Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности биохимического действия 2'-5'-олигоаденилатов на растения пшеницы

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Особенности биохимического действия 2'-5'-олигоаденилатов на растения пшеницы"

ИНСТИТУТ БИООРГАНИЧЕСКОИ ХИМИИ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

РГ8—ОЛ----------------------------------

I з ^

УДК 581.132:581.192

КЛНЖАЧ АННА СТЕПАНОВНА

ОСОБЕННОСТИ БИОХИМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ 2'-5'- ОЛИГОАДЕНИЛАТОВ НА РАСТЕНИЯ ПШЕНИЦЫ

03.00.04 - биохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Минск 1996 г.

Работа выполнена в Институте биоорганической химии АНБ

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ : доктор биологических наук

БЫХОВЕЦ А.И. НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ: доктор химических наук

КВАСКНС Б.И.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор биологических наук ЗИНЧЕНКО А.И.

кандидат химических наук КАЛИНИЧЕНКО E.H.

ОППОНИРУЮЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: кафедра химии Минского педагогического

университета.

Защита диссертации состоится " зо* 1996 Г.

в / & часов на заседании совета по защите диссертация Д 01.21.01 в Институте биоорганической химии Академии Наук Беларуси

по адресу : 220141. Минск., ул. Жодинская, 5/2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биоорганическоя химии Академии Наук Беларуси.

Автореферат разослан -Ik«. 1996 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций,

кандидат химических наук Н М' Литвинк'0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Последние достижения в области химического синтеза Фрагментов РНК и ДНК, а также Фундаментальные работы Института биоорганической химии АН Беларуси в области химии природных нуклеотидов. олигонуклеотидов, изучение их биологической активности, открыли возможность создания новых экологически безопасных, высокоэффективных Фиторосторегуляторов-адаптогеиов - производных 2'-5'-олигонуклеотидов (2-5А), позволяющих резко снизить вред, причиняемый сельскохозяйственным растениям насекомыми, болезнями и неблагоприяными воздействиями окружающей среды.

2-5А свое активизирующее действие на рост и развитие растений оказывают в исключительно низких концентрациях, выступая в качестве универсального средства повышения или предотвращения снижения потенциальной урожайности сельскохозяйственных культур при возделывании их в условиях воздействия стрессовых Факторов окружающей среды.

Уровень 2-5А в клетках находится под контролем клеточных Ферментных систем, которые гидроливуют эти соединения до АТФ и АМФ. Так как эти соединения являются субстратами естественных метаболических процессов в растительных и животных клетках, их можно отнести к экологически безопасным средствам воздействия на живые организмы.

Возможность практического использования 2'—5'—

олигонуклеотидов определяется целым рядом Факторов: их доступностью, способностью проникать через клеточные мембраны и быть достаточно устойчивыми к действию клеточных фосфодиэстераэ. Решение этой проблемы может быть достигнуто синтезом широкого круга аналогов, более устойчивых к действию фосфодиэстераэ и изучением зависимости структура-биологические свойства. Важным представляется детальное изучение Факторов, определяющих субстратные свойства 2-5А в отношении фосфодиэстераэ - с одной стороны, и выяснение механизмов биологического действия - с другой.

Для достижения желаемых целей: повышения урожая, ускорения роста и раавития растений при стрессовых условиях, теоретические и прикладные исследования должны быть

сконцентрированы на идентификации естественных механизмов действия 2'-5'-олигоаденилатов, регулирующих рост, в дополнение к тем, которые уже известнывзаимодействие ¡этих механизмов на различных стадиях роста и развития растений.

Все изложенное выше убедительно свидетельствует в пользу углубленного изучения биолого-химических свойств 2'-5'-олигонуклеотидов с целы» определения возможных областей нахождения и наиболее эффективных способов применения этих соединений в качестве новых экологически безопасных средств повышения урожайности зерновых культур. Особый интерес представляет использование этих соединений в Северном Казахстане, т.е. в зоне рискованного земледелия.

связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнялась в рамках плановых научных исследований Института биоорганической химии АНБ (1991-1995 г.г.) по теме " синтез аналогов (2'-5')олигоаденилиновой кислоты, содержащих нуклеоэиды, модифицированные по с-3' положению и по фосфодиэфирной связи, изучение их биологических свойств", 1991-1995 г.г. (номер государственной регистрации 19941426).

цель и задачи исследований, влияние 2'-5'-олигонуклеотидов на биохимические процессы, происходящее на ранних этапах прорастания семян твердых сортов яровой пшеницы и на сформировавшийся урожай в зоне рискованного земледелия в условиях северного Казахстана.

Осуществление этой цели включало решение следующих задач:

1) Определить количественное содержание суммарного белка в зерне пшеницы и его аминокислотный состав.

2) Выявить соотношение белковых Фракций и их аминокислотный состав, как важные критерии пищевой полноценности белков зерна.

3) Определить количественное соотношение компонентов в белковом спектре в зависимости от химической природы препарата, его концентрации, сорта пшеницы, а также от метеорологических условий года выращивания растений.

4) Выявить закономерности мобилизации запасных белков.

5) Изучить влияние 2-5А на урожай твердых сортов пшеницы.

Научная новизна работы, впервые установлено, что

предпосевная обработка зерна пшеницы 2•-5'-олигоаденилатами (аденилил(2'-5')аденилил(2'-5')адеиозин-2(Иа+) солью и аденилил

(2'-5')-аденилил(2'-5')-9-(2,3-ангидро-в-д-рибофураноэил)адени-ном) регулирует биосинтез белка. влияет на изменение его Фракционного состава, что отражается на аминокислотном составе суммарного белка. Установлена неравноценность расходования аминокислот в зависимости от химического состава, концентрации и времени экспозиции 2-5А, а также сортовой специфичности, изучены изменения в глиадин-глюгениновом комплексе запасных белков, объясняющие причину возникновения "стрессовых" белков не только на ранних стадиях прорастания, но и в зерне собранного урожая.

Практическая_ценность работы и реализация результатов

исследований. Показана возможность применения производных 2'-5'А (аденилил(2■-5')аденилил(2'-5')аденоэин-2(Ыа+) соли и

аденилил(2•—5•)-аденилил(2'-5')-9-(2,3-ангидро-в-д-рибофураноэил) аденина). как в наномолярных (10° И), так и в сверхнизких концентрациях (Ю-13 м, ю_1П К) для предпосевной обработки семян с целью повышения урожая твердых сортов яровой пяеницы и его качества, а также получения стабильных урожаев в экстремальных условиях в зоне рискованного земледелия.

Результаты настоящей работы, наряду с другими исследованиями, послужили основой для включения в "Список химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками и регуляторов роста растений, разреженных для применения в сельском хозяйстве" республики Беларусь регулятора роста и развития растений "Стимулина 5", действующим веществом которого является аденилил(2'-5')аденилил(2'-5')аденоэин-2(ка+) соль.

Положения, выносимые на защиту.

Особенности биохимических изменений. происходящие на ранних этапах органогенеза в прорастающих семенах пненицы под влиянием производных 2-5А (аденилил(2'-5')аденилил(2'-5') аденозин-2(Иа+) соли и аденилил(2'-5')-аденилил(2'-5')-9-(2,З-ангидро-В-Д-рибоФуранозил)аденина).

Химико-биологическое обоснование влияния производных 2-5А (аденилил(2'-5')аденилил(2'-5')аденоэин-2(Ыа+) соли и

аденилил(2'-5')-аденилил(2'-5')-9-(2.3-ангидро-в-д-рибофуранознл) аденина) на урожай и его качество.

Личный вклад соискателя. Автором выполнена вся экспериментальная работа и проведено теоретическое обсуждение

полученных результатов. изложенных в диссертации. Некоторые данные (оценка влияния 2-5А на урожай и дисперсионный анализ с использованием ЭВМ ЕС 1022) получены автором совместно с другими сотрудниками. Результаты опубликованы в совместных работах.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-практической конференции "Экологические проблемы современного агропромышленного комплекса" (Кокчетав, 1991); на Всероссийском научно-производственном совещании "Экологическая безопасность и беспестицидные технологии получения растениеводческой продукции" (Краснодар. 1994).

Опубликованность результатов. Основные материалы диссертации опубликованы в 5 научных работах.

Структура и обьем диссертации. Диссертация изложена на 171 странице машинописного текста, включая 50 таблиц. Работа состоит из введения. 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 252 наименования, в том числе 94 - на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. 2'-5'- ОЛИГОАДЕНИЛАТЫ И ИХ РОЛЬ В РОСТЕ И РАЗВИТИИ РАСТЕНИИ

Обзор литературы Обобщены литературные данные по роли Фитогормонов в росте и развитии растений.

2. ОБЪЕКТЫ. МАТЕРИАЛЫ. МЕТОДЫ И МЕСТО ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИИ

Стационарные полевые исследования по изучению биологической активности химических регуляторов роста растений проводили в течение 1990-1993 г.г. в Республике Казахстан (Северный регион), Кокчетавской области. Куйбышевского района, зерносовхоз "Целинный". а также в опытном хозяйстве Кокчетавского сельскохозяйственного института. Изучение влияния 2-5А на биохимические изменения. происходящие в растениях пшеницы, осуществляли на базе группы биотестирования пестицидов отдела биоиспытаний ИБОХ AHB. Часть экспериментов выполнена на баэе Казахского НИИ земледелия.

Объектами исследований служили зрелый эндосперм пшеницы и целое зерно двух сортов твердой яровой пшеницы, районированных в Северном Казахстане: Алтайка и Безенчукская 139.

Использовались химические регуляторы роста растений.

производные олигонуклеотидов: олигонуклеотид N 5 - аденилил(2*-5')аденилил(2'-5')- аденозин-2(На+) соль, и олигонуклеотид N 6-аденилил(2'-5')-аденилил(2'-5')-9-( 2,з-ангидро-В-д-рибоФуранозил) аденин, синтезированные в лаборатории химии нуклеотидов и полинуклеотидов Института биоорганической химии АН Республики Беларусь, на основе которых были приготовлены препаративные Формы регуляторов роста и развития растений - стимулины 5 и 6. Эталоном служил кинетин.

Для изучения биологической активности 2'-5'-олигоаденилатов проводилась предпосевная обработка методом инкрустации семян пшеницы производными 2-5А и кинетином в концентрации ю " К. 10" ггм, 10~гэ if. Площадь опытной делянки 500 мг. Учетная площадь 100 м2. повторность опытов пятикратная.

Количественное содержание белка в муке определяли с помощью аналитической системы на базе ИК-анализатора, персонального компьютера IBM PC по разработанным калибровочным кривым (Абугалиева, Баймаганова. 1992). Содержание Фракций глиадина и глютенина в их классическом варианте проводили методом ближней инфракрасной спектроскопии по разработанным калибровочным кривым (Абугалиева, Вайгаманова, 1992,- Абугалиева, 1993). Для определения гетерогенности глиадина использован

электрофоретический метод по Перуанскому и садыкову (1972). Сокращенные белковые Формулы глиадинов записывали по способу, предложенному Перуанским и Надировым (1981). Глютенин экстрагировали по методу Calili, Feldman (19ВЗ) с модификацией в приготовлении белковой пробы по Булатовой (1985). Запись

белковых Формул глютенина, с учетом ОЭП, проводили способом, предложенным Перуанским и Духновым (1984). Перуанским (1984). Аминокислотный состав суммарного белка определяли на аминокислотном анализаторе "Прага-339", а также с помощью метода ближней инфракрасной спектроскопии (БИВ) по разработанным калибровочным кривым (Абугалиева, Баймаганова, 1992; Абугалиева, 1993).

Достоверность полученных данных. оценивали методом дисперсионного анализа с использованием ЭВИ ЕС 1022 и персонального компьютера IBM.

СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 3. БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В РАСТЕНИЯХ ПШЕНИЦЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ 2'-5'- ОЛИГОАДЕНИЛАТОВ

Больной интерес представляет влияние 2'-5'-олигоаденилатов на накопление белка и белковых Фракций.

Кратковременная экспозиция (до 3 часов) зерна олигонуклеотидом Н 6 ю-12 М приводила к изменению соотношения белковых Фракций. При прорастании обработанного зерна, по сравнению с контролем, увеличивалась глиадиновая Фракция. Уровень глютенинов оставался практически неизменным в течение суток после обработки. Максимум содержания последних наблюдался через 48 часов. Сорта существенно отличались по накоплению запасных белков. Для сорта Алтайка характерен более высокий уровень глиадина и глютенина, чем у Безенчукской 139, наблюдалась определенная периодичность в изменении их содержания, такие колебания можно объяснить перестройкой биосинтетических процессов и разным влиянием на них 2'-5'-олигонуклеотидов. Используя различное время экспозиции, можно добиться смещения биосинтетических процессов запасных белков либо в сторону преимущественного накопления глиадинов, либо глютенинов. что представляет несомненный практический и теоретический интерес для селекции. Воздействие препаратом N 6 (Ю-1а М) на пшеницу сорта Алтайка оказывало влияние на процессы дезаминирования важнейших аминокислот на ранних этапах прорастания. Содержание большинства аминокислот с течением времени уменьшалось. Скорость расходования их незначительно выше, чем в контроле.

При увеличении длительности экспозиции 2-5А (12 - 36 часов) на зерно пшеницы обоих сортов содержание большинства аминокислот, по сравнению с контролем, изменялось незначительно. Происходило накопление глутаминовой кислоты, лейцина, изолейцина. Треонин, глицин, аргинин оставались на одном уровне с контролем. На содержание Фенилаланина. тирозина, гистидина. пролина, серина олигонуклеотиды N 5 и N б действовали избирательно в зависимости от концентрации.

следовательно. 2-5А по-разному влияли на расходование и накопление аминокислот на ранних этапах органогенеза, что объясняется неодинаковым их действием на протеолитические

Ферменты. Процесс распада активизировался при прорастании, когда расщеплялись запасные белки эндосперма и образовавшиеся аминокислоты и азотистые соединения 'использовались для построения белков развивающегося организма.

Иэменение баланса эндогенных Фитогормонов в результате обработки верна пшеницы 2'-5'-олигонуклеотидами вызывало иэменение в обмене азотистых веществ прорастающего растения.

30-Ыинутная экспозиция олигонуклеотидом N 6 (Ю-12 Ы) зерна пшеницы сорта Алтайка показала, что содержание белка увеличивалось с 16% до 18* и на этом уровне сохранялось при дальнейшем прорастании зерна до 72 часов, в отличие от контроля, у которого процентное содержание белка оставалось на уровне сухого зерна. затем резко увеличивалось до 21* (3-6 часов) и снижалось при последующем прорастании. Только через трое суток количество белка контрольного образца достигало уровня 30-минутной экспозиции зерна олигоаденилатой N 6 (Ю-12 Ы). дальнейшее увеличение экспозиции олигоаденилатами и кинетином (12 - 36 часов) в концентрациях 10"э К - ю-13 11 приводило к снижению содержания белка. У сорта Беэенчукская 139 в накоплении белка проявлялась тенденция к его уменьшению при 12 часовом воздействии препаратов. а при 24 часовом - скорость биосинтетических процессов несколько увеличивалась в вариантах с кинетином (10-х= М), олигонуклеотидом N 5 (10~гз И). а 36-часовая обработка 2-5А снижала темпы накопления белка во всех вариантах опыта: содержание его у обоих сортов устанавливалось на уровне контрольных образцов.

Таким образом, 2'-5'-олигоаденилаты, по-разному влияли на содержание белка, в зависимости от времени их воздействия, что связано, по-видимому, с неодинаковой активизацией ими Ферментных систем, которые находятся в покоящемся зерне.

Обработка зерна пшеницы сорта Алтайка олигонуклеотидом N б (ю-12 Ч) в течение 30 минут и 3 часов повышала стабильность Фракции глиадина. все компоненты в белковом спектре сохранялись, подвергаясь лишь частичной деструкции. На протяжении всего периода прорастания повышался уровень у-компонента с оэп 57. к 36 часам прорастания накапливались отдельные компоненты *г-глиадинов. У сорта Беэенчукская 139 компоненты а- и в-глиадинов объединялись и в белковом спектре появлялись сдвоенные пики. У

обработанного эерна содержание н-глиадинов с ОЭП 23-30 увеличивалось относительно контроля. количество других -уменьшалось.

При 12-часовой экспозиции 2-5А в исходной белковой Формуле набухающего эерна сорта Алтайка появлялись сдвоенные компоненты в у- и в-эоне. в м-аоне глиадинов объединялись полосы со средним значением ОЭП. У сорта Безенчукская 139 происходило более интенсивное расходование компонентов м-эоны на протяжении всего периода набухания и начального прорастания. При 12-часовом воздействии препаратов уменьшалось содержание компонентов а- и в-воны, в у-субфракции ряд компонентов образовывал единый комплекс.

При • 24-часовом воздействии - в у-зоне появлялось больше единых комплексов. Снижалось содержание а-глиадинов и повышался уровень в-глиадинов. в дальнейшем (36 часов), единые комплексы в у-эоне распадались и шло их расходование. но при этом стабилизировалась а-эона.

Следовательно, распад белковых компонентов глиадина при набухании и прорастании зерна исследуемых сортов пшеницы происходил неодинаково. Этому процессу предшествовала модификация глиадиновых компонентов, которая усиливалась под воздействием олигонуклеотидов и приводила к изменению их электроФоретических свойств, в результате чего они становились доступными действию эндогенных протеолитических ферментов.

с помощью 2'-5'-олигоаденилатов уже на ранних этапах селекции можно целенаправленно влиять на синтез отдельных Фракций , второго запасного белка клейковины - глютенина. При этом можно достичь повышения эффективности синтеза легкорастворимых белков за счет частичного ингибирования проламинов и значительно улучшить пищевую ценность суммарного белка эерна, смещая соотношение проламинов с глютенинами в сторону последних.

Последовательность образования и расходования компонентов глютенина под действием 2-5А затрагивала как высокомолекулярные, так и низкомолекулярные глюгенины. При 30-минутном воздействии олигонуклеотидом N 6 (10~га М) на зерно пшеницы сорта Алтайка незначительно увеличилось содержание субьединиц А14. А16, В29, В32. На протяжении всего периода прорастания снижался уровень субфракции А24, а в интервале 6-24 часа - увеличивалось

содержание All. При 3-часовом воздействии субьединицы глютенинового комплекса объединялись и в белковом спектре дали сдвоенные пики (В37 и В39). Повысился уровень низкомолекулярных глютенинов В29 и В34. из высокомолекулярных - АН и А1б. У сорта Безенчукская 139 происходило уменьшение содержания субьединиц высокомолекулярных глютенинов и повышение - низкомолекулярных, в белковом спектре произошло расщепление и появились новые компоненты: Al8 и А21.

Обработка зерна пшеницы сорта Алтайка 2-5А в течение 12-24 часов вызывала увеличение высокомолекулярных глютенинов.- All, А14, А1б и реже-А19. Расходовались низкомолекулярные глютенины с ОЭП 27-32.

Установлено, что сорт Безенчукская 139 характеризуется большей лабильностью по расходованию одних компонентов глютенина и накоплению других, по сравнению с сортом Алтайка, который сохранял высокую стабильность и изменения на количественном уровне затрагивали лишь отдельные компоненты.

4. ВЛИЯНИЕ 2'-3•- ОЛИГОАДЕНИЛАТОВ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ

2'-51-Олигоаденилаты оказывали заметное влияние на

содержание суммарного белка и соотношение его различных групп в зерне. В условиях 1991 г. (Формирование урожая происходило при повышенной температуре и недостатке влаги) все препараты вызывали количественное повышение суммарного белка у обоих исследуемых сортов пшеницы. У сорта Алтайка в большей степени увеличивалась глиадиновая Фракция, а у Безенчукской - глютениновая. Самое высокое содержание глиадинов в зерне пшеницы обоих сортов наблюдалось в вариантах с применением Фитогормона N б. 10~1а Ы.

Изменение погодных условий 1992 г. (обилие осадков) снижало содержание суммарного белка в контроле и в опыте по сравнению с 1991г. При предпосевной обработке верна сорта Алтайка олигонуклеотидом N б (Ю-® И и 10~1а Ы) увеличилось количество глиадина, а глютенина - изменилось незначительно, в концентрациях jO-»M - 10_1ОМ в зерне происходило накопление альбуминов и глобулинов. Альбуминовая Фракция увеличивалась также и в варианте с олигонуклеотидом N 5 (10-»М)

В 1993 г. (холодные и дождливые весна, лето и осень) наблюдалось значительное увеличение содержания суммарного белка в зерне пшеницы обоих сортов, а глиадиновые Фракции остались на уровне контроля. При применении кинетина и олигонуклеотида N б (Ю-12 М) содержание белка увеличивалось до 32%, препаратов N 5 (1 сг1 М) и N б (10*"'-' Ы) - уровень белка соответствовал 23%.

Таким образом, предпосевная обработка зерна пшеницы 2'-5'-олигоаденилатами способствовала повышению уже имеющегося эндогенного Фонда гормонов, проявляющих цитокининовую активность и, тем самым, оказывала непосредственное действие на Формирование белкового состава зерна.

Под влиянием 2-5А в зерне собранного урожая произошли изменения по всем субфракциям глиадина. У сорта Алтайка увеличивалось содержание компонентов а-субфракции, которые обладают высокой агрегирующей способностью и играют важную роль в образовании глиадинового комплекса. В большей степени. по сравнению се!-, у-, Ь-субфракциями обеднялась »-зона. Действие регуляторов роста в 1992 г. затрагивало изменение субфракций глиадина только на количественном уровне, в 1993 г. - произошли и качественные. В электрофоретическом спектре запасного белка наблюдалось расщепление седьмого компонента м-эоны и появились новые - с ОЭП 23, что является ответом растений на стрессовую ситуацию - неблагоприятные погодные условия. Зная коррелятивную и регрессивную связь в накоплении отдельных компонентов глиадина с основными показателями технологических свойств зерна, можно с большей степенью точности вести отбор на его качество, то есть непосредственно использовать биохимический контроль в селекции.

Под действием 2'-51-олигоаденилатов у сорта Алтайка (1991 г.) изменения в электрофоретическом спектре глютенина происходили только на количественном уровне. В 1992 г. увеличивалось содержание как высокомолекулярных, так и низкомолекулярных глютенинов во всех вариантах опыта. В 1993 г. препараты действовали более избирательно. Под влиянием олигонуклеотида N б (Ю-". Ю-1а 11) увеличилось содержание субьединиц с ОЭП 11. Кинетин (Ю И), олигонуклеотиды N 5 (Ю*10 И) и N б (10" М) повышали уровень А 14. В большинстве вариантов возрастало количество субьединиц с ОЭП 19 и 24.

Поскольку урожай в исследуемые годы формировался в неблагоприятных погодных условиях, проявилась специфичность действия в отношении не только химической природы регуляторов, но и их различных концентраций. В 1992 г. при обработке зерна олигонуклеотидом N 6 (Ю13 М) произошло расщепление субьединицы с ОЭП 11 и появилась новая - А 12. Количественному изменению подверглась зона в - зона низкомолекулярных глютенинов. У сорта Безенчукская 139 при действии олигонуклеотидов N 5.и N б (ю~1а К) в белковом спектре высокомолекулярных глютенинов появилась новая субьединица А 12. В вариантах опытов, обработанных препаратами N 5 (Ю-13 И) и N б (10-го М) появился новый компонент в зоне низкомолекулярных глютенинов с ОЭП 28. Подобные изменения привели к тому, что процентное содержание суммарного белка или оставалось на уровне контроля, или снижалось. Аналогичная картина наблюдалась и в остальные годы: обе зоны А и Б глютенинов претерпели количественные и качественные изменения.

Изложенное свидетельствует о широком варьировании субьединиц глютенина под влиянием 2'-5'-олигоаденилатов, в зависимости от химического состава препарата, его концентрации, сорта пшеницы. Изменение количественного и качественного состава вызывало сдвиг всех показателей и, в первую очередь, биосинтеза белка.

У обоих сортов в 1991 году под действием олигоаденилата N б (10~хаМ) увеличивалось количественное содержание большинства аминокислот в суммарном белке. Снизилось содержание валина, лизина, пролина и гистидина. Другие концентрации препарата на содержание аминокислот действовали избирательно. В 1992 г. наблюдалась более высокая сбалансированность по аминокислотному составу, но наилучшие результаты получены при применении олигонуклеотидов N 5 и N б в концентрации 10~го Н. Значительное увеличение содержания суммарного белка в урожае 1993 г. привело к снижению доли лимитирующих аминокислот, а также - ряда незаменимых. Во всех вариантах опыта у сорта Алтайка уменьшилось содержание лизина. а изолейцина - под влиянием

олигонуклеотидов N 5 (Ю~1Я м. ю--" и) и N б (Ю-" н, ю~1П и). Количество лейцина снизилось в следующих вариантах: кинетин (Ю-4 И, 10~1а М, 10-гз М) . N 5 (10 " М) и N б (Ю-9 М. Ю~1Я М) . Содержание аспарагина увеличилось под влиянием препарата N 5 (10~гя М, ю~1а II). У сорта Безенчукская 139 увеличивалось

содержание глутаминовой кислоты, треонина, серина и незначительно лизина.

Таким образом, в зерне пшеницы, в основном, преобладают такие аминокислоты, которые содержат большой резерв аминных групп и являются центральными в биосинтезе других аминокислот. Запасание этих аминокислот в покоящемся зерне, по-видимому, важно для метаболизма азотистых веществ при прорастании.

Предпосевная обработка семян твердых яровых пшениц сортов Алтайка и Беэенчукская 139 производными 2'-5'-олигоаденилатов приводила к увеличению урожая.

Таблица

Влияние 2'-5' - олигоаденилатов на урожайность твердых сортов пшеницы (ц/га)

Алтайка Беэенчукская 139

са^ианд : ------- : 1991 1992 1993 : 1991 1992 : 1993

Контроль в 5 12 0 10 0 7.9 11 7 9.5

кинетин 10-эМ 22 0 39 8 18 0 20.0 12 3 14.0

10-13М 15 6 24 0 13 6 13.6 23 в 12.2

10-1ОИ - 37 0 20 0 - 24 8 15.6

Олигонуклеотид N 5

10-эМ 15 1 20 5 13. 1 13.1 19 4 18.3

10-1аН 17 0 .42 0 14 2 17.2 31 0 17.В

10-*яМ - 24 8 16 5 - 33.2 15.1

Олигонуклеотид N б

10-9М 15 6 22 4 16 6 13.8 20 6 14.6

10-1аМ 21 0 37 5 19 0 21 .3 37 0 19.0

10-»см - 2в 0 17. 8 - 35 7 20.0

НСР о ос» 1 9 2 7 2, 3 3,1 3 3 2.4

В условиях 1991 г. (повышенная температура и недостаток влаги) препараты вызвали повышение урожая на 166-270», в 1992 г. (большое количество влаги) - на 171-350%. в экспериментах 1993 г. (холодные и дождливые весна, лето и осень) - на 153-316$,

в зависимости от химической природы регулятора роста растений и его концентрации.

Увеличилась масса юоо зерен.- у сорта Алтайка с 46.50 г до 53,02 -55,12 г, а у сорта Беэенчукская 139 с 45.94 г до 49.32 -52,15г.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что предпосевная обработка семян пшеницы 2'-5'-олигоаденилатами (аденилил(2'-5')аденилил{2'-5')аденоэин-2(Na+) солью и аденилил(2'-5')-аденилил(2'-5')-9-(2,З-ангидро-В-д-рибофураноэил) аденином) оказывает специфическое действие на количественные изменения суммарного белка. Фракций запасных белков, перестройку отдельных компонентов глиадин-глютенинового комплекса в зависимости от химической природы регуляторов, их концентрации. сорта пшеницы.

?.. Впервые выявлено влияние 2-5-А на перестройку глютенинового комплекса семян в Фазе прорастания. Трехчасовая экспозиция аденилил(2•-5')аденилил(2'-5')аденоэин-2(На+) солью (10~" И) вызывала у сорта пшеницы Безенчукская 139 в большей мере дезагрегацию его субьединиц, чем у сорта Алтайка. В белковом спектре через 60 часов после начала воздействия препаратом появлялись новые еубьединицы высокомолекулярного глютенина Aie и А21, свидетельствующие о процессах образования новых полипептидов.

3. Выявлены изменения компонентов отдельных зон электрофорйтического спектра глиадина (w41,60; у57,64). которые могут служить своеобразными маркерами эффективности действия препаратов: w4l ~ высоты растений; v»60 - массы 1000 зерен; у57 и у64 - цвета муки.

конкретизирована картина изменчивости в компонентном составе запасных белков, затрагивающая не только количественные изменения субфракций глиадина и субьединиц глютенина. но и качественные, ведущие к появлению в белковых спектрах новых высоко- (W23/7. А12) и низкомолекулярных (В28) полипептидов, которая обьясняет причину возникновения "стрессовых" белков в зерне нового урожая, сформированного в неблагоприятных агрометеоусловиях.

4. Специфическое действие 2-5-А проявляется в изменены: аминокислотного состава на ранних стадиях органогенеза Расходуются аминокислоты, обладающие большим резервом аминогрупп или играющие ведущую роль в биосинтезе других аминокислот: валин серин, лизин, пролин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты. 2' 5'- олигоаденилаты стимулируют процессы образования новы: аминокислот, необходимых для построения белков прорастающего растения (изолейцин, лейцин, Фенилаланин).

5. Впервые установлено избирательное действие 2-5-А hi изменение аминокислотного состава суммарного белка, вследствие чего в зерне собранного урожая идет накопление лимитирукяци: аминокислот (лизина, изолейцина, треонина) с одновременны] повышением доли заменимых (глутаминовой, аспарагиновой) незаменимых (валина, лейцина, аргинина, гистидина) аминокислот.

6. Впервые установлено, что предпосевная обработка семя: твердых сортов яровой пшеницы 21-5'-олигоаденилатами повышав' урожай зерна и его качество, а также обеспечивает получени стабильных урожаев в экстремальных условиях Северного Казахстана

Показана перспективность применения не только наномолярно концентрации 2'-5'- олигоаденилатов, но и сверхнизки концентраций (10-1ЕМ. 10"1аМ) для этой цели.

Список^ботсо^ 1. Клюкач A.C.. Немировская И.П. экологически безопасны регуляторы роста и средства защиты растений от вирусных инфекци // Матер, научно-практ. конф. "Экологич. проблемы соврем агронром. комплекса" // Кокчетав. 1991. - С. 25-30.

2. Фиторосторегуляторы на основе производных 2'-5' олигоаденилатов / Быховец С.Л., Клюкач A.C., Ботина Т.И., Зотов Г.С.. Гончарук В.М., Кулак Т.И., Квасюк Е.И., Быховец А.И./ Матер. Всерос. научно-произв. совещ. "Экологическая безопасност и беспестицидные технологии получения растениеводческо продукции" (24-26 августа 1994 г., Краснодар) РАСХН, ВНИИБИЗР пущино, 1994. - С. 137-141.

3. Биохимические изменения, происходящие в прорастаюци семенах пшеницы под влиянием 2'-5'А /Клюкач A.C., Квасюк Е.И., Быховец А.И.// Регуляторы роста растений, Ташкент, 1994. - С. 7 -79.

4. Клюкач A.C. Влияние. ?.'-5'А на урожай твердых сортов яровой пшеницы и его качество // регуляторы роста растений, Ташкент,1994. - С. 14В - 157.

5. Клюкач A.C. Влияние 2'-5' олигоаденилатов на качественный состав белков зерна пшеницы //Труды ЦСХИ, N 138 // к, 1995. - с. 101- 109.

Р Э 3 Ю М Э

Клюкач Ганна сцяпанауна. " Асаблзвасцз бзях1мзчнага дэеяння 2'-5'- алзгаадэнзлатау на раслзны пшанзцы".

Ключавыя словы: 2'-5'-ал1гаадэн1латы, глютэн1н. глтядын, амзнак!слоты, бялок, ураджай, цвердыя сарти яравой пшанзцы.

Работа прысвечана вывучэнню дзеяння перадпасяуной апрацоукз насення цвердай яравой пшанзцы 2'-5'-алзгаадэнзлатамз ва умовах пауночнага Казахстана на змяненне бялковага сзнтэзу.

На Фоне агульнай карцзнн бзясзнтэтычнай актыунасцз праяуляецца генатыгНчная спецыФзчнасць сартоу пшанзцы па узроунз утварэння Фракцый запасных 1 растваральных бялкоу, што прыводззць да змянення ам1 нак.1олотнага. складу сумарнага бялку, якое садэейнзчае накапленню у зм лзмзтаваных амзнакзслот з адначасовын павышзннем долз з зншых ам1накзслот.

Тэсцзруючнм паказальнзкам эфектыунасцз дэеяння 2'-5'~ алзгаадэнзлатау з'яуляецца вывучэнне змяненняу у глзядын-глютэнзнавым комплексе. Выявления ямяненнз кампанентнага складу аообных ион электрафарэтычнага спектра глзядыну 1 глютзнзну укаэваюць на паслйдоунасцъ зх распаду з накаплення на раннзх стадиях арганагенээу 1 у зернз новага ураджаю. Устаноуленая карцзна зменлзвасцз у кампанентным складзе запасных бялкоу закранае не толькз колькасныя змяненнз, але г якасныя, якзя вядуць да уэнзкнення у бялковых спектрах запасных бялкоу дадатковых высока- 1 нзэкамалекулярных ползпептыдау, што з'яуляецца прычынай уэнзкнення стрэсавых бялкоу у зернз. сфарм!раваным у неспрыяльных аграметэаумовах.

Перадпасяуная апрацоука насення цвердых сартоу яравой пшанзцы 2' -5' --алггаадонз латамз павышае ураджай (у сярэднзм на 15*

за тры гады) 1 яго якасць. а таксама забяспечвае атрыманне стабильных ураджаяу у зкстрэмальных умовах Пауночнага Казахстана.

РЕЗЮМЕ

Клюкач Анна Степановна. " особенности биохимического действия 2-5'- олигоаденилатов на растения пшеницы".

Ключевые слова: 2'-5'-олигоаденилаты, глютенин, глиадин. аминокислоты, белок, урожай, твердые сорта яровой пшеницы.

Работа посвящена изучению влияния предпосевной обработки семян твердой яровой пшеницы 2'-5'-олигоаденилатами в условия» Северного Казахстана на изменение белкового синтеза.

Обнаружена зависимость как величины белкового синтеза, так у уровня накопления Фракций запасных и растворимых белков от генотипической специфичности сортов пшеницы и концентраций 2'-5'-олигоаденилатов. Эта зависимость проявлялась в измененш аминокислотного состава суммарного белка, накоплении лимитирующш аминокислот с одновременноым повышением доли других аминокислот.

Тестирующим показателем эффективности действия 2'-5'-олигоаденилатов является изучение изменений в глиадин-глютениновом комплексе. Выявленные изменения компонентногс состава отдельных зон электрофоретического спектра глиадина 1 глютенина указывают на последовательность их распада I

накопления на ранних стадиях органогенеза и в зерне новогс урожая.

Установленная картина изменчивости в компонентном состав« запасных белков затрагивает не только количественные изменения но и качественные, ведущие к появлению в белковых спектра; запасных белков дополнительных высоко- и низкомолекулярны; полипептидов, что является причиной появления стрессовых белков 1 зерне, сформированном в неблагоприятных агрометеоусловиях.

Предпосевная обработка семян твердых сортов яровой пшениц! 2'-5'-олигоаденилатами повышает урожай (в среднем на 15* за тр] года) и его качество, а также обеспечивает получение стабильны: урожаев в экстремальных условиях Северного Казахстана.

SUMMARY

Klyukach Anna Stepanovna. "The peculiarities of biochemical action of 2'--5 '-ol igoadeny lates on wheat plants".

Key words: 2'-5'—oligoadeny1ates, glutenine, gliadine, aminoacids. protein, crop, hard spring wheats.

The work is devoted to study of influence of the seed presowing treatment by 2•-5'-oligoadenylates on the protein synthesis variations in hard spring wheats inthefield of the North Kazakhstan.

The dependences of both the protein synthesis size and accumulation level of spare and soluble protein fractions on both the sort genotypic specificity of wheats and 2'-5'-oligoadeny1 ate «ioii-centrations, were revealed. These dependences were displayed in both the whole protein aminoacid content, variation« and the limiting aminoacid accumulation and ¡simultaneous increase of the other aminoacid share.

The variations in gli ad ine-gl uteri ine complex are the testing indicator of 2'-5'-oligoadenylate efficacy. The variations in the component content of individual zones, revealed in electrophoretlc spectrum of gliadine and glutenine, are indicative of sequence of their degradation and accumulation in early stages of organogenesis and in the new crop grain.

Established picture of variability in component content of spare protein touch on both quantitative and qualitative variations leading to appearance of additional high and low molecular weight polypeptides in spectrum of spare proteins. This is cause of the stressed protein appearance in grains being formed at unfavorable agro— and weathei—conditions.

The seed presowing treatment of hard spring wheats leads to increase of crops both quantitatively (on the average, by 15* per three years) and qualitatively, as well as ensures to achieve the stable harvests in the North Kazakhstan extremal conditions.