Введение к работе
Актуальность проблемы. В результате обострения экологических проблем, вызванных массовым применением азотных удобрений, во всем мире возрос интерес к биологической азотфиксации. Наряду с давно и детально изученными азотфиксаторами, такими как различные свободноживущие бактерии и азотфиксирующие симбиотические системы бобовые-Rhizobium, все большее внимание исследователей привлекают симбиотические азотфиксирующие ассоциации с участием небобовых растений (Nitrogen Fixation with non-legumes, 1986; X International Congress on Nitrogen Fixation, 1995). Среди этих ассоциаций одной из интереснейших является облигатный симбиоз высшего растения водного папоротника Azolla с нитчатой гетероцистной азотфиксирующей цианобактерией Anabaena azollae. Пристальное внимание, которое обращено в последнее время исследователями различных стран на этот симбиоз, обусловлено двумя причинами. Во-первых, азолла используется как экологически чистое азотное удобрение на рисовниках в странах Юго-Восточной Азии (Nitrogen and rice, 1979). Азотфиксирующий потенциал азоллы сравним с таковым у бобовых и гораздо выше, чем у свободноживущих цианобактерин и ассоциативных бактерий (Moore, 1969; Becking, 1979; Lumpkin, Plucknett, 1980). Во-вторых, азолла вызывает несомненный теоретический интерес, поскольку представляет собой удобную в лабораторной практике модельную систему для изучения симбиотических взаимоотношений, особенно взаимосвязи таких фундаментальных процессов живой природы, как фотосинтез и азотфиксация. Изучению симбиоза Azolla-Anabaena посвящено значительное число работ, в которых рассматриваются вопросы практического использования и физиологии данного симбиоза (см. обзоры
Peters, Meeks, 1989; Софьин и др.,1991), а биохимия и энзимология взаимоотношений фито- ицианобионтов изучены недостаточно, особенно биохимия и энзимология азотного обмена. Дяя азоллы показано наличие следующих ферментов первичной ассимиляции аммония: глутаминсинтетазы (ГС, КФ 6.3.1.2), глутаматдегидрогеназы (ГДГ, КФ 1.4.1.3) и глутаматсинтазы (ГОГАТ, КФ 1.4.7.1) у фитобионта и ГС и ГОГАТ у цианобионта (Софьин и др., 1991). Вопрос о наличии ГДГ у A.azollae длительное время оставался открытым, что связано с трудностями получения препаратов цианобионта, свободных от клеток листа растения. Не бьшо изучено влияние экзогенных форм связанного азота на состав и активность ферментов первичной ассимиляции аммония у симбионтов, хотя сам факт такого влияния хорошо известен для высших растений и цианобактерий(Евстигнеева, 1987; Пушкин, 1987b; Шатилов, 1987).
Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение ферментов первичной ассимиляции аммония у Anabaena azollae - цианобионта Azolla filiculoides и выяснение влияния внешних факторов среды, таких как неорганические источники азота (нитрат и аммоний) и свет, на состав и активность этих ферментов у фитобионтов ассоциаций Azolla filiculoides и Azolla mexicana. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
-изучить состав ГС и ГДГ цианобионта, изолированного из симбиоза A.filiculoides-A. azollae;
-изучить влияние различных форм связанного азота на активность ГДГ фитобионта;
-изучить кинетическое поведение ГДГ, выделенной из растения, культивируемого на безазотной среде и среде, содержащей аммоний;
-изучить влияние света и различных форм связанного азота на состав и активность множественных молекулярных форм ГС у фитобионтов А.техісапа и A.filiculoides;
-изучить механизмы регуляции активности различных форм ГС у фитобионта.
Научная новизна и практическая ценность работы. Данные исследования существенно дополняют знания о ГС и ГДГ растительного и бактериального происхождения, их свойствах, регуляции, локализации и физиологаческон роли и помогают в понимании процессов, лежащих в основе симбиотических взаимоотношений растения-хозяина и азотфиксирующего цианобионта, что важно, как с теоретической точки зрения, так и в практическом плане, поскольку позволяет управлять продуктивностью симбиотичкских азотфиксирующих систем, так как, принципы организации природных симбиозов находят все более широкое применение в биотехнологии (Корженевская, 1990).
Апробация работы. Экспериментальные данные и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на IX Баховском коллоквиуме по азотфиксации (Москва, 1995), III съезде Всесоюзного общества физиологов растений (Санкт-Петербург, 1993) и 10-ом международном конгрессе по азотфиксации (Санкт-Петербург, 1995).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей описание материалов и методов исследования, результаты исследований и их обсуждение, основных выводов и списка цитированной литературы. Работа представлена на ЦУ страницах, иллюстрирована Ji_ рисунками и
і таблицами. Список цитированной литературы включает ^-иаименований.