Введение к работе
Актуальность темы. Реализация потенциальной продуктивности растений опосредована их устойчивостью к внешним факторам СУдовенко, 1979; Климов с соавт. , 1990), одним из которых является температура. Формирование низкотемпературной устойчивости - многоступенчатый, интегральный процесс, заключавшийся в перестройке метаболизма и структуры клеток. В эту перестройку вовлечены все ее компартменты СХохлова, 1985; Джанумов, 1985; Эаботин с соавт. 1995). В настоящее время имеются экспериментальные данные, показывающие, что приспособление растений к низким температурам определяется дифференциальной экспрессией генов С Guy, 1990; Kuzne-tsov et.al., 1996), то есть идет при участии белоксинтезирующей системы (Trunova, 1987). Несмотря на очевидные успехи, достигнутые в изучении адаптации растений к низким температурам, механизм запуска и реализации адаптивной программы до конца не понятен. В то же время, известно, что у растений, как и у животных, приспособительные реакции на действие факторов внешней среды, например, силы тяжести, света, гормонов или патогенов могут быть опосредованы системой вторичных посредников Синозитолфосфат, ди-ацилглицерол, Са+ , цАМФ ) через посттрансляционную модификацию белков, например, активацию протеинкиназ и реакцию фосфорилиро-вания.
В качестве мишеней действия протеинкиназ при адаптации мо
гут выступать различные ферментные системы, выполнявшие жизненно
необходимые функции - -в клетке. Например, Н -АТФаза плазмалеммы,
значение которой для формирования устойчивости определяется зна
чимостью функций, определяемых ее работой Срост, транспорт ве
ществ, водно-солевой обмен и др.). Поэтому весьма актуальным яв
ляется изучение адаптивных изменений в активности данного ферме
нта и возможных путей его регуляции. .
Функционирование Н -АТФазы плазмалеммы (Опритов с соавт., 1990), АТФ-синтетазы хлоропластов ССкулачев, 1987), как и многих других мембраносвязанных ферментов, опосредовано состоянием ближайшего окружения. Как известно, в процессе адаптации происходят значительные изменения липидного матрикса клеточных мембран СМа-нуильская, 1987; Yoshida, Uernura, 1988). Поэтому в качестве другого регуляторного механизма, определяющего активность различных мембранных ферментов в процессе низкотемпературного закаливания
могут выступать белок-липидные взаимодействия, роль которых достаточно подробно изучена при функционировании тилакоидных мембран (Заботин с соавт., 1975).
Развитие исследований фиэиолого-биохимических механизмов адаптации растений несомненно связано с изучением различных способов регуляции и координации активностей ключевых ферментов клетки и роли последних в соответствующей альтерации мембран клетки и их органелл, завершающих перестройку обмена.
Цель и задачи работы. Целью работы было выявить вовлеченность некоторых компартментов клетки Сплазмалемма, хлоропласти) в протекание начальной фазы закаливания и оценить участие разли чных регуляторных механизмов Ссистема вторичных посредников, белок-липидные взаимодействия) в процессе формирования морозоустойчивости.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
-
исследовать с помощью ингибиторного анализа участие вторичных мессенджеров СцАМФ, Са .инозитолфосфаты, диацилглицерол) в процессе акклимации к холоду;
-
изучить динамику эндогенного содержания цАМФ на первой фазе закаливания низкими положительными температурами;
-
установить характер изменения активности Н+-АТФазы плаз-малеммы на действие закаливающей температуры;
-
изучить влияние закаливания низкой положительной температурой на перераспределение световой энергии между пигмент-бел-ково-липидными комплексами СПБЛК) и на устойчивость сопрягающей мембраны к детергентам;
Научная новизна. Впервые были проведены комплексные исследования по оценке участия вторичных посредников в процессе адаптации растений к низким температурам. Впервые продемонстрированс появление пика в эндогенном содержании цАМФ в течение первых часов действия закаливающей температуры. Установлено, что подобное двухфазное изменение содержания цАМФ характерно для озимого сорта и не наблюдается у яровой пшеницы.
С использованием блокаторов Са каналов различного тип; впервые оценен вклад различных источников Са -депонирующих ком партментов в формирование морозостойкости проростков озимо: пшеницы. Показано вовлечение АБК в развитие термоадаптивных ре акций на посттрансяяционной стадии.
Впервые установлено, что рН-зависимость Н+-АТФазы плазма-леммы связана с возможным существованием на плазмалемме двух различных способов переноса калия, отличающихся по оптимуму рН.
Практическая значимость работы. Полученная информация может представлять интерес для исследователей, занимавшихся проблемами адаптации растений к низким температурам, и вносит вклад в понимание физиолого-биохимических механизмов, лежащих в основе з'ака-ливания растений с участием различных способов регуляции (вторичные мессенджеры, белок-липидные взаимодействия). Выявленное положительное влияние ряда химических эффекторов на уровень морозостойкости может служить основой для разработки способов повышения морозоустойчивости.
Целесообразно также использовать теоретические обобщения при чтении спецкурсов по физиологии устойчивости растений.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на конференциях молодых ученых Казанского института биологии КФАН СССР СКазань, 198S, 1988), на отчетных научных конференциях Казанского института биологии С1985-1995), на региональной конференции по криобиологии и холодо- и морозоустойчивости растений (Чернигов, 1988), на 2 Всесоюзном съезде ВОФР СМинск, 1990), на 7 Братиславском симпозиуме по олигосахаридам (Словакия, 1994), на 2 Республиканской конференции по экологии (Казань, 1995), на 7 Симпозиуме по клеточной стенке (Испания, 1995), на Симпозиуме по молекулярной и клеточной биологии (США, 1996).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 11 опубликованных работах, 2 работы находятся в печати.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов и обсуждения, выводов. Работа изложена на :/25"стр. машинописного текста, содержитІ5 рисунок,6 таблицы. Список цитированной литературы включает do^ на иностранном языке.
