WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 34 | 35 || 37 | 38 |   ...   | 58 |

Стимулом для синтеза фитоалексинов являются биохимические агенты — индукторы, или элиситоры, которые содержатся в оболочках интактных клеток бактерий, грибов, а также в тканях растения-хозяина [Scheel et al., 1989]. Они освобождаются после гибели клеток и мигрируют в живые клетки, где и индуцируют синтез фитоалексинов [Darvill, Albersheim, 1984; Озерецковская, Чалова, 1985]. Элиситоры, по-видимому, оказывают воздействие на генетические системы растений, активируя экспрессию тех генов, которые кодируют синтез ферментов, участвующих в образовании фитоалексинов [Darvill, Albersheim, 1984]. Они связываются с определенными высокочувствительными участками мембран [Cheong and Hahn, 1991; Cheong et al., 1991]. Элиситоры по химической природе представляют собой фрагменты пектина — олигосахариды или полисахариды.

Аналогичную роль, по-видимому, могут выполнять и ферменты, участвующие в синтезе элементов клеточной стенки. Это было показано в модельных опытах по обработке тканевой культуры табака Nicotiana tabacum коммерческой целлюлазой [Watson et al., 1985] и во взвешенных каллюсных культурах Capsicum annuum путем обработки их ферментами целлюлазой и пектиназой, выделенных из микроорганизмов [Brooks et al., 1986].

Предшественниками стрессовых соединений являются обычные метаболиты, накопление которых в большом количестве благоприятствует синтезу фитоалексинов [Бейли, 1985]. Конкретный механизм образования фитоалексина зависит от его химической природы. Как уже упоминалось, все фитоалексины — вещества вторичного происхождения и для их биосинтеза используются или активируются уже имеющиеся в растительных клетках биосинтетические пути, последние этапы которых могут быть связаны с образованием ферментов de novo. В качестве примера можно рассмотреть реакции биосинтеза фитоалексина дитерпенового углеводорода — касбена, который образуют проростки клещевины при поражении грибами [Dudley et al., 1986]. Касбен синтезируется из мевалоната, и активность его превращений до изопентилпирофосфата значительно не изменяется. Напротив, значительно повышается количество ферментов фарнезилпирофосфат синтетазы, геранилгеранилпирофосфат синтетазы и касбенсинтетазы.

Значительное количество этих ферментов связано с пропластидами только инфицированных тканей, и их нет в органеллах стерильных тканей. Следовательно, их синтез индуцируется только в процессе инфекции.

Фитоалексины - высокотоксические вещества, их эффективная доза составляет 10-5-10М [Смит, 1985], Этого достаточно для разрушения протопласта патогенов. Действие стрессовых метаболитов, по-видимому, неспецифическое и связано с их липофильностью, благодаря которой они легко проникают в мембраны и разрушают их [Darvell, Albersheim, 1984].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Прижизненную выделительную функцию растительных клеток следует отличать от неспецифических реакций выделения метаболитов, возникающих в результате воздействия стрессовых факторов. Однако эту грань нелегко провести, потому что в растительной ткани, подвергнутой экстремальному воздействию, нарушения метаболизма развиваются постепенно, охватывая все большее и большее число клеток. Поэтому в травмированной тем или иным фактором ткани часть клеток какое-то время осуществляет нормальный метаболизм, другие же находятся в разной степени повреждения. Поврежденная ткань выделяет продукты нормального метаболизма, вещества, освобождающиеся в результате повреждения компартментов, продукты окисления и гидролиза нормальных метаболитов и вновь синтезированные стрессовые метаболиты. Таким образом, поврежденные стрессом растительные клетки выделяют в количественном отношении больше веществ, и состав их более разнообразен.

Мишенью действия любого экстремального фактора (колебания температуры, освещенности, анаэробиоз, внедрение патогена, загрязнение среды и др.) являются клеточные мембраны, а на молекулярном уровне — составляющие их комплексы белков и липидов. При повреждении мембран выделение веществ осуществляется за счет увеличения проницаемости для многих метаболитов, которые ранее не могли преодолеть мембранный барьер, например алкалоидов, фенолов. Другой путь заключается в том, что повреждение мембран ведет к активации ферментов, участвующих в деградации мембранных составляющих, и продукты этого процесса увеличивают количество выделяемых растением веществ и вносят большое разнообразие в их состав. Основными деградационными процессами являются перекисное окисление липидов (образуются предельные углеводороды, например, этан) и протеолиз белков (образование аминокислот, аммиака и т. д.).

Помимо этого повреждения мембран и клеточной стенки растения служат своеобразным сигналом к изменению клеточного метаболизма и появлению новых продуктов в выделениях клеток за счет не деградационных, а синтетических процессов.

Здесь следует выделить синтез «стрессовых метаболитов» под контролем генома. Часто эти метаболиты ассоциируются с фитоалексинами, соединениями, образующимися в ответ на внедрение патогена, но практически отсутствующими в здоровом растении. Однако иногда имеет место синтез нормальных метаболитов в ответ на стресс, например этилена («стрессовый» этилен). По составу терпенов эфирных масел у хвойных растений можно судить о загрязнении окружающей среды или поражению грибами [Сотникова, Степень, 2001; Фуксман, 2001]. Особо следует отметить и путь синтеза спиртов и альдегидов под влиянием стресса, вызванного анаэробиозом, следствием которого является переключение метаболизма на анаэробный путь дыхания.



Многие продукты выделений растений при экстремальных воздействиях обладают ярко выраженной биологической активностью. Они оказывают заметное влияние на физиологические процессы растений, животных и микроорганизмов. При взаимодействиях в природе отмечено отпугивающее или бактерицидное действие растительных выделений, поэтому можно утверждать, что они участвуют в общих механизмах защиты растений и биохимических взаимодействиях организмов в экоценозах [Lovett, 1987; Inderjit, Mukerji, Ed. 2006; Inderjit et al., 2011].

Следует констатировать, что химическая природа и количество «стрессовых метаболитов» в выделениях растений слабо изучены. Однако они могут иметь важное практическое значение и как показатели стрессового состояния растений, и как факторы иммунитета и биохимических взаимодействий организмов. Исследования растительных выделений имеют и сугубо практическое применение, поскольку содержание в пищевых продуктах токсических концентраций фитоалексинов делает непригодными их для кормовых и пищевых целей.

Глава 7. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ РАСТИТЕЛЬНЫХ ВЫДЕЛЕНИЙ Впервые предметом научных исследований биологические эффекты растительных Впервые предметом научных исследований биологические эффекты растительных выделений стали после работ эмбриолога Б. О. Токина [1980а], показавшего, что пары растертых тканей (фитонциды) обладают бактерицидным действием. Фитонциды как антимикробные агенты активно исследовались медиками, а действие фитонцидов оценивалось по терапевтическому эффекту. Другое направление исследований биологических эффектов растительных выделений было направлено на понимание их действия на ростовые процессы в фитоценозах при аллелопатических взаимодействиях [Гродзинский, 1974; 1991]. Механизмы действия экскретов на клеточном уровне стали изучаться с 60-х годов 20 века. Следует отметить, что в большинстве случаев информацию о влиянии на ростовые процессы следует рассматривать как необходимый феноменологический материал, выявляющий чувствительные виды, что необходимо для дальнейших углубленных исследований.

На рубеже конца двадцатого и начала двадцать первого веков биологические эффекты компонентов растительных выделений рассматриваются уже на клеточном и молекулярном уровнях с использованием методов генной инженерии и высокочувствительных спектральных приборов. Широко применяются также и различные модельные системы, включая одноклеточные биосенсоры (см. раздел 1.6.) и жизнеспособный многоклеточный объект арабидопсис, вегетирующий короткое время.

Значительное внимание уделено сигнальным системам. Тем не менее, основные этапы интегральных процессов – рост, развитие, деструкция клеток – остаются предметом исследований большинства физиологов растений, что также будет рассмотрено в настоящей главе.

7.1. РОСТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ. ДЕСТРУКЦИЯ КЛЕТОК.

В данном разделе мы считали необходимым рассмотреть данные по воздействию растительных выделений на этапы ростового процесса — деление и элонгацию (растяжение) клеток, а также их деструкцию. Кроме того, будут представлены сведения о таком важном процессе как оплодотворение, в котором основную роль играет прорастание пыльцы на пестике и где выделения взаимодействующих половых клеток имеют важнейшее значение для успешного размножения.

7.1.1. Деление и элонгация клеток Выделяемые метаболиты растительной ткани оказывают влияние на этапы митоза, которые клетка проходит в период деления. Прямые наблюдения за делением клеток под микроскопом под влиянием растительных экстрактов дают ценную информацию о первых фазах ростовых реакций. Так после обработки экстрактами из кожуры черного ореха Juglans nigra в корнях гороха Pisum sativum уменьшается число клеток, вступивших в фазу митоза. Вещества, содержащиеся в экстракте, замедляют процесс или препятствуют его началу [Jensen, Welbourne, 1962]. Подобным же действием на митотическую активность корней пшеницы Triticum vulgare, ржи Secale cereale и кресса (клоповник) Lepidium sativum обладают токсины, содержащиеся в выделениях, сорняков — осота полевого Sonchus arvensis, мари белой Chenopodium album и бодяка полевого Cirsium arvense [Буколова, 1971]. Было уcтановлено также [Shehab, Аdam; 1983], что водный экстракт Anastatiсa hierochuntica (1-3%) угнетает митоз в меристемах корня лука Allium сера. При этом наблюдались деспирализация ДНК, слипание хромосом, образование между ними мостиков, замедление расхождения хромосом к полюсам. Аналогичные явления наблюдались в корешках бобов Vicia faba при воздействии экстрактами из амми Ammi majus [Adam, Rashad, 1984]. Вытяжки из листьев табака Nicotiana tabacum также вызывали различные типы повреждения хромосом в корешках лука Allium сера при низких концентрациях (0,75—0,25%) и угнетали митоз при более высоких (1,5—1,0%) [Patnaik et al., 1984]. Действие на митоз растительных экстрактов описано также и в других работах [Sarkar, Kumar, 1974; Abraham, Dileep, 1976; Shehab, Adam, 1983]. Во всех проведенных исследованиях химическая природа действующего вещества или веществ оставалась неизвестной или только предполагалась. Сейчас выделены индивидуальные соединения (кницин, онопордопикрин), оказывающие аллелопатические эффекты на ростовые процессы [Cabral et al., 2008].

Данные о влиянии на митоз индивидуальных химических соединений-компонентов растительных экскретов немногочисленны. Этилен (в основном стрессовый) способен снижать митотический индекс меристем корней 5-дневных проростков гороха Pisum sativum и блокировать деление клеток [Rost et al., 1986]. Этанол в концентрации 40-50 мМ и ацетальдегид в концентрации 1-5 мМ подавляют соматический эмбриогенез и рост культуры ткани у клеток моркови [Perata, Alpi, 1991]. Ацетальдегид в концентрации 0,05— 0,2% вызывает удвоение хромосом, стимулируя полиплодию [Cortes et al., 1987]. Ацетилен (концентрация до 13 % газовой смеси) снижает до 50 % от контроля рост корней и дыхание клубеньков сои Glycine max [Gerbaud, 1990].





Ацетальдегид обладает мутагенным действием в концентрации 2,5 x10-3M на Escherichia coli, Saccharomyces cerevisia, нематоды и насекомые. У растений в концентрации 5-50 мМ, а в культуре тканей млекопитающих 0,1-10 мМ ацетальдегид оказывает повреждающее действие на ДНК [Dellarcо, 1988].

Значительные эффекты оказывают и монотерпены, например цинеол ингибирует почти на 100 % прорастание семян и радиальный рост проростков Leptochloa dubia.

Причем ингибирование вполне вероятно происходит в природных условиях, где отмечено аналогичное явление при воздействии на этот же объект содержимого секреторных волосков Conradina canescens (сем. Lamiaceae), которые полностью заполнены монотерпенами с преобладанием цинеола [Williamson et al., 1989].

Cреди соединений, извлекаемых из растительных тканей водой, наиболее активными являются фенолы. Их активность и характер действия определяется расположением гидроксильных групп в бензольном кольце. n-Фенолы способны стимулировать, а о- и рфенолы — ингибировать ростовые процессы (Месхи, Джохадзе,1973]. Мишенью действия фенолов является фермент РНК-полимераза на этапе транскрипции [Месхи, Джохадзе, 1973]. Установлено, что резорцин стимулирует, а пирокатехин ингибирует синтез РНК.

Включение 32P и 35S- метионина в ДНК и РНК снижалось также в присутствии бензойной, коричной, феруловой и ванилиновой кислот, а гидроксибензойная и р-кумаровая кислоты, наоборот, усиливали этот процесс. [Baziramakenga et al., 1997], Действие фенолов на генный аппарат иллюстрируется также следующим примером. Джорджевич с сотр.

[Djordjevic et al., 1987] показали, что фенолы, экскретируемые корнями клевера Trifolium repens, резко изменяют активность гена, ответственного за образование клубеньков Rhizobium trifolii. Входящие в состав экстракта гидроксилированные флавоны (наиболее сильно 7,4-дигидроксифлавон) стимулируют транскрипцию этого гена в низкой концентрации (5 х 10-7М). Напротив, кумарин умбеллиферон и изофлавон формононетин (в концентрациях на порядок более высоких) препятствуют этой индукпии. Симбиоз клубеньковых бактерий и растения осуществляется, таким образом, через механизм узнавания, где хемосигналами служат специфические фенолы [Djordjevic, Weinman, 1991].

Задержка элонгации корня ольхи Alnus glutinosa отмечена при действии полифенола юглона (10-3М). 0дновременно юглон подавлял активность нитрогеназы и дыхание корней [Nеауе, Dawson, 1988]. Полагают, что это имеет значение в адлелопатическом взаимодействии корневых выделений ореха Juglans nigra c ризосферой ольхи. Позднее ингибирующее действие юглона на элонгацию было подтверждено [Neave, Dawson, 1989] в опытах с корнями салата Lactuca spр.

Алкалоиды - другой класс биологически активных соединений - способны задерживать фазу деления клеток. Следующий пример иллюстрирует механизм ингибирования. Алкалоид колхицин, выделенный из Crocus automnalis, связываясь с молекулами белка, определяющего подвижность цитоплазмы, — тубулина, подавляет образование митотического веретена. Это хорошо видно под люминесцентным микроскопом, когда флуоресцирующий (максимум 500-520 нм) в ультрафиолетовом свете алкалоид связывается с ядром пыльцевого зерна гиппеастрма Hippeastrum hybridum [Roshchina et al., 2007].

Помимо воздействия на эмбриональную фазу роста летучие и водорастворимые метаболиты растительных выделений тормозят или стимулируют растяжение клеток. Это хорошо видно по ростовым реакциям на определенные компоненты растительных Таблица 35. Эффекты некоторых индивидуальных компонентов растительных экскретов на ростовые реакции растений.

Класс Соединение Источник, Влияние Ссылка род растения Стимуляция прорастания Сесквитерпеновые Стригол Gossipium Fisher et al., паразита лактоны 1989a.

Striga asiatica Komai and Tang, 1989.

Терпены эфирных Продукты окисления Cyperus Ингибирование масел туйона роста некоторых видов растений Piqueria Cruz -Ortega et al.Монотерпены Пикверол и его Ингибирование производные роста некоторых видов растений Komai and Tang, 1989.

Терпеноидные Абсцизовая кислота Cyperus Ингибирование соединения роста некоторых видов растений Kelsey et al., Партенин Partenium Ингибирование роста некоторых видов растений Juglans Neave and Dawson, Фенолы и гидро- Юглон Торможение хиноны элонгации корней Brachia, Digitaria, Фенольные Бензойная, р- Imperata, Ингибирование Chou (ароматические) кумаровая, 2,4– Panicum роста кислоты дигидробензойная, ванилиновая Биогенные амины Серотонин Urtica Стимуляция роста Regula et al., корней Urtica Стимуляция Рощина, прорастания семян Гистамин Urtica Стимуляция Рощина, прорастания семян Jatropha Стимуляция прорастания семян Ацетилхолин Urtica и др. Стимуляция Tretyn et al., прорастания семян экскретов (Таблица 35). Стимулирующий эффект наблюдался для сесквитерпенового лактонастригола, холинового эфира ацетилхолина и биогенных аминов, тогда как монотерпены и фенолы, в основном, тормозили или значительно ингибировали ростовые реакции.

Pages:     | 1 |   ...   | 34 | 35 || 37 | 38 |   ...   | 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.