Введение к работе
Актуальность исследования. Углеводы также как белки и жиры играют полифункциональную роль в жизни растения. Хорошо изучена их роль в качестве источника энергии и структурного материала клеточной стенки. Глюкоза служит источником энергии для жизнедеятельности растений. Синтез сахарозы из глюкозы позволяет растению транспортировать энергию от зеленого листа к другим частям растения, а образование крахмала позволяет растению запасать энергию и регулировать её потребление.
Клеточная стенка растения преимущественно состоит из полисахаридов. Полисахариды связываются между собой и образуют жесткий каркас клеточной стенки. Тем самым обеспечивается определенная форма клетки и всего растения.
Углеводы в виде мономеров или небольших углеводных цепочек связываются со всеми классами химических соединений, которые находятся в растениях: белки, липиды, фенолы, терпены и др. химические соединения. Тем самым они расширяют спектр физических и биохимических свойств этих молекул и обеспечивают более разнообразное применение их растением.
Исследования последних двух десятилетий высветили ещё один существенный аспект роли углеводов в жизнедеятельности растений. Показано, что углеводы обладают регуляторными свойствами и вовлечены в регуляцию многих важных процессов растительной клетки. Они, как правило, имеют небольшой молекулярный вес и по степени полимеризации классифицируются как олигосахариды. Для проявления их биологической активности требуется определённая пространственная структура. Биологически активные олигосахариды были названы олигосахаринами [Albersheim and Darvill, 1985]. Они проявляют физиологическую активность при очень низких концентрациях, соизмеримых с концентрацией природных фитогормонов.
Основным источником олигосахаринов являются полисахариды клеточной стенки растений и грибов. После их частичного гидролиза кислотой или ферментами получают смесь олигосахаридов, из которой выделяют олигосахарины. Выделяемые таким образом активные олигосахариды образуются искусственным способом, и не ясно, действительно ли они
являются естественными углеводными регуляторами. Следовательно, вопрос о присутствии олигосахаринов в активной форме in vivo и их функционирования в растении оставался открытым.
Цель и задачи исследования. Цель нашей работы заключалась в выделении углеводов из водного экстракта тканей растения и выявлении среди них олигосахаридов с биоактивной функцией. Под водным экстрактом тканей растения мы понимаем водный раствор, который получают после экстракции фосфатным буфером содержимого гомогената тканей растения и отделения клеточной стенки и другого нерастворимого материала. Следовательно, в его состав входят все химические соединения из тканей растения, которые растворяются в фосфатном буфере независимо от их локализации в клетке (содержимое вакуоли, цитоплазмы и межклеточного пространства).
В литературе не описаны методы выделения олигосахаридов из подобных экстрактов. Более того, для корректного выявления биологически активных фрагментов необходима технология получения олигосахаридов с высокой степенью чистоты. В связи с этим, данная работа посвящена решению трех основных задач:
-
Разработка метода выделения чистых фракций олигосахаридов из водного экстракта тканей растения.
-
Тестирование выделенных фракций на биологических тест системах с целью поиска среди них биоактивных олигосахаридов, влияющих на процессы роста и корнеобразования.
3) Анализ состава выявленных активных олигосахаридов.
Научная новизна работы. В результате проделанной работы были достигнуты следующие результаты:
-
Разработан оригинальный метод выделения высокоочищенных нейтральных олигосахаридов из водного экстракта тканей растения.
-
Впервые выявлены три высокоочищенные биологически-активные фракции нейтральных олигосахаридов, образующихся в растительной ткани In vivo: стимулятор и ингибитор корнеобразования у тонкослойных эксплантов гречихи и ингибитор роста, стимулируемого 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислотой (2,4-Д), сегментов стеблей гороха.
3) Установлен моносахаридныи состав и тип связей гликозидных остатков
активных фракций.
Практическая значимость работы. Доказано существование олигосахаринов в растущих тканях in vivo. Выявленные фрагменты являются активными молекулами, влияющими на процессы ризогенеза и роста удлинением. Результаты проведенной работы вносят вклад в развитие представлений об участии углеводов в регуляции роста и органогенеза растений.
Применение олигосахаринов в биотехнологии позволит повысить эффективность искусственного культивирования растений. Естественное происхождение и углеводная природа олигосахаринов позволяют использовать их в биотехнологии без вредных последствий для окружающей среды.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались на 3 съезде Всероссийского общества физиологов растений (Санкт-Петербург, 1993); на 7 и 8 Международном симпозиуме по олигосахаридам (Словакия, 1994 и 1997); на 7 Международном конгрессе по клеточной стенке (Испания, 1995); на Международном симпозиуме "Пектины и Пектиназы" (Нидерланды, 1995); на 10 Международном конгрессе FESPP (Италия, 1996); на итоговых конференциях Казанского Научного Центра РАН 1994 и 1997)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения результатов исследования и их обсуждения, заключения, основных выводов работы, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков, 23 таблицы и 1 фотографию. Список литературы состоит из 226 наименований. Приложение содержит 30 таблиц и 7 рисунков.
