Введение к работе
Актуальность темы. Одной из наиболее разрабатываемых проблем в современной физиологии растений является изучение механизмов устойчивости сельскохозяйственных растений к неблагоприятным факторам, в том числе низким температурам. Более.глубокого понимания сущности адаптивных реакций можио достичь путем направленного изменения структурно-функционального состояния клеток с помощью высокоэффективных регуляторов роста, к которым относится антистрессовый препарат картолин (Баскаков,1988).
Несмотря на то, что дыхание принято рассматривать как интегральный показатель состояния растений, сведения о митохонд-риальных механизмах его регуляции,в частности, субстратной зависимости функционирования электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) и вкладе цианидрезистентного пути при низкотемпературной адаптации озимых культур, недостаточны и противоречивы (Хохлова,1976, 1987; Войников,1987; Rybka,1989; Кравец и др.,1990).
Относительно слабоизученной является также динамика ультратонкой организации митохондрий и других субклеточных структур при продолжительном закаливании озимой пшеницы в естественных условиях (Аветисова, Чельцова,1981; Полыгалова и др., 1982; Мишустина,1984). Ультраструктурные данные по влиянию картолина ограничиваются лишь анализом фотосинтетического аппарата клеток листьев проростков (Астахова и др.,1988).
Цель и задачи исследования. Целью данной работы являлось выяснение механизмов субстратной регуляции дыхания и его циа-нидрезистентности, а также характера ультраструктурной организации митохондрий и клеток при адаптации растений к низким температурам и действии картолина.
Были поставлены следующие задачи:
-
исследовать динамику конкурентных взаимоотношений ма-лат- и сукцинатдегидрогеназ (МДГ и СДГ) митохондрий узлов кущения и проростков озимой пшеницы;
-
изучить субстратную зависимость цианидрезистентного дыхания (ЦРД) и соотношение активностей терминальных путей ЭТЦ и их вклад в общее дыхание;
-
определить' микровязкость митохондриальных мембран при
- 4 -прямом и опосредованном действии гипотермии и картолина;
4) проследить за динамикой ультраструктурных перестроек митохондрий и клеток узлов кущения в осенне-зимний период.
Научная новизна работы. Впервые для митохондрий проростков и узлов кущения озимой пшеницы установлено,что соотношение активностей СДГ и МДГ регулируется механизмом взаимного ингибиро-вания конкурирующих дегидрогеназ. Выявлена зависимость ЦРД от природы окисляемого субстрата,более выраженная в случае полевых растений,при этом картолин способствовал увеличению потенциальной активности альтернативного пути. Отмечено снижение активности альтернативного пути ЭТЦ после холодового закаливания проростков,более всего при совместном окислении субстратов.Применение модифицированного нами метода полярографического анализа тканевого дыхания позволило обнаружить трехфазную динамику тесно взаимосвязанных изменений общего и альтернативного дыхания сегментов проростков в процессе их "адаптивного старения"(в течение-24 ч), а также низкотемпературной адаптации растений.
Впервые обнаружено появление сложноорганизованных ассоциаций митохондрий вплоть до формирования ретикулума.а также крайнее морфологическое разнообразие данных органелл (овальные,тороидальные, чашевидные, гантелевидные формы) при длительном закаливании растений низкими положительными температурами.Адаптация к отрицательным температурам сопровождалась снижением межмито-хондриальной гетерогенности и интенсивности окислительных процессов. Одновременно отмечено увеличение поверхности плазмалем-мы за счет складчатости, инвагинированности и индукции процессов эндоцитоза. Выдвинуто представление о проявлении в клетках компенсаторных' структурно-функциональных механизмов разных типов в зависимости от дозы альтерирующего фактора.
Установлено, что предпосевное замачивание семян в растворе картолина (3*10-5 М) не изменяло характера субклеточных перестроек в осенне-зимний период, но положительно повлияло на их количественную сторону и темпы. Усложнение организации митохонд-риома, "сукцинатный" тип дыхания и увеличение потенциальной активности ЦРД свидетельствовали о повышенной напряженности энергетического обмена,способствующей эффективному протеканию процессов метаболической адаптации и формированию более высоко!
- 5 -морозоустойчивости обработанных картолином растений по сравнению с необработанными.
Практическая значимость работы.Результаты исследований углубляют представления о субклеточных механизмах регуляции активности дегидрогеназных систем и путей ЗТЦ дыхания, а также об ультраструктурной организации митохондрий и клеток в условиях направленного изменения морозоустойчивости растений под влиянием холодового закаливания и антистрессовых регуляторов роста. Полученные доказательства полифункционалоного действия картоли-на могут быть полезными для поиска практических путей оптимизации процессов закаливания сельскохозяйственных растений.
Выявленная нами возможность образования сложных форм митохондрий, в том числе ретикулярных, поднимает вопрос о проблематичности выделения высокоинтактных органелл из уалов кущения в определенные периоды онтогенеза растений.
Арробация работы. Основные материалы диссертации были доложены на VI Всесоюзном симпозиуме "Ультраструктура растений" (Чернигов,1988), зональной конференции молодых ученых-биологов (Казань,1989), Всесоюзной конференции "Генетические механизмы устойчивости растений" (Иркутск, 1991), Всесоюзном совещании "Применение янтарной кислоты в медицине и сельском хозяйстве" (Казань,1993), 3 съезде ВОФР (Санкт-Петербург,1993), отчетных научных конференциях Казанского госуниверситета (1989-1995гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, включая 5 статей. Одна работа находится в печати.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 170 страницах, содержит 26 рисунков,11 таблиц и одну схему. Список цитированной литературы включает 220 наименований, в том числе 102 на иностранном языке.
