Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Цитокинины при созревании и прорастании семян

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Цитокинины при созревании и прорастании семян"

ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ДРУЖЕН НАРОДОВ

АКАДЕМИЯ НАУК УССР ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИИ И ГЕНЕТИКИ

На правах рукописи ВЕДЕНИЧЕВА Нина Петровна

Ц11ТОКИНИНН ПРИ СОЗРЕВАНИИ И ПРОРАСТАНИИ СЕМЯН

03.00.12 - физиология растений

Автореферат .диссертации на соискание ученой степеии кандидата биологических наук

Киев - 1991

Работа выполнена в отделе физиологии растений Института ботаники им. Н.Г.Холодного АМ УССР

Научный руководитель: доктор биологических наук

Л.И.МУСАТЕНКО Официальные оппоненты: доктор биологических наук В.М.ТР0Я11

доктор биологических наук, профессор Н.Н.МУСИЕНКО Ведущее учреждение: Львовски!) государственный университет им. Ивана.Франко

V . .

Защита диссертации состоится " у ," ^ : " -' 199 .г

в __ часов на заседании специализированного совета

Д 016.57.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте физиологии растений и генетики АН УССР ( 252022, г. Киев, ул. Васильковская, 31/17 ).

С диссертацией можно Института физиологии

Автореферат разослан

ознакомиться в научной библиотеке растений и генетики /II УССР.

" ,лл Г 90 Л1..

ОЫЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение урожайности и улучшение качестыа семян - одна из основных задач современного растениеводства. Решение ее требует детального изучения закономерностей развития и созревания семян, механизмов их покоя, прорастания и формирования нового растения. В настоящее время полагают, что регуляция всех этих процессов осуществляется с помощью баланса Фи то гормонов ( Khan, 1975; Khan, leo , 1978| Bewley, Slack, 19B5j Муромцев и др., 1987 ).

Важное место в фитого,-моральном .íouiMenu« скмн принадлежи! цитокининам. Несмотря на то, что изучение их роли при созревании и прорастании продолжается уже почти три десятилетия, до сих пор функции цитокининов в семенах не ясны. Следует отметить, что боло-шинство данных о биосинтезе, метаболизме и механизме действии цитокининов в семенах было получено с помощью обработки экзогенными, в том число мечеными, фитогормонами, их синтетическими аналогами и предшественниками. Однако по своей активности и стабильности наиболее часто употребляемые аналоги - кинетин и бензиламинопурин отличоются от природных цитокининов. Поэтому важным этапом на пути к пониманию значения цитокининов в семенах являете« точная идентификация и количественное определение эндогенных цитокининон В настоящее время известно около 30 цитокининов. По своему химическому строению большинство из них представляют собой производные зеатина. Они существенно отличаются как по активности, так и по распространению в растительных тканях, однако функциональные различия межДу ними пока не ясны. Многие авторы исследовали динамику цитокининогзой активности в созревающих и прорастающих семенах С ПОМОИ'.'-») биотестирования ( lettiam, 197B¡ Van Staden, 19BJ ). Большое внимание при этом уделялось выяснению роли цитокининов в регуляции фиэиологичейкого покоя. Значительно меньше известно о цитокининах в непокояцихся семенах. Семена многих сельскохозяй стенных культур не имеют состояния глубокого покоя, It изучение функций цитокининов в них важно не тоЛькр с научной, но и с практической точки зрения. Разработка И внедрение инструментальных методов анализа цитокининов позволяют получить более конкретные и точные дяшше о динвшже отдельных предстагитол^Л зтого класса Фитогормонов, однако такие работы по семенам пока немногочисленны

> С п г пев, Wright', 190В; Walker et al., 1989 ). Особый интерес представляют свободный цитокинины, так как именно они, согласно с временным представлениям, являются активными действующими формами С Lethem, Paint, 1983 )„ Кроме того цитокинины изучались главным образом в целых семенах. Но органы семени различаются по физиологическим функциям, а следовательно, и по протекающим в них процессам. Некоторые исследователи высказывали предположения о различной способности органов семени продуцировать и потреблять

ЦИТОКИИИНЫ ( Smith, Van Staden, 197В; Martin et ni., 19B7 ) . Однако локализация цитонининов в органах созревающего и прорастающего семени практически не изучена.

Большой интерес представляет также проблема поиска участков синтеза цитокшшнов в растении. Получены данные, подтверждающие образование цитонининов в семених de novo на ранних стадиях прорастания ( Nandi et al., 19ВВ ). В то же время вопрос о способности развивающихся семян продуцировать цитонинины окончател но не решен. Существуют косвенные доказательства как в пользу синтеза ЦИТОНИНИНОВ В формирующихся семенах ( Van Staden, Davey, 197?; Summons nt oi., 1901 ) , так и отвергающие такую вооиожност!

( Van Stadfsn, Choveaux, 1901; Von Staden, Vos, 1909 ). KpoMO ТОГО

в большинстве исследований, посвященных биосинтезу цитокининов в семенах,, в качестве предшественника использованы аденин или его производимо. В то же время большой интерес представляет изучение участия в этом процессе мевалрновой кислоты, которая является об-, иим предшественником для цитонининов, гиббереллинов, абсцизинов и брассиностеропдов. Однако в литературе нами не обнаружены данные о включении мевалоната в цитонинины развивающихся семлн.

Цель и задачи исследования. В связи.с необходимостью более четкого выяснения функциональной роли цитокинииов в регуляции созревания и прорастания семян целью работы явилось изучение локализации и динамики эндогенных цитонининов в созревающих и прорастающих семенах фасоли..а также установление способности отдельных частей семени фасоли синтезировать цитокииины на различных стг>-д»;лх развития. Для осуществления этой цели решались следующие задачи:

I. Определение содержания цитокинииов в зародышевых органах ( семядолях, гг.покотилях, корнях и листьях ) созревающих и прорастающих семян фасоли с помощью метода woo-

коолфективной жидкостной хроматографии.

2. Определение цитошжнового статуса семян с различной способностью к прорастанию.

3. Изучение способности семян фасоли метайолизиронать

°Н - иевалоновую кислоту и возможности включения последней во фракции цитокининов на равлнчних этапах эмбриогенеза,.

Научная новизна и практическая ценность работы. В работе впервые изучс на динамика индивидуальных эндогенных цитокининов в зародышевых органах созревающих и прорастающих семян фасоли. Показано накопление днгидрозеатина во всех органах семени к концу созревания. Установлено, что сухие созревшие семена фасоли, для которых характерно отсутствие глубокого покоя, отличаются высоким уровнем цитокининов. Обнаружена зависимость между способностью семян к прорастанию и соотношению« цитокининов меяду семядолями И зародышевой осью. Прорастание семени Сопровождается резким снижением уровня цитокининов в период набухания. Наблюдается накопление днгидрозеатина в осевых органах п.Рсростна по мере его развития Устаношюна корреляция между содержанием дигидрозеатина в семядолях прорастающего семени и интенсивностью мобилизации^ запасных питательных веществ а них. Впервые изучено включение ^Н - иевмо-новой кислоты во фракции цитокининов, выделенные из развивающихся семян фасоли. Показано, что семядоли и зародышевые оси обладают способностью метаболизировать ^Н - мевалоновуга кислоту в соединения, хроматографические особенности которых совпадают со свойствами цитокининов при различных способах очистки и в различных системах растворителей. Выявлена положительная корреляция между динамикой радиоактивности во фракциях днгидрозеатина и динамикой эндогенного днгидрозеатина как в семядолях, так и в зародышевых осях ■зозревпвких сомян фасоли.

Выполненные исследования направлены на развитие теоретических' представлений о гормональной регуляции созревания и прорастания семян. Вместе с тем результаты работы могут представлять практический интерес при обработке семлн регуляторами роста с целью погошшшя их всхожести и улучшения урожайности сельскохозяйственных культур.

Лпрс^яцип рабртн. Результаты работы были доложены на 2-й . ВсесовзноГ конференции "Регуляторы роста и развития растении"

( Киев, 1988 ), на 1У Межрегиональной конференции молодых исследователей "Актуальные проблемы физиологии растений и генетики " ( Киев, 1988 ), не конференции молодых исследователей "Актуальные попроси ботаники и экологии" ( Канев, 1989 ), на совещании участников научно-исследовательских работ по программе "Регуляторы роста и развития растении" ( Москва, 1991 ).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из иве-дения, обзора литературы, описания объекта и методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 31 рисунок. Список литературы включает 208 наименований, из которых 177 на иностранных языках.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектом исследования служили семена низкорослой спаржевой фасоли С РИовеоХиз ии1двг1о I. ) сорта Белозерная. Для определения эндогенных цитокининов созревающие семена собирали с растений, выращиваемых в полевых условиях в 1987 - 1989 гг. на участках экспериментальной лаборатории Института ботаники им. Н.Г.Холодного АН УССР. Длл изучения биосинтеза цитокининов семена собирапи с растений, выращиваемых в тепличных условиях при температуре 20°С) влажности воздуха 75 - 85% и естественном освещении. Проращивание семян осуществляли в кюветах на увлажненной Фильтровапыюй ' бумаге в термостате при температуре 2б°С в темноте. Сроки отбора материала определяли в соответствии с физиологическими особенностями созревающих и прорастающих сомян и проростков фасоли, установленными ранее ( Мартин и др., 1980; Мартин, Нестерова, 1989 ).

При очистке растительных образцов использовали приема, описанные ранее ЕКЛ.Негроцким и др '( 1984 ). Цитошшнин ¡экстрагировали оТанолом с последующим фракционированием с бутаполоп. Очистка проводилась с помощью центрифугирования, гель-фильтрации на колонке со снолоЯ 5срЬас)сх III - 20 ( элгсеит - 35%-ный отанол ) и тонкослойной хроматографии на пластинах 511иГо1 ш/ - 254 в системе растворителем изопронанол¡аммиак:вода 10:1:1. В кпчсстие основного метода определения цитокининов 6i.ua испольоонона ннмжос»ЭДч?к-тивнал жидкостная хроматография ( ВОЧ'Х ). ГЧ.'ЧХ проводили на мри-

боре Pye Unicom - 4ÜOfl на СТаЛЬНОЙ колонке Seruachrora Si 100 hp 10, 350 x 16 мм, размер частиц 5 uku. Температура термостата колонок 30° - 40°С, элюент - 25% - 40% - ímtt иотапол, скорость алщии - I ш/шш, аналитическая длина волны - 2П9 пи. Идентификация пиков проводилась методом внутренних стандартов, а количественное определение - иетодом абсолютной гсалиброшси ( Стискин и др., 1986 ).

Длп определении включения JH - мевалоновоП кислоты во фракции цитокининов семена фасоли очищали от конуры, отделяли одну семядолю и образовавшиеся половинки ( зародышевая ось, соединенная сг второй семядолей ) укладывали в чаики Петри зародышевой осью вниз. В каждую чашку наливали по 5 мл раствора Н - мевалоновой кислоты ( 50 мкКи/мл ), закрывали крынкой и инкубировали в термостате в темноте при 2б°С в течение 24 часов. Затеи семена промывали водой и отделяли семядоли от зародышевых осей. Дальнейшая работа с материалом проводилась так же, как и при определении эндогенных ци токининов. На каждой стадии анализа отбирали алиивоты по 50 мкл для определения радиоактивности на сцинтилляционном счетчике " Beckman " ls 1пи с. Образцы фракционировали на колонке со смолой sephadex Lit - 2ü, какдута фракции подвергали двухкратной тонкослойной хроматографии на пластинах Sil ufo] uv - 254 в системах растворителей изопропанол¡аммиак:вода 10:1:1 и хлороформ:отанол 8:1.

В работе в качестве стандартов использовались следующие ци-токиншш: зеатинрибозид "Serva", зептин, дигидрозеатин, ипопен-тениладенин и изопентениладенозин "Sigma".

Экспериментальные данные обрабатывались с помощью методов математической статистики ( Гродзинский А., Гродзинский Д., 1973; Доспехов, 1973 ).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

, На всех этапах развития п зародышевых органах семян фасоли были обнаружен!) зеатинрибозид, дигидрозеатин н нзопеитениладенин, причем зеатинрпОозид был доминирующей формой. Уровень цитЬкинннпп бил значительным уяс в самом начата эмбриогенеза ( R дней после начата цпотенпя ). П|Л переходе семени к интенсивному росту за счет клеточного целения ( 20 дней поело начата цпстенил ) повышается ypui'.i>b зеатинрпбозпдя в зародиисвоП оси, а п семядолях он несколь-

- б -

ко .снижается. К 30-му дню формирования семени прекращается, долепи меток в семядолях и дальнейший их рост осуществляется за счет растяжения. Этот-процесс сопровождается резким подъемом уровня оеатипри ;озида ( рис. 1Л •). D норне в ото время отмечается максимальная скорость клеточного деления и роста, уровень зеатинрибози-да п этом, органе резко увеличивается ( рис. ЯЛ ). В отличие от ее-мядолеР и-корня в гипокотнле и листе содержание зеатинрибовида достигает максимума к 40-му дню созревания, когда интенсивный рост а-ти/. органов прекращается. ( рис. IG и 2Б ). Следует отметить, что высокий уровень цитокинина при этом компенсируется присутствием ингибитора - абецизовой кислоты, концентрация которой достигает нанбольши: значений на этой стадии развития семени фасоли ( Борее гецкий л др., 1902 ). К концу созревашш уровень эеатиприбозпда в оородниовых органах семени фа- оли снижается.

На протяжении почти всего пер'.ода формирования семени уровс дигидрозеатина мало изменялся. Однако к концу созревания (. 50 дне посла нач&ча ипчтешш ) содержание этого цитокинина заметно поны-;:ю."гся по всех органа;: ( рис. I - 2 ). Рост семени к отому времен* прекраипется, однако в нем продолжается .интенсивный метаболизм, напряженный на запасание питательных веществ. Увеличение уровня Лип1дроа.еатшт на огой стадии созревания согласуется с представлениями других авторов об аттрагиругснчай роли нитокипшюв. Однако пн-ячениэ дигидрозеитина нельзя ограничить только этой функцией, т«к кнк п сухих семенах фасоли, находящихся в состоянии нынувдеп-норо покой, обнаруживается высокое содержание отого цитокинина ( рис. 5, 6 ). Модно предположить, что он запасается в семенах, являясь резервом для использования при прорастании.

На всех стадиях развития семени йасолн ури^знь изеиентенил-г.депииа был иоонпчителышм, и к концу созревания он снижался .во всох 3ÎHW.W5DMZ орггмр.::, Как известно, накопление •нзопситенилядс-!шг. по характерно для пиопшх растений, и большинство акторов рас-сматрлнипт cru к,и; продует биосинтеза и/или метаболизма цнтокипи-нов ( toihnn, l'nini, Г'оз ). Наблюдаемое сходство изменений vpoti-ни изопонтениладецина с динамикой других цитркпшпшв в мродыиеяы;-органах созреппюцих семян фасоли-поддерживает такую точку зретш.

Сопоставление полученных-намн данных о высоком содержании г-ог'тинрибо.зида и развипоК'Гдсисп .сшеии басоли с мзпостншш р.-шео $о!Гт?ша о км, чт</ яёвтиррибоапд ярляето» одним ии основных- цнто-

30 40 5С

Дни посте изетьг.ия

( А ) я гппокотвлях ( Б ) созревай и« ееиян гкнрпбозид, 3 - кгопентсмил&дош).

СС I

-г

30 40 50

Дни после цветения

Рис. 2. Соде.пкание ц::то':ининоа в корнях ( А ) I - дигидроаеатин, 2 - эеаткнрибозид,

Дни после цзете.чия и листьях ( Б ) созревакжих се:.'ян фасоли:

кини110в В КСИЛеМНОИ СОК!) фасоли ( Ptllmor, Wong, 1905 ) и что он молот служить транспорте!) формой ыитошишнов ( Lßthom, rnini, 19вз ), позволяет предположить, что оеатипрнбознд поступает п формирующиеся семена по ксилеме из материнского растопил. Оозиоя-иость такого транспорта была продемонстрирована в растениях лпшшг ( OBvey, Von Staden, 1901 ). В то ле время имепниеся в литературе Лпшше свидетельствуют о том, что образование дигидроформ цитотчимов может происходить в самой семени фасоли независимо от материнского растения ( Martin et al., 1909 ). ПОВШЮНИО УРОВНЯ ДИ-гидрозоатина иа поздних стадиях эмбриогенеза, обнаруженное в наших экспериментах, указывает на возможность того, что к концу созревания семена Фасоли, становясь более автономными, приобретают способность самостоятельно регулировать уровень эндогенных цитокннино!

Таким образом, полученные результаты согласуются с предположением как о поступлении цитокининов в созревающие семена из материнского растения, так н о синтезе их in situ, ß связи с тем, что в литературе также нет однозначного решения отой проблемы, представ лялось целесообразным выяснить, способны ли созревающие семена Фп-соли синтезировать цитокинины.

Участие мевялоиовой кислоты д биосинтезе цитокининов в развнвлпцихся семенах фасоли.

После инкубации созревающих семян фасоли с ^П - мевачоново!) кислотой и поэтапной очистки фракций цитокининов, мы обнаружили включение радиоактивности do фракции зеатинрибозида, дигидрозеати-на и ияопентениладешша. Включение мевялоновой кислоты во Фракции цитокининов наблюдали также ранее в культуре клеток табака, ( nur-rotjя, Fuoll, 1901 ) (1 D ингактных Побегах ЯЧМеНЯ ( Vlzerovfr, 1909' Включение метки отмечалось как в семядолях, так и в зародыяевых осях иа всех научаемых этапах созревания семян фасоли. Как видно на рис. 3, наибольшю значения радиоактивности определялись во фрак пиях зеатинрибозида. Это' согласуется etем, что содержание эндогенного зеатинрибозида в органах семени такяе было вше по сравнению с другими цптмсининами. Иаксимглмюо включение метки во фракции зеатинрибозида наблюдалось у семядолей на 40-й день, а у: зародысга-inix occfi - на 20-ii и -10-ii день поело цветения. К концу соврсванид происходило уменьшение отого включения, что совпадает со сшгасииеы уровця эндогенного зоатинрнбознда. Включение мотки во Фракцию ди-*'

X

12 J

с q i 4

Э8-

é

i

1 | семядоли

Y//j зародышевая ось

20 30 40 50

Дни после цветения Рис. 3. Включений Н - иевалоновой кислоты во фракции зэатинри-бозида, выделенные из созревающих семян фасоли.

гидрозеатина было наиболее значительным у зародышецих осей на 20-й день после цветения, затон происходил резкий спад , но к 'концу созревания включение.вновь возрастало ( рис. 4 ). D семядолях включение метки во фракцию дигидрозеатина увеличивалось постепенно по мере созревания семян. Увеличение радиоактивности ' во фракциях дигидрозеатина к концу созревания семян фасоли еоответст вуег повышению уровня этого цитокинина во всех органах семени. Включение II - меоалоновой кислоты во фракции изопентениладетша, выделеншга но семядолей и зародышевых осей, существенно отличается от динамики зндогенного содержания этого цитокинина.

Таким образом, включение Н - невалоновои кислоты do фракции цитокининов в семенах фасоли свидетельствует в пользу синтеза этих фитогормонов в семенах in situ Поскольку соответствие между включением радиоактивности во фракции цитокининов и эндогенным их содержанием было наиболее выраненннм для дигидрозеатина, можно предположить, что он образуется в семенах (Иооли главный образом за'счет синтеза de паио, причем о.тст синтез уашшается к концу созревания. Включение метки по фракции осатиприбозида и динамика уровня этого цитокинина имеют некоторые различия. Из ото-

с я

К

э

Г> .

4 .

Z -

10

- II -

i

1

J семядоли

У//X зародшаевая ось

1

1

30 . 40

Дни после нветеиил

50

3

Рис. 4. Включение II - «евалоноэоП кислоты do фракции дигидро эоатииа, выделенные из созревающих семян фасоли.

го можно заключить, что уровень эеатинрибозида поддерживается ik-только оа счет биосинтеза, но наряду с эти« и за счет поступления его от материнского растения.

В созревающих семенах фасоли не иао'лидалось каких-либо опро деленных закономерностей в различиях включения метки в семядолях и в зародышевых осях. По-видмому, в развивающихся семенах синтез цитокининов не ямеет локализации в конкретном органе.

Цитокииииа при прорастании семян.

В сухих И лрорастоипчх семенах фасоли так же, как И.в созре ваощих, били обнаружены зеатинрибозид, дигидрозсатин и изопенге-П!падении < рис. 5, 6 ). ДоминирупцеИ формой в семядолях, гипоко-тиле и корне сухих семян бш дигидроэеати», уровень зеатинрибозИ-дп d этих органах такде был достаточно высок J В листе дотшигуч-i:nu бил осатимрибозид, хотя содержание этого цитокииииа было почти п 2 раза шпе, чем в остальном семени. Данные о высоком содер-:.:;шип цито:;шТц|!ов в сухих семенах фасоли согласуется .с результата ми других авторов, которые отмечали высокий уровень цйтйкининопой активности п сухих семенах растений, для.которых' херзкт.ёрно-отсуг-

I

г 12 -

СТВИО глубокого покоя ( Vijarova, l/ozar, 19B4j Martin et al,, 19(17 ).

Период набухания семени ( 6 часов поело замачивания ) сопровождается резким уменьшением содержания цитокининов в зародышевых органах ( рис. 5, 6 ). Необходимо отметить, что эта тенденция существенно не изменяется при пересчете данных на единицу сухого вещества, то есть она на является проявлением быстрого оводнения тканей семени..Существенное уменьшение уровня цитокининов в процессе набухания семени могло быть вызвано с одной стороны, вымыванием их водой в окруиающую среду,'как это происходило в семенах tuhbu ( p'infiejd, Sanchez-Torres, 1904 ), а с другой, что более вероятно, активизацией метаболизма, цитокининов, интенсивность которого на стадии набухания уже весьма велика ( Knypj ot ai., 1905 ). На протяжении лаг-фазы ( от 6 до 18 часов после замачивания ) уровень' цитокининов в гипокотиле остается низким ( рис. 5Б ), в семядолях и листе повышается концентрация зеатинрибозида ( рис. 5Л и 6Б ), а в корне - днгидрозеатина ( рис. 6А ). Через 24 часа после замачивания начинается наклевцвание семени. При этом в семядолях происходит дальнейшее увеличение содержания зеатинрибозида, резко повышается содержание дигидрозеатина ( рис. 5А ). Следует отметить, что в семядолях на этой стадии прорастания достигает наибольшей интенсивности гидролиз запасных питательных веществ. В гипокотиле во время наклевывания семени обнаруживается значительное повышение уровня зеатинрибозида и дигидрозеатина ( рис. 5Б) что совпадает с началом интенсивного роста клеток зтого органа растяжением. Клетки корпя на отой стадии прорастания интенсивно делятоя, однако содержание цитокининов при этом было невысоким, а повышение уровня дигидрозеатина отмечалось ранее, а период лаг-фази, когда наблюдались только первые фазы митоза ( рис. 6А ). С момента наклевывания семени заканчивается собственно прорастание. Дальнейший процесс формирования проростка ( до 72 часов после тмачивания ) характеризуется увеличением содержания дигидрозеати-(а в органах зародшаевог! оси. В сшядолях, которые к концу формирования проростка истощаются, уровень цитокининов снимется, '.огласно представлениям нногих шпороп, цитог.ииинп у двудольных растений служат фактором, стимулирующим мобилизацию зяпаоних веществ при-прорастании ( Go|islein, linn, 19Н0-, Naruli ct til., 19Й9 При изучешт динамики цитокининов в семядолях ссшн фасоли ебнпру-аинпетоя корреляция между скоростью этого процесса и уровнем ди-

18 24

Время прорастания / часы /

.900

700

0 6 18 24 " 48 • 72 • . Время прорастания / часы /

Рис. 5. Содераание цитокиников з семядолях / А / и гипокотилях / Б / прорастающих сеия.н и проростков фасоли: I - дигидрозеатин,.2- зеатинрибозид, 3 изопентениладенин.

I

о.

2

Е-3"

300 -

500 -

300 -

-Ис. о.

3 6 18 24 48 72

Время прорастания / часы !

Содержание цитокининов в корнях / А / проростков фасоли: I - дигидрозеатин,

100 -

0 6 18 24 '48 72

Время прорастания /часы /

и листьях / В / прорастающих семян и 2 - зеатинрибозид, 3 - изопентениладенин.

гндрозеатина. Учитывал литературные данные ( Pino ек al.; 1990 ), можно предположить, что именно е^от цитокинин принимает участие в активации гидролиза запасных соединений в семядолях фасоли.

Таким образом, полученные нами результаты указывают на важную роль дигидрозеатина в процессах прорастания семени и формирования проростка.

Как известно, семядоли прорастающих семян не способны самостоятельно синтезировать цитонинины ( Рыбицка и др., -1977 ). Синтез этих фитогормонов осуществляется в зародышевой оси < Nandi et al., 1908 ), откуда они могут-транспортироваться в семядоли ( Hut* ton et al., 1902 ). в соответствии с этим, повывение уровня эеа-тинрибозида и дигидрозеатина, обнаруженное нами в семядолях прорастающего семени фасоли, очевидно, является следствием поступления этих цитокининов из зародышевой оси. Таким образом, между семядолями и зародышевой осью устанавливается определенное соотношение цитокининов. Для того, чтобы определить, насколько важно это соотношение для прорастания, мы сравнипали содержание цитокининов в осевых и запасающих органах у нормальных наклюнувшихся семян, у семян, которые отставали в прорастании на 6-1Й часов, и у нежизнеспособных семян, которые не наклевывались через 48 часов после замачивания. Как показано на табл. 1, уровень зеатийрибозида и ди-гидрозеатина в ■ зародшевой оси прораставших семян приблизительно в 3 раза ниже, чем в семядолях на стадии наклевывания. В семенах, которые отстают в прорастании, наблюдается нарушение этого соотношения. В зародышевой оси у них содержится почти в 2 раза больше зеатинрибозида и дигидроэеатнна, чем в семядолях й отмечается накопление этих цитокининов по сравнению с зародышевой осью нормальных семян. Эти данные свидетельствуют о том, что одной из возможных причин задержки прорастания семян может быть нарушение поступления цитокининов в семядоли, которое в свою очередь приводит к снижении скорости гидролиза запасных питательных вецеств, необходи mux для прорастания. В нежизнеспособных семенах обнаружен повышенный уровень цитокининов. Так, содержание зеатинрибозида и дигидроэеатнна в семядолях было почти э 2 раза выше,- а в зародышевой оси - в 3 раза выше; чем в проросших семенах. Соотношение цитокининов в семядолях и зародышевой оси непроросших семян било примерно таким же,--'как и в нормальных семенах. Таким образом, нежизнеспособность сет.шн, по всей видимости, не связана с нарушением соот-

Таблица I

Содержание цитокининов в семядолях и зародышевых осях семян фасоли с различной способностью к прорастанию.

Семена через : Содержание цитокининов, нг/г сырого вещества

24 часа после :_Семядоли_; Зародышевая ось

замачивания : Зеатин- : " г рибозид .* Дигидро-зеатик : Зеатин-: рибозид : Дигидро : зеатин

Проросшие 225+32 '3.38+21 8?+? 126+9

Отстающие' в прорастании ■ 105+11 173+15 250+12 220+6

Не способные 11 прорастанию 318+18 628+26 290+12 361+8

ношения цитокининов между семядолями и зародышевой осью. Накопление цитокининов свидетельствует о том, что одной из возможных причин нежизнеспособности семян является нарушение метаболизма цитокининов .

Содержание изопентениладенина в зародышевых органах прорастающих семян и проростков фасоли было невысоким и изменения его были незначительными. По-видимому, так же, как и в созревающих семенах, он может служить промеиуточным продуктом метаболизма цитокининов и не играет существенной роли в прорастании.

В11В0ДЫ

1. Изучено содержание эндогенных цитокининов в органах развивающихся и прорастающих семян фасоли. В семядолях и органах зародышевой оси семян на всех этапах созревания и прорастания обнаружены аеатинрибозид, дигидрозеатин и изопентениладенин.

2. 'В процессе эмбриогенеза семени соотношение между цитоки-нинами во всех, органах изменяется в сторону -накопления дигидро-зеатина к концу созревания.

3. Созревшие сухие Семена фасоли характеризуются высоким уровнем цитокининов. Начато прорастания семян ( стадия набухания )

.сопровождается резким падением содержания зеатинрибозида, дигидро-эеатииа и иоопоНтейиладенина.

4..Динамика эндогенного дигидрозеатина в семядолях прораста-

ющих семян фасоли коррелирует со спорость» мобилизации запасных питательных помести в них. В органах зародышевой оси уровень дн-гидрозеатина значительно повышается на стадии поплевывания семени и по мере йормнрования проростка. Полученные датше указывает на паяную роль дигидрозеатииа п процессе прорастания.

5. Установлено, что семена с различной способность» к прорастанию имеют различное соотношение цитокиИинов мевду семядолями и зародшчевой осью. Нормально прорастающие семена на стадии наклепывания содержат в семядолях примерно в 3 раза больше зеатиири-бозида и дигидроэеатина, чем в зародышевой оси, тогда как у семян, отстающих в прорастании, в семядолях уровень этих цитокининов вдвое mine по сравнению с зародышевой осью.

.6. Эксперимента!ьно подтверждены возможность синтеза цитоки-нииов в развивающихся семенах (фасоли и участие невалоновой кислоты п атом процессе.

7. Динамика включения "II - иевалоновой кислоты во-францию дигидроэеатииа в созревающих семенах фасоли коррелирует с содержанием пнлогеппого дигндрозеатниа, в то время как для эеатинрибо-знда и изопентсниладенина такой корреляции не наблюдаюсь. Полученные результаты-позволяют предположить, что образование дигидро-пеатина в Лорнирующихся семенах молет происходить за счет синтеза

do novo.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации.

1. Веденпчева II.П., Иусатешсо Л.И. Цитошшны в созревающих семенах Фасоли // Регуляторы роста и развития растений: Тез. докл. Вссе. конф. - Киев: Наукова думка, 1989. - С. 202.

2. Веденпчева И.П., Мусатешсо Л.И. Цитокиншш в семенах при созревании и прорастании // <5изиол. и биохимия культ, раст. -1990. - 22, Ъ /i. - С. 327 - 335.

3. Ведпннчсва Н.П. Дпнаы1кп ендогенних циток1н1н1в у пророс-таючому naclmil та проростках квасол1 // Укр. ботан. яурн. - 1990.47, IP- 6. - С. 83 - 80. ■ ' ■ \

Vodonichnvo М.Р., tlusntcnko L.I. Cytokinin chonrjen in orqano оГ rhar.ooltis vulgorin soedo during maturation and germirin-litm // I'hyoinlofjy nnd Biochemistry of Cytoliinin3 in Plnnto ( Intorri. .5«"osiim( Liblicc, Chechoslovakia, September, 10 - IS, Г)'Л1*>: Ahnlrniita, liblicn, 199U.' - P.' 64.

5. Vetlenichev/a N.P., Vizaroi/a G. , HuBatenko L.J. Cytokinins ot maturing and germinating french bean seed // Biologia. -1991. - <t&, N 1. - P. 23 - 30.

h. Vcdenicheva M.P., Ituoatenko L.I. Possible participation of mavalaiiic acid in cytokinin biosynthesis in Phaseolus maturing

Amsterdam, Netherlands, 1991: Abstracts. - P. $4.

7. Веденичева И. П. Цитокшшни в созревающих семенах фасоли // Рсгуляторные механизмы в физиологии растений и генетике. - Киев, Иаукова думка, 1991. - в печати.

8.'Веденичева II.П., Мусатешсо Л.И. Изучение цитокииинов в зародишевих органах созревающих и прорастающих семян фасоли // Регуляторы роста и развития растении. - Москва: ВЛСХНИ.Ч, 1931. -в печати.

Подо, в печ. 0Г.07',91 .Формат 60хВ4/16. Бумага тип. Офс.печать. Уол.неч.л. 1,16. Усл.кр.-отт. 1,16. Уч.-изд.л. 1,0. Тиран 100 эк:!. . Бесплатно.

Отпечатано в Инслмут^ математики АН УССР. ЖС01 Киев'4, iCIJ, ул. Репина, 0

seeds // 14

th

Intern. Conference of Plant Growth Substances.