Введение к работе
Актуальность проблеми. В литературе растения семейства Lem-naceae рассматриваются как чрезвычайно ценный экспериментальный объект для морфологических, физиологических и биохимических исследований. Это определяется неприхотливостью, малыми размерами, быстрым ростом и размножением, относительной простотой строения и преобладанием вегетативного размножения, что позволяет использовать всего один генетический клон на протяжении всего эксперимента. Кроме того, контрольные условия температуры, света и питания легче обеспечить рясковым, чем другим цветковым растениям. Рясковые способны расти не только автотрофно, но и гетеротрофно.
В последние годы появилось большое число работ, посвященных изучению влияния стрессовых факторов внешней среды на клеточный метаболизм рясковых. Однако, на наш взгляд, совершенно недостаточно раскрыты вопросы от роли дыхательных и фотодыхательных ферментных систем в адаптации растений к условиям среды и, в частности, к свету, засолении, углеродному питанию, к наличию в среде токсических веществ.
Были обнаружены различия в наличии или отсутствии различных ферментных систем дыхательного и фотодыхательного метаболизма не только между родами и видами рясковых, но и среди разных клонов одного вида. Более итого, многие из ферментов, присутствующих в нормальных листецах. отсутствуют в турионах - маленьких, бескорневых, содержащих много крахмала талломах, образующихся при неблагоприятных условиях среды.
В связи с переходом к специфическому образу жизни и, как следствие, со значительным упрощением морфологии и изменению вторичного метаболизма, рясковые представляют большой интерес для изучения эволюционных процессов и, в частности, биохимических основ эволюции. Большинство современных ученых считают, что у рясковых цветок представляет собой сильно редуцированный цветок ароидных (Агасеае), к которым относится пистия резовидная (P.strati-otes). Многокоренник обыкновенный (Spirodela polyrhiza) модою считать промежуточным звеном между ароидными и другими родами рясковых (вольфией, лемной). С нашей точки зрения представляется важным исследование вышеперечисленных видов растений в плане сравнения компенсации клеточным метаболизмом рясковых влияния стрессовых факторов. Изучение влияния света на функционирование отдельных этапов темновсго дыхания: гликолиза, окислительного
пентозофосфатного пути, цикла Кребса - является одним из этапов изучения регуляции взаимосвязи фотосинтеза и дыхания у рясковых. Подобное изучение позволило бы приблизиться к решению вопроса о количественном соотношении окислительных путей метаболизма, локализованных в хлоропластах и в цитоплазме, а также о функционировании окислительного фосфорилирования на свету. Исходя из физиологических особенностей рясковых, естественно предположить возможность функционирования темнового дыхания на свету и изучить вопрос о влиянии света на активацию альтернативного пути дыхания. Особый интерес представляет изучение влияния галактозы на метаболизм рясковых. Для большинства растений галактоза токсична в малых концентрациях - 0,01 %. Гетеротрофный рост в присутствии галактозы как единственного источника углерода очень редок. (De Kock, Cheshire, 1979; Donn, 1973). Галактоза в большом количестве входит в состав водорастворимых полисахаридов (галактанов), представляющих промышленный интерес. Галактаны используются в качестве пищевых добавок, а также как агенты для восстановления загрязненных нефтью почв. Возможность роста вольфии в присутствии галактозы позволила бы изучать ферменты биосинтеза галактанов более детально.
Цеди и задачи исследовании. Целью настоящей работы явилось изучение влияния света, засоления, углеродного питания на окислительный метаболизм растений семейства Lemnaceae.
Исходя из целей были поставлены следующие задачи:
-
Исследование влияние углеродного питания на окислительный метаболизм рясковых.
-
Исследование особенностей метаболизма растений семейства Lemnaceae.
-
Изучение световой регуляции окислительного метаболизма рясковых и пистии.
-
Исследование влияния света и засоления на активность и изофер-ментный состав некоторых окислительных ферментов.
-
Изучение возможности функционирования различных ветвей ЦТК в условиях засоления.
Научная новизна работы. Работа является комплексным исследованием, посвященным изучению влияния стрессовых факторов на окислительный метаболизм растений семейства рясковых.
Установлено, что окислительный метаболизм вольфии существенно зависит от типа углеродного питания.
Показано, что изменение концентрации ( и присутствие органического источника углерода приводят к изменениям потока метаболитов через цианидрезистентную оксидазу, гликолатный путь и другие пути, связанные с дыханием.
Установлено, что засоление ведет к значительным перестройкам окислительного метаболизма рясковых.
Впервые показано, что у вольфии и лемны гликолиз и ЦТК не ингибируется при фотосинтезе. Возрастание интенсивности зтих процессов объясняется участием цианидрезистентной оксидазы (в функционировании гликолиза и ЦТК на свету). Впервые обнаружено, что в условиях автотрофного питания вольфия способна частично использовать галактозу в ісачесгве источника органического питания. Определено количество изоформ малатдегидрогеназы, полифенолоксидазы и пероксидазы у вольфии, спироделы и пистии в нормальных условиях и при длительном затемнении.
Практическая значимость исследования. Научные положения настоящей работы расширяют и углубляют современные представления о механизмах адаптации растений к условиям среды.
Возможность функционирования дыхательных процессов (ЦТК и гликолиза) на свету у рясковых необходимо учитывать при обсуждении вопросов, касающихся взаимосвязи фотосинтеза и дыхания. Способность вольфии частично использовать галактозу в качестве источника органического питания представляет возможность изучения особенностей галактозного метаболизма и, в частности, ферментов биосинтеза галактанов.
Материалы работы используются в учебном процессе биолого-почвенного факультета Воронежского госуниверситета (общем курсе "Физиология растений").
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и обсуждены на: Всероссийской научной конференции "Изучение и рациональное использование природных ресурсов" (Уфа, 1991); Международном симпозиуме по физиолсгии. биохимии и генетике устойчивости растений к засолению (Ташкент,1992); II открытой городской научной конференции молодых ученых города Пушино (Пущино, 1997); Научной сессии Воронежского госуниверситета (Воронеж, 1992).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает 175 страниц машинописного текста, 11 таблиц, G1 рисунок. Состоит из введения, 9 глав, заключения и выеодов. Список литературы содержит 232 работ, из них 70 отечественных и 162 зарубежных.
