WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 58 |

Нектар цветков Ruta graveolens содержат набор кумариновых производных [Андон, Денисова, 1974]. Токсический гликозид арбутин определяет токсичность нектара багульника Ledum palustre (Ericaceae), а сапонины - каштана конского Aesculus hippocastanum [Baker, Baker, 1983]. Алкалоиды найдены в нектаре рыльца пестика табака Nicotiana sylvestris [Baker, Baker, 1983]. Помимо указанных соединений, в нектаре могут быть белки, например у табака Nicotiana найдены нектарины, специфические растворимые белки [Carter et al., 1999; Carter, Thornburg, 2000; 2003; 2004 b,c; Thornburg et al., 2003]. Они различаются по своему составу: нектарин - гермино-подобный белок с марганецсуперосиддисмутазной активностью, а нектарин III - бифункциональный фермент с свойствами монодегидроасорбат редуктазы и карбангидразы, тогда как нектарин V содержит флавин и как оксидаза окисляет глюкозу. В качестве защиты от патогенов в нектаре встречаются ферменты глюканаза и хитиназа [Gonzlez-Teuber et al., 2010].

Кроме того, флоральный нектар часто выделяет своеобразные ароматические вещества, что играет роль в привлечении насекомых для опыления и поедании растений травоядными животными. В частности, показано, что летучие соединения цветочного нектара Cactylanthus taylorii явно участвуют в процессах опыления, как аттрактанты опылителей [Ecroyd et al., 1995]. Например, терпеноид линалоол цветочных нектарников может участвовать в химических взаимодействиях растения с опылителями [Raguso, Pichersky, 1999]. Присутствие во флоральном нектаре фенолов служит биохимическим маркером сбора пыльцы с растений вереска, где эти соединения найдены в заметных количествах [Ferreres et al., 1996]. В нектаре найден и витамин С [Griebel, Hess, 1990].

Изменения общего метаболизма крахмала в нектарниках способны регулировать состав и выделение флорального нектара [Ren et al., 2007].

C использованием лазерного масс- спектрометрического микроанализатора изучен катионных состав нектара 20 видов растений [Heinrich, 1989]. Преобладающим катионом в нектаре являлись ионы К+ (35-74% от общего содержания катионов). Концентрации остальных катионов уменьшались в следующем порядке Na+ (в среднем 17,9%), Са2+(12,8%), Mg2+(5,9%), Al (4,6%), Fe2+(1,2%), Mn (O,8%). Ионы играют существенную роль в cекреции нектара [Kronestedt and Robards, 1987; Kronestedt-Robards et a1., 1989].

Количество Са2+ и Mg2+увеличивается на поздних стадиях секреции: Са2+ на 47% - с 18 до 26,46 мкг.г-1 сырой массы, Mg2+ нa 56% - с 8 до 12 мкг.г-1 сырой массы. Что касается K+, то особой разницы в его содержании на разных этапах секреции не обнаружено. Содержание ионов Na+ на поздней стадии увеличивалось с 30 до 38 мкг.г-1 сырой массы, что тоже не очень существенно [Kronestedt-Robards et al., 1989]. Кислотность нектара может быть разной - от очень кислого рH 3 у Silene alba (сем. Caryophyllaceae) до очень щелочного рH 10 у Viburnum costaricanum (сем. Caprifoliaceae) [Baker, Baker, 1983].

Различия в составе нектара и нектарников можно наблюдать и в неповрежденной ткани или отдельных клетках с использованием люминесцентной микроскопии и ее модификаций – микроспектрофлуориметрии и конфокальной микроскопии [Roshchina et al., 1998a; Roshchina, 2008]. Показано, что некоторые нектарники и нектар содержат флуоресцирующие органические компоненты, и различия в их составе отражаются в спектрах флуоресценции (Рис. 45). Эмиссия, возбуждаемая ультрафиолетовым светом, наблюдается в голубой или зеленой области спектра, и в отличие от собственно нектарников, нектар имеет более выраженные максимумы в обеих областях спектра.

Флоральный нектарник у Passiflora coerulea содержит нектар с определенным количеством фенолов, флуоресцирующих при возбуждении в ультрафиолете с двумя максимумами и 550 нм в зелено-желтой области спектра. В экстрафлоральных нектарниках (на листовых черешках) того же растения нектар флуоресцирует, главным образом в голубой области с максимумом 460-470 нм (возможно за счет терпеноидов), что указывает на иной состав компонентов секрета. Фенольные соединения флорального нектара могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, которые являются элементами защиты от атаки микробов [Carter, Thornburg, 2004a; Carter et al., 2007]. Нектарники могут продуцировать защитные вещества [Horneret al., 2007].

В зависимости от расположения и вида нектарников состав секрета может значительно изменяться. Это можно продемонстрировать на примере растения вигны Vigna unguiculata, у которого нектарники располагаются на листовых прилистниках и цветках (табл.6). Особенно большие различия наблюдаются в балансе между сахарами и другими органическими соединениями. В нектарниках прилистников более низкое отношение аминосоединения/сахара, чем в нектарниках цветков. В этих же структурах содержится существенно меньше органических кислот [Pate et al., 1985]. Состав сахаров нектара, как, Рис.45. Схематичный рисунок и спектры флуоресценции интактных клеток нектарников цветка (вверху слева) и листового черешка (вверху справа) у Passiflora coerulea.

Адаптировано по [Roshchina, 2008]. Стрелками показано расположение нектарников и нектара.

например, у растений рода Acacia, может значительно меняться в зависимости от погодных условий [Knox et al., 1986]. Продукция углеволов нектара и его состав значительно Таблица 6. Состав органических растворимых соединений нектара из нектарников листовых прилистников, цветков соцветий и флоэмного сока замороженных плодов Vigna unguicutata L. [Pate et al., 1985].



Вещество Концентрация в нектарнике или соке, мг. мл-прилистников Соцветий флоэмном соке Всего сахаро 550—660 500—630 190—Сахароза 127-244 100—271 180—Глюкоза 170-352 145-252 5,7—6,Фруктоза 170—354 145—252 3,4—4,Аминокислоты 0,05-0,10 12,5—17,0 16,6—33,Уреиды - - 0,01-0,Органические кислоты 10—57 36—188 9—Примечание. (—) - не определялось.

варьируют в зависимости от строения нектарников и их локализации в индивидуальных цветках [Davis et al., 1998].

Источником сахаров для образования нектара лишь в небольшой степени являются резервы самой секретирующей клетки. Большая часть поступает из потока ассимилятов по ситовидным трубкам. Основную роль в таком движении, как полагают [Васильев, 1977;

Зауралов, 1985], играет симпластический транспорт — передвижение по цитоплазме и плазмодесмам. Однако, в основном, склонны считать [Курсанов, 1976], что движение идет преимущественно по апопласту — межмицеллярным и межфибриллярным пространствам клеточных стенок, которые представляют меньше препятствий для движения.

Опыты с введением в среду 14С-сахаров показали, что основным транспортируемым сахаром является сахароза, иногда с небольшим гидролизом на конечной стадии секреции [Nicol, Hall, 1988] Однако у представителей сем. Rosaceae, как показали Белецки и Редгвелл [Bileski, Radgwell, 1980] основным транспортируемым углеводом при ceкреции нектара является сорбитол.

В нектарниках идет превращение углеводов в нектар определенного состава, характерного для данного вида [Schnepf 1974; Зауралов, 1985]. Выделившийся нектар не идентичен флоэмному соку. Сравнение состава флоэмного сока и нектара (см. табл.6) показывает, что нектар содержит гораздо больше сахаров и меньше азотистых веществ, чем флоэмный сок. Таким образом, по мере продвижения сока флоэмы и превращения его в нектар происходит избирательное удерживание азотистых компонентов и метаболическое превращение сахаров [Pate et al., 1985].

Транспорт нектара. Предполагаемая модель транспорта и выделения нектара секреторными волосками канатника Abutilon striatum (сем. Malvaceae) представлена на Рис.46. Каждый трихом покрыт эпидермисом и состоит из клетки ножки (5), промежуточных клеток (3 и 4), транспортирующих преднектар, и клетки головки (2).

Первым этапом транспорта нектара служит выход флоэмного сока из ситовидных трубок.

Дальнейший транспорт возможен как по симпласту через плазмодесмы (7), так и по клеточным стенкам - апопласту (7). Робардсу и Старку [Robards, Stark, 1988] методом электронной микроскопии и техникой замораживания-скалывания удалось показать существование в клетках секретирующего волоска стабильной внутриклеточной мембранной системы, называемой секреторным ретикулюмом (8 и 9). Эта мембранная система тесно связана с плазмалеммой. Наполнение секреторного ретикулюма ceкрeтом ведет к повышению гидростатического давления, что, как полагают, происходит за счет гидролиза сахарозы, основного транспортного сахара, до глюкозы и фруктозы.

Рис.46. Движение нектара по секреторному волоску. Адаптировано по Робертсу и Старку [Robards, Stark, 1988]. 1- капля секрета. 2- клетка головки. 3-6 – клетки ножки, по которой к клетке головки идет преднектар и затем нектар. 7 - отдельная клетка, в которой есть секреторный ретикулюм (целая клетка и отдельный участок апопласта между клеточной стенкой и плазмалеммой). 8 и 9 - секреторный ретикулюм и 10 – его мембрана, примыкающая к плазмалемме. 11 – плазмалемма. 12 – клеточная стенка.

В свою очередь это ведет к открыванию предполагаемых ”сфинктеров” в месте контакта цистерны сеиретируемого ретикулюма и плазмалеммы, которые открываются наружу, и таким образом секрет попадает в апопласт. Выделение нектара происходит через верхушечную клетку (головку), при этом нектар преодолевает плазмалемму и клеточную оболочку.

Механизм мембранного транспорта при секреции неясен. Возможно, что секретируемые сахара передвигаются в фосфорилированной форме. В качестве механизма выделения нектара из верхней клетки трихома рассматривается экринная секреция. В случае Abutilon возможно участие механизма котранспорта (совместный транспорт) системы Н+ - caxар [Robards, Stark, 1988]. Предполагается и участие гранулокриновой секреции. Нектар сначала аккумулируется в эндоплазматическом ретикулюме, а затем в отпочковавшихся от него везикулах транспортируется через наружную цитоплазматическую мембрану путем экзоцитоза [Fahn, 1979; Зауралов, 1985; Robards, Stark, 1986]. Имеются данные и о том, что в различных железах могут работать разные механизмы секреции нектара.

Пройдя плазмалемму, нектар выделяется через клеточную оболочку. Считается, что она легко проницаема. Но на ее поверхности есть кутикула. Растворенные сахара могут через нее просачиваться, если в кутикуле есть поры [Fahn, 1979]. У родов Citrus, Ruta и Vinca rosea нектар выделяется через устьица [Jeffгее, 1986]. Если же толстая кутикула не имеет пор, то нектар накапливается между кутикулой и оболочкой в так называемом субкутикулярном пространстве и, разрывая кутикулу, выходит на поверхность. У австралийских видов Acacia кутикула на поверхности нектарников не имеет видимых пор и разрывов, но очень тонка (менее 1,6 мкм) и имеет дискретные зоны высокой и низкой электронной плотности [Knox et al., 1986]. Возможно, что через эти полупроницаемые участки диффундирует нектар, формируя капли на поверхности железы.

Продолжительность периода секреции нектара разная. Экстрафлоральные нектарники молодых деревьев австралийских видов Acacia могут секретировать весь год, особенно в условиях вегетационного домика [Knox et al., 1986]. Однако взрослые деревья резко увеличивают продукцию нектара во время цветения осенью. В этот период каждый нектарник может выделять до 15 мкл в день и не меньше 3,5 мкл нектара. Максимальное количество нектара у разных растений секретируется в разное время суток. Наиболее интенсивная секреция у лимона Citrus limon [Fahn, 1979] и австралийских видов Acacia [Knox et al., 1986] приходится на утренние часы, у настурции Tropaeolum majus наблюдается в полдень и вечером [Fahn, 1979]. Скорость выделения нектара довольно высока. За 2—3 дня нектарники банана Musa выделяют 1—2 мл приблизительно 32%-го раствора сахара, или 25-50 мкмоль/ч на цветок. Для сравнения приводим скорость выделения глюкозы из запасающих эпидермальных клеток лука Allium L. В раствор, не содержащий сахара. По данным Люттге и Хигинботам [Люттге, Хигинботам, 1984], она составляет всего 10 нмоль/час см2. У Vaccinium myrtillus L. [Pahlke, 1989] скорость выделения нектара цветками на единицу площади составляла 1,34-0,68 г м-2 в сутки, а на один цветок в зависимости от возраста цветка 0,66-2,7 мг в сутки. За весь период цветения (14 дней) цветками образуется 6,45-3,2 г м-2 нектара. У Acacia terminalis наибольшее количество нектара у цветущих растений достигает 15 мкл в день на 1 нектарник. При дожде количество секретируемого нектара увеличивается, туман такого действия не оказывает [Knox et al., 1985]. При выделении нектара концентрация и состав сахаров в нем может изменяться. Так при 20o С цветки Strelitzia reginae выделяли нектар со скоростью до 5 мг/ч сахара в течение 7 суток. В начальный период концентрация сахара достигала 25%, а в конце секреции менее 10% [Kronestedt-Robards et al., 1989]. В этом же растении в начале секреции количество глюкозы и фруктозы секретируется меньше, чем сахарозы, а затем, наоборот до окончания секреции. При этом отмечен постоянный уровень (на 1 г.

сырой массы) К -30 мкг и Na -150 мкг и возрастание уровня Са -47 и Mg -56 к концу периода секреции [Kronestedt-Robards, 1989].

Таблица 7. Эффект концентрации сахарозы в культуральной среде на секрецию нектара экстрафлоральными нектарниками клешевины Ricinus communis за 24 чaca (Nichol, Hall, 1988).

Изолированные нектарники в растворе сахарозы, Интактные моль.м-3 нектарники 0 50 100 200 400 Объем 0,5 0,7 1,0 1,2 1,2 0, нектара (мм3) Общее кол-во 0,27 0,25 0,48 0, 68, 0,82 0,95 1,Сахара, мкмоль Состав нектара, мкмоль Фруктоза 0,11 0,10 0,20 0,28 0,34 0,39 0,Глюкоза 0,11,0, 12 0,19 0, 29 0,31 0,39 0,Сахароза 0,05 0,03 0,09 0,11 0,17 0,17 0, Интенсивность выделения нектара зависит от концентрации сахара, притекающего в нектарники [Pacini, Nepi. 2007]. Это было показано [Nichol, Hall, 1988] в модельных опытах с изолированными экстрафлоральными нектарниками клещевины Ricinus communis. В искусственной культуральной среде поддерживали секрецию изолированных нектарников (табл.7) только те сахара, которые содержит нектар (сахароза, фруктоза и глюкоза). Другие сахара не поддерживали секрецию. Выход нектара зависел от концентрации сахаров в культуральной среде.

Геном и нектарообразование. Прослеживается связь нектарообразования с геномом. В зависимости от плоидности растений существует определенная вариабельность в строении нектарников и их функции [Davis et al., 1996]. Генетическая связь существует и между размером цветка и объемом нектара [Galliot et al., 2006a], а также процессом нектарообразования и привлечением определенных опылителей у петунии [Galliot et al., 2006 b].

Особое значение приобретают генетические исследования путей синтеза нектара [Ge et al., 2000], в том числе с применением таких модельных систем как арабидопсис Arabidopsis thaliana, у которого удобно изучать экспрессию различных генов на мутантах [Kram, Carter, 2009]. Так у этого объекта обнаружен ген, кодирующий синтез инвертазы, найденной в клеточной стенке и необходимой для образования нектара [Ruhlmann et al., 2009]. Установлен ген, кодирующий GDSL липазу, секретируемую в составе нектара Jacaranda mimosifolia [Kram et al, 2008]. Кроме того, исследованы транскриптосомы - совокупность генов, кодирующих компоненты флорального нектара [Kram et al., 2009].

Нектарники табака Nicotiana экспрессируют гены, кодирующие синтез специфических белков нетара - нектаринов, и эта эспрессия регулируется многочисленными промотерами [Carter, Thornburg, 2003].

Как синтез нектара, так и его секреция являются активными процессами, для которых необходима энергия клеточного метаболизма. Поставляет энергию в виде АТР окислительное фосфорилирование. Этому способствует наличие большого количества митохондрий в секреторных клетках с хорошо развитыми кристами. В связи с этим интересно сообщение О. А. Зауралова и др. [1986] о том, что в нектарниках тыквы Cucurbita pepo содержится больше фосфорных соединений, чем в других тканях растений.

Кроме того, максимум содержания фосфатов совпадает с периодом усиленной секреции нектара, что объясняется использованием фосфатов в процессах дыхания и транспорта сахаров через мембраны. Фермент АТФ-аза, необходимый для расщепления АТФ при активной секреции локализуется в эпидермисе, то есть на конечном этапе ceкреции [Nichol, Hall, 1988]. Как энергозависимый процесс секреция подавляется низкой температурой, анаэробиозом и ингибиторами дыхания (2,4 динитрофенол, фторид натрия и флоридзин) на 30-95% [Nichol, Hall, 1988].

Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 58 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.