WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 58 |

Газовая среда включала и другие газы: O2 - 3%, CO2- 6% и N2 - 91%. Содержание этилена было также определено [Ракитин В. Ю., Ракитин Л. Ю., 1986] в атмосфере межклеточников плодов лимона (табл. 2). Газы из межклеточников были получены при разряжении 650 мм, а внутритканевые газы - при разряжении 5 мм ртутного столба (Авторы, очевидно, указывают остаточные давления). Содержание этилена было выше в зрелых плодах, чем в незрелых. В атмосфере межклеточников этилена было больше примерно в 2 раза по сравнению с внутренними тканями. Напротив, внутритканевая концентрация углекислого газа, как в зрелых, так и в незрелых плодах была намного выше, чем в атмосфере межклеточников.

Таблица 2. Содержание этилена, CO2 и O2 в зрелых плодах тепличной культуры лимона сорта Грузинский [Ракитин В.Ю., Ракитин Л.Ю., 1986] Плод Концентрация газов в атмосфере Содержание внутритканевых газов межклеточников С2Н4, CO2, % O2, % С2Н4, мкл/л CO2, мг/кг O2, мг/кг мкл/л Незрелые 0.05 1.1 20.4 0.021 8.5 23.Зрелые 0.145 2.6 14.2 0.061 19.7 16.Концентрация этилена не остается постоянной и изменяется в зависимости от многих внешних и внутренних условий. Особенно сильно количество газа возрастает в период листопада (табл.3). На небольшом расстоянии от зоны Таблица 3. Образование этилена сегментами (1 см) черешка Parthenocissus quinquefolia [Jacson, Osborn, 1970].

Время, ч Стадия Этилен, нл/ час Расстояние от зоны опадения 2-3 см 1-2 см 0-1 см 0-12 Перед опадением 0.08±0.02 0.09±0.02 0.06±0.Опадение 0.47±0.10 0.60±0.13 0.62±0.опадения листьев содержание этилена увеличивается в 6-14 раз [Jackson, Osborn, 1970].

Размеры аэренхимы корней и стеблей могут регулироваться этиленом и кислородом [Jackson, 1989].

Место синтеза этилена в клетках высших растений до сих пор точно не установлено.

Попытки такого рода не увенчались успехом, потому что этиленобразующие растительные ткани прекращают образование этилена после гомогенизации. Однако при разрушениях мягкой обработкой клеток все же удалось получить субклеточные фракции, способные осуществлять синтез этого газа.

В 80-х годах появились сообщения [Mattoo et al., 1977; Mattoo, Lieberman, 1977], что местом синтеза этилена может быть комплекс клеточная стенка - клеточная мембрана, где обнаружены ферменты, синтезирующие этилен. По другим данным [Guy, Kende, 1984], до 80% общего количества этилена образуется в вакуоли. Выводы основаны на опытах с изолированными вакуолями, полученными из протопластов Pisum sativum и Vicia faba.

Поскольку один из непосредственных предшественников этилена - АЦК (1аминоциклопропан-1-карбоновая кислота) образуется в цитоплазме, то полагают [Guy, Kende, 1984], что АЦК перемещается из протоплазмы в вакуоль, где превращается в этилен. По-видимому, вакуоль не единственное место в клетке, где синтезируется этилен.

Образование этилена, возможно, осуществляется и в хлоропластах, поскольку выделенные хлоропласты образуют этилен из метионина в присутствии пиридоксальфосфата, ферредоксина и электронного донора [Koenze, Elstner,1976].В настоящее время завершена расшифровка основного пути образования этилена в растении, появилось также много данных о ферментах и регуляции биосинтеза газа. Современное состояние этого вопроса обобщено в виде схемы (Рис. 10). Согласно представлениям [Adams, Yang, 1981; Yang, Hoffmann, 1984; Yang, 1985; De Paepe, van der Straeten, 2005.], этилен образуется из аминокислоты метионина (мет) через S-аденозил-метионин (САМ) и 1-аминоциклопропан1-карбоновую кислоту (АЦК). При этом в результате функционирования метионинового цикла (Yang-цикл) происходит ресинтез серусодержащей аминокислоты: САМ 5метилтиоаденозин 5-метилтиорибоза 5-метилтиорибоза-1-фосфат 2-кето-4метилбутирил метионин. Ключевыми реакциями в синтезе этилена являются реакция превращения САМ в АЦК, которую катализирует АЦК-синтаза, и реакция образования этилена из АЦК при участии этилен-образующего фермента (ЭОФ). Отметим, что САМ является не только предшественником этилена, но и главным донором метила в различных биосинтезах, включая синтез полиаминов, и модификацию белков, липидов и нуклеиновых кислот [Wang et al., 2002].

В обзоре Кенде [Kende, 1989] приведены сведения о выделении, очистке и характеристике ферментов, участвующих в процессе биосинтеза этилена. Основной фермент, лимитирующий стадию АЦК С2Н4, выделен из перикарпия плодов томата Lycopersicon esculentum, тыквы Cucurbita L. и этиолированных проростков маша Phaseolus aureus. Этиленобразующий фермент оказался прочно связанным с мембранами и при гомогенизации тканей разрушается. Свойства этого фермента изучены in vivo на препаратах вакуолей, которые способны превращать аминоциклопропанкарбоновую кислоту в этилен.

Биосинтез этилена зависит от фазы развития растения и регулируется разнообразными факторами внешней сред. Например, при созревании плодов происходит индукция АЦК-синтазы и усиливается синтез этилена. При созревании также увеличивается активность ЭОФ [Adams,Yang, 1981; Yang, Hoffmann, 1984]. Механическоe повреждение, охлаждение, засуха, затопление, патогены, ауксины стимулируют образование этилена. Поскольку концентрация СО2 в растениях непрерывно колеблется, значительный интерес представляют работы, в которых исследуется влияние именно этого фактора ва этиленобразующий фермент. По данным Философ-Хадас с сотрудниками [Philosoph-Hadas et al, 1986] в дисках из листьев табака Nicotiana tabacum наблюдается Рис.10. Схема биосинтеза этилена и его регуляции. Адаптировано по [Adams, Yang, 1981;



Yang, Hoffman, 1984]. 1 – лимитирующий участок в биосинтезе; 2 – индукция синтеза фермента; 3 – ингибирование реакции. Аде – аденин, Адо – аденозин, АВГ – аминоэтоксивинилглицин, АУК – аминооксиуксусная кислота, ИУК – индолилуксусная кислота зависимость ЭОФ от этого фактора. При измерении концентрации углекислого газа от 0 до 2% активность энзима возрастала, при 2-3% - не изменялась и затем увеличивалась.дри повышении концентрации СО2 в темноте до 5%, а на свету - до 10%. Таким образом, углекислый газ оказывает стимулирующее действие на реакцию превращения АЦК в этилен, что еще раз подчеркивает регуляторные функции этого газа.

Обращает на себя внимание исследование влияния цитокининов на биосинтез этилена в листьях хлопчатника Gossypium [Suttle, 1986], в котором стимуляция образования этилена природными и синтетическими цитокининами связывалась с увеличением биосинтеза АЦК и ее превращениями в этилен. В другой работе [PhilosophHadas et al, 1989] на листьях дисков шпината Spinacia доказано усиление биосинтеза этилена под влиянием не только цитокинина, но также гиббереллиновой и абсцизовой кислот. Фитогормоны действовали как на образование эндогенного этилена, так и на образование этилена из 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты (АЦК). Торможение биосинтеза вызывают вещества, блокирующие образование предшественника этилена АЦК или непосредственно этилена (Рис.10). В последнем случае блокируется активность этилен-образующего фермента [Yang, Hoffman, 1984] (cм. также раздел 6.2.I).

Количество этилена, образуемого тканями растений, невелико и варьирует в чрезвычайно широких пределах. Скорость выделения этилена листьями Ranunculus sceleratus на свету составляет 0,4, в темноте- 0,77 нмоль г-1сырой массы/ч [Horton, 1985].

Плоды также выделяют этилен в количестве от 2,2.10-3 (Citrus sinensis) до 16 нмоль г-сырой массы/ч (Passiflora) [Дженсен, 1968].

Этилен - очень реакционноспособное соединение, его химические свойства обусловливаются главным образом межуглеродной двойной связью. По современным представлениям, этилен - гормон, который контролирует многие реакции роста и развития растений. Он регулирует прорастание семян, удлинение и утолщение стебля [Abeles, 1986], рост растяжением [Satler, Kende, 1985], половую дифференцию цветков [Byers et al., 1972], вызывает дозревание плодов [Adams, Yang, 1981], старение ткани [Abeles, 1972]. Эти феномены отражают действия этилена на физиологические и биохимические процессы:

угнетение фотосинтеза [Kays, Pallas, 1980; Pallas, Kays, 1982; Sguler et al., 1985], редукцию мембранных систем хлоропластов [Shimokawa et al., 1978], снижение интенсивности дыхания [Chee-Kok Chaim, Frenkel, 1977], изменение синтеза белка [Tucker, Latis, 1984], проницаемость мембран [Faragher, Mayak, 1984], транспорт ауксина [Lyon, 1970], передвижение cахаров [Jackson, Osborn, 1970], активность ферментов аденозинтрифосфатазы [Olson, Spencer, 1968], цитохром с-оксидазы [Apelbaum et al., 1984], ДНК и РНК-полимераз [Apelbaum et al., 1984], перокcидазы [Imaseki, 1970] и другие процессы.

Механизм действия этилена на молекулярном уровне неясен. Однако уже выявлены участки обмена, на которые он может влиять [Bleecker and Kende, 2000; Bisson and Groth, 2010; Zhao and Guo, 2011]. Так во время созревания плодов или опадения листьев этилен в клетках-мишенях связывается со специфическим белковым рецептором и стимулирует de novo синтез и выделение ферментов, расщепляющих клеточные стенки, таких, как целлюлаза. Этиленсвязывающий компонент мембран был изолирован из растительной ткани. Им оказался металл-содержащий фермент, локализованный, главным образом, в эндоплазматическом ретикулюме и в меньшей мере - в плазмалемме [Sisler,Yang, 1984].

Остается неясным, каким образом сигнал от этилена, связанного с рецепторным белком мембран, передается в ядро, где включаются специфические гены. Предполагается [Ecker, 1995], что для этого существуют и специальные сигнальные белки, например, как у млекопитающих [Быстрова, 2012]. Сейчас проводятся совместные исследования молекулярных биологов, генетиков и специалистов в области клеточной биологии для изучения этой проблемы [Dong et al., 2010; Zhao and Guo, 2011]. Показаны отдельные участки сигнального каскада с участием разнообразных киназ и выявлено пять семейств генов, кодирующих рецепторы этилена у Arabidopsis thaliana [Dong et al., 2010].

По характеру действия этилен часто проявляет себя как антагонист углекислого газа (см. также раздел 2.2.1.). Анализируя молекулярное строение СО2 и этилена, пришли к заключению [Abeles, 1972], что благодаря сходству структуры, СО2 может быть конкурентным ингибитором действия этилена. Многие физиологические эффекты могут быть объяснены, если учитывать эти особенности этилена и углекислого газа. Обычная практика хранения яблок при повышенной концентрации СО2 основана на том, что углекислый газ подавляет действие этилена. Таким образом, влияние этилена на клетки растений и противоположное ему влияние двуокиси углерода - это, по-видимому, компоненты нормальной физиологической регуляции в растении.

2.2.3. Другие летучие соединения Кроме этилена, во внутреннем воздухе растений могут быть обнаружены и другие органические недоокисленные соединения (спирты, альдегиды, углеводороды). Используя метод газовой хроматографии, во внутреннем воздухе ряда древесных растений наряду с высокой концентрацией углекислого газа удалось обнаружить [Рощина, 1975] пары этанола (Рис.11, табл.4). Вычисления показали, что углекислый газ составлял в побегах от 11,3 до 19,9 относительных процентов. Содержание этанола колебалось от 1,06 до 2,18 тех же единиц. Появление, во внутреннем воздухе паров этанола является показателем недостаточного снабжения тканей кислородом и активирования анаэробного пути дыхания (см. раздел 4.3.4.).





Альдегиды являются интермедиатами в метаболизме растений и также могут быть обнаружены во внутреннем воздухе растений. Так масляный альдегид был найден во внутреннем воздухе 5 - 7-летних побегов, взятых с 20-летних взрослых растений Populus balsamifera и Cotinus coggygria [Рощина,1974]. Количество масляного альдегида составляло от десятых до тысячных долей относительных процентов. Нам неизвестны работы, в которых бы сообщалось о присутствии масляного альдегида во внутреннем воздухе растений, но среди газоэкскретов он был найден, в летучих выделениях брусники Vaccinium vitis idaea, батата Ipomoea batatas и столовой свеклы Beta vulgaris f. rubra [Дадыкин и др., 1967; Скворцов, Смирнова, 1972]. Кроме того, бутаналь входит в состав ягод винограда Vitis Рис.11. Хроматограмма внутреннего воздуха из побегов Populus balsamifera на полисорбе [Рощина, 1975]. 1 – O2 и N2, 2 –СO2, 3 – этанол и черной смородины Ribes nigrum. У этих видов ему сопутствует также бензальдегид [Schauenstein et al., 1977]. Некоторые другие альдегиды с большим числом углеродных атомов найдены во внутреннем воздухе растений. Гамильтон-Кемп и Андерсон [HamiltonKemp, Andersen, 1984] извлекли при разряжении летучие вещества из листьев и стебля- Таблица 4. Содержание углекислого газа и этанола в воздухе, извлеченном из 5-7-летннх побегов древесных растений (относительные проценты*) [Рощина, 1975].

Углекислый газ Этанол Растение Cotinus coggygria 17,3±0,2,18 ±0,Populus balsamifera 15,25 ±2,05 l,06±0,Praxinus pubescens 12,5±б,75 l,91±,.Quercus robur 11,3±0,60 1,57 ±0,Betula verrucosa 12,95 ±0,79 1,22 ±0,Larix decidua 19,9 ±2,11 2,08 ±0,*Определены путем деления измеренной площади каждого пика на сумму площадей всех пиков, умноженное на 100 (газовый хроматографический анализ).

соломины пшеницы Triticum и с помощью газовой хроматографии идентифицировали в их составе насыщенный альдегид нональ, ненасыщенные альдегиды с С9 и спирты как главные компоненты внутренней среды растения. В относительно высоких концентрациях (до 13- 18 мг/кг) содержались такие альдегиды, как ацеталь, пропаналь, гексаналь, в плодах яблони Malus, груши Pyrus, земляники Fragаria [Дженсен,1968]. Состав внутренних газов может определять и устойчивость растений к заболеваниям {Hamilton-Kemp et al., 1989] Удивителен факт обнаружения в газоэкскретах метанола [Lund et al., 1981]. Этот спирт, возможно, является нормальным метаболитом внутреннего воздуха межклеточников и возникает из полисахаридов клеточных стенок. Метанол образуется при энзиматическом отщиплении от рамногалактуронанов клеточной стенки (или их метилэтерифицированных производных) в присутствии воды с участием фермента пектин метилэстеразы [Yang and Yu., 2006]. Одна часть его после реакции со свободной водой межклеточной полости может окисляться до формальдегида с помощью метанолоксидазы (а далее вовлекаться в метаболизм фолата, серина, пуринов и др. или превращаться в муравьиную кислоту и затем в углекислый газ). Другая часть метанола, как полагают [Yang and Yu., 2006], входит в субкутикулярное пространство клеточной стенки и через устьица выделяется наружу.

Все описанные выше соединения являются нормальными метаболитами. В связи с этим факт выделения некоторыми растениями СО и метана несколько удивителен. Окись углерода была обнаружена в составе газов воздухоносных полостей бурой водоросли Nereocystis leutkeana [Langdon, 1917], где содержание этого газа составляло 1,2-12%.

Много лет спустя было показано, что окись углерода выделяется листьями некоторых высших растений [Belwiche, 1970]. Предполагается, что на свету СО образуется при распаде полифенолов. В этих же условиях окись углерода может и ассимилироваться, при этом метка 14СО обнаруживается в серине или глицине. Предполагается [Delwiche, 1970], что растения, возможно, могут играть важную роль в очистке атмосферы от окиси углерода.

В воздухе межклеточников могут содержаться и другие легколетучие соединения.

Абель и Хёрш [Abell, Hursh, 1931] извлекли из стволов двух видов дуба легковоспламеняющийся газ, по их мнению, метан. Позднее выделение СН4 было зафиксировано у озерных растений [Dacey, Klug, 1979]. В газовых лакунах, которые составляют у кубышки Nuphar luteum от 20 до 40% объема корня и ризоидов и около 15% объема черешков, в составе газов обнаружены: СН4 - 37%, N2-54%, О2- 1% и СО2 -6%.

Поскольку состав внутренней атмосферы приближается к составу газов придонных отложений, считается [Dacey, Klug, 1979], что именно газы, растворенные в придонных отложениях, могут свободно диффундировать в корни и ризоиды, быстро достигать черешков и листьев кубышки. Весной, когда распускаются поверхностные листья, метан выделяется в виде пузырьков из раскрытых листьев в атмосферу. Метан образуется и у таких видов, как Nymphaea capensis, N. lotus var. lotus, N. odorata), японских трав Ischaemum aristatum var. glaucum, Isachne globosa, и трех видов ив Salix alba, S. cinerea, S.

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 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.