Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ГЛУТАМИНСИНТЕТАЗЫ И ГЛУТАМАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ ПРИ УСВОЕНИИ АЗОТА ПРОРОСТКАМИ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ГЛУТАМИНСИНТЕТАЗЫ И ГЛУТАМАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ ПРИ УСВОЕНИИ АЗОТА ПРОРОСТКАМИ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ"

•Л-281/93"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К.А.ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи БАСКАКОВА Софья Юрьевна

УДК 581.133.12/t344

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ГЛУТАМИНСИНТЕТАЗЫ И ГЛУТАМАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ ПРИ УСВОЕНИИ АЗОТА ПРОРОСТКАМИ ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ

(03.00.12 — физиология растений)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1987

/> 'О.л

г' < й-г.'сс^р —/•:/-.>}•#. бггЧС

Работа выполнена в лаборатории азотного обмена ордена Трудового Красного Знамени Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР.

Научный руководитель:. доктор биологических наук С. Ф. Измайлов.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Е. Е. Крастина, доктор биологических наук 3. Г. Евстигнеева.

Ведущее учреждение — Биологический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Защита диссертации состоится « & » &1Л-£ФА. . 1987 г. в «/лРчас. на заседании Специализированного совета Д.120.35.07 при Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени, сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. ,

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Адрес: 127550, Москва, И-550, Тимирязевская ул., 49, корп. 8, Ученый совет ТСХА. /~ ,

Автореферат разослан « 0» г_ллл£>л—. . . 1937 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

М. Н. Кондратьев

0Б1ШШ ХАРАКТЕРИСТИКА-РАБОТЫ Актуальность проблема. "Аммиак есть альфа и омега'в обмене азотистых веиеств у растений" (ПЛнишников,1У4ъ;.Кго азот включается в органические соединения - аминокислоты, амиды, затем накш-ливается в виде белка и вновь высвобождается в свободном виде в процессе их метаболизма. Расшифровка механизмов ассимиляции аммиака, выявление'свойств и путей регуляция активности ферментов,от-вечающих за данный процесс, имеет большое'теоретическое и практическое значение, так как это позволяет оказывать направленное воздействие на азоткыа обмен и повышать продуктивность растений.

Ассимиляция а:.:миака у растений осуществляется- при участки двух, ключевых ферментов - глутаминсинтетазы ( ГС J и глутаматдегидрс— геназы { ГДГ ) . Ьвлду особой роли этих ферритов в азотном обмене растений им посвящено значительное число обзорных раоот.и монографий (Кретович, 1972,1960; Иавлов*Грабовская,1У7 8; Алехина, ыкршо-ва, 1979 ;Измайлов, 1981,1986 ; Шатилов, 1883 ; Еве тигнеева .Пуикин, 1У83 ; Ишп, Ьеа, 1977,1980; Наг^аасп, 1982; М1Шп, Си111тоге, 1984 }.

Однако механизмы регуляции активности ГС и ГДГ у высших растений изучены еще недостаточно. Не до конца понятна роль этих ферментов в ассимиляции и реассимиляции аммиака на различных, стадиях роста и развития растений'; в различных условиях их питания, ата*-хе при воздействии на растения факторов внешней среды. Особенно мало исследованы эти вопросы на ранних стадиях онтогенеза, в частности, в первые недели развития растений из семян, когда усвоение азота осуществляется за счет двух источников - азотистых соединении/семян и минерального азота среды. Между тем, понимание всего процесса усвоения азота растением возможно лишь на основе знания тех: тонких механизмов регуляции активности ферментов, • — которые реализуются в онтогенетической прогрш.гле растени;!.

Л.-28.ЧЗЗ-.

;' л -.'. ?тг;з

цель' к задачи исследования. Целью данной работы явилось изучение путей регуляции активности 1С и ГДГ и выявление их функций'В-различных.органах целостного растительного организма на начальных стадиях онтогенеза, когда питание растении характеризуется сначала усвоением органического азота семян, а затем - минерального азота среды.

Исходя из цели исследования в работе поставлены следующие задачи: _ _

I-Выяснить характер распределения активности 1С и ГдГ по органам различных растений;:

2.выявить эндогенные факторы регуляции активности.ГС и ГДГ. в корнях и побегах различных растении в первые недели роста при усвоении ими запасных соединений семени;

3.Установить-особенности влияния минерального азота на активность исследуешх ферментов. Определить основной: источник азота, оказывающий-регуляторное действие на активность ферментов и, тем-самым, выявить значение эндо- и экзогенного азота в регуляции активности 1X3 иТДГ . в период развития растений из семян.

Научная нови sua работы. В'результате проведенных исследований установлено, что всем трем исследуемым растениям свойственна еди-ная-закономерность в распределении активности ферментов ассимиляция . ьмаиака по органам: активность ГС сосредоточивается преимущественно в листьях, ашширующая активность ГДТ - в корнях и ее-деэаыллирушая активность - в листьях..

Установлено, что на ранних этапах развития растении активность ГС в листьях и корнях зависит.от уровня запаса азотистых соединений в семенах. У гороха с богатым запасом белка в семенах уровень ак-.лвности ГС в листьях и корнях в основном определяется импортом органических форм азота из семядолей. У кукурузы.имеющей в зер-

нозках значительно меньше запасных белков, величина активности ГС определяется в большей степени.минеральными форкаья азота следя -нитратами и"аммонием. На основании дандах по высокой активности ГС у исследованных растений и регулятсоного действия на фермент азотистых соединений эндс— и экзогенного происхождения сделало предположение о ведущей рели отого фермента в процессе ассимиляции и реассаккляаин аккака.

Показано, что органический азот езгян, а также нитратный и аммонийный азот среды оказывают слабое регулятсЛное действие на акинарувдув активность ГД?, но в значительной мере влияют на ее дегаминируюЕзго активность.. На основании этих данных, а также ввиду низкей аминпрувдей активности ГЛГ по сравнению с ГС в корнях, и листьях различных растении предполагается, что ГЯГ играет второстепенную рель в процессах ассимиляция и -реассимпляции амииака. По-ЕИДИмоц7, ведущей функцией ГДГ является-дезаюширование глута-мата и обеспечение растений на ранних этапах развития дополнительными дкхателькыгл: субстратами за счет аминокислот, поступающих -в этот период преимущественно из - семян.

Практическая значимость работы. Выявленные особенности регуляции активности ферментов ассимиляции аммиака могут быть использованы при разработке эффективных способов'* оптимизации питания сельскохозяйственных культур за счет применения азотных удобрении с учетом разной обеспеченности растеши эндогенные запасами азо-та.Разработка и использование специальных экспресс-методов определения активности ГС может позволить уточнить дозы и сроки внесения «минеральных удобрений псдсельскохоа'йственнке культуры.

Апробация работы.Основные положения диссертации доложены и обсуждены на: Всесоюзном сиисозиуые"Механизмы ассимиляции азота и

биосинтеза белка в растениях" ЛАлма-Ата, 1У81), II международном симпозиуме колодах ученых "регуляция ыэтаоодязаа у растений"(Вар-на, Болгария, ISbl),IS-ii конференции й£БО ('.Аосква, 1984),ыехлаоо-раторнои конференции Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР,посвященной памяти Я.З.Пейве (Москва, 1984;. .. Публикации .Но результатам исследовании опубликовали 6 работ. Структура v. обт.ем работа.Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и кетс-дсв исследования,3-х эксне-у1ментальн»х глав, заключения,выводов и списка литературы (264 названия, ио та 198 работ зарубежных авторов;. Текст диссертации изложен на 138 страницах, содержит 18 рисунков и 4 таблицы.

ОЕЪШЫ II ШОЩ ШЭТДЩНИЯ Объектами исследовании служили 3-14 дневные проростки кукурузы (Zea mays L.) сорта Одесская-IQ, гороха Arisvm sativum X. ) сорта Ульяновскиа-68 и Preteue к сахарной свеклы (Betd vulgaris var.Bacciiarifera ) сорта Верхнлченскал-031, обладающие различным запасок белков в семенах (Соболев, Дцанова,1982) и различающихся способностью корней и листьев к ассимиляции нитратов ввиду неодинаковой активности в них нитратредуктаэы ( i>ate ,1973).

Семена опытных растений стерилизовали пергидролем и проращивали на влажной фильтровальной бумаге до- 3-х дневного возраста;да-лев'вд рост проходил в водной культуре. Питательной смесью для "растений служила модифицированная среда Кнопа.в которой источни- . коми азота были нитраты или ажюнкй; в некоторых опытах азот в--среде отсутствовал.Растения выращивали в фитотроне Института физиологии растений им.К.А.Тилирзлва АЛ СССР в темнота или при смене дня и ночи (фотаперисд - 16 часов).Интенсивность освещения ' кееноновши лампами составляла 15-20 тыс .люкс. Относительная влаж-

ыосгь воздуха составляла 702; температура днем 24°, ночью - СО0.

Активность ГС определяла гкдроксаыатшш методом (Elliott, 1951; Евстигнеева и др., 1971).Активность ГД" определяли по уменьсенив плотности реакп201шс2 смеси при 340 нм за счет сгасления 11ОД1 при восстановительном аьзшироЕ&нии 2-сясоглутарсво1 кислоты {Яковлева и др., 1964) ЕЛИ по увеличению оптической плотности смеси за счет восстаясвдекля КОД при схпсдлтелысм дезашкирсвании глутамиловсй -кислоты (Гкльманов и да.',1981).Для выявления полной дезаминирую-се2 активности КТ в реакписннув смесь добавят чи препарат нгзко-молекулярного "фактора", полученного М.К.Гильмановым по оригинальной методике ( Гильыанов,.£адахметова, 1965).

Содержание аминокислот в опытных образцах определяла на аминокислотном анализаторе MA. 881 (ЧССР).Определение аммиака в растительных пробах проводили.макродиффузиснным методом в модификации Н.П.Львова (Львов, 1975).Концентрацию белка определяли колориметрически по методу Лоури ( towry «t al., 1951 ).

Результаты.статистически обрабатывает.путем расчета средней ошибки средней арифметической ( Венчиков, венчиков, 1974)..

. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛКСЗАШЯ -

¡.Особенности распределения глутаминсинтегазы и ' глттаматдегидрогеназы по органам различных растений

С целью изучения органного распределения ГС и ГДГ проростки выращивали на разбавленной в 2 раза сред* Кнопа. Определение ак-. тивности ГС и ГАГ у проростков кукурузы, гороха и сахарной свеклы показало; что при нитратном питании активность ферментов присутствует практически во всех органах растений ( табл.1). 3 первые недели роста наибольшая активность ГС у изучаемых видев растения была сосредоточена в листьях. Разница в уровне активности фермен-

- G -

та в листьях по сравнению с другими органами была особенно велика у гороха и сахарной свеклы, что, по-видимому, объясняется принадлежностью данных культур к группе С3-растения,в листьях которых в процесс* фотодыхания в больших количествах высвобождается аши-ак, связываемый при участии высокоактивной ГС. Наивысшая активность ГС в корнях исследуемых растений оказалась у *<укурузы. Наличие активности ГС в стеблях растений говорит о возмояности протекания в -них процесса ассимиляции'аммиака, но с меньшей интенсивностью, чей в листьях.

Осекая активность DJ наблюдалась также в запасающих органах гороха и кукурузы, но только в первые 2-4 дня. В это время в запасающих -органах идет интенсивный гидролиз белка teewley, Bleck, 1978) и обмен аминокислот, сопровождаемый высвобождением аммиака, который связывается высокоактивной ГС. Именно на третьи сутки в семядолях гороха концентрация глутакина и глутамата достигает 'максимальных.значений { lareon, Beevere, 1965 ) . _'- Распределение аминирующей активности ГдТ по органам растений било иным, чем в случае с ГС ( табл.1) .Наибольшая амкниругацая активность ГДТ обнаруживалась в корнях трех растений, на втором месте по уровню активности ГДГ находились стебли и, наконец, самая •низкая активность фермента отмечалась в листьях растений.Следова-тельно, активность ГДГ, как и ГС, присутствует во всех органах проростков исследуемых растений, однако, как видно из данных табл.1, она значительно ниже активности ГС.

На основании приведенных данных можно сделать вывод, что в отличие от нитратредуктазы у исследованных растений активность ГС и ГДГ отчетливо проявляется во всех органах. Очевидно, что это связано с необходимостью ассимиляции аммиака, образуемого не только

Таблица I.

Активность ГО (нмоль иглуталйШгидроксаулта/мин-ЮО мг сухой массы) и ГдГ (кмоль НАШ окисл.Дзш-ЮО мг сухой кассы) в различных органах 12- ти днерных проростков кукурузы,гороха и сахарной свеклы

фермшт растения

Корень

оганы

Лист

ПРОРОСТКА

Стебель, гипокотиль

Запасающие га1ш семян

Кукуруза 2 250+21? 2 750+211 - 30+2

ГС Горох 200+ 13 13 500+317 2 800+115 10+ I

Сахарная свекла 610+ 27 2 9С0+103 330+ 29

Кукуруза 210+ 19 56+ 6 - 5+1

ГДГ Горох 330+ 20 20+ 3 40+ 5 26+4

Сахарная 480+ 37 77+ 8 131+ II

свекла

при восстановлении нитратов, но и высвобоздаемого при интенсивных катаболических процессах в тканях качдого органа. Вследствие указанной причини прямого совпадения органной локализации активности нитратредуктазы и ферментов ассимиляции аммиака, как правило, не наблюдается. Однако несмотря на повсеместное присутствие ферментов ассимиляции аммиака у растений, их активность распределена по органам специфично: наибольшая активность ГС сосредоточена в листьях, а аминирующая активность ГЛГ отмечена ь корнях.

2.регуляция активности глутампнскнтетазы и глутаудтдегидроге-назы при усвоении проросгка*,ж растений запасов семени .

Важное значение при решении проблемы регуляции активности и синтеза ГС иТдГ имеет определение роли ферментов в двух процессах: в первичной ассимиляции- поглощенного азота питательной среда и в реассклаляции аммиака, высвобождаемого при внутриклеточном обмене. Поскольку на стадии проростка процесс реасскмиляции амми-

ака, образуемого в осиовном при гидролизе Оелков в запасающих органах семени., занимает центральную роль в азотном питании растений { Оайв «* *\-И977) и только после исчерпания запасов семени начинает приобретать первостепенное значение первичная ассимиляция аммиака Экзогенного происхождения, изучение регуляции активности ферментов было начато с выявления влияния на К! и Т^Т органического азота семян, а затем минерального азота среды.

С этой целью в течение первых 14 дней наряду с активностью ГС и ГЖ определяли содержание растворимого белка в запасающих органах , концентрацию свободных аминокислот и аммиака в корнях и листьях проростков. Оказалось, что активность ГС быстро возрастала в листьях-scex трех растений к 10-12-му дню, а затем снижалась {рио, I). Высокая активность ГС в корнях была обнаружена только у кукурузы, причем ее максимум приходился также на Ъ-10-й день. Снижение активности ГС в листьях и корнях проростков наступало в тот период, когда запаси белка в семенах практически исчерпывались. После истощения запасов белка в семенах ослабевал транспорт аминокислот в вегетативные органа проростков,вследствие чего в них отжалась 'концентрация свободного аммиака и соответственно падал уровень активности ГС.

Анализ динамики аминирующей активности Г£Г показал, что активность фермента оставалась либо'на одном уровне, например, в корнях кукурузы и листьях всех трех растения, либо постепенно возрастала в корнях гороха и сахарной свеклы (рис.1). Отсюда можно заключить, что в отличие от ГС аминаруювая активность ГАГ была подвержена меньшим колебаниям и очевидного влияния продуктов гид-релиза белка, поступавших -из запасающие органов, на величину ами-пируювдй активности ГДГ в корнях и листьях не наблюдалось. Не

КУКУРУЗ * ,

1 а с. ..I_I. 3

8 10 12 14 о САХАРНАЯ

8 10 12 14 СВЕКЛА .

2000

1000-

б 8 10 12 3' 6 8 10 12

Возраст рас1еа11 /дна/ '

Рис; I Динамика активности глутаминсинтетазы к аминирулцей актнвностя глутаматдегидрогвназн в хистьях /я/ к корнях /к/ проростков кукуруза, гороха • сахарной свеклы

I 0

отмечена высокая активность ГДГ ив тканях тех органов, в частности листьев., -'где Сила, высскаякснцентршля-аммиака и где согласно своим кинетическим характеристикам ТЕГ должна выполнять важную • роль в ассимаяяиии аммонийного азота (L'i/iin. Lea, 1976, 1977)*

Таким образомл сопоставляя изменения активности ГС-и ГДТ о уровнем содержания 'белка в запасающих органах, концентрацией аминокислот и аммиака'в*корнях и листьях проростков, можно полагать, что в первие неделя проста растений усвоение аммиака эндогенного происхождения, ! по-видимому, - осуществляется преимущественно в. листьях при учасгиа*&.

"к*?*» Xffj

Рис.2.Активность глута-минсинтетазы и амшпцу-шщя активность глута-матдегидрогеназы в корнях (1,2) и листьях (3,4) проростков кукурузы и гороха, выреденных на среде Оез нитратов

1, I - целые раотения;

2, 4 - растения, лишенные эндосперма

( кукуруза) или семядолей ( горох)

»

Цд* дальнейшей проверки этого положения были составлены опыты, в которых у б-б-ти днеышх проростков кукуруаы и гороха удаляли

ЗАкЬСашшв орпшы. Удаление вааасаиаих органов у растеала.отли-

чашихся различию» составом запасных соединении, неодинаково ска-валось на активности ГС (ряс.2). У проростков гороха,"лагенлых источника органического азота, прекращалось возрастание активности ГС в листьях. У. кукурузы, в отличие от гороха* удаление зерновки не'вызывало таких резких изменении в уровне активности фермента. Из этих спытсь А:Си'0 сделать вквед, ЧТО роль ааота семян в регуля- • ции активности ГС у разных растении неодинакова. В семенах бобовых, где имеется богатыД запас органического азота, сн является элективным фактором регуля-ла активности ГС. У.злаков,у которых запасы бедка в сеиени кеньке, активность ГС слабее регулируется азо-тистьая ссединешиша семян. •

Прешлсиально инсА характер регуляиш активности ври питании прсростксв запасами сеьлн обнаружен у КЗ" (рис.2).Аминиру»з2ая активность ГД* при удалении семени'возрастала в корнях и листьях обеих растении. Особенно резкое увеличение активности Феруента набдхдалось в корнях растении, где сн был в основном сосредоточен. Ыохно полагать, что на ранних стадиях развития растеки2 туинирую-оая ахтивьссть Ш \ к а к и ГС, находится под контролем метаболитов, псегупасегх из задасаюотс органов. Однако эта метаболиты сказывают срогивопслслясе деиствие на активность ферментов: они активиру-вт'ГС, но ингибиЛуют ГЛГ.

Для - идентификации, соединении, седавляюсих аьинируюцув активность ГД1 у сроростксв, были проведены эксперименты с изолированными коркллш гороха (рис.3). Кснчикн корнеИ дливса 2-3 см пемега-зл на 24 я в среды, седержакие различные источники азота - нитраты, аммонии,.аминокислоты, а в качестве источника углерода - сахарозу. Смесь аминокислот, которую добавляли в гитательнуо среду Лбы-ла аналогична со составу экстракту,.выделенному из семядолен 6-ти

I

ТОО

600

300

100

н-

•к

дневных проростков гороха.

Я, • • " Рис.З. Амшшрующая

8 активность ГДГ в

изолированных кордах гороха, инкубированных 24 часа на средах с а>шнокислоташ, ^л фосфатом аммония,

А нитратом калия и сахарозой

К - ахтивноеть Г£Г в корнях целых" рас-I тений гороха,

АК"- питательная среда с аминокислотами, 4 , питательная сре-

10 ми 7*М 7мЯ да без азота. (

Светлые столбики -среда без'сахарозы, заштрихованные -• среда с сахарозой.

При инкубадан корней на питательных средахСез сахарозы, во о любым источником ааота или без него активность ГДГ была выше, чем в корнях целых растений. Однако добавление сахарозы подавляло аминирующую активность Г£Г. а в случае присутствия в среде смеси сахарозы с аминокислотами активность фермента опускалась до минимального уровня, свойственного корням целых растений.,

В отличав от фермента корней, на активность ГД" листьев могут. оказывать действие не только углеводы, поступающие из' запасающих срганов, ио к образуемые при фе-осинтезе. 3 связи с этим отметим, что определение активности ГДГ в листьях различных растений, вырванных на свету или в темноте, выявило более высокую аминирую-

сую активность ГД у этиолированных расгениЛ (рио.4)*. По-вадимо-

щ, в листьях этиолированных проростков,.истощенных углеводами, создаются благоприятные условия для функционирования 1Д1«

ГОРОХ аиияия свпи»

Л&1-!

3.

Рис.4. Активность глутаминсинтетазы (I) и аминиругщая активность глутаыатдегидрогевазы (2) в листьях 12-ти дневных проростков кукурузы, гороха и сахарной свеклы, выращенных на свету или в темноте*. • •

Заатрихованные столбики - растения темнового варианта, светлые

* V

- растения светового варианта. . - . • -

Иное действие оказывал свет на активность ГС, которая была наиболее высока в листьях зеленых, а не этиолированных растений. ' Сальное, действие света на активность ГС связано, вероятно, о тем, что один из изоферментов ГО локализован в хлоропластах ( Джоха-ридзе и др.,1979;Накп «1 а1.,1979Юиее а! «а.,1979; 81аа1е-шо2, БшЪа* , 1979 ) , где в достаточных количествах нарабатывается АГО как за счет фото-$осфорилирсвания, так и обмена углеводов, а также аммиак и гдутамаг.

11а основания прсведеаних опмтов можно сделать ьквод, что сменно ссвмостнов подавляющее двеагтеие Сахаров и аминокислот, которые поступают из семени в коАтг sua образуются на свету в листьях, ограничивает участие ГД* в cioaecce асскш&иия £зсазки2нсго азота эндогенного прсксхсждешотЕа zamaa. этапах разватия растений. В 8То время связывание алгаажа, высвобождаемого при гидролизе белка и обмене сшнеккслот, со-вадамслу, осуществляется npez:<ysecT-венно о участием ГС..

З.Регу.*-'п?т щттяоети ♦ глуту.'унсАнтртазц и глутаччтдрп'л, ог»'ячэя ПР» шгггкуи -ьчстенкД ЕТНР-УУШ1Ш азотом

В опытах по изучении вдгюевя минерального азота на активность ГС и 1ДГ у одной группы састенгд азотное питание ограничивали только минеральными источтгаака, удаляя sazacarcze органы , тогда как у другсЯ часта растензй. у которых запасаете органы оставались нетрону?^«^ питание греакхедаде за счет ;£п:ерального азота среды и органического азота семян одновременно.

Нитраты минеральной cpejoi спазывалм особенно сальнее стимуди-рутеее действие на актязносга ГС в органах кукурузы {рис.5). По сравнению с ферментом из Амкте&аа сезазотного варианта (рас.2), величина активности ГС при ьлтадипг рзстениз нитратами возрастала • в корнях в 5-Ю раз, а в лжггькх - в 1,5-2 раза. У гереха, в отличие от кукурузы, в срисутеттш в среде нитратов существенных изменений в динамике актжвдастл ГС не наолгаалось. Активность фермента в листьях гороха таз: же, как к в безазствем варианте * увеличивалась с возрастом у галнсаеннше растение и оставалась ЕЗ низком уровне у проростков, дишенннт семядолей. Следовательно, ведугую роль в регуляшл аяпгатяостя 1С у гороха играют соединения, поступавдие в растущие органа из семядолей, а у кукурузы регуля-

- Г о -

ши активнооти ГС осуществляется в бсалие! степени азотом нитра-

тов питательной среды.

"Рис.5. Активность глу-таштсинтетазы и ами-иирующая активность глутаыатдегидрогвназы в корнях (I, 2) и листьях (3, 4) проростков кукурузы и гороха, выращешшх на среде Кноиа

I, 3 - целые растения; .2. 4 - растения, лишенные эндосперма ( кукуруза) или семядолей (горох ) .

о * ь-*лл_, 1 I *>

Сравнивая характер изменения аыкнзедящвв активности 1Д1 в корнях гороха и кукурузы, выращенных на следе с нитратами и без них ( рис.2, 5), необходимо отметить слайо* действие на активность фермента нитратного азота среды. В своих вариантах уровень активности 1Д1 в корнях и листьях ироростява был практически одинаков. Однако, как и при выращивании-растениа на Оезазотной среде, удаление -запасывда органов у растение шстцявого варианта приводило к значительному увеличению аманирупцва активности ГДГ. Это под-

тверадаер сделаннна ранее вывод о ведущем значении <у>ганических

соединенна, поступающих из семян, в регуляции аминирувщеа активности ГДГ вне зависимости от условий минерального катания.

При изучении субстратной регуляции активности ГС и ГДГ помимо нитратов был использован также источник восстановленного азота -аммоний. В связи с высокой отзывчивостью кукурузы к минеральному . азоту в опытах с аммонийными солями в данном эксперименте использовали проростки именно этого растения. • •

£3000.

В 20001.

д 1ссоА РС 800

§

400

ГС

§ 200

8160 В

о 120

80 401

ГДГ

0 1,8 З; 5 7,0 14,0 До» ЛИ. / 2 Н Р 0 . /мМ/

О 1,8 3,5 7,0 14,0 Дэзм №/£Р04 /кН/

Рио . 6. Активностьглутаминсинтетазы и аминирующая активность глутаматдегидрогеназы в корнях (I) и листьях (2) 8-ми дневных проростков кукурузы,- выращенных на питательно! среде с различными дозами фосфата аммония или без азота.

Результаты показали, что в условиях аммонийного питания активность ГС возрастала в корнях, превышая в 10 раз уровень активности фермента у растений, росших на средах без азота ( рис . 6 ) .

В то же время активность ГС в листьях <5ыла значительно ниже, чем в нитратном варианте ( рис.5) . Очевидно, будучи токсичным для тканей, аммоний пе транспортировался по растению на далекие расстояния в низкая активность ГС в листьях явилась следствием недостаточного снабжения этих органов аммиаком.

Таким образом, результаты опытов по нитратному и аммонийному питанию растений позволяют допустить, что в ассимиляции минерального азота принимает участие главным образом ГС, причем степень воздействия минерального азота на активность ГС в значительной степени определяется величиной запасов белка в семени. Регуляция активности фермента у кукурузы в основном зависит от внешних источников азота, тогда как у проростков гороха она* определяется в большей степени метаболитами, поступающими из запасающих органов. В то же время абонирующая активность ГДТ подавляется метаболитами, поступающими из семян, вследствие чего нитраты и аммоний оказывают на нее слабое действие.

На основании приведенных в работе фактов можно полагать, что в первые недели роста, когда питание растений осуществляется органическим и минеральным азотом, основным ферментом, ответственным за ассимиляцию аммиака эндо- и экзогенного происхоздения.по-види-мому, является ГС.

Естественно возникает вопрос, какую же функцию на данной стадии развития растений выполняет ГДТ. Каша и литературные данные отчетливо свидетельствуют о ее возрастающем значении при неблагоприятных условиях: темповом голодании (Foatl.ua, Jaeobi, 1976 ), потере источников гетеротрофного питания (наиеп, Hartmaim.igso), старении ( Lauriere at ai., Ю3 1 ) • Возможно, что в таких условиях ее роль сводится на столько к участию в связывании азота при

• _ 18 -

биосинтезе шяшокислот, сколько к обеспечению кагаболпческой реакции, приводящей к пополнению запасов углеродных продуктов -субстратов дыхания к восстановительного потенциала - НАДН

Для проверки этого положения было изучено изменение дезамшш-руицей активности ГДГ в органах проростков кукурузы и гороха, когда их питание осуществлялось одновременно минеральными соединениями среда и веществами, аоступагадаы из запасающих органов.

Результаты опыта'показали, что дезалыширувда-! активность ГДГ," в отличие от ее алаширувдея активности, сосредоточена преимущественно в листьях, а не в корнях растений ( рис.? и 8).Посколь-ку именно листья проростков на началышх этапах развития наиболее

ВОЗРАСТ р»етввиа /дан/ Рис.7. Влияние органического азота семян на дезамини-

рующух» активность глутаматдегидрсгеыазы в корнях (I, 2) и листьях ( 3, 4) сроростков кукурузы и гороха, выращенных на среде без азота 1,3- целые растеши; 2, 4 - растения, лишенные эндосперма (кукуруза) или семядолей ( гсрох)

обильно снабзаются аминокислотами из запасающих органов ( Измаилов и др., 1982), можно было полагать/что именно эти соединения играют важную роль в рсгулящии дезамияирувдей активности ГДГ.

Действительно, по мере ослабления с возрастом транспорта аминокислот из семян в вегетативные органы проростков дезашширующая активность ТЕГ падала С рис.7 ). Кроме того оказалось, что деэа-ьттттпруютттая активность фермента снижалась в корнях и дастьях лри удалении эндосперма у кукурузы и сеыядолей у гороха .

Дальвейпие опыты позволили выявить сильное регулиторное действие на дезамшшруюшую активность ГДГ минерального азота среды. При' вырашвании растеши на средах с нитратами, дезаминаруицая активность ТЕГ сильно возрастала как в листьях, так и в корнях оёопх растений.

Рис.8. Влияние нитратного азота среды на дезашши-руицую активность глутаыатдегидрогеназы в корнях С I» 2) и листьях ( 3, 4) проростков кукурузы и гороха, выращенных на среде Кнопа 1,3- целые растения; 2, 4 - растеши, лишенные эндосперма ( кукуруза) или семядолей ( горох )

. Как известно, обильное снабжение проростков минеральным азотом

кктэк

ГОРОХ

* в Го I I 5 ?-в

воанст р*ст«и«( / дни /

иди азотистыш соединениями семян усиливает дыхание тканей pas-

ЛИНЫХ органов (Polkee et al., 1952; Willie, Yeca, 1955; Moorby, В ее ford, 1979; Durzant, Stewart, 1983). По-вадкиеду, доступность аманскаслот процессу дыханая реализуется посредством дезалгнаро-ваиад, которое осуществляется spa участаа ГД\

На основании приведенных данных исжко полагать, что ведупеа &унхцаеа Uli ua ранних стадиях развитая растснаа является деза-какарсвяиао глутамата, и, следовательно, участке в катаЗолазЛе шлнсгислот в органах растеиаа ера питании ах за счет запасов семена.

выводи

1. 11 начальный пераод онтогенеза растений, когда ах питание происходит в основном запааадо! соединениями семена, и частачно за счет минерального азота среда, ведущая рель в процессах ассимиляции и реассимндации аммиака экзо- и эндогенного происхождения, по-видимому, принадлежит ГС, а не ГДГ.

2. У растенай с различной способностью органов к ассимиляции нитратов и разным составом запасных соединении семени активности ГС и ГЯГ распределены по органам специфично: активность ГС сосредоточена вреафтдественно в листьях, аызиарувиая активность ГД" -в корнях и ее дезаминарушая активность - в листьях.

3.Роль азота.эндогенного и экзогенного происхождения в регуляции : актввности ГС неодакакова у растении,, раздичашихся запасом органического азота в семенах:

а) у растений с богатым запасом белка в семенах-( горох) , регуляция осуществляется преимущественно,азотом органического происхождения;

б) у злаков (кукуруза) , , в семенах которых запасы органического азота невелики, ведуаая роль в регуляции активности 1С

- 21 -

принадлежит минеральному азоту среди.

4. Амииирущая активность ГДГ в корнях к листьях растений находится на низком уровне из-за подавляющего депотвия на нее углеводов я аминокислот, поступающих из семян, и, вероятно, не играет существенной ролл в процессе ассимиляции и реаесишляции аммиака.

5. На самых ранних этапах онтогенеза растении ведущей санкцией ГДГ, скорее всего, является обеспечение реакции дезаминирова-ния глутамата и, тем самым, снабжение проростков дыхательными субстратами за счет аминокислот, поступающих из запасного фонда семян или образующихся при ассимиляции минерального азота среды.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации.

1. Баскакова СЮ. и др. Ферменты ассимиляции азота а органах

растении / Баскакова С.Ю., Измайлов CO., Асеева К.Б., Цгааа ГЛ., Смирнов A.M. // Механизмы усвоения азота и биосинтеза белка в растениях. Тез. докл. Всесоюзного симц,-Алма-Лта, 1981.- С.41.

2. Ьаскакова С.Ю., Измайлов С.Ф. Ферменты ассимиляции аммиака у

растений с различным типом азотного питания // Тез. докл. II Ыеадународаого симпозиума молодых ученых по регуляции метаболизма растений,- Варна, Болгария, 1981.- С.51.

3. Baakekova S.Tu., Ismailov 3.?. The aiamonium assimilating en-

zymes in plants with différent type:? of nitrocen utilization // Plant metabollnni reflation. Ггос 11 Youtti Symp.- Vumu, Bulgaria, 1982.- T.79-82. 4. Измайлов С.Ф. и др. Распределение активности глутаюшсиитетазы а глутаматдегадрогеназы в органах различных растений /

- 2 2 -

ИзмайловСО . , Баскакова СБ . , Асеева К.Б. , 11ша Г.П. , Смирнов А.М. / / Изв. АН СССР, Сер. Спал, - 1982.-Л 3 . - С. 3 21332.

5. Измайлов СФ.,-Баскакова СЮ . Регуляция активности глутамин-

синтетазы а гдутаматдегидрогеназы при усвоении нитратного и органического азота растениями // Тез. докл. 16-й конф. СЕБО,- Ы. . 1Э84 . - С.238.

6. Баскакова СБ., Измайлов С О . Регуляция активности глутамкн-

спнтетазы а гдутаматдегидрогеназы при гетеротрофном и нитратном питании растений // Сизиология растении.-1984. -Т.31, Вш.6 . - С1113-1119 .

Л-57814 27/11-87 г.

Объем 1/г п. л.

Зак. 650. Тир. 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44