Введение к работе
Актуальность проблемы Последние достижения в области химического синтеза Фрагментов РНК и ДНК, а также Фундаментальные работы Института биоорганической химии АН Беларуси в области химии природных нуклеотидов. олигонуклеотидов, изучение их биологической активности, открыли возможность создания новых экологически безопасных, высокоэффективных Фиторосторегуляторов-адаптогеиов - производных 2'-5'-олигонуклеотидов (2-5А), позволяющих резко снизить вред, причиняемый сельскохозяйственным растениям насекомыми, болезнями и неблагоприяными воздействиями окружающей среды.
2-5А свое активизирующее действие на рост и развитие растений оказывают в исключительно низких концентрациях, выступая в качестве универсального средства повышения или предотвращения снижения потенциальной урожайности сельскохозяйственных культур при возделывании их в условиях воздействия стрессовых Факторов окружающей среды.
Уровень 2-5А в клетках находится под контролем клеточных Ферментных систем, которые гидроливуют эти соединения до АТФ и АЫФ. Так как эти соединения являются субстратами естественных метаболических процессов в растительных и животных клетках, их можно отнести к экологически безопасным средствам воздействия на живые организмы.
Возможность практического использования 2'-5'-олигонуклеотидов определяется целым рядом факторов: их доступностью, способностью проникать через клеточные мембраны и быть достаточно устойчивыми к действию клеточных фосфодиэстераэ. Решение этой проблемы может быть достигнуто синтезом широкого круга аналогов, более устойчивых к действию Фосфодиэстераэ и изучением зависимости структура-биологические свойства. Важным представляется детальное изучение Факторов, определяющих субстратные свойства 2-5А в отношении фосфодиэстераэ - с одной стороны, и выяснение механизмов биологического действия - с другой.
Для достижения желаемых целей: повышения урожая, ускорения роста и развития растений при стрессовых условиях, теоретические и прикладные исследования должны быть
2 сконцентрированы на идентификации естественных механизмов действия 2'-5'-олигоаденилатов, регулирующих рост, в дополнение к тем, которые уже известны,- взаимодействие отих механизмов на различных стадиях роста и развития растений.
Все изложенное выше убедительно свидетельствует в пользу углубленного изучения биолого-химических СВОЙСТВ 2*-5'-олигонуклеотидов с целью определения возможных областей нахождения и наиболее эффективных способов применения этих соединений в качестве новых экологически безопасных средств повышения урожайности зерновых культур. Особый интерес представляет использование этих соединений в Северном Казахстане, т.е. в зоне рискованного земледелия.
связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнялась в рамках плановых научных исследований Института биоорганической химии АНБ (1991-1995 г.г.) по теме " синтез аналогов (2'-5')олигоаденилиновой кислоты, содержащих нуклеоэиды, модифицированные по с-3' положению и по ФосфодиэФирной связи, изучение их биологических свойств", 1991-1995 г.г. (номер государственной регистрации 19941426).
цель и задачи исследований, влияние 2'-5'-олигонуклеотидов на биохимические процессы, происходящее на ранних этапах прорастания семян твердых сортов яровой пшеницы и на сформировавшийся урожай в зоне рискованного земледелия в условиях северного Казахстана.
Осуществление этой цели включало решение следующих задач:
1) Определить количественное содержание суммарного белка в
зерне пшеницы и его аминокислотный состав.
2) Выявить соотношение белковых Фракций и их аминокислотный
состав, как важные критерии пищевой полноценности белков зерна.
3) Определить количественное соотношение компонентов в
белковом спектре в зависимости от химической природы препарата,
его концентрации, сорта пшеницы, а также от метеорологических
условий года выращивания растений.
-
Выявить закономерности мобилизации запасных белков.
-
Изучить влияние 2-5А на урожай твердых сортов пшеницы. Научная новизна работы, впервые установлено, что
предпосевная обработка зерна пшеницы 2-5'-олигоаденилатами (аденилил(2'-5')аденилил(2'-5')адеиозин-2(Иа+) солью и аденилил
з (2'-5')-аденилил(2'-5')-9-(2,3-ангидро-в-д-рибофураноэил)адени-ном) регулирует биосинтез балка. влияет на изменение его Фракционного состава, что отражается на аминокислотном составе суммарного белка. Установлена неравноценность расходования аминокислот в зависимости от химического состава, концентрации и времени экспозиции 2-5А, а также сортовой специфичности, изучены изменения в глиадин-глютениновом комплексе запасных белков, объясняющие причину возникновения "стрессовых" белков не только на ранних стадиях прорастания, но и в зерне собранного урожая.
Практическая ценность работы и реализация результатов
исследований. Показана возможность применения производных 2'-5'А (аденилил(2'-5')аденилил(2'-5')аденоэин-2(Na+) соли и аденилил(2'-5')-аденилил(2'-5')-9-(2,3-ангидро-в-д-рибофураноэил) аденина). как в наномолярных (10 " И), так и в сверхнизких концентрациях (Ю-13 м, іо_1п II) для предпосевной обработки семян с целью повышения урожая твердых сортов яровой пшеницы и его качества, а также получения стабильных урожаев в экстремальных условиях в зоне рискованного земледелия.
Результаты настоящей работы, наряду с другими исследованиями, послужили основой для включения в "Список химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками и регуляторов роста растений, разреженных для применения в сельском хозяйстве" республики Беларусь регулятора роста и развития растений "Стимулина 5", действующим веществом которого является аденилил(2'-5')аденилил(2'-5')аденозин-2(ка+) соль. Положения, выносимые на запиту.
Особенности биохимических изменений, происходящие на ранних этапах органогенеза в прорастающих семенах пненицы под влиянием производных 2-5А (аденилил(2'-5')аденилил(2'-5') аденозин-2(Na+) соли и аденилил(2'-5')-аденилил(2'-5')-9-(2,З-ангидро-В-Д-рибоФураноэил)аденина).
Химико-биологическое обоснование влияния производных 2-5А (аденилил(2'-5')аденилил(2'-5')аденоэин-2(Na+) соли и аденилил(2'-5')-аденилил(2'-5')-9-(2.3-ангидро-в-д-рибофуранознл) аденина) на урожай и его качество.
Личный вклад соискателя. Автором выполнена вся экспериментальная работа и проведено теоретическое обсуждение
полученных результатов. изложенных в диссертации. Некоторые данные (оценка влияния 2-5А на урожай и дисперсионный анализ с использованием ЭВМ ЕС 1022) получены автором совместно с другими сотрудниками. Результаты опубликованы в совместных работах.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-практической конференции "Экологические проблемы современного агропромышленного комплекса" (Кокчетав. 1991); на Всероссийском научно-производственном совещании "Экологическая безопасность и беспестицидные технологии получения растениеводческой продукции" (Краснодар. 1994).
Опубликованность результатов. Основные материалы диссертации опубликованы в 5 научных работах.
Структура и обьем диссертации. Диссертация изложена на 171 странице машинописного текста, включая 50 таблиц. Работа состоит из введения. 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 252 наименования, в том числе 94 - на иностранных языках.