Введение к работе
Актуальность исследования. Хвойные представляют собой основной эле-:цт биоценозов на обширных пространствах Сибири. В условиях, малопригодных я других видов растительности, они способны создавать значительную биомассу, птако резервы продуктивности хвойных, а также распространение их на север на льшей части сибирского региона не реализуется полностью из-за лимитирующего йствия неблагоприятных факторов, среди которых низкие температуры относятся основным.
Успешному решению задачи повышения морозостойкости древесных расте-н должны способствовать фундаментальные исследования химической природы акотемпературной устойчивости и природы повреждений низкими температурами меристематических тканей. Известно, что в обеспечении низкотемпературной ус-йчивости растений большую роль играет белковый и липидцый обмен, поскольку лки и липиды являются структурными компонентами биологических мембран, івреждающихся при замораживании в первую очередь. Исследование сезогасых менений состава и свойств белков и липидов меристематических тканей хвойных, щерживающих в зимний период низкие отрицательные температуры (до минус 60 '), может дать ценную информацию о структурно-химических перестройках клеток :ристем.
Среди хвойных пород Сибири лиственница сибирская (Larix sibirica L.) облает наибольшей морозостойкостью, что свидетельствует о существовании у лист-нницы сформированного и наследственно закрепленного механизма, позволяюще-сохранять жизнеспособность меристематических клеток в условиях суровой си-ірской зимы. Таким образом, меристематіетеские ткани почек лиственницы, при .щелении которых удается получить весьма однородные по содержанию живых еток образцы, являются перспективным объектом для изучения роли белков и ли-[дов при формировании криорезистентного состояния растительных клеток. Белки липиды меристематических тканей почек лиственницы сибирской до настоящего емени практически не изучены. Полученные экспериментальные результаты по-олят глубже понять особенности метаболизма лиственницы, а также будут полез-і для дальнейшего изучения физиолого-биохимических механизмов, выработан-гх хвойными в процессе адаптивной эволюции для защиты от холода.
Таким образом, изучение сезонных изменений состава и свойств белков и ли-;дов меристематических тканей почек лиственницы сибирской и связи этих изме-ний с низкотемпературной устойчивостью тканей в осенне-зимний период акту-ьно и носит фундаментальный характер.
Исследования выполнялись в соответствии с планом научно-следовательских работ Сибирского государственного технологического универ-тета, финансируемых из средств федерального бюджета по единому заказу-наряду 1.10.98.Ф. и Федеральной программой «Интеграция» при финансовой поддержке іасноярского краевого фонда науки. Грант 3F0172.
Цель и задачи работы. Основной целью работы является изучение сезонных изменений состава и свойств белков и липидов меристематических тканей почек лиственницы сибирской и разработка представлений о роли белков и липидов в формировании низкотемпературной устойчивости меристематических тканей.
Для достижения указанной цели были поставлены и решались следующие
конкретные задачи: . ,.
изучение сезонной динамики содержания основных компонентов меристематических клеток (водорастворимых веществ цитоплазмы, комплекса клеточных мембран, клеточных стенок);
изучение сезонной динамики содержания белков в меристематических тканях;
изучение фракционного состава водорастворимых белков цитоплазмы и белков комплекса клеточных мембран и его изменения при адаптации к низким зимним температурам;
изучение сезонной динамики содержания нейтральных, фосфо- и гликолипи-дов в меристематических тканях;
изучение жирнокислотного состава липидов комплекса клеточных мембран и его изменения при адаптации к низким зимним температурам;
изучение фазовых переходов липидов комплекса клеточных мембран;
изучение криопротекторных свойств водорастворимых белков цитоплазмы и периферических белков комплекса клеточных мембран меристематических тканей.
Научная новизна работы. Впервые проведено систематическое исследование состава и свойств белков и липидов меристематических тканей почек лиственницы сибирской в периоды подготовки к глубокому покою, глубокого покоя, вынужденного покоя, подготовки к вегетации.
Исследована сезонная динамика содержания белков и липидов комплекса клеточных мембран, выделенного из меристематических тканей почек. Впервые обнаружено, что в зимнее время клеточные мембраны на три четверти сформированы белковыми структурами, что, вероятно, повышает упругость и прочность мембран в условиях фазовых переходов вода - лед и обезвоживания клеток при низких зимних температурах.
Определен фракционный состав и молекулярные массы водорастворимых белков цитоплазмы и белков комплекса клеточных мембран. Обнаружены уникальные антифризные свойства высокомолекулярных фракций водорастворимых белков цитоплазмы и периферических белков комплекса клеточных мембран, полностью исчезающих из белкового спектра к моменту отрастания хвои, заключающиеся в их способности обеспечивать глубокое переохлаждение внутриклеточной воды.
Исследованиями температур фазовых переходов фосфолипидов комплекса клеточных мембран, показана их роль в сохранении жидкого фазового состояния мембран в условиях низких зимних температур.
На основании экспериментальных данных разработаны представления о роли белков и липидов в формировании состояния низкотемпературной устойчивости меристематических тканей почек лиственницы сибирской.
Практическая значимость работы. Данные, полученные в результате иссле-гования белков и липидов меристематических тканей почек лиственницы сибирской, обладающих высокой устойчивостью к низким температурам, имеют общетеоретическое значение и вносят определенный вклад в изучение физиологических процессов, протекающих в тканях в связи с адаптацией растений к зимним услови-ім. Полученные результаты показывают важную роль этих исследований для выяв-іения особенностей механизма формирования состояния низкотемпературной устойчивости и могут быть использованы для оценки морозостойкости древесных растений, возможностей их интродукции, разработки способов повышения устойчиво-ли, а также новых методов криоконсервирования растительных тканей для будущей :елекции рартений.
Апробация работы. Основные полоясения диссертации докладывались и об-:уждались на Всесоюзной конференции «Проблемы комплексного использования древесного сырья» (Рига, 1984), на региональной экологической конференции «Эко-пого-экономические проблемы Красноярского края» (Красноярск, 1999), на региональной конференции с международным участием «Научные основы и методы комплексного использования растительных ресурсов лесных экосистем Сибири и Дальнего Востока» (Красноярск, 2000), на международной конферещии, посвященной 70-летию СибГТУ «Химико-лесной комплекс - научное и кадровое обеспечение в XXI веке. Проблемы и решения» (Красноярск, 2000).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической и экспериментальной частей, выводов, библиографии, состоящей из 220 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста и содержит 12 таблиц, 20 рисунков.