WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 29 | 30 || 32 | 33 |   ...   | 58 |

Другой участок повреждения мембран — белковые компоненты, образующие рецепторные, каталитические и другие комплексы. Как следствие неблагоприятного действия разных факторов могут происходить изменения активности ферментной системы, участвующей в реакциях энергообмена и метаболизма, и рецепторов, регулирующих ионную проницаемость мембран. Одним из чувствительнейших к повреждению процессов является фосфорилирование. Понижение уровня АТР в клетке, в свою очередь, нарушает барьерную функцию мембран. Повреждение растительной клетки в конечном счете приводит к изменениям метаболических процессов, а так как они взаимосвязаны, то реакции, не относящиеся к повреждению, скорее исключение, чем правило.

Повреждение мембран наблюдается при отклонении (повышение или понижение) от оптимальной температуры, что приводит к увеличению выхода органических веществ из живых клеток. В опытах П. С. Беликова и Т.В. Кирилловой [1958] экзоосмос органических соединений из чешуи лука и листьев элодеи повышался при температурах 35—45 ° по сравнению с 17—20 °. Аналогичный эффект был получен при пониженной температуре (5— 10°) на корнях кубышки Nuphar luteum и огурца Cucumis sativus [Беликов, Кириллова, 1958].

Повышение проницаемости мембран отмечено в гипертонических растворах, что обусловлено в первую очередь вымыванием катионов Са2+ и Mg2+, стабилизирующих проницаемость мембран. Добавление солей магния и кальция к дистиллированной воде (5x10-4 М) уменьшает выделение как органических, так и неорганических соединений [Беликов, Кириллова, 1958]. Нарушение проницаемости мембран происходит и при взаимодействии растений с патогенными грибами и микроорганизмами, которые вырабатывают токсины [Озерецковская, 1979]. Механизм действия этих веществ во многих случаях неясен. Изменения проницаемости наступают при многих других воздействиях, например действии загрязнителей окружающей среды [Shmidt,C., Ziegler, H.1991]. В конечном итоге изменяется метаболизм всего растения, будь то действие низких или высоких температур, пестицидов или других факторов [Dure, 1984].

6.2. СТРЕССОВЫЕ МЕТАБОЛИТЫ В результате процессов, вызванных повреждением и отмиранием клеток, в растениях образуются летучие и нелетучие соединения, которые относят к веществам стресса.

Несмотря на достигнутые успехи, все еще мало работ, посвященных химической природе и механизмам возникновения веществ, выделяющихся при ранении и повреждении растений.

Приводим сведения, полученные к настоящему времени.

6.2.1. Этилен Выделение этилена растениями как реакция на различные абиогенные и биогенные стрессы — широко распространенное явление. Этилен является фитогормоном, который образуется нормально функционирующей растительной тканью (см. 2.2.2. и 4.3.1.). Однако при некоторых экстремальных воздействиях продукция этилена возрастает.

Влияние механического повреждения на интенсивность образования этилена в листовых пластинках мятлика лугового Poa pratensis L. исследовали Колеман с сотр, [Coleman et al., 1987]. Пик увеличения активности АЦК-синтетазы после такого воздействия был обнаружен через I час, интенсивности образования этилена - через 2 часа, а содержания 1-аминоциклопропан -I-карбоновой кислоты (АЦК) - через 3 часа. При старении цветки петунии Petunia hybrida обычно выделяют этилен, и этот процесс активируется, если рыльце цветка поранить [Whitehead et al., 1984].

Этилен, как полагают [Corbineau et al., 1990], является индикатором повреждения холодом у масличной пальмы Elaeis guineensis Jacq. После потепления у данного вида растения обнаруживается повышенное содержание этого газа.

Подобно механическому повреждению не менее сильное воздействие на скорость выделения этилена оказывала -радиация [Larrigaudiere et al., 1990]. Эмиссия газа под её влиянием уже через 15 мин. увеличивалась с 0,3 нмоль/г сырой массы час (необработанные плоды томатов) до 2 нмолъ/г сырой массы час в результате стимуляции АЦК-синтетазы.

-Однако в дозах >1 килогрея (1000 джоуль кг ) активность фермента блокируется [Larrigaudiere et al., 1990].

Продукция этилена возрастает и при нарушении газового режима ткани. При затоплении дефицит О2 стимулирует синтез этилена. Так Танг и Козловский [Tang, Kozlowski, 1984] наблюдали, что в проростках вяза американского Ulmus americana, ясеня пушистого Fraxinus pennsylvanica, эвкалипта Eucalyptus camaldnisis и других растений содержание этилена достигало 0,4—6,0—20 нмоль/г сухой массы, в то время, как в незатопленных - всего 0,2—0,3 нмоль/г сухой массы. Аналогичные явления наблюдались в коре стебля подсолнечника Helianthus annuus, томата Lycopersicon esculentum и фасоли Phaseolus vulgaris, где затопление стимулировало образование этилена, который, в свою очередь, увеличивал целлюлазную активность и образование аэренхимы [Kawase, 1981].

Образование этилена стимулируется повышением концентрации СО2 в воздухе, окружающем растение. При этом ускоряется синтез и увеличивается активность этиленобразующих ферментов, ускоряя превращение 1-аминоциклопропан-1карбоксильной кислоты (АЦК) в этилен в листовых дисках табака Nicotiana tabacum [Philosoph-Hadas et al., 1986]. Это же было подтверждено опытами на осевых органах дурнишника Xanthium pennsylvanicum [Esashi et al., 1986]. Максимальное увеличение и превращение АЦК в этилен наблюдалось при концентрации СО2 до 10% (в зависимости от содержания О2 в атмосфере). В набухающих семенах этого же растения углекислый газ увеличивал образование этилена, действуя на двух стадиях биосинтеза: на стадии образования АЦК и на стадии превращения АЦК в этилен.



Нарушение минерального питания такие является одной из причин выделения стрессового этилена. Повышение концентрации нитратов до 11,5-9,2 м экв.л-1 увеличивает газоэкcкрецию этилена корневыми системами [Ligero et al., 1987].

Одно из ранних событий при внедрении патогена в растение - быстрое увеличение синтеза этилена. Например при заражении Bipolaris sorokiniana мятлика лугового Pоа pratensis L. отмечается повышение интенсивности синтеза этилена, увеличение активности АЦК-синтазы и накопление АЦК [Coleman et al., 1987]. Этилен как газообразный стрессовый гормон может быть сигналом для активирования защитных механизмов растения на внедрение патогена. Полагают [Ecker, Davis, 1987], что он оказывает регулирующее действие на гены, контролирующие синтез L - фенилаланин аммоний-лиазы (КФ 4.3.1.5.) и 4 - кумарат КоА лигазы (КФ 6.2.I.I2), ферменты фенилпропанового пути;

гена, кодирующий халконсинтазу, фермент флавоноидного гликозидного пути; гены, кодирующие ферменты синтеза гликопротеина - главного белкового компонента стенок клетки.

К газам, вызывающим появление стрессового этилена, относится озон, и синтез этилена зависит от степени повреждения растения этим газом. Положительный эффект наблюдался при нахождении растения в течение 2 ч в воздухе, содержащем всего 25х10-6% озона [Craker, 1971]. В условиях теплицы обработка озоном (588 мкг/м3) в течение 3 ч также стимулировала образование С2Н4 [Pell, Puente, 1986]. Считают, что основной путь выделения этилена из листа в стрессовых условиях связан с его диффузией через устьица.

Это убедительно было показано в опытах [Rodecar, Tingey, 1986] с растениями сои Glycine soja, томатов Lycopersicon esculentum, эвкалиптов Eucalyptus и плюща Hedera helix, которые выдерживали в камере с 0,75—0,95 мкл/л озона Оз. Усиление выделения этилена происходило с обеих поверхностей листа (у сои в 5 раз, у томата в 6,3 раза). У плюща выход этилена возрастал в 3,8 раза, у эвкалипта — в 3,6 раза, причем только с нижней стороны, где у этих растений располагаются устьица.

Выделение этилена увеличивалось и в ответ на повышение до 3 мкл/л концентрации сернистого газа в воздухе [Kimnerer, Kozlowski, 1982]. Такое же явление происходило при обработке растений дустом, кадмием, хлором, при воздействии автомобильных выбросов [Kimmerer, Kozlowski, 1982] и искусственного кислого дождя с рН 2,8—5,6 в течение 1 ч в условиях теплицы [Pell, Puente, 1986]. Следовательно, как можно было полагать, выделение этилена является симптомом стресса, вызванного загрязнением и другими неблагоприятными факторами. В связи с этим была изучена возможность определения этилена для индикации повреждающего действия кислых дождей [Arny, Pell, 1986].

Определения проведены с 3—4-недельными тепличными растениями картофеля Solanum tuberosum, редиса Raphanus sativus и сои Glycine soja, которые подвергались действию искусственного дождя растворами с рН от 2,8 до 5,6. Усиление образования этилена отмечено лишь при многократной обработке раствором с рН 2,8. Отсюда был сделан вывод [Arny, Pell, 1986], что этилен не является чувствительным индикатором реакции растений на кислые дожди. Однако по другим данным [Wolfendon et al., 1988], при загрязнении воздуха и кислых дождях скорость выделения этилена хвоей европейской ели Picea excelsa возрастает и это может быть диагностическим тестом на загрязнение.

Из других факторов на образование этилена оказывает влияние водный стресс.

Недостаток влаги, как и избыток в предклимактерический период, вызывает образование этилена [George et al., 1982]. Стимуляция синтеза углеводорода вызывается и повышенной концентрацией солей в почве [Chrominski et al., 1986], а также воздействием низкими температурами [Faguhar, Mayak, 1984].

Хан с сотрудниками [Khan et al., 1987] изучали возможность использования количества выделяющегося из ткани этилена в качестве показателя солеустойчивости растений риса. При замораживании семян риса Оryza L. в течение 6 дней в 0,1 М NaСl и воде выделялось мало этилена. Однако в присутствии 1-аглиноцикло-пропан-1-карбоновой кислоты (АЦК) или АЦК с добавлением хлористого натрия интенсивность выделения этилена возрастала на 3-й день, достигала максимума на 4-5-й дни и затем и снижалась.

Способность риса продуцировать АЦК-зависимый этилен была различной у разных сортов и коррелировала (r = 0,9I) с солеустойчивостью на стадии проростков [Khan et al., 1987].

Эти данные свидетельствуют о том, что этилен может служить биохимическим маркером при массовом отборе популяций риса на солеустойчивость на стадии проростков [Khan et al., 1987].

Механизм образования стрессового этилена полностью пока ясен. Робертc и Осборн [Roberts, Osborne, 1981] полагают, что при нарушении мембранной проницаемости при стрессе выделяются кофакторы, активирующие ферменты, включенные в биосинтез этилена. Однако при стрессах, вызванных, например, нарушением водного обмена, было показано, что биосинтез этилена увеличивается раньше каких-либо нарушений проницаемости и вымывания электролитов, но и уменьшается, когда процесс выхода электролитов усиливается. Это свидетельствует о том, что для биосинтеза этилена необходима мембранная целостность. Однако в каких именно компартментах синтезируется газ, долгое время оставалось неясным. Предполагалось участие в этом процессе тонопласта. Для проверки гипотезы были проведены опыты с изолированными вакуолями из кормовых бобов Vicia faba [Mayne, Kende, l986]. При разрушении тонопласта с помощью осмотического шока, детергентов, этанола или путем замораживания-оттаивания происходило ингибирование синтеза этилена. Также действовали разобщители окислительного фосфорилирования карбонил-цианид-тхлорфенилгидразон и динитрофенол, а также ионофоры — валиномицин и нигерицин.





Таким образом, было подтверждено, что одной из мембран, принимающих участие в синтезе этилена, является тонопласт.

Выделение этилена является весьма чувствительным показателем повреждения растительных клеток и тканей. Согласно Абелес [Abeles, 1972], первичная функция стрессового этилена — ускорять опадение органов, поврежденных заболеваниями, засухой и другими экстремальными факторами. При этом возможна регуляция пола у растений. В опытах с использованием пестицида этефона наблюдалось появление гермафродитов и женских цветков на мужском растении конопли Cannabis L. [Sriram, Ram, 1984]. Полагают, что механизм действия заключается в стимуляции выделения этилена. Этилен выделяется женскими цветками в значительных количествах (46,67 мл/г сырого веса в час) и в гораздо меньших количествах - мужскими цветками (1,73 мл/г сырой массы) [Sriram, Mohan Ram, 1984].

Этилен чаще всего действует как запускающий механизм. Он должен вызвать начало какого-то другого процесса, под влиянием которого впоследствии изменится, например, СО2 метаболизм [Grodzinski, Woodrow, 1989]. Этилен может изменять скорость фотосинтеза и дыхания, модифицировать развитие растений и продуктивность в условиях, которые происходят в природе и в агрокультуре закрытых помещений. Однако действие этилена на CO2 метаболизм в отличие от влияния двуокиси углерода на образование этилена является не прямым, а опосредованным.

Прямое влияние этилена на углеродный метаболизм не обнаружено. Взаимоотношения между главными путями метаболизма СО2, активностью C2H4 и ростом изучали Гродзинский и и Вудроу [Grodzinski, Woodrow, 1989]. Показана стимуляция СО2 (501500 мкл/л-1) выделения этилена фотосинтезирующими листьями растений как С3, так и С4 типа.

Этилен, возникающий при стрессе, может играть определенную роль в регуляции роста и устойчивости к болезням. При поражении грибами уровень этилена в листьях ячменя Hordeum sativum и арахиса Arachis sp. повышается [Walther et al., 1981] так же, как и в проростках пшеницы Triticum vulgare, инокулированных грибами Fusarium [WurzerFassnacht, Hoffmann, 1986]. Обработка зараженных грибами растений препаратами, ослабляющими заражение, приводит к снижению выделения этилена до уровня неинфицированных растений [Wurzer-Fassnacht, Hoffmann, 1986]. Образование этилена отмечено [Ben-David, 1986] и в листьях красного перца Capsicum annuum, зараженных Xanthomonas campestris. При этом интенсивность выделения этилена усиливалась в 35 раз по сравнению с контролем —105 пмоль/г-ч. При заражении молодые листья перца продуцировали больше этилена, чем взрослые, менее чувствительные листья [Ben-David et al., 1986]. Главными местами образования этилена были периферийные зоны листовой пластинки и некротические пятна [Ben-David et al., 1986].

Этилен способен регулировать экспрессию генов литических ферментов. Хитиназы -.

которые синтезируются в ответ на внедрение в клетку патогена, могут его лизировать, участвуя в деградации клеточной стенки гриба. Активность этого фермента увеличивается в присутствии экзогенного этилена. Оказалось, что этилен может участвовать в контроле экспрессии гена хитиназы, происходящем на уровне транскрипции гена. Это наряду с синтезом фитоалексинов - механизм защиты от патогена (Brogle et al., 1986).

Показателем стресса является продукция этилена даже при вымывании систем электролитов. Этот феномен, например, наблюдается при вымывании электролитов (<40%) листьями сои Glycine. При этом выделение стрессового этилена коррелирует с липооксигеназной активностью, которая стимулируется при самом малом повреждении и ингибируется при более высоком значении этого показателя. Ингибирование липооксигеназы -пропилгаллатом блокирует образование этилена [Kasperska, KubackaZebalska, 1989]. Следовательно, для образования стрессового этилена требуется активация системы генерации свободных радикалов.

6.2.2. Этан и другие простейшие углеводороды Этан образуется чаще всего как главный углеводородный газ после гомогенизации тканей высших растений, которые в неповрежденном состоянии выделяют преимущественно этилен. Элстнер и Конзе [Elstner, Konze, 1976] установили (табл.30), Таблица 30. Образование этилена и этана (в пикомоль ч-1 г-1. сырой массы) неповрежденными и раздавленными прессом дисками листьев сахарной свеклы [Elstner, Konze, 1976] Вариант Этилен Этан Отношение этилен/этан Необработанные диски 379 ±355 1±3 95 ±Раздавленные прессом диски 33± 171 86±40 0±2,что наибольшее количество этилена выделяют неповреждённые диски из листьев сахарной свеклы. После раздавливания дисков выделение этилена сильно уменьшается. Напротив, образование этана, низкое в необработанных дисках, стимулируется после раздавливания.

Последующие эксперименты показали; что обратная зависимость между образованием этилена и этана в растениях наблюдается при замораживании злаков в жидком азоте, при водном дефиците и гипоксии, механическом повреждении и анаэробиозе этиолированных проростков пшеницы Triticum [Kimmerer, Kozlovski, 1982].

Pages:     | 1 |   ...   | 29 | 30 || 32 | 33 |   ...   | 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.