Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Регуляция окислительного метаболизма растений семейств LEМNACEAE и ARACEAE в условиях различного углеродного питания, освещения и засоления

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Регуляция окислительного метаболизма растений семейств LEМNACEAE и ARACEAE в условиях различного углеродного питания, освещения и засоления"

о л

На правах рукописи

Попова Инна Вячеславовна

РЕГУЛЯЦИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО МЕТАБОЛИЗМА РАСТЕНИЙ СЕМЕЙСТВ ЬЕШАСЕАЕ И АКАСЕАЕ В УСЛОВИЯХ РАЗЖЧН0Г0 УГЛЕРОДНОГО ПИТАНИЯ, ОСВЕЩЕНИЯ И ЗАСОЛЕНИЯ

03.00.12 - физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Воронеж - 1998

Работа выполнена на кафедре физиологии и биохимии растений Воронежского государственного университета

Научные руководители

доктор биологических наук, профессор Игамбердиев А. У. доктор биологических наук, профессор Епринцев А.Т.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Ершова А.Н. кандидат биологических наук, Кслесниченко В.М.

Ведущая организация

Институт физиологии растений имени К.А.Тимирязева

Защита состоится 30 июня 1998 года в 15 час. на заседании Диссертационного Совета 063.48.09 при Воронежском государственном университете по адресу: 394693, Воронеж, Университетская пл.,1.

С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке Воронежского госуниверситета.

Автореферат разослан 29 мал' 1998 года.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, кандидат биологических наук,

доцент -Лгуи^еЛ? Брехова Л. И.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблеми. В литературе растения семейства Ьеш-пасеае рассматриваются как чрезвычайно ценный экспериментальный объект для морфологических, физиологических и биохимических исследований. Это определяется неприхотливостью, малыми размерами, быстрым ростом и размножением, относительной простотой строения и преобладанием вегетативного размножения, что позволяет использовать всего один генетический клон на протяжении всего эксперимента. Кроме того, контрольные условия температуры, света и питания легче обеспечить рясковым, чем другим цветковым растениям. Рясковые способны расти не только авготрофно, но и гетеротрофно.

В последние годы появилось большое число работ, посвященных изучению влияния стрессовых факторов внешней среды на клеточный метаболизм рясковых. Однако, на наш взгляд, совершенно недостаточно раскрыты вопросы от роли дыхательных и фотодыхательных ферментных систем в адаптации растений к условиям среды и, в частности, к свету, засолении, углеродному питанию, к наличию в среде токсических веществ.

Были обнаружены различия в наличии или отсутствии различных ферментных систем дыхательного и фотодыхательного метаболизма не только между родами и видами рясковых, но и среди разных клонов одного вида. Более итого, многие из ферментов, присутствующих в нормальных листецах. отсутствуют в турионах - маленьких, бескорневых, содержащих много крахмала талломах, образующихся при неблагоприятных условиях среды.

В связи с переходом к специфическому образу жизни и, как следствие, со значительным упрощением морфологии и изменению вторичного метаболизма, рясковые представляют большой интерес для изучения эволюционных процессов и, в частности, биохимических основ эволюции. Большинство современных ученых считают, что у рясковых цветок представляет собой сильно редуцированный цветок ароидных (Агасеае), к которым относится пистия резовидная (Р.з1гаЬ1-otes). Многокоренник обыкновенный (Зр1гос1е1а po3.yrhi.za) молено считать промежуточным звеном между ароидными и другими родами рясковых (вольфией, лемной). С нашей точки зрения представляется вачшым исследование вышеперечисленных видов растений в плане сравнения компенсации меточным метаболизмом рясковых влияния стрессовых факторов. Изучение влияния света на функционирование отдельных этапов темновего дыхания: гликолиза, окислительного

пентозофосфатного пути, цикла Кребса - является одним из этапов изучения регуляции взаимосвязи фотосинтеза и дыхания у рясковых. Подобное изучение позволило бы приблизиться к решению вопроса о количественном соотношении окислительных путей метаболизма, локализованных в хлоропластах и в цитоплазме, а также о функционировании окислительного фосфорилирования на свету. Исходя из физиологических особенностей рясковых, естественно предположить возможность функционирования темнового дыхания на свету и изучить вопрос о влиянии света на активацию альтернативного пути дыхания. Особый интерес представляет изучение влияния галактозы на метаболизм рясковых. Для большинства растений галактоза токсична в малых концентрациях - 0,01 %. Гетеротрофный рост в присутствии галактозы как единственного источника углерода очень редок. (De Kock, Cheshire, 1979; Donn, 1973). Галактоза в большом количестве входит в состав водорастворимых полисахаридов (галактанов), представляющих промышленный интерес. Галактаны используются в качестве пищевых добавок, а также как агенты для восстановления загрязненных нефтью почв. Возможность роста вольфии в присутствии галактозы позволила бы изучать ферменты биосинтеза галактанов более детально.

Цели и задачи исследовании. Целью настоящей работы явилось изучение влияния света, засоления, углеродного питания на окислительный метаболизм растений семейства Lemnaceae.

Исходя из целей были поставлены следующие задачи:

1. Исследование влияние углеродного питания на окислительный метаболизм рясковых.

2. Исследование особенностей метаболизма растений семейства Lemnaceae.

3. Изучение световой регуляции окислительного метаболизма рясковых и пистии.

4. Исследование влияния света и засоления на активность и изофер-ментный состав некоторых окислительных ферментов.

5. Изучение возможности функционирования различных ветвей ЦТК в условиях засоления.

Научная новизна работы. Работа является комплексным исследованием, посвященным изучению влияния стрессовых факторов на окислительный метаболизм растений семейства рясковых.

Установлено, что окислительный метаболизм вольфии существенно зависит от типа углеродного питания.

Показано, что изменение концентрации СО2 и присутствие органического источника углерода приводят к изменениям потока метаболитов через цианидрезистентную оксидазу, гликолатный путь и другие пути, связанные с дыханием.

Установлено, что засоление ведет к значительным перестройкам окислительного метаболизма рясковых.

Впервые показано, что у вольфии и лемны гликолиз и ЦТК не ингибируется при фотосинтезе. Возрастание интенсивности этих процессов объясняется участием цианидрезистентной оксвдазы (в функционировании гликолиза и ЦТК на свету). Впервые обнаружено, что в условиях автотрофного питания вольфия способна частично использовать галактозу в ¡сачестве источника органического питания. Определено количество изоформ малатдегидрогеназы, полифенолоксидазы и пероксидазы у вольфии, спироделы и пистии в нормальных условиях и при длительном затемнении.

Практическая значимость исследования. Научные положения настоящей работы расширяют и углубляют современные представления о механизмах адаптации растений к условиям среды.

Возможность функционирования дыхательных процессов (ЦТК и гликолиза) на свету у рясковых необходимо учитывать при обсуждении вопросов, касающихся взаимосвязи фотосинтеза и дыхания. Способность вольфии частично использовать галактозу в качестве источника органического питания представляет возможность изучения особенностей галактозного метаболизма и, в частности, ферментов биосинтеза галактанов.

Материалы работы используются в учебном процессе биолого-почвенного факультета Воронежского госуниверситета (общем курсе "Физиология растений").

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и обсуждены на: Всероссийской научной конференции "Изучение и рациональное использование природных ресурсов" (Уфа, 1991); Международном симпозиуме по физиологии, биохимии и генетике устойчивости растений к засолению (Ташкент,1992); II открытой городской научной конференции молодых ученых города Пущино (Пущино, 1997); Научной сессии Воронежского госуниверситета (Воронеж, 1992).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает 175 страниц машинописного текста, 11 таблиц, 01 рисунок. Состоит из введения, 9 глав, заключения и выеодов. Список литературы содержит 232 работ, из них 70 отечественных и 162 зарубежных.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты исследования. В качестве основных объектов исследования служили стерильные культуры вольфии - Wolffia arrhiza (L. ) Hork.ex.Wimm., спироделы - Spirodela polyrrhiza (L. ) Schleiden, и лемны - Lemna minor L. из семейства рясковых (Lemnaceae), а также пистию - Pistia stratiotes (семейство Агасеае). В некоторых экспериментах использовали 10-и дневные проростки пшеницы (Triticum aestivum), сорт Северодонская. Рясковые и пистию выращивали на среде Хогланда, pH 5,8, при 28°С с искусственным освещением около 150 мкЕ/(м2с) в течение 16 часов в сутки. Если не указано иначе, в экспериментах использовали растения сем.Lemnaceae после 3-х недельного роста. Пшеницу выращивали гидропонным способом в установке "Флора" при аналогичных условиях температуры и освещения.

Радиоизотопные исследования. Декарбоксилирование радиоактивных субстратов дыхания и фотодыхания (1-14С-гликолата, 1-14С-глю-козы, 6-14С-глюкозы, 1,4-14С-сукцината, 1,4-14С-фумарата, 1,4-14С-малата) проводили двумя способами: в пенициллиновых пузырьках и на респирационной установке. Радиоактивность проб измеряли на сцинтилляционном счетчике СБС-2 (Россия) в сцинтилляцион-ной жидкости ЖС-8 (Россия).

Ингибиторный анализ. Для торможения отдельных звеньев метаболизма использовали соответствующие ингибиторы ферментов (1 мМ KCN, 1 мМ МаМз, 5 мМ салицилгидроксамовая кислота, 10 мМ а -гид-роксипиридин-2-метансульфонат, 15 мМ малонат).

Выделение ферментов. Ферменты экстрагировали из растений путем гомогенизации охлажденного растительного материала со средой выделения и центрифугировали в холодной комнате при 0-4°С (Гаври-ленко и др.,1975).

Определение активности ферментов. Определение активности ферментов проводили при 25°С с помощью спектрофотометрических методов. Активность малатдегидрогеназы определяли при 340 нм по изменению оптической плотности реакционной смеси, вызываемому расходованием НАДИ. Для изучения активности аконитатгидратазы применяли метод, основанный на учете разности поглощения цитрата и изоцитрата по сравнению с цис-аконитатом при 240 нм (Землянухин и др., 1982). Активность полкфенолоксидазы определяли с пирокатехином при 420 нм (Peter et.al.,1995). Активность гликолатоксидазы определяли при 324 нм по образованию комплекса глиоксилата с фе-нилгидразином (Feieraben, Beevers, 1972), каталазы - при 240 нм

по убыли H'zOn (Breidenbach et ai.,1968), дактатдегидрогеназы -при 340 нм по убили НАДН2 (Davies, 1972). Активность пероксидазы исследовали по методу Бояркина (1972) при 470 нм.

Количественное определение фенолов, хлорофилла и белка. Фенолы определяли по методу Коренман (1973). Содержание хлорофилла измеряли фотометрически с использованием формул Маккини для определения пигментов в 80 % ацетоне (Гавриленко и др., 1975. Белок определяли по методу Лоури (Lowry et al.,1951).

Аналитический электрофорез. Электрофоретическое разделение белков проводили в соответствии с методом Дэвиса (Davis,1964) на приборах фирмы "Реанал" (Венгрия). Обнаружение ферментов в геле проводили методом специфического окрашивания (Землянухин,1975).

Определение количества аминокислот (АК) и органических кислот (OK). Содержание АК и OK определяли с помощью бумажной хроматографии после разделения на колонках с ионообменниками (Солда-тенков, Мазурова, 1971).

Исследование влияния углеродного питания, света и засоления. Концентрацию СОг в герметично закрытых колбах измеряли на газовом хроматографе Хром-4 (Чехия). При расчете количества СО2 использовали уравнение Гендерссна-Гассельбаха (Умбрайт и др.,1951). Для исследования влияния света растения выдерживали в темноте 24 часа при температуре 22°С и освещали в течение времени, указанного в результатах при интенсивности 150 мкЕ/(м2с). Для исследования влияния засоления на метаболизм растений использовали 1 7. хлорид натрия.

Статистичед-ая обработка результатов. Опыты проводили в 3-4 кратной повторности, аналитические определения для каждой пробы осуществляли в трех повторностях. Обсуждаются статистически достоверные различия при р<0,05 (Лакин,1990).

ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДНОГО ПИТАНИЯ И ЗАСОЛЕНИЯ НА ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ ВОЛЬФИИ

Вольфгао культивировали 3 недели на средах, 'содержащих различных источники углерода (табл.1). Увеличение биомассы вольфии было более высоким при росте на среде с сахарозой. В присутствии Сахаров неорганический углерод практически не влиял на прирост биомассы. Содержание хлорофилла было выше при росте на среде с сахарозой и в отсутствии СОг. Содержание белка обратно коррелировало о концентрацией неорганического углерода.

Таблица 1.

Биомасса растений вольфии, росших 3 недели при различных условиях углеродного питания

Источник углерода Общая сырая Обская сухая Сырая масса

масса, Г масса, МГ 1 растения,мг

1% сахароза, ОХ СОг 6,7 ± 0,2 46 ± 2 0,92 ± 0,02

1мМ ЫаНСОз+сахароза 7,0 ± 0,4 48 ± 2 0,98 ± 0,02

0,1% СОг + сахароза 7,5 ± 0,3 51 ± 2 0,80 1 0,04

10% СОг + сахароза 7,9 ± 0,4 48 ± 1 0.81 ± 0,01

1мМ МаНСОз 1,5 ± 0.2 10 ± 2 0,86 ± 0,02

10% С02 3,6 ± 0,3 24 ± 2 0,80 ± 0,03

При метаболизации меченой глюкозы интенсивность выделени: 14С02 была максимальной у фотогетеротрофно росших растений в отсутствии СОг и снижалась при обогащении среды культивирования углекислым газом. Было показано более интенсивное функционировали« окислительного пенгозофосфатного пути по сравнению с гликолизом.

При метаболизации гликолата количество выделившегося 14С0г I варианте с сахарозой и без СОг было в 1, раз больше, чем в случа« с 10% СОг (рис.1). При уменьшении количества СОг интенсивност! декарбоксилироваиия продуктов превращения меченого фумарата также возрастало.

При росте вольфии в автогрофных условиях, увеличение концентрации СОг приводило к снижению интенсивности декарбоксилироваиия продуктов превращения 1,4-14С-сукцината (рис.2) Выделение 14СОг было более чувствительно к цианиду при росте в автотрофных условиях. В случае с сахарозой обогащение среды СОг вело к увеличению цианидчувствителыюсти. Малонат наиболее эффективно ингиби-ровал метаболизацию сукцината при низких значениях СОг• Влияние глиоксилата и глицина на метаболизацию сукцината было различным при росте в автогрофных и гетеротрофных условиях.

При культивировании вольфии в среде накапливались фенолы, аминокислоты и органические кислоты. Наиболее интенсивно накапливался гликолат.

Культивирование рясковых на среде с 1 % хлоридом натрия приводило к уменьшению прироста биомассы, особенно в варианте с не-

Рис. 1 Выделение 'ИС02 при инкубации с 1- |<5с-гликолатом н 1,4-г/1С-фумаратом растений иольфии, выращенных при различных условиях углеродного питания.

1-4 - среда с 1 7. сахарозой; 0-0 - среда без сахарозы; 1 - 07. СОг; г - 0,1% 3, 0 - 1 мМ МаЛСОз (1 7. СОг);

4. О - 107, Ш2.

С сахарозой

07. С0-г ^ 10 7. С02

НН

г£~1

-Ь

123456 1 23456

Без сахарозы

1 мМ МаПСОз

г1н

10 X С02

-Е- гЬ

1 2 3 4 5 6

1 2 3 4 5 6

Рис

1 -5 -

2. Выделение 14С02 при инкубации с 1,4-14С-сукцинатс растений вольфии, выращенных при различных условиях углеродного питания, контроль; в присутствии: 2 - КСИ, 3 - СГК, 4 - малоната малонага и глиоксилата, 6 - глицина.

органической средой. Инкубация вольфии с NaCl приводила к усилению выделения 14С0г при введении Ь14С- гликолата (рис.3). При росте в фотогетеротрофных условиях засоление вызывало значительное усиление выделения СОг при введении 1,4-14С-сукцината.

Условия засоления влияли па активность ферментов. Например, активность гликолатоксидази, юталазы и лактатдегидрогеназы. Таким образом, фотогетеротрофно растущая вольфия менее чувствительна к засолению.

Функционирование цикла Кребса в миксотрофных условиях у рясковых можно рассматривать в соответствии с представлениями гипотезы overflow (Lambers, 1982), согласно которой быстрое окисление избытка углеводов необходимо для устойчивого функционирования метаболических циклов. Эксперименты с вольфией показывают, что функционирование альтернативной оксидазы наиболее важно, когда избыток субстратов должен метаболизироваться в условиях высокого содержания АТФ. Высокая зависимость окислительного метаболизма вольфии от типа углеродного питания может быть связана со способностью вольфии, подобно одноклеточным водорослям," терять часть ассимилированного углерода в процессе экскреции различных веществ.

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА ВОЛЬФИИ И ЛЕМНЫ В УСЛОВИЯХ ГАЛАКТ03Н0Г0 ПИТАНИЯ

Для исследования степени токсичности галактозы для вольфии и лемны растения культивировали в течение 1 месяца на различных средах (табл.2). Прирост биомассы вольфии в культурах, выращенных на средах с сахарами, был больше, чем в контроле (минеральная среда). Максимальный прирост биомассы бил в случае присутствия в среде культивирования одновременно двух Сахаров. Присутствие в среде галактозы вызывало ингибирование роста и деления лемны и снижение количества хлорофилла. Однако, добавление к галактозе сахарозы или глюкозы несколько ослабляло ингибирующий эффект.

Для исследования интенсивности цикла Кребса и гликолиза при инкубации вольфии с галактозой использовали 1,4-14С-сукцинат и б-14С-глюкозу. После 24-часовой инкубации вольфии на сахарах с концентрацией 0,1 7, декарбоксилирование продуктов превращения

сукцинит глшсолат

= -О

15

10

-I-

-5-

Рис.з Выделение при инкубации с 1,4-14С-сукщшатом и

1 л

1- С-гликолатом растении вольфии после 24ч иыдсржниапнн на МаС1 и сахарозе.

1 - контроль (неорганическая среда); и присутствии;

2 - ИаС1, 3 - сахарозы. 4 - N301 и сахарозы

1а

Таблица

Культивирование №о1ГНа агг^йга на различных средах

Биомасса, Количество Хлорофилл а Хлорофилл в

Вариант г хлорофилла, мг/г с.м. мг/г с.м.

мг/г с.м.

Минеральная

среда 0,043+0,01 0,11 +0,004 0,069+0,007 0,041+0,005

Галактоза 0,05% 0,072+0,009 0,174+0,011 0,105+0,013 0,069+0,007 0,103 нЭ,012 0,22 +0,016 0,145+0,011 0,075+0,004 0,104+0,015 0,17310,013 0,123+0,007 0,068+0,010 0,030_+0,004 0,230+0,017 0,105+0,009 0,096+0,009 1,180+0,023 0,211+0,013 0,127+0,015 0,084+0,011

1,033+0,031 0,148+0,015 0,093+0,01 0,055+0,008

1,675+0,038 0,232+0,020 0,121+0,012 0,111+0,015

0,5 +0,02 0,122+0.18 0,065+0,012 0,057+0,013

Галактоза 0,1% Галактоза 0,5% Галактоза 1% Сахароза 1% Сахароза 1% + галактоза 1% Глюкоза 1% + галактоза 0,1% Глюкоза 1% + галактоза 1%

сукцината в растениях, инкубированных с галактозой, протекает активнее в 1,8 и 2,5 раза, чем соответственно, в контроле и в случаях с глюкозой и сахарозой (рис.4). Метаболизация б-14С-глюкозы протекала интенсивнее после ишсубирования растений с галактозой. Активность МДГ в варианте с 0,1 %-ой галактозой была выше, чем в контроле и других опытных вариантах.

Вероятно, в условиях автотрофного питания растение способно частично использовать галактозу в качестве источника органического питания. Интенсифшсация цикла Кребса в этих условиях может быть связана с возрастающими энергетическими потребностями организма, необходимыми для синтеза клеточной стенки из экзогенной галактозы.

СВЕТОВАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО МЕТАБОЛИЗМ ВОЛЬФИИ, ЛЕМНЫ И ПИСТИИ

Возможность функционирования гликолиза в условиях освещения изучали с помощью 6-14С-глюкозы (рис.5). После экспозиции вольфии

¡5 s

с г

и з н

см о

л H

и

о

X

га

о s

9

варианты

Ряс. 4 . Интенсивность выделении 1 C0¿ при метаОоливации Больфией экзогенного 1,4-1/}С-сукцината

I - 0,1 % концентрация Сахаров;

II - 0,ö 7. концентрация Сахаров.

контроль - глюкоза

- галактоза

- сахароза

^ 60 -3

л

\

о 10 30 00 300 1440

Бремя на свету, мин.

Рис.5. Выделение 14С0£ при инкубации с 6-14С-глюкозой растений вольфии

0 □

- выделение 1ПС0г в темноте;

- выделение 14С0^ на свету.

в темноте выделение 14С0г при введении глюкозы было минимальным и значительно возрастало после перенесения растений на свет. Выделение 14С02 при метаболизации глюкозы было строго цианидчувстви-тельным при инкубации вольфии в темноте. Перенесение растений на свет приводило к значительному уменьшению цианидчувствительности уже в первые минуты. После 6-часового освещения количество выделившегося 14С02 при метаболизации сукцината было в 2 раза больше, по сравнению с контролем (рис.6). Освещение индуцировало уменьшение цианидчувствительности, при этом возрастало ингибирование в присутствии салицилгидроксаыовой кислоты, а также о£-гидроксипири-дин-2-метансульфоната - ингибитора гликолатоксидазы. Световая активация имела место и в случае другого субстрата цикла Кребса -фумарата.

В экспериментах с лемной было показано, что выделение 14СОг при инкубации растений с мечеными субстратами гликолиза и цикла Кребса возрастает после освещения растений и в большей степени в случае с глюкозой (рис.7). По1^азано уменьшение цианидчувствительности в этих случаях. Напротив, в экспериментах с пистией свет ингибировал выделение 14С0г при метаболизации меченых субстратов гликолиза и цикла Кребса.

Интенсификация цикла Кребса и гликолиза у вольфии и лемны при освещении можно объяснить участием цианидрезистентной оксида-зы в функционировании этих процессов. Возрастание интенсивности этих окислительных процессов на свету сопровождается диссипацией избытка энергии.

ВЛИЯНИЕ СВЕТА И ЗАСОЛЕНИЯ НА АКТИВНОСТЬ И ИЗОФЕРМЕНТНЫЙ

СОСТАВ НЕКОТОРЫХ ФЕРМЕНТОВ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО МЕТАБОЛИЗМА ВОЛЬФИИ, СПИРОДЕЛЫ И ПИСТИИ

Растения культивировали в автотрофных условиях. Во всех исследуемых растениях было обнаружено по 2 изоформы малатдегидроге-назы с одинаковой электрофоретической подвижностью. В листьях пистии идентифицировали 4 изоформы ПФО, в талломах вольфии и спи-роделы - 3 и 5 изоформ соответственно. При нормальных условиях освещения в пистии обнаружено 8 изоформ пероксидазы, у спироделы - 7 и у вольфии - 2 изоформы (рис.8). Длительное затемнение не изменяло количество изоформ малатдегидрогеназы и полифенолоксида-зы у всех исследуемых растений и индуцировало образование одной

2 10 £ 6

3 о

о

д н о

§ 4

а

н

3 *

2 2

Я

о.

01

контроль

После темноты

СЛ'К

ГПМС

После йч. освещения

контроль

кем

СГК

на свет

£3" выделение ™С0И и темноте; □ " выделение 14С02 па свету

S

»-H V 3

с

S

и

H

TJ

о

г ■< о

С

1-1

Д

Е-

и

о

к

S

н

о] О 1

S

ff

а.

_L

1 I

0 10 20 GO 360

0 10 20 GO 300

Время на сцоту, мин.

Рис. 7. Выделение i')COz при инкубации с G-14C-i\№1íoooíí (I) и 1,4-1<5С-сукцииатом (II) растений лемиы, перенесенных но темноты на сиет

О ■ -

Рис.8 . Электрофореграммы пероксидазы из лнстьеп нистни и талломов спиродолы и подьфии.

А - инстин; 13 - сниродела; В - иольфип 1 - опыт, спсг; 2 - опыт, темнота

новой изоформы пероксидазы у вольфии и спироделы. Активность ма-латдегидрогеназы у вольфии была в 2 раза ниже, чем у других исследуемых растений (рис.9). В отличие от пистии и спироделы, активность малатдегидрогеназы у вольфии на свету и после затемнения была одинаковой. Активность полифенолоксидазы у вольфии была ниже, чем у пистии и спироделы. Затемнение не вызывало изменения активности фермента. Аналогичная закономерность была обнаружена и для гликолатоксидазы. Затемнение вызвало снижение активности ка-талазы у исследуемых растений.

Засоление существенно не изменяло активность малатдегидрогеназы из рясковых и пистии. Характер изменения активности полифенолоксидазы и гликолатоксидазы при засолении был неодинаков у вольфии, спироделы и пистии и зависел от условий засоления (рис.10). Напротив, изменения активности каталазы у 3-х растений при засолении существенно не отличались.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стратегия биохимической адаптации рясковых к различным условиям внешней среды (углеродное питание, свет , засоление) включает существенные перестройки окислительного метаболизма. Они состоят в изменении потока электронов через цианидрезистентную ок-сидазу, в изменении соотношения между интенсивностями гликолиза и пентозофосфатного пути, в интенсификации метаболических путей, сопрягающих конструктивные и энергетические процессы. Так, способность рясковых к экскреции в среду культивирования органических кислот, аминокислот и фенолов подобна данному процессу у водорослей. Морфологическому упрощению рясковых соответствует низкая активность ферментов и небольшое число изоформ по сравнен™ с другими высшими растениями. Особенно сильно выражена зависимость метаболических процессов от типа углеродного питания у наиболее морфологически упрощенного представителя рясковых - вольфии. Возможность функционирования отельных этапов темнового дыхания при освещении у вольфии и лемны, а также способность роста вольфии в присутствии галактозы существенно отличает их от других рясковых.

ФЕ/мг.белка

Рис. 9 . Активность ЦЦГ im листьев пистии, талломов спироделы и вольфин на свету и в темноте (18 часов) I - нистля, II - спиродела, III - вольфня; ¡заштрихованные столОики - темнота, светлые столбики - свет

гг

yij/r с.м.

-ь

л

3 D

Продолжительность oacoJieium, часи

Рис. 10. Влншше иасолешш на активность ГО у спироделы на еноту и в темного □- контроль, енот; 0- контроль, темнота; онит, сист; ЕЗ- опит, темнота

ВЫВОДЫ

1. Окислительный метаболизм вольфии существенно зависит от типа углеродного питания. Изменения концентрации СОг и присутствие органического источника углерода приводят к изменениям потока метаболитов через цианидрезистентнуга оксидазу, гликолатный путь и другие пути, связанные с дыханием. Соотношение между ин-тенсивностями гликолиза и окислительного пентозофосфатного цикла также меняется.

2. Вольфия способна экскретировать фенолы, аминокислоты и органические кислоты в среду культивирования.

3. Засоление ведет к значительным перестройкам окислительного метаболизма вольфии. Фотогетеротрофно растущая вольфия менее чувствительна к засоленности. Это коррелирует с более еысокой интенсивностью цианидрезистентного окисления дыхательных субстратов в целом.

4. В автотрофных условиях засоление индуцирует изменение активности МДГ, АГ, ГО, ГЕГО и каталазы у рясковых и пистии. Это изменение существенно зависит от условий засоления (продолжительности засоления, освещения).

5. Установлено, что у вольфии и лемны гликолиз и ЦТК не ин-гибируются при фотосинтезе. Интенсивность этих процессов значительно возрастает. Показано участие цианидрезистентной оксидазы в функционировании гликолиза и ЦТК на свету.

6. У пистии выявлено ингибирование СЕетом гликолиза и цикла Кребса.

7. В условиях автотрофного роста во^Ьфия способна частично использовать галактозу в качестве источника органического питания.

8. По!сазано, что галактозное питание интенсифицирует функционирование ЦТК и гликолиза.

9. Установлено, что активность большинства исследуемых ферментов и количество изоформ ШО и пероксидазы у вольфии меньше, чем у спироделы и пистии.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ

1. Игамбердиев А.У., Забровская И.В. (Попова И.В.). Влияние света, углеродного питания и засоления на окислительный метаболизм Wolffia arrhiza // Физиология растений.-1994.-Т.41.-N 2. -С.237-244.

2. Забровская И.В. (Попова И.В.), Игамбердиев А.У. Влияние углеродного питания на дыхательный метаболизм вольфии // Тезисы докладов научной конференции "Изучение и рациональное использование природных ресурсов". Уфа.-1991. С.46.

3. Igamberdiev A.U., Zabrovskaya I.V. (Popova I.V.), Archa-kova E.A. Operation of central metabolic pathways in Wolffia arrhiza under conditions of salinity // International symposium on physiology, biochemistry and genetics of plant salt resistance. Abstracts. Tashkent. September 21-27. 1992. P.86.

4. Igamberdiev A.U., Zabrovskaya I.V. (Popova I.V.). The effect of light on glycolysis and mitochondrial respiration in Wolffia arrhiza // Physiologia plantarum.-1992.-V.85(3).Part 2. P.100 (Abstr.540).

5. Попова И.В., Сидоренко В.В. Функционирование различных ветвей цикла Кребса в растениях в условиях солевого стресса. // Тезисы II открытой городской научной конференции молодых ученых города Пущино. Пущино.-1997.-С.24.

6. Trukhina J.O., Popova I.V., Eprintsev А.Т., Igamberdiev A.U. Activity of malate metabolizing enzymes from Triticum vulga-re and from Wolffia arrhiza under stress conditions.//Plant Physiol. -1997 (Suppl.) 114,- N 3. P.139 (Abstr.648).

Заказ Kim W г. Tup J^O, ж Лаборатория оперативной полиграфии fl/V.