Введение к работе
Актуальность проблемы. Известно, что в первичной фик-
задии углекислого газа при фотосинтезе растений участвуют
цва фермента: рибулозобксфосфаткарбоксшіаза (К.Ф.4.І.І.39,
РБФК) к фосфоеноллируваткарбоксилаза ІК.Ф.4.І.І.ЗІ, ФЕПК).
РБФК занимает ключевую поэицшэ в фиксации С02 в цикле Каль
вина у фототрофных организмов ( Jensen t Bahr , 1977; Анд
реева, 1982; Насиров, 1986; Романова, 1990). Именно с учас
тием этого уникального по своей пріроде и функции фермента
реализуются два важных процесса мотаболизма растонлй:фото
синтез к фотодаханко ( Ogren , Eovmu , I9VI; Романова,1975;
Каув , 1986). Опубликованные данные о влиянии концентра
ции С02 и интенсивности света (Андреева и др., 1979; Юзбо-
ков и др., 1984; Дилова, 1989), а также концентрации С02
(Yelie et al., 1989), температуры (Йорданов, Василвва,
1976; Gerwiok, Williams , 1979; Чугунова, Карпалова,
1984) на активность РБФК, ФЕПК и деятельность фотосинтетического аппарата в цолом довольно противоречивы и отражают действие исследованных факторов каждого в отдельности, вне взаимосвязи друг с другом. Эффект взаимодействия внешних факторов среды в их комплексном влиянии на фотосинтетический аппарат с учетом специфики растений изучен недостаточно. Особое значение приобретает изучение функциональной активности карбоксилирующих ферментов в зависимости от ярусного расположения листьев в целостном растительном организме, а также изучение изменений активности ферментных систем в условиях стрессового фона, что позволит глуб-ае исследовать процессы адаптации и степень устойчивости растений к экстремальным факторам среды.
Паль и задачи. Цель работы - изучение адаптивных реакций ключевого фермента фотосинтеза - РБФК и некоторых фотосиктетических показателей листьев Cg-растекий (хлопчатник, пшеница, тритикале и рожь), при изменении комплекса факторов внешней среды.
В задачи исследований входило:
- изучение влияния комплекса факторов внешней среды (интенсивность света, концентрация С02» температура) на активность и содержание РБФК к ФЕПК, интенсивность фото-
синтеза, фотосинтетический метаболизм углерода," с одержана? пласидных пигментов и общего азота в листьях растений;
изучение физиолого-биохимических параметров фотоскі теза в зависимости от расположешія (возраста) листьев в щ лоїл растеїши хлопчатника;
определение влияния солевого стресса на активность л содеряише карбоксилирующих ферментов и на другие фото-синтетические параметры листьев хлопчатника. .
Научная новизна. Вперше исследован эффект взаимодей-ствия трех основних экологических факторов (интенсивность света, тешература и концентрация С02) на метаболическую активность карбоксилирующих ферментов и других элементов фотосинтетического аппарата Cg-растений. Показано,что под-дерхлние интенсивности света, температуры и концентрации С02 в отдельности на верхнем уровне при сохранении остальных факторов на основном уровне активирует НЗФК, подавляя активность ШК. Сочетание трех факторов на верхнем уровні не оказывает существенного влияния на активность РЕФК и несколько активирует ФЕПК. Поддержание температуры на вер нем уровне и интенсивности света и концентрации С02 на основном приводит к повышению активности и содержания РБФК. Сочетание концентрации С02 на верхнем уровне с температурой ц освещенностью на основном уровне преимущественно сникает содержите РБФК. Взаимодействие трех факторов на верхнем уровне стимулирует скорость фиксации С02. Обнаружено, что фактори среда как в отдельности, так и во взаимодействии, по-разному влияют на соотношоние продуктов фотосинтеза и фоїодахания. Установлено, "-i j повышенная температура приводит к замедлению фотосинїеса и фотодыхания. Верхние уровни исследуемых факторов, гак в отдельности,та; и в сочетании, активируют включение метка в продукта ji-карбоксиларования. На уроню целого растенкя хлопчатнига установлено, что симбатное изменение интенсивности фото-синто'імчоской ассимиляции С02 а акгшюетл РБФК по ярусам сопровождается соотвотствущиш изшнэнпяш в активности ФШК.
ЕійКШЯЗ^Дя,іійа.ч.^й22Ь» Дія применения метода кате-ігітячсикояо икляроэаиия ckctotsjwk создана оке^адтья
установка, позволяющая изучать влияние комплекса основних внешних факторов (интенсивность света, температура воздуха и концентрация С02) на физиологические функш'й растений. Тайдэнкыо значения коэффициентов регрессии могут быть ис-зользоваїш для расчета направления и ерличенц шагов оптимизации фактороз внешней среда с целые достижения ш.ксшаль-:гой активности PEDK и ФЕПК, а также моделирования фотосин-геза у исследованных Сз~растенлй.
Апробация работы. Результаты исследований обсуждались за Республиканской научно-теоретической конференции моло-гпк учених и специалистов (Душанбе,1989; ЛенинабадДЭЭО), на У Интернациональном симпозиуме молодых ученых по регу-іяцгш метаболизма растений (София, I9S0), на Всесоюзной конференции "Фотосинтез и фотобиотехнология" ( Пуглино, 199!), на конференции молодих учоннх "Изучение и рациональное использование природных ресурсов" (Уфа, 1991),на совещании "Фиэнолого-генетические основи создания високо-яродукгавннх форм тритикале" (Душанбе, 1991), на Международной конференции "Итоги и перспективы знзимологических ^следований метаболизма углерода при фотосинтезе" (Дуван-0, 19Э1). В "законченном виде работа дояокєна и обсуздека на расширенном совместном семинаре лабораторий биохимии фотосинтеза и молекулярной биологии и-гекной инженерии Института физиологии п биофизики растений АН Республики Таджикистан я іссмкнаре лаборатории фотосинтеза Биологического института Лешіградского государственною университета.
Д^блиЕДШШ* Яо материалам диссертации опубликовано 3 работы, 5 находятся в печати.
Структура и объем ваботн. Работа состоит из введения, обзора литературн, описания объектов и методов исследований, изложения полученных результатов и их обсуждения,заключения п выводов. Диссертация изложена на /-
ЗКСПЕНШІШиШМЯ ЧАСТЬ Объекты, условия и метода исследований
Объектами исследования служили растения хлопчатника ( GoeBypium hireuttm і.) сорта І08-Ф, тритикале ( Xritioal сорта Восе-1, пшеница ( Tritioum aostivum l. ) сорта Сет-те-Церрос и рожь ( Seoale oereale ъ. ) сорта Вахшская-116. Для изучения влияния внешних факторов и эффекта их взаимодействия собрана специальная установка (рис. ) .позволяющая поддерживать концентрацию С02 в воздухе, температуру и интенсивность света в соответствии с планом эксперт мента. Області варьирования значений факторов показаны в табл, I. Выращенные в топлице в течение 7-8 дней при темпе ратуре 25-30С и естественном освещении растения выдержана ли в течение 3-І суток в камерах установки в соответствии с матрицей планирования эксперимента по Максимову и Федоре ву (1969) (табл.2) при длительности светового периода 14 часов.
Для исследования отдельных фотосинтетических показателей разновозрастных листьев хлопчатника растения выращивали на экспериментальном участке до фазы оутонизации.Для изучения влияния солевого стресса на суточную динамику активности и содержания карбоксилирущих ферментов и на интенсивность фотосинтеза у хлопчатника растения выращивали в сосудах, в гравийно-песчашой культуре до фазы бутонизации и за 10 дней до исследования опытные растения поливали раствором 0,1 М NaCl , а контрольные - водой.
РБФ-карбоксилазу выделяли по модифицированным наш методикам Паулсена и Лэйна (Pauleen , bans , 1966), Кювайла ( о.цуіе et ai., , 1980), Васильевой, Алиева (I96T).
Карбоксилазную активность РБФК ж ОШК определяли при 30С радиометрическим методом (Романова, 1980) по скорости включения COg в кислотоустойчивые продукты реакции в присутствии субстратов рибулозобисфосфата и фосфоенолпиру-вата соответственно. Радиоактивность просчитывали на жидкостном сцинтилляциошюм счетчике "ЇЛарк-П" (Nuolear Chioa-gc , США).
Для количественного определения содержания PECK в ра-
Рко. Схема установки для проведения полного факторного эксперимента (ПФЭ 23).
1,2 - ультратермостати для годдеряания температури в камерах; 3,5,8,10 - сосуды с буфером Барбурга дія под-' держания постоянней концентрации С02; 4,6,7,9 - осушители о 50$ H2S0. ; II - воздушный насос (400-500 л/ч); 12-19 - камеры для выращивания растений; 20 - вентгля-тор; 21 - термометр; 22 — змеевики териюстатировандя камеры; 23 - непрозрачная перегородка; 2-1 - сосуд для исследуемых растений.
Таблица I Область варьирования секторов в полном факторюм эксперименте (ПФЗ 2d)
Уровень фактора
Ёначение факторов
Код:
: интенсивность: тешература :концентрадия ! света, Xj, які воздуха,х2,С:С02, Х3, об.#
- значения функций отклика для растения основного уровня получены расочетным путем
Таблица 2 Матрица планирования эксперимента по плацу ШЭ 23
Номер эксперимента
Кодированные значения факторов и их сочетаний
х2 : х3 :xrx2:xrx3: x2-x3: «гх2.х3
Йото использовали сиворотки против фермента, полученные п0 схема Володарского (1971) с некоторыми модификациями (Фар-хада, 1987). Сыворотка обладала титром 1:256. Имцуноалок-трофорез проводили по ( Laurali , 1966) на приборе элек-трофорозной системи "?
Концентрацию беліса определяли по Лоурн и др. ( Ьооту, at al. , 1951). Обпий азот после минерализации растительного матеріала в присутствии концентрірованной серной кислоти определяли по общепринятой методике (Плешков, 1985).
Содержание основних пигментов в листьях определяли спектрофотоматріей ацетоновых экстрактов. Содержание хлорофилла расчитывали по'формуле Вернена ( Vernon , I960), каротішоидов - по Веттштейну ( Tfcttstain, 1957).
Фотосннтотичзокуа фиксацию С02 проводили по методу,, описанному ранее (Эргашев и др., 1971).
Разделеняо продуктов спирто-водной фракции проводили с помощью метода двухмерной тонкослойной хроматографіш ( Бо-лан, Абдурахманова, 1969) с последующей радиоавтографией.
Все определешя проводили в 8-9 повторноотях. Статистическая обработка данных проводилась по Максимову, Федорову (1969) и Доспехову (1985) по программе, введенной в ЭНЛ "Элоктрокика"-Д3-20.
