научный журнал по биологии Физиология растений ISSN: 0015-3303

КУЛАЕВА О.Н., ШТРАТНИКОВА В.Ю. — 2008 г.

Изучали рост и активность глюкуронидазы (GUS) в семядолях и розеточных листьях растений Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. (экотип Wassilewskija), трансформированных GUS-геном под контролем цитокинин-зависимого промотора ARR5 гена. По активности GUS судили о присутствии в растениях активных форм цитокининов. Растения выращивали в течение 3 нед. на питательной среде с нитратом или аммонием. Рост семядолей и листьев растений при аммонийном питании был существенно снижен по сравнению с растениями, получавшими нитраты. Этому соответствовала значительно меньшая активность GUS в листьях растений на среде с аммонием, что указывало на сниженное содержание в них активных форм цитокининов, способных активировать промотор ARR5 гена. У листьев растений, росших на обоих источниках азота, активность GUS увеличивалась в ходе их роста и резко снижалась после его прекращения, что свидетельствовало о зависимости роста листьев от их обеспеченности цитокининами. Высокая активность GUS, обнаруженная в черешке и проводящей системе листа, указывала на снабжение листьев цитокининами из корней по сосудистой системе. Резкое падение активности GUS после прекращения роста нижерасположенного листа совпадало по времени с увеличением активности GUS в вышерасположенном листе. Это указывало на возможное перераспределение в растении цитокининов, содержание которых могло быть лимитирующим фактором роста листа. Существенная активация роста листьев растений на нитратном источнике азота и соответствующая этому высокая активность GUS в листьях обсуждается с точки зрения сигнальной роли цитокининов в регуляции роста листьев с помощью .

ЧИКОВ В.И. — 2008 г.

Рассмотрено развитие представлений о значении фотосинтеза в продукционном процессе растения от полного совпадения этих понятий до сведения фотосинтеза к роли “исполнителя заказа” на ассимиляты со стороны потребляющих органов. В качестве отдельных этапов развития проблемы обсуждаются следующие вопросы: лимитирует ли фотосинтез продуктивность, каков вклад нелистовых хлорофилл-содержащих органов в продукционный процесс, роль фотоокислительных процессов и донорно-акцепторных отношений между фотосинтезирующими и потребляющими ассимиляты органами, участие апопласта в регуляции фотосинтетической функции в системе целого растения, роль иона нитрата как фактора, регулирующего фотосинтез и транспорт ассимилятов из листа. В завершающей части рассмотрены вопросы распределения ассимилятов среди разных органов-потребителей и роль конкуренции между ними в регуляции фотосинтеза и формирования урожая.

МЕРЗЛЯК М.Н., СОЛОВЧЕНКО А.Е. — 2008 г.

При длительном воздействии на растения интенсивного солнечного излучения и других неблагоприятных факторов среды возникает дисбаланс между количеством поглощенной световой энергии и способностью к ее утилизации, который приводит к фотоингибированию и повреждениям растений. В подобных ситуациях ограничение количества световой энергии, поглощаемой фотосинтетическим аппаратом, несмотря на существенные затраты энергетических и метаболических ресурсов, является эффективным дополнением таких фотозащитных механизмов, как репарация макромолекул, элиминация активных форм кислорода, тепловая диссипация избытка поглощенной световой энергии. В условиях стресса растения накапливают в различных компартментах клеток и структурах тканей пигменты, эффективно задерживающие излучение в УФ и видимой областях спектра. Известны четыре основные группы фотозащитных пигментов: микоспорин-подобные аминокислоты, фенольные соединения (в частности, фенольные кислоты, флавоноиды и антоцианы), алкалоиды (беталаины) и каротиноиды. Накопление соединений, поглощающих в УФ области спектра (микоспорин-подобные аминокислоты у низших и фенольные соединения у высших растений), относится к универсальным механизмам фотоадаптации и защиты от фотоповреждения, сформировавшимся на ранних этапах эволюции фотоавтотрофных организмов. Экстратилакоидные каротиноиды, беталаины и антоцианы играют важную роль в долговременной адаптации растений к условиям освещения и защите от фотоповреждений. Важной особенностью некоторых групп растений является замещение отсутствующих у них классов фотозащитных пигментов (например, антоцианов) пигментами из других групп, отличными по химической природе и локализации, но сходными по спектральным свойствам, такими как кетокаротиноиды и беталаины.

ИН С., ЛИ Р.Х., ЛО И.Б., МЭЙ К.Х., ХАО И.Л., ЧЖАО Ф. — 2008 г.

Гамма-линоленовая кислота (ГЛК; C18:3 6,9,12) – ЖК, играющая важную роль в биологических структурах и функциях клетки и применяемая для производства пищевых добавок. Она не содержится в масличных культурах, хотя во многих из них в значительных количествах содержится линолевая кислота, которая в присутствии фермента -десатуразы может быть преобразована в ГЛК. Для получения ГЛК в семенах масличных культур мы выделили кДНК, кодирующую -десатуразу ЖК нитчатого гриба Mucor circinelloides M29. Экспрессия данного гена в трансгенных растениях табака привела к накоплению ГЛК в количестве 23.1% от суммарного содержания ЖК. Полученный нами результат дает основания считать, что введение гена -десатуразы M. circinelloides в геном коммерческих масличных культур позволит наладить крупномасштабное производство ГЛК, применяемой в производстве пищевых добавок и фармацевтической промышленности.

ТОДОРОВА Р. — 2008 г.

Локализацию процесса десатурации в растительной клетке изучали путем экспрессии гибридного гена, содержащего гены, кодирующие FAD2 ( 12 десатураза) шпината (Spinacia oleracea) и усиленный зеленый флюоресцентный белок (EGFP), под контролем 35S промотора вируса мозаики цветной капусты. Гибридный белок был активен в BY-2 клетках табака (Nicotiana tabacum). Изучали временные изменения в локализации FAD2–EGFP белка. На основании полученных результатов можно заключить, что процесс десатурации в растительных клетках протекает в эндоплазматическом ретикулуме и плазматической мембране.

ВЯЛЬ Ю.А., ДЮКОВА Г.Р., ЛЕОНОВА Н.А., ХРЯНИН В.Н. — 2007 г.

Проведены исследования по установлению механизмов адаптации подроста широколиственных деревьев к естественным условиям плакорной и пойменной дубрав. Выявленные анатомические и физиологические особенности растений разных местообитаний рассматриваются как приспособительная реакция фотосинтетического аппарата.

БЛЭК К.К., ВОРОНИН П.Ю. — 2007 г.

Представлены современные представления о движущих факторах эволюции газового состава атмосферы Земли – затухании процесса естественного выноса восстановленных элементов из глубин Земли и переключении биоты от хемолитотрофии на фотосинтез.

ЗАХАРОВА Е.В., КОВАЛЕВА Л.В., МИНКИНА Ю.В. — 2007 г.

На двух клонах петунии (Petunia hybrida L.) – самосовместимом и самонесовместимом – исследовали динамику содержания ИУК и флавоноидов (Фл) в развивающихся пыльниках, прорастающих in vitro пыльцевых трубках и системе пыльца–пестик in vivo. Развитие мужских гаметофитов обоих клонов сопровождалось повышением содержания ИУК (от 10 до 60–70 нг/г сырой массы) и накоплением Фл (от 2 до 20 мг/г сырой массы). При прорастании in vitro мужского гаметофита обоих клонов значительно (на 15–30%) повышалось содержание ИУК в течение первых двух часов и Фл в течение первого часа. Экзогенные ИУК и Фл стимулировали на 25–30% как прорастание пыльцевых зерен, так и рост in vitro пыльцевых трубок. Прорастание мужского гаметофита in vivo на поверхности рыльца пестика (после самосовместимого и самонесовместимого опыления) сопровождалось повышением уровня ИУК в течение 8 ч от 90 до 160–200 нг/г сырой массы, а содержание Фл – от 2 до 3 мг/г сырой массы в течение первого часа и далее сохранялось на этом уровне. В системе пыльца-пестик ИУК и Фл были распределены равномерно в тканях рыльца, столбика и завязи. Полученные результаты послужили основанием для вывода о том, что Фл могут быть эндогенными регуляторами транспорта ИУК – одного из основных факторов регуляции роста и развития мужского гаметофита в прогамной фазе оплодотворения, но не участвуют в механизме гаметофитной самонесовместимости.

ГЕРАЩЕНКОВ Г.А., ОДИНЦОВА Т.И., РОЖНОВА Н.А. — 2007 г.

У растений сверхчувствительного табака (Nicotiana tabacum L.) сорта Самсун NN изучали способность к образованию некрозов и спектры белков при индукции антивирусной устойчивости, вызванной активаторами защитных реакций (АЗР) растений (арахидоновой кислотой, убихиноном 50 и витамином Е) и вирусом табачной мозаики (ВТМ-инфекцией). АЗР и ВТМ повышали локальную и системную устойчивость листьев к ВТМ. При нативном электрофорезе белков обнаружены различия в составе белков листьев, экстрагируемых при кислых и щелочных условиях. ДДС-ПААГ-электрофорез выявил белки, накапливающиеся при системной устойчивости к вирусу после обработки нижних листьев табака АЗР и при локальной устойчивости, определяемой предобработкой ВТМ. Показано, что спектры белков изменялись под действием различных АЗР сходным образом, в то время как инфекция ВТМ приводила к иным изменениям. На основании экспериментальных данных высказано предположение о возможном функционировании у табака различных путей формирования системной устойчивости, индуцированной АЗР и ВТМ-инфекцией.

АНТРОПОВА Т.М., ЖАРМУХАМЕДОВ С.К., КЛИМОВ В.В., МАЕВСКАЯ З.В., ШИРШИКОВА Г.Н. — 2007 г.

Имеющиеся в настоящее время данные о действии бикарбоната на Mn-содержащий водоокисляющий комплекс (ВОК) ФС II получены почти исключительно in vitro – на субхлоропластных мембранных фрагментах, обогащенных ФС II. Для исследования эффекта бикарбоната на донорную сторону ФС II растений in vivo мы использовали метод темновой термоинактивации целых клеток Chlamydomonas reinhardtii. Фотосинтетическую активность ФС II измеряли с помощью фотоиндуцированных изменений выхода флуоресценции хлорофилла ФС II и по скорости фотосинтетического выделения кислорода. Для устранения “прямого” эффекта отсутствия бикарбоната на активность ФС II перед измерением фотосинтетической активности концентрацию бикарбоната выравнивали посредством добавления к каждому из образцов (кроме тех, которые уже содержали NaHCO3 при термоинактивации) NaHCO3 до получения конечной концентрации 5 мМ. Это позволяло регистрировать только так называемый “необратимый”, т.е. не обращаемый последующим добавлением бикарбоната эффект отсутствия бикарбоната в процессе термоинактивации. Показано, что если в среду перед проведением термоинактивации добавляли 5 мМ бикарбоната, скорость термоинактивации донорной стороны ФС II в среде, истощенной по бикарбонату, уменьшалась в 1.5–2.0 раза. Полученные результаты интерпретируются как указание на то, что бикарбонат защищает донорную сторону ФС II от термоинактивации и in vivo, в целых клетках C. reinhardtii. Это, в свою очередь, доказывает справедливость высказанного ранее предположения о том, что бикарбонат является интегральным компонентом Mn-содержащего ВОК ФС II.

ЕВСЕЕВА Н.В., ЛОБАЧЕВ Ю.В., ТКАЧЕНКО О.В., ФАДЕЕВА И.Ю., ЩЕГОЛЕВ С.Ю. — 2007 г.

Исследованы морфогенетические процессы в незрелых зародышах пшеницы (Triticum aestivum L.) c использованием молекулярного маркера меристематических клеток злаковых культур – пролиферативного антигена инициалей (ПАИ). Использована генетическая модель, включающая набор почти изогенных линий пшеницы, альтернативных по аллелям генов короткостебельности RhtB1c, RhtB1b и Rht14 и исходный сорт Саратовская 29. Установлено влияние генетической системы Rht на содержание ПАИ в каллусных клетках пшеницы в процессе каллусообразования и последующей регенерации. Выявлены различия в содержании ПАИ на определенных этапах культивирования и общая закономерность его динамики в процессе каллусогенеза и вторичной дифференциации в каллусной ткани. Обсуждается возможная функция ПАИ в качестве маркера клеток меристематических очагов в каллусной ткани и перспектива его использования в селекционных программах в качестве дополнительного критерия оценки морфогенетической способности вновь получаемых линий пшеницы.

ВЕЛИКАНОВ Г.А. — 2007 г.

На современном этапе исследований возникли новые представления о структурно-функциональной организации транспортной системы высших растений. В частности, предполагается существование в растительной ткани не только классического (цитоплазматического) симпласта, но и еще одного надклеточного континуума, образованного вакуолями соседних клеток с участием десмотрубочек (второго транспортного канала в плазмодесмах). В настоящей работе представлен и экспериментально верифицирован методический подход к контролю самодиффузии молекул воды между вакуолями соседних клеток в корне кукурузы (Zea mays L.) методом ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля, основанный на том, что при больших временах наблюдения самодиффузии, когда молекулы воды апопласта и цитоплазмы уже отрелаксировали и фактически не принимали участия в формировании сигнала протонного эха, изменения наклона начального участка диффузионного затухания не зависят от изменений водопроницаемости вакуолярной мембраны, а контролируются исключительно изменениями водопроницаемости межвакуолярного пути по десмотрубочкам.

БРАЧ Н.Б., ГОРШКОВА Т.А., ГУРЬЯНОВ О.П., КУТУЗОВА С.Н., ПАВЛОВ А.В., ПОРОХОВИНОВА Е.А., ЧЕМИКОСОВА С.Б., ЧЕРНОВА Т.Е. — 2007 г.

У 23 различных генотипов льна культурного (Linum usitatissimum L.) анализировали тканеспецифичный галактан волокон склеренхимы, формирующих клеточную стенку желатинозного типа. Оценены содержание и средняя степень полимеризации боковых цепочек галактана до закрепления этого полисахарида в клеточной стенке. Проанализированные характеристики тканеспецифичного галактана волокон льна отличаются высокой вариабельностью; размах паратипической изменчивости между повторностями и годами изучения внутри одного генотипа сопоставим с различиями между отдельными генотипами. Средняя длина боковых цепочек у исследованных образцов варьировала от 5 до 41 остатка галактозы. Выявлена дискретность значений средней степени полимеризации боковых цепочек галактана волокон льна, что можно объяснить блочностью сборки полимера в аппарате Гольджи.

ВОРОБЕЙ Н.А., КИРИЗИЙ Д.А., КОЦЬ С.Я. — 2007 г.

В условиях вегетационного опыта в песчаной культуре изучали связь СО2-газообмена и продуктивности растений люцерны (Medicago sativa L.) с интенсивностью азотфиксации при инокуляции различными по эффективности Tn5-мутантами Sinorhizobium meliloti. В фазе цветения связь между интенсивностью азотфиксации и фотосинтезом целых растений люцерны описывалась логарифмической кривой. В этот же период установлена тесная зависимость между интенсивностью азотфиксации и массой целого растения, имеющая тенденцию к насыщению при высоких значениях интенсивности азотфиксации. Увеличение нитрогеназной активности клубеньков сопровождалось повышением интенсивности дыхания корней, причем связь этого процесса с азотфиксирующей активностью была выражена сильнее, чем с массой всей корневой системы растения. Сделан вывод о том, что для максимальной реализации потенциала высокоэффективных штаммов клубеньковых бактерий необходимы комплементарные им генотипы растений с фотосинтетическим аппаратом интенсивного типа, способным к сбалансированному обеспечению ассимилятами как симбиотического аппарата, так и ростовых процессов самого макросимбионта.

БОЖКОВ А.И., КУЗНЕЦОВА Ю.А., МЕНЗЯНОВА Н.Г. — 2007 г.

Исследовали экскрецию белков и углеводов у 1-дневных проростков пшеницы (Triticum aestivum L.) с низкой (НИР) и высокой интенсивностью роста (ВИР), количество пограничных клеток (ПК) у корней, а также влияние разных концентраций NaF (1, 5, 10 и 20 мМ) на скорость их роста при ВИР и НИР. Меньшая скорость роста корня на ранних этапах роста (1 сутки) сочеталась с высокой интенсивностью экскреции белков в среду, причем для углеводов – в меньшей степени. NaF в среде проращивания ингибировал рост корней и индуцировал экскрецию высокомолекулярных белков в среду, и это в большей степени проявлялось у корней с ВИР. Количество ПК не зависело от интенсивности экскреции белков в среду. Их количество было одинаковым у корней с ВИР и НИР, а при внесении 1мМ NaF количество ПК в среде увеличивалось в одинаковой степени у корней с ВИР и НИР. Увеличение концентрации NaF не влияло на количество ПК.

БИКБУЛАТОВА С.М., ВАХИТОВ В.А., САБИРЖАНОВ Б.Е., ФАТХУТДИНОВА Р.А., ЧЕМЕРИС А.В., ШАКИРОВА Ф.М. — 2007 г.

Исследовали влияние 6-БАП на активацию транскрипции генов рРНК пшениц (Triticum aestivum L. и T. urartu Thum. ex Gandil.) в связи с явлением ядрышкового доминирования и изменением степени метилирования участков межгенного спейсера субгенома А. Методом ПЦР-SSCP (полимеразная цепная реакция–полиморфизма однонитчатых цепей ДНК) проведен анализ фрагментов промоторной области рДНК, амплифицированных праймерами, подобранными к предварительно дезаминированной метабисульфитом натрия ДНК, выделенной из обработанных 6-БАП проростков диплоидной пшеницы T. urartu и гексаплоидной пшеницы T. aestivum. Последующее геномное бисульфитное секвенирование продуктов амплификации позволило определить уровень метилирования/деметилирования конкретных цитозиновых остатков. Выявлено вызванное 6-БАП снижение степени метилирования цитозинов промоторных областей рДНК, различающееся у исследованных пшениц, что указывает на зависимость транскрипционной активности генов рРНК разных субгеномов от степени метилирования.

ВУ Х., ВУ Ш.-ДЖ., ИН З.-ДЖ., ЛИУ З., ПАН Й.-ДЖ., СИ ДЖ., СУН Д.-Й., СЯО Ф.-Х., ЦИ ДЖ.-Л., ШЕН Х.-Г., ШИ Ш., ЯН Й.-Х. — 2007 г.

Исследовали влияние АБК на рост и вторичный метаболизм культивируемых клеток Onosma paniculatum. Добавление 0.1–5.0 мг/л АБК в питательные среды В5 и М9 замедляло рост клеток, а при культивировании в среде М9 снижало синтез шиконина и его производных в ходе всего процесса культивирования. Присутствие 0.1 мг/л АБК приводило к значительному снижению активности фенилаланин аммиак-лиазы и геранилтрансферазы n-гидроксибензойной кислоты, соответственно первого и ключевого ферментов биосинтеза шиконина, на 4-е сутки после инокуляции. Однако не было обнаружено достоверных изменений активности этих ферментов через 8, 12 и 16 суток культивирования. Данные ОТ-ПЦР анализа (обратная транскрипция–полимеразная цепная реакция) не позволяют говорить о значительном изменении экспрессии генов PAL1 и LePGT на 4-е сутки после инокуляции. Более того, влияние АБК на вторичный метаболизм культивируемых клеток могло быть снято добавлением 2-аминоэтилдифенил бората, ингибитора рецептора инозитолтрифосфата, или никотинамида, ингибитора АДФ-рибозилциклазы, действие которого связано со снижением внутриклеточной концентрации кальция.

ВЕСЕЛОВ С.Ю., ВЫСОЦКАЯ Л.Б., КУДОЯРОВА Г.Р., ТИМЕРГАЛИНА Л.Н. — 2007 г.

При помощи иммуноферментного анализа исследована динамика содержания цитокининов в изолированных листьях проростков пшеницы (Triticum durum, сорт Безенчукская 139), которые смачивали нитратом аммония или водой (контроль). Обработка листьев водой сопровождалась временным накоплением цитокининов, что могло быть результатом высвобождения их из О-глюкозилированных форм. Обнаруженное повышение содержания зеатина и его рибозида после первоначального снижения в изолированных листьях, которые обрабатывали нитратом аммония, не могло быть результатом их высвобождения из запасных форм (нуклеотиды, О-глюкозиды), так как содержание зеатина и его рибозида увеличивалось одновременно со связанными формами. Накопление изопентениладенозина и нуклеотида зеатина, наблюдаемое одновременно с повышением содержания зеатина и его рибозида, позволяет предположить, что цитокинины могут синтезироваться в изолированных листьях пшеницы при обработке их раствором нитрата аммония.

ВЫСКРЕБЕНЦЕВА Э.И., ОРЕХОВА С.О., ШУГАЕВ А.Г., ШУГАЕВА Н.А. — 2007 г.

Изучали влияние долговременной засухи на скорость поглощения кислорода и активность митохондриальных оксидаз: цитохромоксидазы и альтернативной CN-резистентной оксидазы (АО), чувствительной к салицилгидроксамовой кислоте (СГК), в сосудисто-волокнистых пучках, изолированных из черешков донорных листьев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) и борщевика (Heracleum sosnovskyi L.). В условиях нормальной влажности почвы (70% от полной влагоемкости, ПВП) поглощение кислорода проводящими пучками сахарной свеклы характеризовалось высокой интенсивностью (более 700 мкл О2/(г сырой массы ч)) и выраженной цитохромоксидазной природой терминального окисления (до 80% ингибирования дыхания в присутствии 0.5 мМ KCN). Долговременный водный дефицит (40% ПВП) не оказывал существенного влияния на скорость дыхания пучков, но сопровождался увеличением степени его CN-резистентности. На раннем этапе засухи (10 суток) снижение активности цитохромного пути окисления компенсировалось в основном активацией АО митохондрий, тогда как более длительное обезвоживание растений сопровождалось активацией дополнительных окислительных систем, нечувствительных к действию KCN и СГК. Аналогичные, но более яркие изменения активности терминальных оксидаз были обнаружены в проводящих пучках листьев дикорастущего борщевика в условиях длительной естественной засухи. Высказывается предположение, что торможение цитохромного, сопряженного с синтезом АТФ, пути окисления в клетках донорных листьев растений сахарной свеклы должно оказывать негативное влияние на скорость передвижения и накопления ассимилятов в корнеплоде и может являться важной причиной резкого снижения урожайности этой сельскохозяйственной культуры в условиях недостатка влаги.

ВИНТЕРХАЛЬТЕР Б., ВИНТЕРХАЛЬТЕР Д., НИНКОВИЧ С., СРЕТЕНОВИЧ-РАДЖИЧИЧ Т., ЮЗЕЛАК Б. — 2007 г.

Две инбредные линии Brassica oleracea L. var. capitata были трансформированы с помощью двух штаммов Agrobacterium tumefaciens (AGL1/p DM805 и LBA4404/p GKB5 (LB5-1)) для повышения устойчивости к гербициду баста. При инокуляции бактерией семядолей и гипокотилей получали нормальные растеньица, характеризующиеся высокой степенью регенерации на МС-среде с добавлением 1 мг/л БАП и 0.5 м г/л индолил-3 масляной кислоты. У растений генотипа P34I5 по сравнению с генотипом P22I5 отмечали более высокую степень регенерации побегов (соответственно 48.1 и 26.9%), интенсивность размножения и акклимации в теплице (соответственно 76 и 40%). Штамм A. tumefaciens AGL1/p DM805 и ндуцировал образование большего числа побегов на экспланте, особенно в случае инокуляции семядолей, и более высокую степень трансформации, чем штамм LB5-1 (соответственно до 35 и 12%). Подвергнутые трансформации растения выживали после опрыскивания фосфинотрицином в концентрации 10–30 мг/л. Трансформацию подтверждали GUS-тестом (по -глюкуронидазе) и полимеразной цепной реакцией (ПЦР) в поколениях Т0 и Т1.