — 1976. -V. 22.-№ 1-4.-S. 7-14.

298. Marsh H.V., Galmiche J.M., Gibbs M. Effect of light on tricarboxylic acid cycle in Scenedesmus // Plant Physiol. 1965. -V. 40. - № 6. - P. 1013-1022.

299. Me Gree K.I. An equation for the rate of respiration of white clover plants grown under controlled conditions // Prediction and Measurement of Photosynthetic Productivity. Wegeningen, 1970. - P. 221-229.

300. Meurer J., Plucken H., Kowallik K.V., Westhoff P. A nuclear-encoded protein of procariotic origin is essential for the stability of photosystem II in Arabidopsis thaliana // EMBO J. 1998. -V. 17. P. 5286-5297.

301. Michael G. Uber die Mitwirkung von Phytohormonen an der Regulation der Speicherungsprozesse im Getreidekorn // Ber. Dtsch. bot. Ges. -1983. -Bd. 97. -.№1-2. S.121-125.

302. Miernyk I.A., Trelease R. N. Malate synthase from Gossipium hirsutum // Phytochemistry. 1981. - V. 20. -№12. -P. 2657-2663.

303. Mijake H., Furukawa A., Totsuka T. Structural associations between mitochondria and choroplaste in the budle sheath cells of Portulaca oleraceae // Ann. Bot. 1985. -V. 55. - № 6. - P. 808-812.

304. Miles C.D. Genetic analysis of photosynthesis // Stadler genet. Symp. -New York, 1975. -V. 7. P. 135-154.

305. Milhaud G., Benson A.A., Calvin M. Metabolism of pyruvic acid-2- C14 algae // J. Biol. Ghem. 1956. -V. 218. - № 2. - P. 599-606.

306. Mishra S.D., Gaur B.K. Modification of flag leaf senescence and yield characters in barley (Hordeum vulgare L.) by gibberellic acid and kinetin // J. Plant Growth Regul. -1985. V.4. - №2. - P. 63-70.

307. Moller G., Stamp P., Geisler G. Fotometrische messung der PEP-carboxylase-aktiviti in maisbl ttern unter Berucksichtigung des entwicklungszus-tandes der Pflance // Z. Pflanzener nahr. und Bodenk. -1977. Bd. 140. - № 5. -P. 481-490.

308. Morrett M.J., Goling K.H. Short-term products of C14-acetate assimilation by Chlorella pyrenoidoza in the light // J. Exp. Bot. 1967. -V. 18. - P. 128-132.

309. Moser L.E., Volence I.I., Nelson C.I. Respiration, carbon content and leaf growth of tall fescue // Crop. Sci. 1982. - V. 22. - № 4. - P. 781-786.

310. Mounla M. A. Kn. Gibberellin-like substances in parts of devepoling barley grains // Physiol, plant. 1978. V. 44. - №2. - P. 268-272.

311. Mullet J.E. Chi or op. as t development and gene expression // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1988. - V. 39. - P. 475-502

312. Newton K.I. Genetics of mitochondrial isozymes // Isozymes in plant and breeding. Amsterdam: Elsevier, 1983. - P. 157-170.

313. Newton K.I. Plant mitochondrial genomes: organization, expression and variation // Annu. Rev. Plant Physyol. Plant Mol. Biol. 1988. - V. 39. - P. 503532.

314. Nicolas P., Freyssinet G., Nigen V. Effect of light on glucose utilization by Euglena gracilis // Plant Physiol. -1980. V. 65. - №4. - P. 631-634.

315. Nishimura M., Ito Т., Chance B. Studies in Bacterial photophosphorylation. III. A sensitive and rapid method of determination of photophosphorylation // Bio-chim. et biophys. acta. 1962. -V. 59. - P. 177-182.

316. Obenland D., Hiser C., Mc Intosh L., Shibles R., Stewart C.R. Occurrence of alternative respiratory capacity in soybean and pea // Plant Physiol. 1988. - V. 88. - № 3. - P. 528-531.

317. Oh-hama Т., Miyachi S. Changes in levels of pyridine nucleotides in Chlorella cells during the course of photosynthesis // Plant Cell Physiol. 1960. -V. l.-P. 155-162.

318. Oliver D.I., Walker G.H. Characterization of the transport of oxaloacetate by pea leaf mitochondria // Plant Physiol. 1984. - V. 76. - P. 409-413.

319. Oquist G., Somuelsson G., Bishop N.I. On the role of P-carotene in the reaction center chlorophyll aantennae of photosysteme I // Physiol. Plant. 1980. — V. 50, № 1.- P. 63-71.

320. Ort D.R., Baker N.R. Consideration of photosynthetic efficiency at low light as a major determinant of crop photosynthetic performance // Plant Physiol. Biochem. -1998. -V.26. P.555-565.

321. Osterioung K.W. Plant plastid division genes // Patent Application WO 98/00436.

322. Ott Т., Clarke J., Birks K., Johnson G. Regulation of the photosynthetic electron transport chain // Planta. 1999. - № 209. - P. 250-258.

323. Owran R.G., Dennis D.T. Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate specific isocitrate dehydrogenase from a higher plant. Isolation and characterization // Plant Physiol. 1971. - V. 47. - №1. - P. 43-47.

324. Palmer I. M. The operation and control of respiratory chain // The physiology and biochemistry of plant respiration. Cambridge: Univ. Press. - 1984. - P. 133-265.

325. Palmer I.M. The organization and regulation of electron transport in plant mitochondria // Annu. Rev. Plant Physiol. 1976. - V. 27. - P. 133-157.

326. Paschinger H. Photochemical oxygen evolution by Chlorella fusca in glucose // Arch. Micribiol. 1969. - V. 67. - P. 243-247.

327. Peavey D.G., Steup M., Gibbs M. Characterization of starch breakdown in the intact spinach chloroplast // Plant Physiol. 1977. - V. 60. - № 2. - P. 305308.

328. Pego J.V., Kortstee A.J., Huojser C., Smeekens C.M. Photosynthesis, sugars and gene expression // J.Exp.Bot. 2000. - V.61. - №2. - P.407-416.

329. Peng J., Richards D., Hartley et al. "Green Revolution" Genes Encode Mutant Gibberellin Response Modulators // Nature. 1999. - V.400. - P. 256-261.

330. Penning de Vries F.W.T. Respiration and growth // Crop processes in controlled environments.: New York, 1972. P.327-346.

331. Penning de Vries F.W.T. The cost of maintenance processes in plant cells // Ann.Bot.-1975. V.39. - № 1. -P.77-92.

332. Penning de Vries F.W.T. The Cost of Maintenance Processes in Plant Cells // Ann.Bot. 1975.- V.39. - №1. - P. 77-92.

333. Penning de Vries F.W.T., Brunsting A.H.M., Laar van H.H. Products, requirements and efficiency of biosynthesis: a quantitative approach // J. Theor.BioI.- 1974.- V.45.- № 3. P. 339-377.

334. Perrot-Rechenmann G., Vidal I., Brulfert A. et al. A comparative immuno localization study of phosphoenolpyruvate carboxylase in leaves of higher plants // Planta. 1982. - V. 155. - № I. - P. 24-31.

335. Plaut G.W.E. Isocitric dehydrogenase (TPN-linked) from pig heart (revised procedure) // Methods in Enzymology. 1962. - V. 5. - P. 645-651.

336. Plaxton W.C. The organization and regulation of plant glycolysis // Annu. Rev.Plant Physiol.Plant Mol.Biol.- 1996. V.47. - P.l 85-214.

337. Prasad S.K., Singh T.P. Heterosis in relation divergence in maize (Zea mays L.) // Euphitica. 1986. - V. 35. - № 3. - P. 919-924.

338. Руке К.A., Leech R.M. The control of chloroplast number in wheat meso-phyll cells // Planta. 1987. - V. 170, - № 3. - P. 416-420.

339. Racusen D., Forte M. Amino-acid turnover and protein synthesis in leaves // Arch. Biochem. Biophys. 1960. - V. 90. - P. 90-95.

340. Raghavendra A.S., Padmasree K., Saradedevi K. Interdependence of photosynthesis and respiration in plant cells: interactions between chloroplasts and mitochondria // Plant Sci. 1994. - V.97. - P. 1-14.

341. Raghavendra A.S., Vani Т. Respiration in quard cells: pattern and possible role in stromatal function // J. Plant Physiol. 1989. - V. 135. - P. 3-8.

342. Rathman C.K.M., Edwards G.E. Intracellular localization of certain photo-synthetic enzymes in bundle sheath cells of plants possessing the C4-pathway of photosynthesis // Archiv. of biochem. and biophys. 1975. - V. 171. - P. 214225.

343. Raven J.A. Division of labour between chloroplasts and cytoplasm // The intact chloroplasts. Amsterdam, 1976. P. 403-443.

344. Raven J.A. Endogenous inorganic carbon sources in plant photosynthesis. I. Occurrence of the dark respiratory pathways in illuminated green cells // New Phytologist. 1972. - V. 71. - № 2. - P. 227-247.

345. Ried A. Energetic Aspects of the Interaction between Photosynthesis and Respiration // Prediction and Measurement of Photosynthetic Productivity / Ed. Setlic J.Wageningen:Pudoc, 1970. P.231-239.

346. Roitsch T. Source-sink regulation by sugar and stress // Cur.Opin.in Plant Biol. 1999. -V.2. - №3. - P.198-206.

347. Roitsch Т., Ehnes R. Regulation of source/sink relations by cytokinins // Plant Growth Regul. 2000. - V.32. - P.359-367.

348. Rood S.B. Gibberellins and heterosis in maize // Crop Science. 1990. -V.30. -№2. - P. 201-206.

349. Roshchina V.V., Karpilova I.P., Boshok G.V., Gostimski S.A. Photosynthesis of pea mutants with damaged photosystems // Photosynthetica. 1983. - V. 17. - № 4. - P. 590-596.

350. Ruban A.V., Phollip D., Young A.J., Horton P. Carotenoid-dependent oli-gomerization of the major chlorophyll-a/b light-harvesting complex of photosys-tem II of plants // Biochemistry. 1997. - V. 36. - P. 7855-7859.

351. Rustin P., Rotig A., Alin M.-F. Continuous measurement of oxaloacetate in purified mitochondria from the leaves of Kalanchoe blossfeldiana // Physiol. Plant. 1985.-V. 63.-P. 201-207.

352. Salganik R.I., Dudareva N.A., Kiseleva E.V. et al. // The mitochondrial genome of higher plante. Roscroff, 1988. - 60 p.

353. Salgio P.N., Pradet A. Soluble sugar, respiration and energy charge during aging of excised maize root tips // Plant Physiol. 1980. - V. 66. - № 3. - P. 516521.

354. Santarius K.A., Heber U. Changes in the intracellular levels of ATP, ADP, AMP, Pj and regulatory function of the adenylate system in leaf cells during photosynthesis // Biochim. Biophys. Acta. 1965. - V. 102. - P. 39-54.

355. Saradedevi K., Raghavendra A.S. Dark respiration protects photosynthesis against photoinhibition in mesophyll protoplasts of pea (Pisum sativum) // Plant Physiol. 1992.- V.99.- P.1232-1237.

356. Sasaki Y., Tomoda I. et al. Synthesis of ribulose bisphosphate carboxylase in greening pea leaves. Coordination of m-RNA level of two subunits // Eur. J. Biochem. 1985.-V. 152.-P. 179-186.

357. Satoh K. Chlorophyll-protein complexes // Photosynthesis Res. 1986. - V. 10. - №1 - P. 181-187.

358. Scandalios I.G. Isoenzymes in development and differentiation // Ann. Rev. Plant Physiol. 1974. - V. 25. - P. 225-258.

359. Schramm R.W. Non-glycolytic pathway supplying carbon skeleton for amino acid biosynthesis in legumes. A hypothesis // Acta Physiol. Plant. 1983. -V. 5. - № 3. - P. 79-92.

360. Schreibe В., Beck E. Formation of C4-dicarboxylic acids in intact spinach chloroplast // Planta. 1975. - V. 125. - № 1. - P. 63-66.

361. Schulse-Siebert D., Heinche D., Scharf H., Schults G. Pyruvate-derived amino acids in spinach chloroplasts // Plant Physiol. 1984. - V. 76. - № 2. - P. 465-471.

362. Schulse-Siebert D., Heintse A., Schults G. Substrate flow from photosyn-thetic carbon metabolism to chloroplast isoprenoid synthesis in spinach evidence for a plastidic phosphoglycerate mutase // Z. Naturforsch. 1987. - Bd. 42. - № 5. - S. 570-580.

363. Seitz K. Die starklichtbewegung der chloroplasten von Vallisneria in ab-hangigkeit von Hemmstopfen der oxydativen Phosphorylierung // L/ Pflanzen-Physiol. 1970. - V. 63. - P. 401-406.

364. Semenova G. A. Effect of Urea and Distilled Water on the Structure of the Thylakoid System // J. Plant Physiol. 2001. - V. 158. - №4. - P. 1041-1050.

365. Sharma H.C., Crouch J.H., Sharma K.K. et al. Applications of biotechnology for crop improvement: prospects and constraints // Plant Sci.-2002. -V.163. -P. 381-395.

366. Sheibe R., Anderson L.L. Dark modulation of NADP-dependent malate dehydrogenase and glucose-6-phosphate dehydrogenase in the chloroplast // Biochim. Biophys. Acta. 1981. - V. 636. - № 1. - P. 58-64.

367. Sherson S.M., Alford H.L., Forbes S.M. et al. Roles of cell-wall invertases and monosaccharide transporters in the growth and development of Arabidopsis // J.Exp.Bot. 2003. - V.54. - № 382. - P.525-531.

368. Sicher R.C., Kremer D.F., Harris W.G. Control of photosynthetic sucrose synthesis in Barlay primary leaves // Plant Physiol. 1986. - V. 82. - P. 15-18.

369. Siiff M., Quick P.W. Photosynthetic carbon partitioning: its regulation and possibilities for manipulation // Physiol. Plant. 1989. - V. 77. - № 4. - P.633-641.

370. Singh P., Naik M.S. Effect of photosynthesis on dark mitochondrial respiration in green cells // FEBS Lett. 1984. - V. 165, - № 2. - P. 145-150.

371. Smigocki A.C. Cytokinin content and tissue distribution in plants transformed by reconstructed isopentenyl transferase gene // Plant Mol. Biol. 1991. -V.16. - №1. - P.105-115.

372. Stegink S.I., Siedow I.N. Binding to butylgallate to plant mitochondria. II. Relationship to the presence or absence of the alternative parthway // Plant Physiol. 1986. -V. 80. - P. 196-201.

373. Stitt M., ap Rees T. Capacites of pea chloroplasts to catalyse the oxidative pentose phosphate pathway and glycolysis // Phytochemistry. 1979. - V. 18. - № 12.-P. 1905-1911.

374. Stitt M., Lilli R., Holdt H.M. Adenine nucleotide levels in the cytosol, chloroplasts and mitochondria of wheat leaf protoplasts // Plant Physiol. 1982. - V. 70.-№4.-P. 971-977.

375. Stuber C.W., S.E. Lincoln, D.W. Wolff, T. Helentjaris, E.S. Lander. Identification of genetic factors contributing to heterosis in a hybrid from two elite maize inbred lines using molecular markers // Genetics, 1992. V. 132. - P. 823839.

376. Swein S.M., Reid J.B. and Ross J.J. Seed Development in Pisum the lhi Allele Reduces Gibberellin Levels in Developing Seeds Abortion. Planta, 1993. -№191.-P. 482-488.

377. Та T.C., Jay K.W. Metabolism of some amino acids in relation to the pho-torespiratory nitrogen cycle of pea leaves // Planta. 1986. - V. 169. - P. 117-122.

378. Takahama U., Shimizu-Takahama M., Heber U. 0 The Redox Biophys. Acta. State of the NADP System in Illuminated Chloroplasts // Biochim. -1988. -V. 916. P. 446-452.

379. Tanner W., Loffler M., Kandler O. Cyclic photophosphorylation in vivo and its relation to photosynthetic C02 fixation // Plant. Physiol. 1969. - V. 44. -P. 422-428.

380. Tarchevskii I.A., Konyukhova T.M. Exogenous ATP uptake by isolated chloroplasts depending on temperature // Photosynthetica. 1989. - V. 23, № 4. - P. 472-478.

381. Taylor W.C. Regulatory interactions between nuclear and plastid genomes // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1989. - V. 40. - P. 211-233.

382. Thornley I.H.M. Mathematical models in plant physiology. London: Acad. Press., 1976. - 318 p.

383. Tolbert N.E. Photorespiration // The Biochemistry of Plants. A comprehensive treatise. Eds. Stumpf P.E., Conn E.E.: Acad. Press, 1980. - V. 2. - № 4. -P. 487-523.

384. Trissl H.-W., Heck В., Wulf К. Invariable trapping times in Photosystem I upon excitation of minor long-wavelenth-absorbing pigments // Photo-chem.Photobiol.-1993. V.57. - №1.- P. 108-112.

385. Turner I.E., Turner D.H. The regulation of glycolysis and the pentose phosphate pathway // The Biochemistry of Plants. Ed. By Stumpf P.K. and Conn E.E. -Academic Press, 1980. V. 2.

386. Vaishlya O.B., Ladygin V.G. Sokolov V.A. Characterization of photosynthetic apparatus of pea chlorophyll mutants and their FI hybrids with standard genotype (cv. Torsdag) //Photosynthetica. 1998. - 35. - №3. - P.428-443.

387. Vanden D.T., Hellin I., Hars R. Limitation in chloroplasts multiplication in Acetabularia mediterranea // Photoplasma. 1973. - V. 76. - № 3-4. - P. 465-472.

388. Vanlerberghe G.C., Mcintosh L. Alternative oxidase: From gene to function // Annu.Rev.Plant Physiol. Plant Mol.Biol. 1997.- V.48. - P. 703-734.

389. Villar R., Heldt A.A., Merino J. Comparison of Methods to Estimate Dark Respiration in the Light in Leaves of Two Woody Species // Plant Physiol. 1994.- V. 105. №1.- P. 167-172.

390. Vivekananda I., Oliver D.I. Detection of the monocarboxylate transporter from pea mitochondria by means of a specific monoclonal antibody // FEBS Lett.- 1990. V. 260, № 2. - P. 217-219.

391. Walton D.C.Biochemistry and Physiology of Abscisic Acid.//Ann. Rev. Plant. Physiol., 1980. 31. - P. 453-489.

392. Warner D.A., Edwards G.E. Photosynthesis, leaf Anatomy and cellular constituents in the polyploid C4 grass Panicum virgatum // Plant Physiol. 1987. -V. 84.-№2.-P. 461-466.

393. Watson D.I. A physiological investigation of the nature of hybrid vigour in maize // Ann. Bot. 1958. - № 22. - P. 37-54.

394. Williams M., Randall D.D. Pyruvate dehydrogenase complex from chloroplasts of Pisum sativum L. // Plant. Physiol. 1979. - V. 64. - № 6. - P. 10991103.

395. Williams W.P., Gounarius K. Stabilization of PS II mediated electron transport in oxygen-evolving PS II core preparations by the addition of compatible co-solutes // Biochim. et biophys.acta. 1992. - V.l 100, № 1. - P.92-97.

396. Wilson D. Variation in leaf respiration in relation to growth and photosynthesis of Lolium // Ann. Appl.Bot. 1975. - V.80. - P. 323-338.

397. Wiskich I.T., Dry I.B. The tricarboxylic acid cycle in plant mitochondria: Its operation and regulation // Higher Plant Cell Respiration. Berlin etc.- 1985. -P.281-313.

398. Wollman F.-A., Minai L., Nechushtai R. The biosynthesis and assembly of photosynthetic proteins in thylakoid membranes //Biochim.et biophys.acta.- 1999.-V.1411.- №1. P.21-85.

399. Woodrow I.E. Enzymatic regulation of photosynthetic CO2 fixation in C3-plants // Annu. Rev. Plant. Physiol. Plant. Mol. Biol. 1988. - V. 39. - P. 533594.

400. Xiao J., J. Li, L. Yuan, S.D. Tanksley. Dominance is the major genetic basis of heterosis in rice as revealed by QTL analysis using molecular markers If Genetics, 1995. V.140. - P. 745-754.

401. Yang N.S. Biochemical properties and development expression of genetically determined malate dehydrogenase isozymes in maize // Developmental Biology. San-Francisco: London: Acad. Press. -V. 3: Isozymes, 1975. - P. 191-211.

402. Yang N.S. Scandalios I.G. Cytoplasmic synthesis of soluble and mitochondrial malate dehydrogenase isozymes in maize // Arch. Biochem. Biophys. 1975. -V. 171.-P. 575-585.

403. Yu S.-M. Cellular and genetic responses of plants to sugar starvation // Plant Physiol. 1999. - V.121. № 3. - P.687-693.

404. Yuan Xiao-Hua, Anderson L.E. Changing kinetic properties of glucose-6-phosphate dehydrogenase from pea chloroplasts during photosynthetic induction // Plant Physiol. 1987. - V. 83. - № 4 - P. 7-9.

405. Zelitch I. Improving the efficiency of photosynthesis // Science. 1975. -V. 188.-№4188.-P.626-633.

406. Zelitch I. Increased rate net photosynthetic carbon dioxide uptake caused by the inhibition of glycolate oxidase // Plant Physiol., Lancaster. 1966. - V. 41. - № 10.-P. 1623-1631.

407. Zelitch I. The close relationship between net photosynthesis and crop yield // Bio-science. 1982. - V.32. - №10. - P. 796-802.

408. Zelitch I., Day P.R. Photosynthesis, photorespiration and plant productivity // Plant Physiol. 1976. - V. 52. - P. 33-37.

Информация о работе

Вайшля, Ольга Борисовна
доктора биологических наук
Иркутск, 2004
ВАК 03.00.12

Диссертация

Физиолого-биохимические особенности продукционного процесса гетерозисных гибридов и родительских форм Pisum sativum L. - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы