WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 14 | 15 || 17 | 18 |   ...   | 58 |

алюминием [Horst et al., 1982], свинцом, медью, кадмием и цинком [Mench et al., 1978]. Но слизь связывает также необходимые микроэлементы, такие, как железо и марганец [Jauregesi, Reisenauer, 1982], и таким образом может осложнять минеральное питание растений. О способности слизей связывать минеральные элементы свидетельствуют также опыты [Mench et al., 1987], в которых из корневого экссудата Zea mays была выделена высокомолекулярная фракция > 1 000 Да, состоящая в основном из белка и гликопротеидов. Эта фракция была способна связывать металлы в следующей последовательности: Pb>Cu>Cd>Zn. Возможно, что существует несколько механизмов связывания металлов: адсорбция, образование комплексов или хелатов и др. [Mench et a!., 1987]. Более детально биологическая роль слизей, секретируемых корнями, и их основные свойства рассмотрены в обзоре [Rougier, Chaboud, 1985].

Сахара находят не только в слизи, но и в железистых волосках, например Oацилсахара в трихомах листьев Nicotiana attenuata, которыми питаются гусеницы [Weinhold.and Baldwin, 2011]. Сложные эфиры сахаров, например, такие как 6-0Ацил,2,3,4-три-0-ацил--D-глюкопиранозил--D-фруктофуранозид (см. формулу ниже) найдены и в железистых трихомах Nicotiana tabacum, где они встречаются вместе с терпеноидами (см. раздел 3.9) [Severson et al., 1985; Kandra, Wagner, 1988]. Предполагают [Weinhold.and Baldwin, 2011], что эти соединения являются компонентами защиты растения от поедания гусеницами. В систему защитных органов включают и железистые волоски B-типа дикого картофеля Solanum berthaltii Hawkes, которые содержат различные эфиры сахарозы [King et al., 1986;1987].

Чашечка цветка Ipomoea cairica (Convolvulaceae) имеет трихомы, продуцирующие кислые полисахариды [Paiva and Martins, 2011]. Поверхность растения, покрытая этим секретом весьма гигроскопична, поэтому предполагают, что выделение полисахаридов вместе с белками предохраняет клетки от высыхания.

3.5. СЕКРЕЦИЯ ПРОТЕИНОВ Секреция белков — довольно распространенное явление в растительном мире [Lttge,1971]. Они выделяются многими клетками, как специализированными, так и неспециализированными. В качестве наиболее яркого примера обычно рассматривается секреция белков-ферментов пищеварительными железками насекомоядных растений. Эти железки даже специально выделены для исследований из насекомоядного вида Nepenthes для исследования их химического состава [Rottloff et al., 2009].

Приспособления для дополнительного питания животной пищей имеют около видов растений [Fahn, 1979; Juniper et al., 1989; Richards, 2001]. Лучше других изучены особенности строения представителей семейства Utriculariaceae. А. Л. Тамариным [1986] описана тонкая структура ловчих пузырьков Utricularia vulgaris. Приспособления для ловли и переваривания насекомых у этого растения представляют собой мелкие пузырьки, которые располагаются в количестве 60—70 штук на рассеченных на нитевидные доли листьях. Трихомы в ловчих пузырьках представлены десятью видами, среди которых находятся рецепторные, секреторные и всасывающие. Пищеварительные железки по виду напоминают эфиромасляные секреторные клетки (см. 3.6), а по внутренней структуре — секретирующие белок животные клетки. Они выделяют рибонуклеазу, липазу, эстеразу, кислую фосфатазу и огромное количество протеиназ [Fahn, 1979]. Гидролитические ферменты выделяются на поверхность листьев только после попадания на него насекомых.

Слизь включает ферменты трипсин, пепсин и холинэстеразу [Juniper et al., 1989; Roshchina and Semenova, 1995; Roshchina, 2008].

До этого ферменты синтезируются в секреторных клетках головки пищеварительной железки и накапливаются в большом количестве в периплазматическом пространстве и вакуолях. Ультраструктуре и общей анатомии секреторных структур у насекомоядных видов Pinguicula vulgaris, Drosera и Aldrovanda vesiculosa уделено большое внимание в работах ряда ученых [Васильев, Муравник, 1986; Vasilyev, Muravnik, 1988 a, b; Муравник, 1988; 1991; 2000; Муравник и др., 1995].

Появление насекомого в ловушке служит сигналом к началу экскреции белковой слизи из пищеварительной железы. Причем здесь играет роль не столько механическое раздражение, ибо капли дождя не вызывают экскреторного процесса, а скорее всего химическое, за счет азотистых органических веществ, выделяемых самими насекомыми.

Например, под влиянием такого стимула (добавления в жидкость покоящейся ловушки нуклеиновых кислот, белков и аммиачных солей) у насекомоядного растения саррацении Sarracenia purpurea, наблюдаются экспрессия протеаз, активность нуклеаз, РНК-аз и фосфатаз [Gallie and Chang, 1997]. Причем у молодых ловушек растения экспрессия гидролаз под влиянием раскрытия ловушки может развиваться в течение нескольких дней.

Воспринимают сигнал особые сенсорные клетки или сенсорные волоски, в которых генерируется потенциал действия, передаваемый от клетки к клетке [Volkov et al., 2009;

2011]. Подобный потенциал действия вызывает тигмонастические движения - скручивание или закрывание листа-ловушки у Dionaea и Drosera [Williams, Spanswick,1976; Bentrup, 1979]. Механизм явления - такой же, как и при возбуждении потенциала действия у животных - деполяризация мембраны (у Dionaea с амплитудой до 120 мВ) за счет изменения ионной проницаемости [Williams, Spanswick,1976]. Образование потенциала действия происходит за 2-3 минуты, и он распространяется в течение 12 минут. Часто, кроме триггерных волосков, у насекомоядных растений есть еще и привлекающие насекомых нектар-секретирующие железки, которые развиваются раньше, чем начинается секреция ферментов [Bentrup, 1979]. Роль электрических явлений в движениях ловчих систем у различных насекомоядных в последние годы активно изучается в ряде лабораторий [Volkov et al., 2009; 2010].



Электронно-микроскопический анализ железок листа Pinguicula vulgaris, также относящихся к семейству пузырчатковых (Utriculariaceae), проведенный А.Е. Васильевым и Л.Е. Муравник [1986], показал, что при переходе к синтезу и секреции гидролитических ферментов в секреторных клетках пищеварительных железок наблюдаются цитологические изменения. Возрастает объем гранулярного эндоплазматического ретикулюма, тогда как плотность распределения свободных рибосом не увеличивается.

Авторы полагают, что синтез гидролаз локализован на мембраносвязанных рибосомах и транспорт их к местам хранения может происходить как с участием, так и без участия аппарата Гольджи. Обстоятельный обзор о строении и функциях железистых волосков, связанных с ловчими пузырьками, приводит Файнеран [Fineran, 1985].

Другим примером клеток, секретирующих ферменты в процессе развития и эмбриогенезе, могут служить структуры семян [van Engelen, De Vries, 1992; Couto et al.,1994], в частности клетки алейронового слоя зерновок. При прорастании они синтезируют и секретируют в запасающие клетки эндосперма гидролитические ферменты амилазу, протеазу, фосфатазу, гликозидазу, РНКа-зу и др. Более детально изучен синтез и секреция -амилазы. Гистохимические эксперименты [Akazawa, Hara-Nishimura, 1985] показали, что изоэнзимы -амилазы образуются не только в алейроновом слое, но и в щитке, в котором определяются на более ранней стадии развития. Однако амилаза, синтезированная в щитке, составляет только 5—10% общей амилазы, секретируемой в эндосперм, а большая часть образуется в самом алейроновом слое [Akazawa, HaraNishimura, 1985]. С использованием меченного золотом антитела против -амилазы показано участие аппарата Гольджи в секреции -амилазы из алейроновых клеток [Gubler et al., 1986]. В результате секреции ферментов в эндосперм запасные вещества переходят в усвояемое состояние. Растворимые продукты гидролиза поглощаются шитком зародыша и расходуются на его рост [Васильев, 1977].

Фитогормоны, по-видимому, могут регулировать секрецию гидролитических ферментов. Инкубация изолированного алейронового слоя с гиббереллиновой кислотой (10-7М) вызывает синтез гидролитических ферментов и их секрецию. Полагают [Brown, Brodl, 1988], что гиббереллин управляет синтезом и секрецией этих белков в семенах ячменя Hordeum на уровне транскрипции. Абсцизовая кислота в этом процессе является антагонистом гиббереллина. Из других факторов существенное влияние оказывает тепловой шок, который вызывает прекращение синтеза секреторных белков и их секреции из алейронового слоя из-за диссоциации ламелл эндоплазматического ретикулюма и блокирования ассоциации -амилазной мРНК в полисомах, связанных с эндоплазматическим ратикулюмом [Brown, Brodl, 1988].

Cекреция протеинов осуществляется и рыльцем пестика в процессах подготовки восприятия пыльцы, необходимой для оплодотворения. Поверхность рыльца покрыта железистым эпидермисом с богатыми цитоплазмой клетками, которые часто имеют форму сосочков и покрыты кутикулой (Рис.49). Измерение проницаемости [Reger, 1989] показало, что верхушка папиллы (сосочка) хорошо проницаема для секрета, а многочисленные разрывы кутикулы, возможно, служат для выделения поверхностного секрета и воды для смачивания пыльцы. В зависимости от состава эксудата различают рыльца с липофильным и гидрофильным секретом. Полагают [Dumas et al., 1988], что секреция липофильных соединений осуществляется по типу голокринной секреции, например, как у форзиции Forsythia (сем. Oleraceae). Гидрофильный секрет выделяется по типу гранулокринной секреции, как у Aptenia cordifolia. Часто экссудат рыльца пестика содержит флуоресцирующие соединения – терпеноиды и фенолы [Roshchina, 2008].

Несмотря на разнообразие химического состава у растений разных видов основным веществом секрета рыльца являются белки. По химическому составу Рис.49. Экскреция секрета пестиками. Слева. Стереомикроскопия рыльца пестика тюльпанаTulipa sp. Адаптировано по [Roshchina et al., 2012]. 1а –общий вид, 1b и 1c -Сосочки с прозрачным и желтым секретом Справа. Электронная микроскопия разреза пестика Nicotiana tabacum.

Адаптировано по [Cresti et al., 1986]. 1 – Молодое рыльце с межклетниками в железистой зоне, наполненной экссудатом х 85, 2 - Папилла – сосочек на поверхности рыльца выходит из железистой ткани х 3400 (Электронная микроскопия), 3 – зрелая опыленная поверхность рыльца с экссудатом х белковые вещества секрета рыльца пестика, по-видимому, отличаются от внутриклеточных белков. Во всяком случае, сравнение [Reger, 1989] обоих этих белков у Pennisetum americanum, проведенные методом электрофокусирования при электрофорезе в полиакриламидном геле показало их существенные различия. Одна из фракций белка пелликулы (белковая пленка на поверхности рыльца) является гликопротеидом с молекулярной массой 180-200 кДа. Этот белок - основной компонент секрета играет какую-то роль в раннем узнавании пыльцы, когда она контактирует с белковой пелликулой. В обзоре Думаса с соавторами [Dumas et ai., 1988] развиваются представления о том, что железистые клетки рыльца пестика имеют специализированные рецепторы, способные узнавать пыльцу, соответствующую его генотипу. Во время внутривидового скрещивания рыльце пестика покрытосеменных растений различает пыльцу другого вида и отторгает ее, поддерживая видовую стабильность. Напротив, при межвидовом скрещивании собственная пыльца отторгается и принуждает растение к неродственному скрещиванию, характеризует феномен самонесовместимости пыльцы. Рецепторными белками являются s- гликопротеины, найденные на поверхности рыльца, но не в столбике или вегетативной ткани [Nasrullah et al., 1985]. Их молекулярное взаимодействие с идентичными или комплементарными s-белковыми молекулами, находящимися в пыльцевых зернах, по-видимому, лежит в основе узнавания пыльцы.





Экссудат рыльца пестика обладает чрезвычайно высокой биологической активностью. В нем обнаруживается эстеразная, в том числе и холинэстеразная активности [Bednarska, Tretyn, 1989]. Белок со свойствами эстеразы - гликопротеид с молекулярной массой 180000 - 200000 Да был найден в составе секрета пестика Pennisetum americanum [Reger, 1989]. В выделениях пестика найдены также АТФазы, нуклеазы, главные компоненты мессенджерной системы циклического АМФ. У ряда растений, например, у кукурузы обнаружено выделение нуклеазы в первые минуты контакта с пыльцой в жидкой среде, и это вызывает полную деградацию экзогенной ДНК. Нуклеазы могут диффундировать не только из пестика, но и из пыльцы. У кукурузы это происходит одновременно и из рыльца пестика и из пыльцы [Dumas et al., 1989].

Железистые ткани пестика в иных случаях выделяют секрет более сложного состава.

В экссудатах рыльца Citrus limon, кроме белков, обнаружены липиды, полисахариды, гликопротеиды, аминокислоты, фенолы, алкалоиды [Tiezzi et al., 1983]. Этому же вопросу посвящены исследования Кандасами [Kandasamy, 1986]. Анализ состава экссудата на разных стадиях развития Cyamopsis tetragonoloba показал, что по мере созревания рыльца количество общих растворимых белков возрастало, увеличивалось также содержание общих и растворимых cахаров. В экссудате обнаружены липиды, свободные жирные кислоты, аминокислоты, фенолы. Среди фенольных соединений преобладала р-кумаровая кислота.

По мере созревания рыльца состав секрета изменяется [Heslop-Harrison J., HeslopHarrison Y., 1985]. Зрелое рыльце Oenothera organensis покрыто секретом, представляющим собой эмульсию, непрерывная фаза которой — липиды (68— 75%), а дисперсная фаза — вода с полисахаридами, главным образом пектиновыми веществами, глюкозой, небольшим количеством сахарозы. Созревающее рыльце сначала имеет кратковременную фазу секреции белков, затем происходит секреция липидов. В последнюю очередь выделяются полисахариды, и рыльце становится восприимчивым к пыльце. В секреторных клетках измерена средняя скорость выделения секрета. Одна клетка поверхности рыльца за 1 час выделяет столько секрета, что он покрывает площадь 109 мкм2 [Heslop-Harrison J., Heslop-Harrison Y., 1985].

Секреция белка осуществляется и пыльцевыми зернами. Гидратация пыльцы, наступающая вслед за её контактом с сосочками рыльца, сопровождается выделением различных белков в течение первого часа. Пик выделения белков у табака крылатого Nicotiana alata наблюдается через 15-20 мин [Шпилевая, Ильченко, 1984]. Секреция белков продолжается и во время роста пыльцевых трубок, для которых этот процесс имеет значение для взаимоотношений с тканями пестика. Благодаря секреции белков вокруг пыльцевой трубки создается специфическая микросреда, способствующая ее росту.

Выделение химических веществ пыльцой является важнейшим аспектом процесса оплодотворения. Например, фермент холинэстераза выделяется пыльцой гиппеструма при прорастании и участвует в механизме узнавания пыльцы пестиком [Roshchina, Melnikova, 1998; Рощина, 1999]. При попадании секреторных молекул из пыльцы на рыльце пестика появляется отрицательный потенциал действия. На рыльце пестика, например, Lilium martagon такой сигнал (-30 мВ) появляется очень быстро в течение 3-17 минут, после чего цветок быстро закрывается, что является показателем окончания оплодотворения [Sinyukhin, Britikov, 1967].

Секрецию белка чаще всего в виде гликопротеидов могут осуществлять и железки обычных листьев. Это явление довольно широко распространено у растений, например, у железок тополя Populus suaveolens, Populus deltoides, ивы Salix sp. и скополии Scopolia stramonifolia [Васильев, 1977]. Для железистых клеток этих растений характерна высокоспециализированная структура. Они не содержат крупных вакуолей, вследствие чего цитоплазма выглядит плотной, в ней сильно развит гранулярный ретикулюм и аппарат Гольджи. Железки исследованных растений приобретали структуру клеток, секретирующих белок лишь на определенном этапе развития листа, до этого они выглядели как терпеногенные клетки. Считают [Васильев, 1977], что в онтогенезе листа происходит смена функций железок от секреции терпеноидов к секреции белка. Таким образом, значение секреции белков многообразно — от пищеварительной функции насекомоядных растений и гидролиза веществ запаса семени, при котором эти вещества переходят в удобную для питания зародыша форму, - до участия в узнавании и ориентации пыльцы на рыльце пестика.

В последние годы особое внимание уделяется выделению белков, так называемых филлопланинов (phylloplanins от английского слова phylloplane = листовая поверхность).

Такие белки находят на поверхности листьев рядом с трихомами или прямо на трихомах растений рода Nicotiana [Shepherd et al., 2005]. Полагают, что филлопланины участвуют во взаимодействии растение-насекомое и служат для защиты от поедания листьев.

Выделение белков в слизи свойственно и поверхности корней [Скворцов, 1994].

Лектин и разнообразные ферменты (пероксидазы, эстеразы), выделяемые экссудатами корней, могут индуцировать развитие клубеньковых бактерий в ризосфере [Jones and Robinson, 1989].

Pages:     | 1 |   ...   | 14 | 15 || 17 | 18 |   ...   | 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.