Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Участие миозина в создании корневого давления

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Участие миозина в создании корневого давления"

На правах рукописи

МД.ТАЛАТ МАХМУД

РЙ) сребр г&т«.'

УЧАСТИЕ МИОЗИНА В СОЗДАНИИ КОРНЕВОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность 03.00.12 -Физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 2000

Работа выполнена на кафедре ботаники и физиологии растений сельскохозяйственного факультета российского университета дружбы народов и в Ордена

им. К.А. Тимирязева Российской Академии наук.

Научные руководители:

доктор биологических наук, профессор В.Н. Жолкевич, доктор биологических наук, профессор Вл.В. Кузнецов.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Н.И. Якушкина, кандидат биологических наук, доцент Н.В. Пилыцикова.

Ведущая организация: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова.

Защита диссертации состоится « && 2000г.в ча-

сов на заседании диссертационного совета К 053.22.31 в Российском университете дружбы народов

по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6, корп.2 (Сельскохозяйственный факультет).

С диссертацией можно ознакомиться в аучной библиотеке российского университета дружбы народов но адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6.

Автореферат разослан « С'З ъ^оСутгу!? 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук,

Трудового Красного Знамени Институте физиологии растений

доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Корень не только поглощает подавляющее количество потребляемой растением воды, но и нагнетает её в надземные органы. Развиваемое при этом давление называется корневым. Корневое давление является нижним концевым двигателем восходящего водного тока в растении. Выяснение его природы, необходимо для установления общих закономерностей транспорта воды в растении - важнейшей физиологической функции, которая играет решающую роль в пространственно-временной интеграции жизнедеятельности организма (Жолке-вич и др., 1989),Между тем, до полного выяснения природы корневого давления, относительно которой высказан ряд весьма противоречивых гипотез, ещё далеко. Наиболее распространена уже довольно старая осмотическая концепция, уподобляющая работу корня работе осмометра и нашедшая отражение в ряде учебников и обзоров (Гибберт, 1976; House, 1974; Гелстон и др., 1983; Kramer, 1983; Полевой, 1989 и др.). Согласно этой концепции роль находящегося внутри осмометра концентрированного раствора выполняет ксилемный сок, а роль полупроницаемой перегородки, препятствующей выходу наружу осмотически действующих агентов ксилемного сока, отводится эндодерме в совокупности со всеми паренхимными клетками корня. Таким образом, по мнению сторонников данной концепции, воду насасывает лишь ксилемный сок, а паренхимные клетки корня не только не способствует передвижению воды, но напротив, оказывает ему сопротивление.

Ограниченность осмотической концепции связана с тем, что в качестве движущей силы транспорта воды она принимает градиент > одной из четырёх составляющих водного потенциала, а именно градиент осмотического давления (осмотического потенциала). Изменения же остальных составляющих, прежде всего потенциала давления, вообще не учитываются (между тем, как односторонний водный ток направлен именно по градиенту водного потенциала в целом, а не одного только осмотического потенциала), равно, как не учитывается роль парен-химных клеток в регуляции водного потенциала на пути восходящего водного тока. В то же время, получено уже достаточно большое количество экспериментальных данных, не укладывающихся в рамки осмотической концепции и требующих своего объяснения (Van Overbeek, 1942; Broyer, 1951; House, Findlay, 1966; Oertli, 1966, 1967, 1986; Можаева, Пилыцикова, 1969, 1972, 1976, 1978, 1979; Ginsburg, jinzburg, 1970, 1971; Петров, 1972, 1974, 1978; Синицина и др., 1977; Жолкевич, 978, 1984; Жолкевич и др, 1979, 1985, 1986, 1989; Чугунова, 1989; Жолкевич, Чу-унова, 1987, 1995, 1997, и др.). Эти данные определенно указывают на то, что орневое давление имеет более сложную природу, нежели только осмотическую,

суммируясь из двух принципиально различных составляющих, условно названных осмотической и неосмотической. Первая из них функционирует в соответствии с осмошческимк закономерностями, вторая - благодаря активной деятельности живых клеток, в основном, за счёт микроколебаний их потенциала давления, осуществляемых при непосредственном участии коитрактильных белков (белков цигоскелета). Выяснение природы неосмотической составляющей и, прежде всего, роли коитрактильных белков при её формировании имеет первостепенное значение для понимания природы корневого давления в целом.

Це.чь и задач» работы. Цель работы заключалась в установлении участия миозина в формировании корневого давления с помошью применения нового специфического ингибитора этого контрактилъного белка 2,3-бутандион-мононсима (БДМ). В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:

1). Испытать влияние БДМ на эксудацию отделенных корней проростков кукурузы и полученных из них путем удаления центрального цилиндра «рукавичек», представляющих собой удобную модельную систему для изучения природы корневого давления вследствие полной невозможности функционировать подобно осмометру на самом начальном этапе эксудации.

2). Определить изменения осмотического давления эксудата и гидравлической проводимости клеток при действии БДМ на эксудацию.

3) Измерить температурный коэффициент <510 интенсивности эксудации при воздействии БДМ.

4). Определить корневое давление и его неосмотическую составляющую при воздействии БДМ.

5). Для выяснения механизма действия БДМ на эксудацию испытать его влияние на интенсивность дыхания и сопряжение окисления с фосфорилированием с помощью ингибиторов энергетического обмена при дыхании 2,4-динитрофенола (2,4-ДНФ) и'олигомицина (ОМ).

'Нау«шая новнзна работы.. Впервые испытано влияние на эксудацию отделенных корней и полученных из них путем удаления центрального цилиндра «рукавичек» нового специфического ингибитора БДМ, подавляющего АТФазную активность контрактильного белка миозина.

Показано, что БДМ тормозит эксудацию на фоне увеличения осмотического давления эксудата и гидравлической проводимости клеток, т.е. при условиях, когда, согласно осмотической концепции, эксудация должна была бы не ослабевать, а, наоборот, усиливаться. Вместе с тем, БДМ уменьшает температурный коэффициент' Ою интенсивности эксудации и неосмогическую сост авляющую корневого

давления, что сигнализирует о снижении роли сложных метаболических процессов при эксудации. Все перечисленные изменения значительно сильнее выражены у рукавичек (на самом начальном этапе эксудации рукавички не могут функционировать подобно осмометру вследствие отсутствия у них центрального цилиндра, на месте которого образуется продолговатая пустая полость), чем у целых корней. Полученные данные могут свидетельствовать о непосредственном участии миозина в создании корневого давления - движущей силы эксудации.

Хотя БДМ несколько снижает интенсивность дыхания как целых отделенных корней так и рукавичек, подавление эксудации не связано с нарушением энергообмена: судя по характеру действия 2,4-ДНФ (разобщающего окисление и фосфори-лирование) и ОМ (ингибирующего окисление, особенно тесно сопряженное с фос-форилированием) на потребление кислорода, сопряжение окисления и фосфорили-рования в присутствии БДМ сохраняется, т. е. энергообмен при дыхании не нарушается. Сделан вывод, что БДМ непосредственно инактивирует макромолекулы миозина. Все полученные данные являются приоритетными.

Практическая значимость работы. Выяснение закономерностей водного обмена необходимо для его планомерного регулирования с целью максимального повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и, вместе с тем, наиболее экономного расходования воды в условиях поливного земледелия. Полученные данные могут быть использованы при чтении лекций для студентов высших учебных заведений биологического и сельскохозяйственного профиля.

Апробация рабогм. Материалы диссертации были представлены на международном симпозиуме "Biological motility: modern methods for studying" (Pushchino, 1998) и на IV съезде Общества физиологов растений России (Москва, 1999г.).

Публикации. По материалам диссертации имеются 2 публикации и одна статья находится в печати.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, выводов и списка литературы. Она изложена на_страницах машинописного текста, включая_таблиц и_рисунков. В списке литературы_наименований, из которых_на иностранных языках.

ОБЪЕКТ II МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект исследования Объектом исследования были отделенные корни этиолированных проростков кукурузы (Zea mays L.) гибридов Нарт-150 и Бено и полученные их них рукавички. ¡Предварительно протравленные семена заливали отстоянной водопроводной водой и оставляли для набухания на 1,5ч при непрерывном продувании сжатого воздуха. Затем семена промывали водой, раскладывали в кюветы, выложенные влажной фильтровальной бумагой, и проращивали в темноте при 30°С.

Опыты проводили с 5-7-дневными проростками, когда длина главного корня составляла 12-15см. В опытах с целыми корнями лезвием безопасной бритвы в капле воды отсекали апикальную часть длиной 5см, с которой в дальнейшем и велась работа. Для получения рукавички корень разрезали поперёк на две части; использовали нижнюю половину. После удаления из нее центрального цилиндра отсекали апикальную часть длиной 5см. Таким образом, и «рукавички» и «целый корень» соответствовали одной и той же зоне главного корня. При удалении центрального цилиндра разрыв происходит по клеткам эндодермы. Стало быть, рукавичка состоит из эпидермиса, пареихимных клеток коры, остатков клеток разорванной эндодермы и образовавшейся после извлечения центрального цилиндра продолговатой пустой полости. Схема получения рукавички представлена на рис. 1.

Интенсивность эксудации определяли по видоизмененной методике Андерсона и Хауса (Борисова, Лазарева, Жолкевич, 1984) в ультратермостате U-10 при 30°С в течение 1ч, снимая показания через каждые 20 мин. Для выравнивания температуры корни или рукавички предварительно выдерживали в ультратермостагге в течение 10 мин. В опытах использовали отстоянную водопроводную воду, на которой готовили и растворы всех испытанных химических агентов. Интенсивность эксудации рассчитывали за 1ч. на 1см2 площади погруженной в жидкость поверхности корня или рукавички.

Температурный коэффициент (Qio) интенсивности эксудации вычисляли как отношение интенсивности эксудации при 30°С к таковой при 20°С.

Осмотическое давление измеряли михрокриоскопическим методом, используя микроосмометр Кнауэра (Германия).

Гидравлическую проводимость определяли в камере давления (Савельев, Мелехов, Абисалов, 1979)- измеряли интенсивность эксудации при наложении внешнего гидростатического давления.

Рис.1 Схема получения рукавичек

А-целыП корень; Б-шгтральнын шшшдр. извлеченный го корня; В-рукавичка. I-эпидермис, 2-кора, 3-эпдодерма, 4- центральный цилиндр, 5-остатки разорванной эндодермы, б-пуспшя продолговатая полость, образовавшимся после удаления цешпрсиъного цитнора

Движущую силу ~жсудации ( корневое давление) определяли компенсационным методом (Жолкевич, Гусев. Капля и др., 1989), применяя в качестве останавливавшего зксудацию осмотически действующего агента полиэтиленгликоль с молекулярной массой 6000.

Неосмотическую составляющую корневого давления вычисляли по разнице между компенсационным давлением и осмотическим давлением эксудата, которое принимали равным осмотической составляющей.

Интенсивность дыхания определяли манометрическим методом Варбурга при 30°С.

Использоваш 2,3-бутапдион- моноксим производства фирмы "Sigma" (США), олигомицин-фирмы "Serva" (Германия), 2,4-динитрофенол и хлористый кальций отечественного производства.

Каждый опыт проводили не менее, чем в пяти биологических повторностях (по 10 и более образцов в каждом варианте опыта). Для статистической обработки полученных данных рассчитывали средние арифметические величиныи их ошибки.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1.10"3М 2,3-бутандион-моноксим (БДМ) замедлял эксудацию как целых корней, так и рукавичек, причем у рукавичек торможение было выражено явно сильнее. Так, если у целых корней эксудация тормозилась в среднем на 21,4%, то у рукавичек- на 33,5% (табл. 1).

Таблица 1. Воздействие 1.10"3М 2,3-бутандион-моноксима (БДМ) на интенсивность эксудации рукавичек и целых корней Zea mays L. Экспозиция 1ч. Приведены средние арифметические величины и их ошибки.

Вариант Ишгенсивность эксудации

рукавички целые корки

мкл.ч"'.см"2. % мкл.чЛсм'2. %

Контроль 1,52+0,11 100 1,20+0,08 100

БДМ 1,01+0,07 66,5 0,92+0,04 78,6

Подобные различия в реакции на БДМ целых корней и рукавичек полностью соответствует ранее полученным данным, согласно которым все испытанные ингибиторы, в том числе и ингибиторы контрактильных систем (цитохалазин Б, колхицин, камфора, <1- тубокурарин) неизменно подавляли эксудацию рукавичек в значительно большей степени, чем целых корней (Жолкевич. Чугунова, 1987; Жолкевич, Гусев, Капля и др., 1989; 2(ю1кеукЬ, С!и^игюуа, Кого1су, 1990; гЬо1кеу1сЬ,1991). Характерно, что БДМ полностью снимал стимулирующее действие хлористого кальция на эксудацию: в его присутствии эксудация как целых

корней, так и рукавичек тормозилась в такой же степени, как будто в наружном растворе находился один БДМ, а СаС12 вовсе не было (рис.2). Известно, что именно кальций "запускает" сокращение миозина; он неизменно стимулирует эксуда-цию (Жолкевич и др., 1979; Жолкевич, Гусев, Капля и др., 1989; 7Ьо1кеу!с!1, 1991; Жолкевич, Чутунова, 1995).

Рис.2 Влияние 1.10"3М 2,3-бутандион-моноксима (БДМ), 1Л0'3М СаСЬ и их совместного присутствия на интенсивность эксудации (Jw) рукавичек и целых корней

Zea mays L.

А - ¡¡елые корни. Б-рукавички, / - контроль, 2 - БДМ 3 - CaCh, 4 - БДМ+ СаС17. бары -средние ошибки.

БДМ задерживал эксудацню на фоне повышения осмотического давления эксудата и гидравлической проводимости клеток (табл.2), т.е. при условиях, когда, согласно осмотической концепции, эксудация должна была бы не замедляться, а, наоборот, ускоряться. Следовательно, получено ещё одно свидетельство несостоятельности представления, уподобляющего нагнетающую деятельность корня работе обычного осмометра. Наряду с этим, под воздействием БДМ значительно уменьшались температурный коэффициент CQio) интенсивности эксудации, компенсационное давление (т.е. корневое давление) и неосмотическая составляющая корневого давления (табл.2). Такое уменьшение, сигнализирующее о снижении вклада сложных метаболических процессов неосмотической природы в формиро

ванне движущей силы эксудации, всегда наблюдалось ранее при действии всех применявшихся метаболических ингибиторов, в том числе ингибиторов кон-трактильных систем. Однако именно об одном миозине речь до сих пор не заходила.

Таблица 2. Влияние 1.10"3М 2,3-бутандион-моноксима (БДМ) на осмотическое давление эксудата (П), гидравлическую проводимость клеток (Lp), температурный коэффициент (Qio) интенсивности эксудации, компенсационное давление (КД) и неосмотическую составляющую (НОС) движущей силы эксудации рукавичек Zea mays L.

Экспозиция 1ч. Приведены средние арифметические величины и их ошибки. В знаменателе указаны соответствующие величины в процентах от контроля.

Вариант П, бары Lp, мкл.ч'\см.'2бар'1 Qio ' ..КД, бары НОС, бары

Контроль 0,89+0,03 58,4+2,7 2,50+0,13. 1,63+0,06 0,74

100 100 100 . , 100 100

БДМ 1.00+0,04 107,1+9,5 :i,46±0,07 1,27+0,08 0,26

112 183 58 78 35

Если БДМ действительно подавляет активность миозина, то приведенные результаты могут указывать на непосредственное участие этого контрактильного белка в создании корневого давления и его неосмотической составляющей. Принимая во внимание, что БДМ подавлял эксудацию рукавичек сильнее, целых корней, можно предположить, чго участвующий в нагнетании воды миозин локализован не столько в проводящих элементах центрального цилиндра (их у рукавичек ведь вообще нет), сколько в паренхимных клетках (именно из которых в основном и состоят рукавички). Это согласуется с более значительной сократительной способностью клеток коры, чем центрального цилиндра (Можаева, 1993). Вместе с тем, вновь подтверждается активная роль паренхимных клеток в создании неосмотической составляющей корневого давления.

Естественно встал вопрос о зависимости подавления эксудации под воздействием БДМ от возможного нарушения внутриклеточного энергетического обмена, поскольку 1) для выполнения контрактильными белками механической работы необходима поставляемая дыханием энергия и 2) ранее полученные данные указывают не только на непосредственное участие контрактильных белков в формировании движущей силы эксудации, но и на энергозависимость эксудации - при подавлении дыхания, воздействии разобщителей окисления и фосфорилирования или

ингибировании окислительного фосфорилирования эксудаиия

тормозится. Между тем, хотя в наших опытах БДМ и ослаблял дыхание, это ослабление было сравнительно небольшим (на 11-13%). Кроме того, у рукавичек и у целых корней снижение интенсивности дыхания оказалось примерно одинаковым (табл.3), тогда как их эксудация тормозилась в различной степени. Поэтому возникло предположение о возможной связи ингибирующего действия БДМ на эксу-дацию не столько с ослаблением дыхания, сколько с его разобщающим действием на окисление и фосфорилирование.

Таблица З.Влияние 1.10А1 2,3-бутандион-моноксима (БДМ) на потребление кислорода рукавичками и целыми корнями Zea mays L. Экспозиция 1ч. Приведены средние арифметические величины и их ошибки.

Вариант Поглощено кислорода,

рукавички целые корни

мкл.ч'.г'.сыр.массы. % мкл.ч"1 .г'1 .сыр.массы. %

Контроль 548,8+18,0 100 527,7+15,0 100

БДМ 491,0+15,1 89 i 461,2+16,0 87,4

С целью проверки этого предположения испытано совместное действие на потребление кислорода БДМ и ингибиторов энергетического обмена при дыхании-' 2,4-динитрофенола (ДНФ) и олигомицина (ОМ). Как известно, ДНФ, разобщая окисление с фосфорилированием, снимает дыхательный контроль, вследствие чего потребление кислорода обычно возрастает; ОМ же избирательно подавляет окисление, наиболее тесно сопряженное с фосфорилированием, благодаря чему потребление кислорода уменьшается.

Результаты проведенных опытов не дают, однако, оснований для заключения о разобщающем действии БДМ. Так, взятые по отдельности, БДМ, ДНФ, и ОМ при одночасовой экспозиции следующим образом сказались на потреблении рукавичками кислорода: БДМ ослаблял его в среднем на 11%, ДНФ стимулировал на 21%, ОМ подавлял на 26%/. При совместном присутствии БДМ отнюдь не снимал стимулирующего эффекта ДНФ или подавляющего действия ОМ. Вместо этого наблюдалась аддитивность их действия, а именно: БДМ ослаблял стимулирующий эффект ДНФ и усиливал тормозящий эффект ОМ, причем ослабление в первом случае и усиление во втором примерно соответствовали собственному эффекту БДМ на потребление рукавичками кислорода (табл.4), т.е. названные агенты действовали независимо друг от друга.

Таблица 4.-Влияние совместного присутствия 2,3-бутандион-моноксима (БДМ), 2,4-динитрофенола (ДНФ) и олигомицина (ОМ) на потребление кислорода рукавичками Zea mays L.

Экспозиция 1ч. Приведены средние арифметические величины и их ошибки.

Вариант Поглощено кислорода.

мкп.ч'.г'сыр.массы %

Контроль 548,8+18 100

МО-'М БДМ 491,0+15,1 89

2,5.1 (УМ ДНФ 664,6+23,6 121

1.1(ГМ ЕДМ+2,5.1СГ4М ДНФ 608,3+14,5 111

ОМ(Юмг.л') 407,1+12,8 74

1.10'JM БДМ+ ОМ(Юмг.л') 358,6+8,7 64

Таким образом, замедление эксудации под влиянием БДМ не связано с нарушением внутриклеточного энергетического обмена и значительным дефицитом необходимой для сокращения миозина энергии. По-видимому, БДМ, будучи весьма специфическим ингибитором, избирательно инактивирует макромолекулы миозина, вследствие чего подавляется их АТФазная активность и способность к сокращению даже при наличии достаточного количества энергии. В таком случае, вызываемое БДМ некоторое ослабление дыхания может зависеть от инактивиро-вания миозина, содержащегося в митохондриях; однако сопрягающие мембраны при этом существенно не затрагиваются.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые испытано воздействие специфического ингибитора контрактилыю-го белка миозина 2,3-бутандион-моноксима (БДМ) на водный обмен растений, а именно на эксудацию отделенных корней этиолированных проростков кукурузы и полученных из них «рукавичек» с целью изучения природы корневого давления -нижнего концевого двигателя восходящего водного тока в растении. БДМ, как полагают, избирательно подавляет АТФазную активность миозина, без которой не может функционировать актомиозиновый сократительный аппарат, являющийся важнейшей составной частью цитоскелета.

Преимущество рукавичек как модельной системы для изучения природы корневого давления заключается в отсутствии у них центрального цилиндра и, следовательно, в невозможности на самом начальном этапе эксудации функционировать подобно простому осмометру, работе которого сторонники осмотической концепции эксудации уподобляют нагнетающую деятельность корня. На месте

центрального цилиндра с его ксилемным соком (именно пот сок. согласно осмотической концепции, и насасывает воду), образуется продолговатая пустая потость, лишенная какой-бы го ни было жидкости. Если рукавичкл вертикально закрепить в воде таким образом, чтобы её верхняя часть находилась над водой поверхностью, в упомянутой полости появляется жидкость, которая зэтем нагнетается вверх. Иными словами, наблюдается эксудация, подобная эксудшии отделенных корней, имеющих центральный цилиндр («целых» корней).

Показано, что 1.10"3М-БДМ тормозит эксудацию рукавичек в большей степени, чем «целых» корней на фоне увеличения осмотического давления эксудата и особенно гидравлической проводимости клеток, т.е. при условиях, когда, согласно осмотической концепции (в случае ее правомерности), эксудация должна была бы не замедляться, а. наоборот, ускоряться. При этом БДМ значительно уменьшает температурный коэффициент Qio интенсивности эксудации, компенсационное давление и неосмотическую составляющу ю корневого давления, что сигнализирует о снижении вклада сложных метаболических процессов неосмотической природы в формирование движущей силы эксудации.

БДМ полностью снимает стимулирующее действие хлористого калыим на эксудапию как целых корней, так и рукавичек: в его присутствии эксудация тормозится в такой же самой степени, как будто в наружной среде находится только один БДМ, а СаСЬ вовсе нет. Между тем хорошо известно, что именно кальций «запускает» сокращение миозина и неизменно стимулирует эксудацшо

Если БДМ действительно ингибирует активность миозина, то полученные результаты могут указывать на непосредственное участие этого контрактнлыюго белка в нагнетающей деятельности корня, т.е. в создании корневого давления, и прежде всего его неосмотической составляющей. Учитывая, что БДМ подавляет эксудацшо рукавичек сильнее, чем целых корней, можно полагать, что участвующий в нагнетании воды миозин локализован не столько в проводящих элементах центрального цилиндра (их у рукавичек ведь вообще нет), сколько в пареихимных клетках корня, являющихся главной составной частью рукавичек. Это согласуется с более значительным сокращением клеток коры, чем центрального цилиндра при транспорте воды в корне (Можаева, 1993). Вместе с тем, вновь подтверждается активная роль паренхимных клеток в создании неосмотической составиюшеп корневого давления.

Естественно возник вопрос - не связано ли подавление эксудации под воздействием БДМ с вызываемым этим ингибитором нарушением внутриклеточного энергетического обмена, поскольку 1) для выполнения контрактильными белками

механической работы необходима поставляемая дыханием энергия и 2) ранее полученные данные указывают не только на непосредственное участие кон-трактильных белков в формировании движущей силы эксудации. но и на энергозависимость эксудации - при подавлении дыхания, воздействии разобщителей окисления и фосфорилирования или ингибировании окислительного фосфорилирова-ния1 эксудация Тормозится (Жолкевич, Гусев, Капля и др., 1989; Можаева, 1991, 1993; Zholkevich, 1991; Жолкевич, Чугунова. 1987; Zholkevich, Chugunova, Korolev, 1990 и др.). Между тем, хотя в наших опытах БДМ и ослаблял дыхание, это ослабление было сравнительно небольшим (на 11-13%). Кроме того, у рукавичек и целых корней снижение интенсивности дыхания оказалось примерно одинаковым, тогда как их эксудация тормозилась в различной степени. Поэтому возникло предположение - не связано ли ингибирующее действие БДМ на эксудацию не столько с ослаблением дыхания, сколько с разобщающим эффектом на окисление и фосфо-рилирование, который к тому же у целых корней и рукавичек мог бы быть неодинаковым.

С целью проверки этого предположения испытано совместное действие на потребление кислорода БДМ и ингибиторов энергетического обмена при дыхании-2,4-динитрофенола (ДНФ) и олигомицина (ОМ). Как известно, ДНФ, разобщая окисление и фосфорилирование, снимает дыхательный контроль, вследствие чего потребление кислорода обычно возрастает; ОМ избирательно подавляет окисление, наиболее тесно сопряженное фосфорилированием, благодаря чему потребление кислорода уменьшается.

Результаты проведенных опытов не дают, однако, оснований для заключения о разобщающем действии БДМ. БДМ вовсе не нивелировал стимулирующего эффекта ДНФ или подавляющего действия ОМ. Вместо этого наблюдалась аддитивность действия БДМ как с ДНФ, так и с ОМ, а именно: БДМ ослаблял стимулирующий эффект ДНФ и усиливал тормозящее влияние ОМ, причем ослабление в первом случае и усиление во втором примерно соответствовали собственному эффекту БДМ на поглощение рукавичками кислорода т.е. все названные агенты действовали независимо друг от друга.

Таким образом, замедление эксудации под влиянием БДМ не связано с нарушением внутриклеточного энергетического обмена и не может быть обусловлено со значительным дефицитом необходимой для сокращения миозина энергии. По-видимому, БДМ, будучи весьма специфическим ингибитором, избирательно инактивирует макромолекулы миозина, вследствие чего подавляется их АТФазная активность и способность к сокращению. Это согласуется с представлениями других авторов (Herrmann, Wray et al., 1992; Zhao, Naber, Cooke, 1995) о воздействии

БДМ на миозиновую головку, именно от которой зависит АТФазная активность и сократительная способность данного белка. Что же касается вызываемого БДМ некоторого снижения интенсивности дыхания, то оно может, в частности, зависеть от инактивирования миозина, содержащегося в митохондриях, однако сопрягающие мембраны при этом существенно не затрагиваются.

Обобщая все известные нами факты можно предположить, что участие миозина в создании корневого давления выражается в регулировании просветов водных каналов в плазмодесмах (открывание-закрывание); изменение указанных просветов вызывает ритмические микроколебания объемов как отдельных паренхим-ных клеток, так и всего симпласта в целом, т.е. ритмические микроколебания тур-горного давления, которые способствуют возникновению односторонвего водного тока. Именно таким образом можно представить себе участие контрактильных белков, в том числе и миозина, в создании корневого давления- путем генерирования его неосмотической составляющей.

ВЫВОДЫ

1) Впервые испытано воздействие специфического ингибитора контрактиль-ного белка миозина 2,3-бутандион-моноксима (БДМ) на водный обмен растений, а именно, на эксудацию отделенных корней этиолированных проростков кукурузы и полученных их них рукавичек с целью изучения природы корневого давления -нижнего концевого двигателя восходящего водного тока в растения (рукавичка представляет собой корень, лишенный центрального цилиндра, на месте которого образуется продолговатая пустая полость).

2) 2,3-бутандион-моноксим тормозит эксудацию рукавичек в большей степени, чем у целых корней (т.е. с неудаленным центральным цилиндром).

3) Под воздействием БДМ эксудация подавляется на фоне увеличения осмотического давления эксудата и гидравлической проводимости клеток, т.е. при условиях, когда, согласно осмотической концепции (в случае ей правомерности), эксудация должна была бы не замедляться, а, наоборот, увеличиваться.

4) Под воздействием БДМ значительно уменьшается температурный коэффициент (2 ю интенсивности эксудации, компенсационное давление и пеосмотиче-ская составляющая корневого давления, что сигнализирует о снижении вклада сложных метаболических процессов неосмотической природы в формирование движущей силы эксудации.

5) БДМ полностью снимает стимулирующее действие кальция (который «запускает» сокращение миозина) на эксудацию как целых корней, так и рукавичек; в

его присутствии эксудация тормозится в такой же самой степени, как будто в наружной среде находится только один БДМ, а кальция вовсе нет.

6) Полученные данные могут свидетельствовать о непосредственном участии миозина в создании неосмотической составляющей корневого давления.

7) Замедление эксудации под влиянием БДМ не связано с нарушением внутриклеточного энергетического обмена и со значительным дефицитом необходимой для сокращения миозина энергии.

8) Небольшое уменьшение интенсивности дыхания под воздействием БДМ может зависеть от инактивирования миозина, содержащегося в митохондриях; однако сопрягающие мембраны митохондрий при этом существенно не затрагиваются.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации:

1) Zholkevich V.N., Volkov V.S., Md. Talat Mahmud Methodical approaches to elucidation the rôle of cytockeletal components in water transport régulation in plants // Biological Motility: Modem Methods for studying. International Symposium. Push-chino. 1998.~P.f8J.

2) Талат Махмуд M., Монахова О.Ф., Жолкевич В.H. Участие миозина в создании корневого давления // Тезисы докладов IV съезда Общества физиологов растений. Москва, 4-9 октября 1999г. С.179.

3) Жолкевич В.Н., Мд. Талат Махмуд., Монахова О.Ф. Участие миозина в нагнетающей деятельности корня // Доклады Академии наук (в печати).

«

Мд. Талат Махмуд (Бангладеш)

"УЧАСТИЕ МИОЗИНА В СОЗДАНИИ КОРНЕВОГО ДАВЛЕНИЯ"

Впервые испытано воздействие специфического ингибитора миозина 2,3-бутандион-моноксима (БДМ) на эксудащио отделенных корней проростков Zea mays L. с целью выяснения природы корневого давления - нижнего концевого двигателя восходящего водного тока в растений. Показано, что БДМ тормозит эксуда-цию и снижает корневое давление. Он уменьшает температурный коэффициент Qm интенсивности эксудации и неосмотическую составляющую корневого давления, что сигнализирует об уменьшении вклада сложных метаболических процессов неосмотической природы в формирование движущей силы эксудации. БДМ полностью устраняет стимулирующее действие СаС1г на эксудацию (кальций, как известно, «запускает» сокращение миозина). Полученные данные могут свидетельствовать о непосредственном участии миозина в создании неосмотической составляющей корневого давления.

Md. Talat Mahmud (Bangladesh) "PARTICIPATION OF MYOSIN IN ROOT PRESSURE BUILD-UP"

Effect of 2.3-butanedione-monoxime (BDM, a specific inhibitor of myosin) on an exudation of detached roots of Zea mays L. seedlings was first tested in order to elucidate the nature of root pressure- a lower inducer of an uprising water flow in plants. It is shown, that BDM hinders the exudation and decreases the root pressure value. BDM also reduces the temperature coefficient Q10 of an exudation intensity and the nonosmotic constituent of root pressure. It signals a decrease of a contribution of complicated metabolic nonosmotic processes in exudation moving force assembling. BDM completely eliminates a stimulating effect of CaCl2 on exudation (it is known, that calcium induces myosin contraction). The data obtained may evidence an immediate participation of myosin in the nonosmotic constituent of root pressure build-up.