Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 8
1.1. Координация роста полярных органов растения 8
1.2. Влияние фитогормонов на основные физиологические процессы у растений 10
1.2.1. Ауксины 11
1.2.2. Гиббереллины 12
1.2.3. Цитокинины 15
1.2.4. Этилен 17
1.2.5. Абсцизовая кислота 19
1.3. Роль мутантов в изучении физиологических процессов 27
1.3.1. Действие мутаций на рост, морфогенез и гормональный комплекс растений 27
1.3.2. Характеристика листовых мутантов гороха 33
ГЛАВА.2. Материалы и методы исследования
2.1. Объект исследования 37
2.2. Условия выращивания 38
2.3. Морфометрический анализ 39
2.3.1. Определение поверхностной площади 39
2.3.2. Определение сухой массы 39
2.4. Определение скорости транспирации 40
2.5. Изучение устьичного аппарата растений гороха 40
2.6. Анализ АБК в сортах Орловчанин и Норд
2.6.1. Выделение и очистка АБК для иммуноферментного анализа 41
2.6.2. Иммуноферментный анализ АБК
2.7. Анализ АБК методом газовой хроматографии
2.7.1. Выделение АБК из растительных образцов 42
2.7.2. Определение АБК методом газовой хроматографии 42
ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение
3.1. Динамика роста надземной части и корневой системы у листовых мутантов гороха
3.1.1. Надземная часть растения 44
3.1.2. Корневая система у листовых мутантов гороха 62
3.2. Корреляционная зависимость между массой корня и ростовыми параметрами надземной части растения .67
3.3. Содержание АБК в тканях листовых мутантов гороха 69
3.4. Устьичный аппарат листовых мутантов гороха
3.4.1. Морфология, число и размеры устьиц 73
3.4.2. Транспйрация 77
Заключение .78
Выводы 81
Список литературы. 83
- Влияние фитогормонов на основные физиологические процессы у растений
- Действие мутаций на рост, морфогенез и гормональный комплекс растений
- Выделение и очистка АБК для иммуноферментного анализа
- Корреляционная зависимость между массой корня и ростовыми параметрами надземной части растения
Введение к работе
Актуальность темы. Целостность растительного организма обеспечивается координацией роста его полярных органов: надземной части и корневой системы. Основным приемом, использовавшимся исследователями при изучении координации роста полярных органов, служило изменение их размеров под влиянием разнообразных стрессов или частичного механического удаления листьев или корней. Последний прием применялся преимущественно на проростках, лишенных развитого листового аппарата и выращивавшихся в водной культуре [Высоцкая и др., 2000]. Независимо от способа воздействия, неизбежным оставалось повреждение тканей и их последующая регенерация или репарация. Вследствие этого, изучалась не только координация роста полярных частей растения, но также и процессы, индуцированные внешними-воздействиями и направленные на восстановление исходного состояния особи. Выделение генотипов, у которых гомеозисная мутация вызывает преобразование одного органа (или его компонента) в другой, открыло совершенно новые возможности для изучения вопроса координации роста надземной части и корневой системы растения. Это обусловлено тем, что подобным преобразования могут сопутствовать изменения размеров полярных органов растения. Однако известно, что растениям на разных стадиях онтогенеза свойственна способность поддерживать определенное соотношение размеров побега и корня. В то же время, координация их роста может реализовываться лишь при наличии сигналов, поступающих из одной части растения к другой. Существует несколько версий относительно физиологической природы подобных сигналов, в качестве которых ведущее место отводят минеральному питанию, снабжению водой, биосинтезу и транспорту ассимилятов, электрофизиологическим сигналам [Мс Intyre, Damson, 1988; Полевой, 1989; Медведев, 1996; Goebel, 2000; Jose et al., 2003]. Другая версия отдает предпочтение специфическим химическим сигналам, таким как гормональные [Bangerth et al., 2000; Sauter et al., 2001]. Основными претендентами на роль сигнальных гормонов в этих процессах могут быть ауксины и цитокинины. Вместе с тем, в регуляции многих процессов антагонистом этих гормонов является абсцизовая кислота (АБК) [Davies, 1995; Кулаева, Кузнецов, 2002; EcKardt, 2002]. Так, она подавляет действие цитокининов и гиббереллинов на прорастание семян. Кроме того, АБК вызывает не только индукцию их покоя, но и синтез в них запасных белков [Rook,. Quatrano, 1995], усиливает аккумуляцию фотоассимилятов, в частности сахарозы, в тканях бобовых и сахарной свеклы [Brenner, Cheikh, 1995]. Наконец, АБК ингибирует, активируемые ИУК, цитокинином и гиббереллином деление и растяжение клеток, рост побега и в меньшей степени - корней. Правда, в некоторых случаях АБК способна активировать рост последних [Sharp, 2000]. Обычно это наблюдается при водном стрессе. Найдено, что около 90% 2-14С-АБК, введенной с транспирационным током, накапливается в эпидермисе нижней стороны листа [Itai et al, 1978]. При этом гормон аккумулируется в замыкающих клетках [Hurley, Rowarth, 1999; Zhang et al., 2001] и способствует смыканию устьичной щели, в отличие от цитокининов, увеличивающих ее апертуру. Подобные эффекты АБК могут наблюдаться не только под влиянием стрессов, но и при суточных изменениях инсоляции и температуры воздуха. Таким образом, АБК оказывает действие на транспирационный ток, влияет на поглощение воды корнями и приток из них цитокининов; В связи с этим, АБК, наряду с ИУК и цитокининами, может играть роль дальнедистанционного сигнала, обеспечивающего координацию роста надземной части и корней растения.
Цель и задачи исследования. Цель данной работы состояла в изучении координации роста надземной части и корневой системы интактных растений с обычной и измененной в результате мутаций морфологией листа, а также содержания АБК в тканях этих мутантов.
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:
1. Изучить динамику роста надземных органов и корневой системы у интактных растений гороха с генетически детерминированными, изменениями морфологии листа.
2. Оценить особенности устьичного аппарата и скорость транспирации у листовых мутантов гороха в связи с изменением морфологии листа.
3. Изучить динамику содержания абсцизовой кислоты (АБК) в различных компонентах листа, стебле и корневой системе интактных растений листовых мутантов гороха.
Научная новизна. Впервые для изучения координации роста полярных органов растения использованы мутанты гороха по гомеозисным af и // генам. Мутации по этим генам приводят к преобразованию листочков в усики или -усиков в листочки соответственно и меняют тем самым морфологию листа. Подход с применением подобных форм растений открывает более широкие возможности по сравнению с ранее использовавшимися. Он предоставляет шанс изучить координацию роста полярных органов в онтогенезе интактных растений. Эксперименты на изогенных линиях позволили исключить влияние генетического окружения (специфики сорта). В данной работе, наряду с ростовыми параметрами, скоростью транспирации, особенностями морфологии устьиц, впервые была измерена динамика содержания АБК в тканях интактных растений листовых мутантов. О важной роли АБК в поддержании оводненности растений свидетельствует повышенная концентрация гормона именно в пластинчатых компонентах листа (прилистниках и листочках) со значительно большим числом устьиц, в отличие от цилиндрических (усов). Экспериментально показано увеличение содержания АБК в тканях листа и корня по мере развития растений всех генотипов. В целом, концентрация гормона находилась в прямой зависимости от размеров листового аппарата и в обратной - от массы корневой системы.
Научно-практическая значимость работы. Использование в качестве модели листовых мутантов гороха позволило внести существенный вклад в понимание вопроса о координации роста полярных органов интактного растения. Экспериментальные данные и предложенные модели могут быть использованы для дальнейшего изучения механизмов координации роста надземных органов и корневой системы растения, а также в учебном процессе при чтении курсов лекций «Физиология и биохимия растений».
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 2-ой Международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, ИЭБ НАНБ, 2001); на Международной конференции «Genetic collections, isogenic and alloplasmic lines» (Novosibirsk, 2001); на Международной конференции «Актуальные вопросы в физиологии растений в ХХ1 веке» (Сыктывкар, 2001); на IV Международной конференции «Регуляторы роста и развития растений в биотехнологии» (Москва, МСХА, 2001); на III, IV и V Международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пущино, 1999, 2001, 2003); на 2-ой Международной конференции по анатомии и морфологии растений (Санкт-Петербург, 2002); на 5-ом съезде ОФР России (Пенза, 2003); на конференции «Генетика в XXI веке: современное состояние и перспективы развития» (Москва, 2004); на 14 FESPB Congress (Cracow, Poland, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ.
Проведенные в диссертации исследования были поддержаны Российским Фондом Фундаментальных исследований (проекты: 01-04-48233 и 02-04-06537).
Влияние фитогормонов на основные физиологические процессы у растений
Координация роста полярных органов растения является важнейшим проявлением его целостности. Предполагается, что степень взаимодействия между надземной частью и корневой системой контролируется рядом внешних и внутренних факторов [Bangerth et al., 2000].
В начале XX века было предложено использовать термин «коррелятивные элементы» для описания взаимодействия между различными органами растения и их зависимости друг от друга [Goebel, 1928]. Существенная роль отводилась необходимости в обмене полярных органов ассимилятами и питательными веществами, движению воды от корня к надземной части. Это связано с тем, что надземная часть и корни растения расположены вГраз ных средах обитания. Надземная часть представляет собой фотоассимилирующий компартмент растения, а корни снабжают ее поступающими из почвы питательными веществами и водой. Иными словами, минеральное питание и транспорт воды из корня могут влиять на размер побега, а количество фотоассимилятов - на размеры и массу корней. Этой точки зрения придерживается ряд исследователей и в настоящее время [Мс Intyre, Damson, 1988].
Другие авторы отдают предпочтение специфическим гидравлическим, электрофизиологическим и химическим сигналам, в частности, гормональным [Phillips, 1975; Tamas, 1987; Cline, 1994].Так показано, что корни могут влиять на рост побегов, транспортируя гормоны или их предшественники в них по ксилеме, а также воздействуя на отток гормонов по флоэме из тканей побега, где они были синтезированы [Jackson, 1983, 1993].
Известно, что цитокинины играют важную роль во взаимоотношениях побег /корень. Синтезируясь в корнях и поступая в побег с транспирационным током [Chen et 1, 1985], они способны предотвращать старение листьев многих видов растений [Henson, Wareing, 1977; Кулаева,1982; Tao et al, 1983; Zhang et al, 1987; Singh et al, 1992; Grayling, , Hanke, 1992; Komer et al., 1993; Lejenne et al., 1994]. Однако в опытах с короткодневными растениями Xanthium strumarium выявлена обратная картина [Henson, Wareing, 1977]. При перенесении растений на неблагоприятный фотопериод в корнях и ксилемном соке изменяется содержание, цитокининов. Иными словами, изменение длины светового дня фиксируется листьями и этот сигнал передается в корни. В экспериментах Беверидж с соавторами показано следующее. В случае прививки побегов мутантных растений гороха на корни дикой формы мутантный побег влиял w на содержание зеатин - рибозида в ксилемном экссудате [Beveridge et al., 1995]. Наконец, третья группа ученых признает существование зависимости между уровнем мйнерального питания, снабжением водой и крнцентрацией ЇЇ фитогормонов в тканях [Kuiper et al, 1991]. По мнению авторов, быстрая реакция растений на изменение уровня минерального питания, обеспечения водой и другими факторами обусловлена изменением концентрации ф эндогенных гормонов. Более того, была предложена модель регуляция распределения массы побега и корня, в которой цитокининам, наряду с сахарозой и азотом, отводится определенная роль [Vanderweff, Nagel, 1996]. Однако в этой модели не учитывается роль других гормональных сигналов, в частности АБК и ИУК. Присутствие всех основных групп гормонов в ксилеме и флоэме [Hoad, 1995; Hurley, Rowarth, 1999] позволяет предположить наличие регулярного обмена этими веществами между полярными органами растения. Проанализированный в этом разделе материал свидетельствует о существенной роли не только трофических факторов и воды, но и фитогормонов во взаимодействии надземной части растения и его корней. Предполагаемая роль гормонов в регуляции взаимодействия полярных органов растения диктует необходимость более подробной характеристики их физиологических эффектов. 1. 2. Влияние фитогормонов на основные физиологические процессы у растений Появление гормональной теории тропизмов Холодного — Вента ознаменовало начало новой эры в физиологии растений. С помощью этой теории стали объяснять ряд явлений, связанных с ростом, тропизмами, фотоиндукцией [Went, 1926]. Представление о фитогормонах расширилось с открытием их новых групп. Было установлено, что растительные гормоны имеют много общего с животными. Они-представляют собой вещества с низкой молекулярной массой, действуют в очень низких концентрациях, передвигаются по I растению, могут обеспечивать реакции тканей, удаленных от места синтеза. В интактном растении существуют места преимущественного синтеза фитогормонов и преобладающие направления их транспорта. Ауксин образуется главным образом в верхушках побегов и молодых листьях, а также в формирующихся семенах. В растении он транспортируется в базипетальном направлении и далее к верхушке корня. Цитокинин синтезируется в корнях, в их меристематических кончиках и по ксилеме перемещается в стебель, стеблевые апексы и листья. Гиббереллин и АБК синтезируются преимущественно в листьях и транспортируются вверх и вниз по стеблю. Кроме того, АБК способна образовываться и в корневом чехлике. Большинство фитогормонов обладает аттрагирующим эффектом и способствует поступлению в обогащенные ими ткани как трофических факторов, так и фитогормонов [Полевой, 1982]. Фитогормоны участвуют в регуляции практически всех этапов жизни растения. В каждом случае участвуют, по крайней мере, пара гормонов, один из которых- активирует соответствующий процесс, другой - ингибирует. Разумеется, в зависимости от процесса и фазы онтогенеза в качестве стимулятора и ингибитора могут выступать гормоны различных групп, и их действие может осуществляться на разных уровнях. При этом гормональный баланс, очевидно, в значительной степени обеспечивает формирование оптимального гомеостаза растения и его гармонический рост и развитие.
Рост и развитие являются интегральными процессами. Поэтому изучение вклада каждого из фитогормонов включает множество составляющих, в том числе, исследования на уровне морфогенеза: удлинения стебля и корней, формирования и роста листьев, цветения, плодоношения, а также донорно--акцепторных отношений, фотосинтеза, дыхания, транспорта метаболитов, водного обмена, минерального питания [Коф и др., 1990]. Остановимся на характеристике основных групп растительных гормонов.
Действие мутаций на рост, морфогенез и гормональный комплекс растений
Общепризнанным приемом, позволившим раскрыть специфику действия отдельных фитогормонов, явилось использование морфологических мутантов. Оно дало возможность выявить причины нередкого отсутствия зависимости между концентрацией гормона и характером роста растения. Причины, как оказалось, кроются в нарушении биосинтеза, метаболизма, транспорта, рецепции данного гормона или в изменении содержания других гормонов [Reid, 1995; Davies, 1995; Davies,1999].
Одним из наиболее легко регистрируемых признаков растения является высота стебля. Низкорослость может быть связана с уменьшением как числа междоузлий, так и их длины, и, следовательно, определяется не одним, а несколькими генами, т.е. полигенно. Использование серий мутантов с блокированным удлинением стебля или биосинтезом гормонов, позволило исследовать гормональные механизмы регуляции роста растений. Использование гибридологического анализа серий карликовых мутантов с линиями - тестерами позволило идентифицировать локусы, ответственные за рост стебля% Для выяснения причин различий в характере роста растений целесообразно использовались мутанты с одним измененным признаком, например, длиною междоузлий, чтобы ограничить количество локусов, контролирующих признак короткостебельности. Известно, что длина стебля определяется способностью клеток к делению и растяжению [Першина, 1973; Hall, 1983]. Растяжение, в свою очередь, зависит от скорости формирования клеточной стенки [Vanderholf, Dute, 1981; Brummell, Hall, 1983]. Фитогормоны способны ускорять или замедлять эти процессы у высших растений. В отдельных случаях обнаружена зависимость между высокорослостью растений и содержанием в них гиббереллинов [Gregory, 1980; Phinney, 1985; Reid, 1986]. Более того, идентифицированы локусы, контролирующие этапы биосинтеза гиббереллинов. Кроме того, было показано, что за вытягивание стебля у гороха и кукурузы ответственен ГАьобразующйся при Зр- гидроксилировании ГА2о [Phinney, Spray, 1982]. Выделены и нечувствительные к гиббереллину карликовые формы, низкорослость которых не связана с блокировкой его биосинтеза и, видимо, определяется другими альтернативными путями регуляции [Scott, 1990]. О функции генов, контролирующих рост, можно судить по реакции , дикой и мутантных линий на различные внешние воздействия [Першина, 1983; Инге-Вечетомов, 1989]. В частности, рост растений может меняться в зависимости от световых условий выращивания. В темноте происходит чрезмерное вытягивание стебля, на свету же оно подавляется. Надо отметить также, что при выращивании на свету возрастающих интенсивностей формируются карликовые фенокопии мутантов. При этом показано, что степень подавления роста стебля увеличивается при повышении интенсивности светового потока. Карликовость, возникающая под влиянием модификационного воздействия света (его интенсивности), связана с увеличением уровня одних групп регуляторов роста и уменьшением других [Кофидр., 1990]. Изученьї реакции низкорослых мутантных и высокорослой дикой линий и их карликовых фенокопии на экзогенный ГАз, активирующий удлинение стебля и снимающий низкорослость, вызванную как мутацией, так и светом высокой интенсивности. Однако у высокорослых и карликовых форм гороха, выращенных на свету, не всегда удавалось выявить разницу в содержании ф гиббереллина [КоЫег,1965]. Карликовость мутантов может определяться в одних случаях дефицитом гиббереллина, в других - иными факторами как гормональной, так и негормональной природы. Однако свет является фактором, необходимым для фотосинтеза — поставщика субстратов при формировании не только клеточных структур и органов растения, но и при синтезе фитогормонов, регулирующих эти процессы. Выявление зависимости между характером роста и уровнем - фитогормонов, с одной стороны, и фотосинтезом, с другой, возможно при выключении последнего. Это достигается использованием ингибиторов фотосинтеза или хлорофилл - дефицитных нефотосйнтезирующих мутантов. Но в первом случае не исключены побочные эффекты ингибиторов. В связи с этим, изучение бесхлорофилльных мутантов более информативно для выявления действия света на рост и формирования гормонального комплекса вне зависимости от его эффектов на фотосинтез. Примером является бесхлорофилльный мутант «ксанта», у которого светозависимость роста и морфогенеза, а также содержание и распределение по растению регуляторов роста не связаны непосредственно с присутствием хлорофилла в пластидах, и следовательно, с их фотосинтетической активностью [Kof et al.,1994].
Использование гормональных мутантов позволило понять роль гормонов в разнообразных процессах у растений. Гормональные мутанты идентифицированы и охарактеризованы также у растений Arabidopsis thaliana , благодаря короткому жизненному циклу, а также потому, что геном его практически расшифрован полностью. Так клонированы гены, отвечающие за эти мутации. Это дало ключ к пониманию механизмов гормонального действия на молекулярном уровне [Reid and Howell,1995].
Изучение мутантов A. thaliana, дефицитных по двум гормонам гиббереллину и АБК, показало следующее [Karssen, Lacka, 1986]. Мутант по гену ga-Г представляет собой дефицитную по гиббереллину форму, в развивающихся семенах и плодах которой подавлен биосинтез гиббереллина. В связи с этим семена его не способны к прорастанию. Обработка мутанта мутагеном и последующая селекция позволили выделить линии растений, семена которых становились способными к прорастанию. Генетический анализ этих ревертантов показал, что реверсия была вызвана мутацией супрессорного гена, независимого от гена ga-І и обозначенного символом aba. Мутант по гену aba был выделен также из дикой формы Ga-1/GA-l. Этот мутант имел тенденцию к завяданию и характеризовался отсутствием покоя у семян в отличие от дикой линии, которой для прорастания необходима стратификация или экспозиция на свету. Оказалось, что у мутантов по гену aba сильно ослаблена способность к биосинтезу АБК [Кефели и др., 1989].
Выделение и очистка АБК для иммуноферментного анализа
В фазе 13 узлов концентрация гормона в прилистниках афильного растения несколько снижалась, что сочеталось с некоторым уменьшением их относительного вклада в показатели по растению. В целом, на данной фазе онтогенеза пониженный уровень АБК в тканях компонентов афильного листа соответствовал его уменьшенным размерам по сравнению с листьями дикой и акациевидной форм. В тканях дикой формы на данной фазе развития уровень гормона значительно возрастал, особенно в листочках и усах. Для акациевидного растения в фазе 13 узлов уровень гормона еще более возрастал в пластинчатых компонентах листа, характеризующихся в этот период большой площадью и массой. Ткани центральной оси при этом отличались очень низким уровнем гормона.
Таким образом, в тканях надземной части растения гороха выявлено более низкое содержание АБК у форм с уменьшенными размерами листового аппарата (афильного - of) и повышенное - с большими его размерами (дикого - wild и акациевидного - //). Это особенно четко видно в фазах 9 и 13 узлов. Иными словами, найдена положительная зависимость между интенсивностью роста пластинчатых компонентов листа и содержанием в их тканях АБК.
При анализе АБК в корнях листовых мутантов гороха обнаружена иная закономерность (Рис. 21, 22). На начальных этапах развития (фаза 9 узлов) концентрация АБК в корнях растений всех генотипов была довольно низкой и практически одинаковой. Этому сопутствовало отсутствие различий между растениями по размерам корневой системы в этот период. Позднее, с появлением различий между генотипами по размерам листового аппарата и корневой системы, содержание гормона в корнях растений листочковых типов, характеризующихся большим размером корневой системы, несколько возрастало. Оно оказалось значительно ниже, чем в корнях афильной формы. Повышенное содержание АБК в корнях афильной формы соотносилось с ослабленным их ростом. Подобная картина найдена и у афильного сорта Норд сравнительно с сортом Орловчанин, характеризовавшимся обычным типом листа. Можно предположить, что к фазе 13 узлов, когда вклад прилистников в массу листа у афильного растения уменьшается, АБК транспортируется из них в корень. Однако не исключена возможность и автономного синтеза АБК в корнях. В заключение можно сказать, что нарастание массы корневой системы гороха, обеспечивающей поглощение воды из почвы и доставку ее к надземным органам растения, находится в обратной зависимости от уровня в ней АБК. Сходная ситуация в отношении АБК обнаружена Харли и Ровартом, в опытах которых рост корней был подавлен путем ограничения объема корнеобитаемой среды (механического сжатия) [Hurley, Rowarth, 1999]. Иными словами, подавление роста корней в результате листовой мутации по гену А/в наших опытах или механического сжатия в экспериментах Харли и Роварта-связано с увеличением концентрации в них АБК. В то же время, различия в размерах корневой системы у листовых мутантов могут быть также вызваны особенностями их устьичного аппарата и различиями в скорости транспирации растений. Прежде всего, мы посчитали целесообразным охарактеризовать особенности строения устьичного аппарата у растений трех генотипов. Для их изучения использовали 11-ый настоящий лист (фаза 13 узлов). Это соответствовало предфлоральному периоду онтогенеза, когда появлялись резкие различия по суммарной сухой массе и по поверхностной площади листьев между растениями wild, а/и tl генотипов. Форма устьиц на пластинчатых (прилистники, листочки) и цилиндрических (усах и стебле) компонентах растения существенно отличалась (Рис. 23). На пластинчатых компонентах устьица, сохраняя овальную- форму, были более округлыми, а на цилиндрических вытянутыми. Далее были определены размеры устьиц, а также их число на единицу площади компонента листа. Пластинчатые компоненты листа растений всех генотипов характеризовались практически одинаковыми размерами устьиц (Таблица 3). Усы афильной формы отличались несколько большими размерами устьиц, чем аналогичные компоненты листа двух других генотипов. Число устьиц на единицу площади у цилиндрических компонентов растения (усов, стебля) оказалось меньше, чем на пластинчатых (прилистниках, листочках). Сходные данные получены Alvino и Leone [Alvino, Leone, 1993]. Ими найдено, что количество устьиц на единицу поверхности листочков и прилистников значительно больше, чем усов.
Корреляционная зависимость между массой корня и ростовыми параметрами надземной части растения
Как известно, различия в скорости транспирации, прежде всего, зависят от числа устьиц, а не от общей площади устьичного аппарата. Это связано с явлением повышенной краевой диффузии [Третьяков и др., 2000]. Кроме того, на интенсивность транспирации влияет ряд факторов, в частности, апертура устьиц, в ряде случаев определяемая концентрацией АБК в тканях листа [Mansfield et al, 1971; 1987; Horton, 1972; Itai et al., 1978; Zhang et al., 2001].
Листья акациевидного типа отличались относительно низкой скоростью транспирации по сравнению с листьями дикой формы. Это может быть связано с повышенным уровнем.АБК, регулирующей апертуру устьиц, и обусловливающей их частичное смыкание. Это, по-видимому, и обеспечивало поддержание высокой оводненности акациевидного листа и растения в целом.
Полученные данные свидетельствуют о том, что рост и размеры корневой системы у растений изученных нами листовых мутантов гороха зависели от скорости транспирации (в значительной степени обусловленной концентрацией АБК в листе) и от содержания АБК в самой корневой системе.
Таким образом, мутации, определяющие изменение морфологии листа гороха, вызывают модификацию размеров и самого листа и всего листового аппарата в целом. Это, в свою очередь, приводит к изменению размеров корневой системы. Найдена тесная положительная корреляция между массами листового аппарата и корневой системы (г=0,93). Значительно меньшие положительные корреляции установлены между площадью надземных органов и массой корневой системы (г=0,64-0,81). При этом, установлена обратная зависимость между массой корневой системы растения и содержанием в ней АБК. Подобная картина наблюдалась и у растений томата, подвергнутых стрессу сжатием корней [Hurley, Rowarth, 1999]. В этом случае, по мнению авторов, из подвергнутых стрессу корней АБК транспортируется в надземную часть растения, подавляя рост листа и устьичную проводимость. Однако оводненность растений под влиянием стресса не меняется. В опытах с листовыми мутантами гороха, культивировавшимися в одинаковых условиях, размеры листового аппарата зависят от генетически детерминированной морфологии листа, а не от стрессов. Однако, как и у растений томата, корни которых подвергнуты стрессу сжатием, оводненность идентичных тканей изогенных линий гороха также одинакова. В обоих случаях (томата и гороха) изменение соотношения массы листового аппарата и корневой системы внешне сходны. Однако гормональная природа этого феномена различна. В отличие от томата, уровень АБК и масса, а также площадь листового аппарата растений гороха находятся в прямой зависимости. Явление высокого содержания АБК в активно растущих компонентах листа, на первый взгляд, противоречит многочисленным сведениям об ингибирующем действии этого гормона на рост [Hurley, Rowarth, 1999; Cramer, Quarrie, 2002; Пустовойтова и др., 2002]. Активный рост листа на фоне высоких концентраций АБК в его тканях может объясняться рядом факторов. Одной из основных причин считают пониженную чувствительность тканей к гормону [Powell, 1987; Кефели и др., 1989; Kende, 1995]. Кроме того, недавно показана способность Сахаров (сахарозы, глюкозы) повышать концентрацию АБК в растительных тканях [Zhou et al., 1998; Laby et al., 2000; Arenas-Huertero et al., 2000; Rook et al.s 2001; Seo, Koshiba, 2002]. У изучавшихся нами листочковых форм гороха, наряду с увеличенными размерами листа, повышена и продуктивность , сухого вещества [Kof et al., 2001], а, следовательно, фотоассимиляция и продукция Сахаров. Это может служить дополнительным объяснением активного роста пластинчатых компонентов листа в присутствии высоких . концентраций АБК в их тканях. Кроме того, в настоящее время в опытах in vitro установлено, что при увеличении содержания изопреноидов (хлорофиллов, токоферолов, каротиноидов) повышается уровень экспрессии генов регулирующих начальные этапы биосинтеза АБК [Elstevez, 2001; Seo, Koshiba, 2002]. Предполагается возможность такой регуляции и in vivo. Если принять эту гипотезу авторов, можно предположить, что более высокие значения хлорофилльного индекса растения у листочковых форм гороха, установленные нами [Kof et al, 2001], могли также обусловливать повышенное "содержание АБК в их тканях. Подтверждением этому предположению является факт низкой крнцентрации АБК в тканях молодых растений (фаза 9 узлов), когда листья недостаточно развиты и хлорофилльный индекс низок, и повышение уровня гормона позднее, с развитием листового аппарата и с увеличением хлорофилльного индекса растения (фаза 11-13 узлов). Активный рост на фоне высокого уровня АБК, как показано ранее, может быть также связан со значением рН компартмента, в котором локализован гормон (рост-подавляющий при щелочных значениях рН и неэффективный при кислых) [Henson et al., 1989; Sauter et al., 2001]. Отвлекаясь от влияния АБК на рост, следует подчеркнуть, что одна из первоочередных функций АБК в листе состоит в поддержании именно той апертуры устьиц, которая обуславливает уровень транспирации, необходимый для обеспечения достаточной оводненности растения. На это указывает повышенная концентрация АБК именно в тех компонентах листа, которые характеризуются большим числом устьиц. Изложенные выше данные позволяют говорить о существенной роли АБК, которая, наряду с гидравлическим сигналом, участвует в координации роста полярных органов растения гороха. Считается, что при стрессах этот гормон может быть химическим медиатором для дальнедистанционной трансдукции сигнала из корня к листьям и определения устойчивости растения к стрессу [Hurley, Rowarth, 1999; Sauter et al., 2001]. Однако у листовых мутантов гороха, выращиваемых при одинаковых условиях, роль АБК может быть несколько иной. Гормон подавляет рост корня, но не листа, у которого он включен в регуляцию транспирационной активности и в поддержание оводненности тканей, необходимой для активного роста листа.
