АГРОХИМИЯ, 2015, № 7, с. 42-48
УДК 581.19:577.164.14:577.175.152:581.1:633.11:633.18
ВЛИЯНИЕ ГОМОПАНТОТЕНОВОЙ КИСЛОТЫ - ИНГИБИТОРА БИОСИНТЕЗА КОФЕРМЕНТА А - НА РОСТ И МЕТАБОЛИЗМ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ И РИСА
© 2015 г. Н.Д. Смашевский1, А.Г. Мойсеёнок2, Л.П. Ионова1
Астраханский государственный университет 414056 Астрахань, ул. Татищева, 20, Россия E-mail: Smashevcsky@yandex.ru 2Институт биохимии биологически активных соединений НАН Беларуси 230030 Гродно, бульвар Ленинского комсомола, 50, Беларусь E-mail: andrey.moiseenok@tut.by
Поступила в редакцию 13.01.2015 г.
Изучено действие D-гомопантотеновой кислоты (ГПК) - антивитамина пантотеновой кислоты (ПК), конкурентного ингибитора в биосинтезе кофермента А (КоА) - на прорастание семян, рост проростков, синтез и накопление хлорофилла в листьях, дыхание и активность антиоксидантных ферментов каталазы и пероксидазы в проростках пшеницы и риса. Различные концентрации (до 400 мг/л) ГПК не влияли на энергию прорастания и всхожесть семян, но проявляли ингибирующее действие на ростовые процессы корня и надземной части проростков. Рост корней подавлялся у обеих культур, в большей степени - у проростков риса. ГПК практически одинаково подавляла синтез и накопление хлорофилла в листьях проростков пшеницы и риса, что устраняли добавлением пантотената при почти равном соотношении (1 : 1) с антивитамином. ГПК не оказала инги-бирующего действия на поглощение О2 проростками пшеницы, а в концентрации 100 и 200 мг/л стимулировала дыхание, тогда как у проростков риса наблюдали почти полное подавление поглощения О2. ГПК в листьях и корнях проростков пшеницы подавляла активность каталазы, у проростков риса - стимулировала. Добавление антивитамина подавляло активность пероксидазы в корне и листьях проростков пшеницы и риса.
Ключевые слова: рост, метаболизм, проростки, пшеница, рис, гомопантотеновая кислота, ингибитор, биосинтез, кофермент А.
ВВЕДЕНИЕ
Изучение механизмов регуляции ростовых процессов растений необходимо для решения актуальных задач растениеводства. В числе биологически активных веществ, используемых в этих целях, присутствует значительное количество фитогормонов и олигосахаридов, стимулирующих метаболизм и рост растений, улучшающих развитие корневой системы, повышающих устойчивость к стрессогенным воздействиям. Эффект олигосахаридов по широте спектра аналогичен брассиностероидам и может быть квалифицирован как действие сигнальных молекул.
Действие фитогормонов и механизмы метаболического сигналирования во многом направлены или реализуются через систему кофермента аце-тилирования (кофермента А, КоА), причастного к большому числу реакций обеспечения растущей
клетки энергией посредством катализа ацил-до-норных и ацил-акцепторных реакций, центральным звеном которых является внутриклеточный уровень и соотношение количеств ацетил-КоА и свободного КоА. В свою очередь баланс процессов биосинтеза КоА и его распада обеспечивает не только интенсивность и направленность основных метаболических реакций, но и формирование редокс-потенциала клетки, степень ее устойчивости к воздействию оксидантых факторов, возможность реализации ее генетического потенциала.
В результате многолетних исследований было установлено, что в проростках гороха с началом ростовых процессов за счет гидролиза полисахаридов клеточной стенки образуется метаболический регулятор пизамин, обеспечивающий дифференцирование и различное изменение роста системы корень-стебель и междоузлий проростка.
Установлено специфическое ингибирующее воздействие изолированного олигосахарида пизами-на на систему КоА и высказано предположение, что антикоферментный эффект обеспечивает направление метаболизма для приоритетного роста корня [1]. Биохимическими механизмами обеспечения этого физиологического эффекта являются КоА-зависимые реакции энергетического метаболизма, биосинтез хлорофилла и липидных структур (биомембран), а также регуляция внутриклеточного оксидантно-антиоксидантного равновесия. Молекулярным механизмом такого рода адаптации может быть непосредственная регуляция метаболических реакций доступностью и соотношением ацетил-КоА : свободный КоА, равно как и реализуемая через систему биосинтеза глу-татиона и S-глутатионилирование белков редокс-буферная активность КоА и предшественников его биосинтеза, образующих редокс-пары.
Цель работы - апробирование синтетического антикоферментного фактора D-гомопантотено-вой кислоты (ГПК), произведенной фармацевтическими фирмами России в форме D-гомопан-тотената Са, содержащего в структуре витамина вместо Р-аланина гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК) и являющегося конкурентным ингибитором ключевого фермента биосинтеза КоА - панто-тенаткиназы. Использование ГПК в качестве бло-катора синтеза ключевого кофактора метаболизма позволяет оценить механизмы антикоферментно-го действия соединения в условиях прорастания семян и роста проростков и выявить возможность управления ростовыми процессами посредством технологии направленной агрохимической регуляции метаболического и антиоксидантного го-меостаза растений.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования действия D-гомо-пантотеновой кислоты (ГПК) были проростки пшеницы (Triticum aestivum L.) и проростки риса (Oryza sativa L.). Субстанция ГПК в форме кальциевой соли доступна в виде фармацевтического препарата. В данном исследовании использован препарат производства «ПИКФАРМА».
Семена перед опытом стерилизовали 5%-ным пероксидом водорода в течение 30 мин, проращивали по 30 шт. в термостате при 27 оС в чашках Коха с 10 мл дистиллированной воды (контроль) или с 10 мл раствора ГПК в зависимости от целей и задач исследования с концентрацией 25, 50, 100, 200 и 400 мг/л (т. е. в диапазоне 0.051.0 мМ). Энергию прорастания семян определяли
на 3-и сут инкубации подсчетом количества проросших семян (%), всхожесть определяли на 7-е сут подсчетом всех проросших и наклюнувшихся семян (%). Синтез и накопление хлорофилла анализировали в спиртовой вытяжке из зеленеющих листьев 8-суточных проростков, выдержанных в течение 24 ч под светом лампы ДРЛ-250, фотоколориметрическим способом с помощью прибора КФК-2МП с красным светофильтром при длине волны 670 нм [2]. Активность каталазы определяли в 5-суточных этиолированных проростках газометрическим способом по Иванову (по количеству О2, выделенному за 5 мин [2]), активность пероксидазы - по Бояркину колориметрическим методом, основанном на определении скорости реакции окисления бензидина в реакционной среде до образования синего продукта в присутствии пероксида водорода и пероксидазы из растительного материала. Активность пероксидазы рассчитывали в относительных единицах на 1 г сырой растительной массы. Чем продолжительнее проходила реакция, тем меньше была относительная величина активности фермента [3]. Интенсивность ростовых процессов в корне и надземной части проростка определяли во всех вариантах на 10-е сут у 10-ти растений измерением длины их органов (мм). Повторность вариантов трехкратная. Результаты обработаны статистическими методами с вычислением среднего арифметического и стандартной ошибки опыта [4].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Было обнаружено, что ГПК практически не влияла на энергию и процесс прорастания семян пшеницы и не изменяла эти процессы у риса (табл. 1). Наблюдали четкое подавление роста проростков пшеницы и риса при возрастающих концентрациях ГПК. Наиболее заметное ингиби-рование роста корней было у обеих культур. Концентрация антивитамина 100 мг/л подавляла рост корней пшеницы на 13.6%, риса - на 21.4%, а при концентрации 400 мг/л наблюдали почти полное подавление роста на 83.6% и 98.8% соответственно. Надземные органы были менее чувствительны к действию ГПК. У пшеницы подавление роста надземной части составило при концентрации 100, 200 и 400 мг/л соответственно 11.3, 16.5 и 27.7%, тогда как у риса подавление роста было намного значительнее и составило 18.3, 44.9 и 69.4% соответственно.
Различный характер действия ГПК на корни и надземную часть проростков, вероятно, можно отнести на счет непосредственного контакта
Таблица 1. Влияние ГПК на энергию прорастания и всхожесть семян пшеницы и риса
Прорастание семян Подавление роста проростков, %
пшеница рис пшеница рис
г м « П Г энергия прорастания, % вхожесть, % энергия прорастания, % всхожесть, % корень надземная часть корень надземная часть
0 79.0 87.5 91.0 95.6 0 0 0 0
100 75.4 75.9 91.2 95.0 13.6 11.3 21.4 18.3
200 70.3 80.7 83.4 90.4 44.5 16.5 54.8 44.9
400 67.2 76.0 93.0 96.2 83.6 27.7 98.8 69.4
корней с раствором ГПК и, следовательно, различий в биодоступности антиметаболита. Отсутствие действия ГПК на энергию прорастания и всхожесть семян, высокую чувствительность растущих корней к антивитаминному действию ГПК можно объяснить особенностями метаболизма растений на этих этапах онтогенеза. В период прорастания преобладают гидролитические процессы распада сложных запасных веществ и проявляются особенности прорастания семени и роста зародыша. Известно, что на первоначальном этапе прорастания семян происходит растяжение клеток зародыша за счет увеличения гидростатического давления, возникающего при насыщении клеток водой, образования и увеличения объема вакуолей, растягивающих эластичные клеточные стенки. Только после этого дальнейший рост связан с новообразованием делящихся клеток и началом интенсивных метаболических процессов, в которых витамин-содержащие факторы (например, КоА) выступают как коферментные регуляторы. В связи с этим действие ГПК, как структурного конкурента пантотеновой кислоты, проявляется на растущих органах, что, вероятно, нарушает синтез КоА и активность КоА-метабо-лизирующих процессов. Это подтверждено дальнейшим изучением влияния ГПК на ключевые процессы метаболизма растений: содержание хлорофилла, дыхание и активность окислительных ферментов каталазы и пероксидазы.
Известно, что КоА в форме сукцинил-КоА принимает непосредственное участие в инициировании процесса синтеза хлорофилла, катализируя превращение низкомолекулярных соединений ацетата, глицина или глутамата в мевалоно
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.