Введение к работе
Актуальность проблемы. Фенольные соединения являются одними из іаиболее распространенных в растениях так называемыми "веществами коричного происхождения". Накопленные к настоящему времени данные юзволяют утверждать, что они являются необходимыми и активными метаболитами клеточного обмена. Так, полимер фенольной природы лиг-шн. участвуя в построении клеточных стенок, предохраняет растения )Т механических повреждений и внедрения патогенов (Запрометов, L985; Hellemann. Klinkott, Wray, 1988). Мономерные фенольные соеди-іения выступают в качестве защитных агентов в патогенезе растений (фитоалексины), служат сигнальными веществами при взаимодействии с микроорганизмами (Rhodes, 1985; Haroorne, 1994). Общеизвестно также участие фенольних соединений в процессах фотосинтеза и дыхания (Запрометов, 1970).
Несмотря на большие успехи, достигнутые в изучении фенольных соединений (Harborne, 1989; Запрометов, 1993; Маргна,1991), многие юпекты их образования и роли в жизнедеятельности растений до сих юр не полностью выяснены.
Известно, что изменение генома растений сопровождается значительными изменениями в их физиологических и биохимических функциях (Мокроносов, 1981; Пустовойтова, 1985). Однако данные о влиянии >фовня плоидности клеток на их способность к синтезу вторичных соединений немногочислены и противоречивы. Так, например, в суспензионной культуре клеток Catharanthus roseus удвоение числа хромосом сопровождалось снижением способности к образованию алкалоидов (Deis, Zenk, 1982). Аналогичная тенденция выявлена и для Anchusa Officinalis в отношении розмариновой кислоты (Chaprln, Ellis, 1984). В го же время на суспензионной культуре сои было показано, что в слетках с более высоким уровнем плоидности способность к синтезу зторичных соединений была выше (Zaman, 1988).
В последние десятилетия для решения многих аспектов жизнедеятельности растений, в том числе и вторичного метаболизма, широкое эаспространение приобрела культура клеток и тканей растений, дающая возможность иметь дело со значительно более однородным материалом, зыращиваемым в строго контролируемых условиях (Бутенко, 1964).
Чайное растение, синтезирующее разнообразные фенольные соединения, преимуществено флавановой природы, а также полученные из не-"0 каллусные культуры успешно используются для изучения различных аспектов фенольного метаболизма (Курсанов, 1952; Запрометов, 1964; фкемухадзе. 1967; Forrest, 1969; Запрометов и др., 1979; Загоскина. 1981).
- 4 - ' '
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение взаимосвязи между уровнем плоидности растительных клеток и их способностью к образованию фенольных соединений на примере диплоидных и тетраплоидных форм чайных растений, инициированных из них каллусных культур, а также каллусных культур, длительно выращиваемых в условиях in vitro.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
-
Изучить особенности образования различных растворимых фенольных соединений (основных компонентов фенольного комплекса чайного растения - флаванов и проантоцианидинов, а также суммы растворимых фенольных соединений) и их предшественников (свободных L-фе-нилаланина и L-тирозина) у диплоидных и тетраплоидных растений сортов "Кимынь" и "Местный".
-
Получить каллусные культуры из отличающихся по уровню плоидности чайных растений и изучить их способность к образованию фенольных соединений, в том числе и флавановых производных.
-
Исследовать цитогенетические характеристики и особенности образования фенольных соединений у трех штамов длительно пассируемых каллусных культур чайного растения (сорт "Местный").
-
Используя воздействие колхицина, получить полиплоидные каллусные культуры чайного растения и изучить их цитогенетические характеристики и способность к образованию фенольных соединений.
Научная новизна. В результате проведенных исследований впервые показало, что у диплоидных форм двух сортов растений чая "Местный" и "Кимынь" способность к образованию растворимых фенольных соединений была выше, чем у тетраплоидных их форм. Более продуктивным в отношении синтеза этих веществ являлся сорт "Местный". При инициации каллусных культур из отличающихся по уровню плоидности растений специфика фенольного метаболизма исходных тканей сохранялась. Это проявлялось как в более высокой способности каллусных культур листового происхождения к образованию фенольных соединений по сравнению с культурами стеблевого происхождения, так и в сохранении сортовых особенностей их образования. При этом каллусные культуры ин-циированные из диплоидных растений содержали больше фенольных соединений, по сравнению с культурами инициированными из тетраплоидных растений. При повышении уровня плоидности клеток каллусных культур как в процессе длительного пассирования, так и под влиянием колхицина, способность к накоплению фенольных соединений снижалась и изменялись их морфологические характеристики, в частности за счет увеличения размеров клеток.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные расширяют наши представления об особенностях образования фенольних соединений в растениях с различным уровнем плоидности. Более высокая способность к синтезу растворимых фенольных соединений свойственна клеткам с диплоидным набором хромосом.
Результаты представляют и определенный практический интерес в связи с изучением различных сортов чайных растений. Наиболее перспективной для производства чая является диплоидная форма чайного растения сорта "Местный", содержащая значительные количества фенольных соединений. Селекция полиплоидных форм не способствовала получению высокопродуктивных в отношении синтеза фенольных соединений растений .
Апробация работы. Представленные в диссертации результаты докладывались на Международной конференции по биологии культивируемых клеток и биотехнологии (Новосибирск, 1988). на IV Всесоюзной конференции молодых ученых по физиологии растительной клетки (Минск, 1990). на V всесоюзной конференции молодых ученых (Киев, 1992), на III сьзде Всероссийского общества физиологов растений (Санкт-Петербург, 1994), а также на научных семинарах в лаборатории вторичного метаболизма ИФР РАН.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на //0. страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения результатов, общего заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа содержит 8 таблиц, 32 рисунка. Список литературы, включает /? ссылки, в том числе /Я? иностранных.
Похожие диссертации на Особенности образования фенольных соединений у различающихся по уровню плоидности чайных растений и соответствующих им каллусных культур
