Введение к работе
' Актуальность проблемы. Прорастание семян представляет собой первый этап жизни каждого нового поколения растений, обеспечивая воспроизведение вида. Понимание физиологических механизмов, лежащих в основе прорастания семян, представляет собой не только важную научную проблему, но имеет и большое практическое значение. Изучение Фибиологии прорастания семян актуально для практики растениеводства, так как получение полноценных и дружных всходов закладывает основу нормального роста и развития хозяйственно-ценных видов растений.
С теоретической точки зрения физиология прорастания семян представляет интерес прежде всего потому, что при прорастании осуществляется быстрый переход зрелого жизнеспособного семени из состояния вынужденного покоя, характеризующегося крайне вяло протекающим основным метаболизмом, к состоянию активной жизнедеятельности, завершающемуся интенсивным ростом проростка. Наряду с активацией метаболизма в семенах при прорастании возрастает содержание полиаминов (Anguillesl et al.,1978; Villanueva et al.,1978; Lin,1984; Torrigiani et al.,1988;Savithramma,Swamy,1989;Walker et al.,1989). Из литературных данных следует, что накопление полиаминов и усиление активности ферментов. их биосинтеза могут быть связаны с быстрым ростом тканей и высокой активностью клеточных делений (Palavan, Galston,1982; Shen,Galston,i985;Palavan-Unsal,1987;Federico,Angeli-ni,1988). Однако, как правило, такие исследования ведутся на модельных системах їл vitro: в суспензионной культуре клеток, в культуре протопластов, каллусов и эксплантов. Изучение роли полиаминов в ростовых процессах, идущих в прорастающем семени, в отличие от модельных систем In vitro,'имеет ряд преимуществ.
При прорастании семени и развитии проростка последовательно включается ряд физиологических процессов: выход из вынужденного покоя и активация метаболизма во время физико-химического набухания семян; подготовь к началу растяжения клеток и рост за счет растяжения клеток, приводящий к наклевывашго семян; рост осевых органов за счет и растяжения, и делений іиеток (Bewley,Black,1978,1985;0б-ручева,, 1991). При прорастании семян изучение роли полиаминов в инициации роста осевых органов затруднено тем, что деление и растяжение клеток у шюгих видов семян начинается одновременно. Однако, у ряда видов прорастание начинается только за счет растяжения клеток (Обручева,1982,1991). К их числу относятся семена кормовых бобов
- 4 -Vicla faba minor L., у которых при прорастании растяжение и деление клеток раздвинуты во времени. Преимущества данного объекта позволяют изучить закономерности превращений полиаминов при инициации растяжения и деления клеток в прорастающих семенах, что представляет собой актуальную проблему не только для физиологии семян, но и для физиологии роста растений в целом.
Цель и задачи исследования. Целью работы было изучить динамику содержания полиаминов в прорастающих семенах Vlcla faba minor L. в связи с инициацией и протеканием в них ростовых процессов. , Перед нами стояли следующие задачи:
- исследовать влияние экзогенных полиаминов (путресцина, када
верина, спермидина и спермина) на подготовку роста осевых органов
семян к прорастанию, на собственно наклевывание семян' и на рост
осевых органов после проклевывания;
-изучить динамику содержания полиаминов в процессе прорастания семян в семядолях и осевых органах зародыша и в процессе роста проростков;
выяснить особенности образования полиаминов из аминокислот-предшественников;
сравнить динамику накопления путресцина, спермидина и спермина в различных органах проростка, отличающихся по началу и характеру роста клеток;
выяснить зависимость между накоплением полиаминов и процессами растяжения и делений клеток в осевых органах прорастающих семян путем ингибирования роста за счет прекращения митотической активности с помощью ї-облучекия и за счет подавления растяжения клеток путем инкубирования семян в осмотике.
Научная новизна работы. В процессе прорастания семян кормовых бобов Vtcla faba minor L. была изучена зависимость между содержанием ПА и особенностями роста осевых органов. Обнаружено, что в осевых органах на начальных этапах прорастания полиамины синтезируются слабо и, в основном, из аргинина , образующегося при гидролизе запасных белков, затем начинается интенсивное накопление полиаминов за счет начала работы орнитинового цикла, поддерживаемого транспортом азотсодержащих соединений из семядолей'. Впервые была проанализирована динамика каждого из полиаминов в связи с особенностями роста каждого из осевых органов, т.е. с позиций соотношения в них процессоь растяжения и деления клеток. Удалось показать,' что полиамины не участвуют в подготовке растяжения клеток в осевых органах
- 5 -перед началом прорастания. Рост органов в длину коррелирует с накоплением в них путресцина. Установлено, что растяжение клеток во всех органах связано именно с накоплением путресцина, тогда как начало делений в них - с накоплением спермидина. При иебирательном подавлении растяжения клеток инкубированием в осмотике, а деления клеток - r-облучением, было продемонстрировано прекращение синтеза путресцина и спермидина. Выдвинуто представление о том, что начало растяжения в осевых органах вызывает синтез путресцина, а начало делений - образование спермидина.
Практическое и теоретическое значение. Разработана модельная система, позволяющая тестировать влияние соединений на темп накле-вывания семян: для математической обработки и сравнения кривых вполне достаточно вести регулярные наблюдения за проклевыванием, пока не проклюнется 50% семян, и в конце опыта учитывать всхожесть. Тем самым облегчается постановка опытов по скринингу действия -различных веществ на проклевывание семян.
Полученные результаты по накоплению полиаминов на начальных этапах прорастания позволили разграничить начальный биосинтез полиаминов в осевых органах за счет аргинина запасных белков и последующее образование полиаминов за счет притекающего иа семядолей аспа-рагина при активном участии орнитинового цикла. При сопоставлении накопления полиаминов и особенностей роста клеток каждого из осевых органов, а также их роста при подавлении растяжения осмотиком, а делений - г-облучением, было показано, что путресцин образуется в начавших растягиваться клетках, а спермидин - при делении клеток, что позволяет с новых позиций оценить участие полиаминов в ростовых процессах.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 14-ой Международной конференции по регуляторам роста растений (Амстердам, Голландия, 1993) и доложены на трех Всесоюзных конференциях молодых ученых ( Рига, 1987; Петрозаводск, 1988; Ташкент, 1990), Рсесоюэной конференции по физиологии семян, Душанбе, 1990, а также ца семинарах лаб. физиологии запасающих органов и на расширенном эаседании лаб. роста и развития ИФР РАН.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа (/6/< страницы, 3S рисунков,' Q. таблиц) состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, включающей результаты исследований и их обсуждение, заключения, выводов, спис-
ка литературы цЗ-> наименований, из них ,а.сзарубежных авторов).
Используемые сокращения:
ПА - полиамины Агм - агматин Apr -'аргинин
Пут - путресцин Кад - кадаверин Орн -%орнитин
Спд - спермидин Спм - спермин Пит - цитруллин
