ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 4, с. 493-499
УДК 581.1
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДЕЙСТВИЯ ФУЗИКОКЦИНА, АБК И БАП НА ТРАНСПОРТ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВ В ИЗОЛИРОВАННЫХ ЛИСТЬЯХ В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ АТТРАГИРУЮЩЕГО ЭФФЕКТА ЦИТОКИНИНОВ
© 2004 г. Е. С. Роньжина
Калининградский государственный технический университет, Калининград Поступила в редакцию 18.02.2002 г.
В работе проверена возможность влияния цитокинина на работу активной транспортной системы, участвующей в загрузке ассимилятов из мезофилла во флоэму как причины аттрагирующего эффекта фитогормона. Этот эффект заключается в торможении оттока и индукции притока веществ к месту локального нанесения фитогормона из необработанных участков зрелого изолированного листа. С этой целью использовали фитотоксин фузикокцин, стимулирующий Н+-АТФазу плазмалеммы и являющийся потенциальным активатором оттока, и фитогормон АБК, способный оказывать влияние как на транспортные, так и на метаболические и ростовые процессы в растениях. Однако фузикокцин не стимулировал отток 14С-сахарозы из листовой пластинки и не изменял вызванное ци-токинином торможение оттока. АБК существенно уменьшала экспорт 14С из листа, но снимала действие БАП на этот процесс. Сходные результаты получены на листьях бобов (Vicia faba L.) с апопла-стной загрузкой ассимилятов, осуществляющейся с участием Н+-АТФазы, и тыквы (Cucurbita pepo L.) с симпластной загрузкой, происходящей без преодоления клеточных мембран и участия Н+-АТФаз. Сделан вывод, что формирование под влиянием цитокинина зон импорта в уже выполняющих до-норную функцию листьях не связано с изменением функционирования мембранных механизмов переноса веществ в системе клеток мезофилл-флоэма. Полученные данные также подтверждают ранее высказанное предположение о том, что причиной аттрагирующего эффекта цитокинина является стимуляция роста растяжением и общая активация метаболизма в клетках мезофилла изолированного листа.
Vicia faba - Cucurbita pepo - изолированный лист - цитокинин - фузикокцин - АБК - аттрагиру-ющий эффект - Н+-АТФаза - загрузка флоэмы
Аттрагирующий эффект цитокининов заключается в способности ориентировать транспорт фотоассимилятов в растении к местам повышенного содержания этих фитогормонов [см., например, 1-3]. Впервые этот эффект был обнаружен МоШев с соавт. в 1959 г. [4] на модельной системе -зрелом отделенном листе махорки, на котором они изучали первое полученное соединение цито-кининовой природы - кинетин. Эти авторы наблюдали, что нанесение кинетина на одну половинку листа вызывало два типа эффектов на транспорт и распределение веществ: тормозило их базипе-тальный отток из листовой пластинки в среднюю жилку и черешок и индуцировало приток подвижных метаболитов из необработанного участка листа в обработанный, т.е. оказывало аттрагирую-щее действие. При этом направление транспорта
Адрес для корреспонденции: Роньжина Елена Степановна. 236000 Калининград областной, Советский пр., 1. Калининградский государственный технический университет, факультет биоресурсов и природопользования, кафедра агрономии. Электронная почта: Rhelen@klgtu.ru
веществ в обработанном цитокинином участке листа менялось на противоположное.
По-видимому, далеко не случайно аттрагирую-щая способность цитокининов была обнаружена именно на срезанном листе. Действительно, эта модель представляет собой простую и чувствительную к экзогенным цитокининам донорно-ак-цепторную систему. Ее преимущества по сравнению с целым растением подробно рассмотрены нами ранее [3].
Ныне аттрагирующее действие цитокининов было неоднократно подтверждено не только на модельных системах различной степени сложности, но и на целых растениях [см., например, 1-3]. Однако механизм этого явления пока неясен. До сих пор остается открытым даже вопрос о том, какие органы и ткани являются мишенями для цитокининов в случае их аттрагирующего действия.
Ранее мы изучили феноменологию и возможные точки приложения регуляторного действия цитокининов при их аттрагирующем эффекте на модельной системе - изолированных листьях тык-
вы и бобов [5-8]. Анализ структурной организации флоэмы показал, что аттрагирующее действие цитокинина, скорее всего, было вызвано факторами, отличными от прямого влияния фитогормона на структуру флоэмы отделенных листьев [7]. Позднее, исследовав действие БАП на структуру и функционирование мезофилла отделенного листа, мы заключили, что причиной аттрагирующе-го эффекта является стимуляция роста растяжением клеток мезофилла и усиление синтеза высокополимерных соединений: белков, веществ клеточных стенок и крахмала [8]. Оставалась неизученной еще одна возможная причина эффекта -влияние цитокинина на загрузку ассимилятов, т.е. на систему их переноса из мезофилла в клетки-спутницы флоэмных терминалей.
Известно, что в природе существуют два типа растений, принципиально отличающихся способом загрузки ассимилятов из мезофилла во флоэму в зависимости от структуры терминальной флоэмы листа [9].
У растений с терминальной флоэмой открытого типа, соединенной с мезофиллом многочисленными симпластическими связями, оформленными в плазмодесменные поля, загрузка осуществляется симпластически, по плазмодесмам и не связана с работой Н+-АТФазы [9, с. 48-49]. В открытую флоэму сахара могут пройти только через цитоплазму клеток мезофилла [9, с. 42].
У растений с закрытой терминальной флоэмой, лишенной таких связей и потому изолированной от мезофилла, загрузка идет через апо-пласт против значительного концентрационного градиента и связана с преодолением клеточных мембран, для чего используется энергия водородной помпы, выкачивающей протоны из клеток флоэмы в апопласт, что создает необходимый электрохимический градиент на их мембранах. Этот механизм приводится в действие через посредство фермента Н+-АТФазы [10, 11]. Закрытая флоэма способна поглощать сахара непосредственно из апопласта, минуя клетки мезофилла.
Мы предположили, что ингибирование системы загрузки могло бы вызвать торможение оттока. Аттрагирующий эффект в целом мог возникать, если цитокинин изменял направление работы этой системы на противоположное, что, однако, представлялось нам менее вероятным.
Очевидно, что регуляция цитокинином оттока через влияние на систему активного мембранного транспорта могла существовать лишь у растений с закрытой терминальной флоэмой листа, загрузка которой осуществляется через апопласт с участием Н+-АТФазы и должна отсутствовать у растений с открытой флоэмой листа, загружающейся симпластически, через плазмодесмы, без преодоления клеточных мембран.
Поэтому для проверки формирования аттра-гирующего эффекта на уровне загрузки флоэмы мы использовали два подхода. Во-первых, мы изучили регуляцию транспортных процессов в листьях растений с двумя принципиально различными типами загрузки - бобов с апопластной и тыквы с симпластной загрузкой. Во-вторых, мы провели специальные эксперименты с биологически активными соединениями - грибным фито-токсином фузикокцином и фитогормоном АБК.
Известно, что фузикокцин является веществом, главным образом, мембранного действия, который стимулирует К+-активируемую, М§2+-зависи-мую Н+-АТФазу плазмалеммы [12; 13, с. 248-249]. Поэтому теоретически фузикокцин должен был являться потенциальным активатором оттока [14, 15], т.е. оказывать противоположное цитоки-нину действие на отток ассимилятов. В частности, в опытах Бе1го1 и Воппешат [16] фузикокцин резко усиливал аккумуляцию сахарозы в мелких жилках высечек из листьев фасоли. Однако Соколова и Балакшина [15] не обнаружили активации фузикокцином оттока при изучении феноменологии аттрагирующего эффекта в изолированных листьях сахарной свеклы.
АБК, напротив, способна тормозить загрузку фотоассимилятов и усиливать их разгрузку [17, 19]. Очевидно, что в таком случае АБК в отделенных листьях должна оказывать однонаправленный с цитокинином эффект на транспорт и распределение веществ, т.е. обладать атттрагирующим действием. Хотя в изолированных листьях сахарной свеклы АБК не влияла на отток 14С-сахарозы [15], некоторые авторы обнаружили аттрагирую-щую способность АБК в растениях [20, 21].
В то же время, АБК - фитогормон широкого спектра действия, оказывающий действие на многие физиолого-биохимические процессы в растениях, особенно на процессы роста, внутриклеточной дифференциации и метаболизм [22]. Причем для АБК в большинстве случаев характерно противоположное цитокининам действие на эти процессы [13, с. 132-133; 23; 24]. Поэтому если АБК, не обладая аттрагирующей способностью, уменьшает аттрагирующее действие цитокинина, это должно свидетельствовать о том, что аттрагирующий эффект в изолированных листьях, скорее всего, вызван структурными и/или метаболическими изменениями в мезофилле. К сожалению, данных о действии АБК на приток ассимилятов и ее взаимодействии с цитокинином при аттрагиру-ющем эффекте в доступной нам литературе не обнаружено.
Итак, мы учли противоречивость и недостаточность литературных данных [15-21], а также потенциальную возможность формирования акцепторной способности на уровне загрузки ассимилятов у листьев с закрытой терминальной фло-
эмой. Поэтому в настоящей работе мы провели сравнительное изучение действия цитокинина, фузикокцина и АБК на транспортные процессы в листьях бобов и тыквы - растений с двумя принципиально различными типами флоэмных терми-налей и способами загрузки ассимилятов.
МЕТОДИКА
В качестве объектов исследования использовали бобы (Vicia faba L., сорт Русские черные) с закрытой терминальной флоэмой листа и апо-пластной загрузкой ассимилятов в сравнении с тыквой (Cucurbita pepo L., сорт Мозолеевская), имевшей открытую терминальную флоэму и сим-пластную загрузку [7; 8, с. 129, 131]. Условия выращивания растений были аналогичны описанным нами ранее [5, 7]. Исследования проведены на изолированных листьях среднего (третьего снизу) яруса сразу после окончания их роста, поскольку именно на этой стадии развития листа ат-трагирующий эффект цитокинина проявлялся наиболее четко [6].
Постановка опытов соответствовала схеме, разработанной Mothes с соавт. [4] и подробно описанной нами в [
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.