Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение структуры и особенностей формирования метаболизма меристемы в процессе роста и развития растения делает возможном решение двух задач обцобиологической важности. Во-первых, такие исследования позволяют продпикутг.ся вперед в понимании специфики обмена веществ у растущих и пролифе-рирувчих іслеток; во-вторых, этот подход отісрьшает новые перспективи для количественных исследований организации метаболизма клеток, органов и тканей и становления их функциональной активности.
Теоретический анализ и моделирование законов, определяющих рост и морфогенез целого органа, слагается из роста и пролиферации отдельных клеток и привлекает больное знимание физиологов.
В зтом плане наиболее интересен корень, где формируется морфологический и метаболический аппарат поглощения и ассимиляции неоргантеских соединений, т.е. происходит становление специфических функций корня, непосредственно связанных с продуктивностьи растении. Заметные колебания скорости роста корней в течение вегетационного периода обязательно должны быть связаны с изменениями в скорости пролиферации и в соотношении метаболических путей в меристематической части, которая представляет собой "депо" всех іиіеток корня. Сопоставление различных органов проростка и различных типов корня по соотношении метаболических путей позволяет выявлять наиболее общие закономерности формирования структуры метаболизма.
Цель и задачи исследований. Основной целью работы являлось выяснение особенностей метаболизма корневой меристемы у злаков и изучение этих изменений в динамике на примере развития проростка кукурузы.
Для достиаения поставленной цели необходимо было решить сле-дуюцие задачи: 1/ определить существует ли специфичность метаболизма корня по сравнению с другими частями зародыша у злаков с различной степенью эволюционной подвинутости; 2/ изучить как происходит становление метаболизма корня при прорастании по изменению активностей ферментов из разных метаболических путей; выяснить существуют ли сдвиги в активностях не отдельных ферментов, а в организации метаболизма, которую можно было бы представить со-
отношением метаболических путей и определить по активности соответствующих маркерных ферментов; 3/ исследовать возрастные изменения d соотношении метаболических путей, происходящие в меристеме главного корня проростка кукурузы; 4/ произвести анализ временных изменений в структуре метаболизма меристемы разных типов корней: главного, придаточных зародышевых и боковых; 5/ проследить каким образом проявляется эти изменения при развитии и старении меристемы корня и других органов проростка.
Научная новизна. В работе в качестве критериев, определяющих специфику корневого метаболизма, впервые применительно к растительным тканям, использованы соотношения метаболических путей, определяемые по активностям ферментов-маркеров. О формировании структуры метаболизма меристемы можно судить по изменению соотношений метаболических путей. Изучена качественная специфика, проли-ферирующей зоны корня на начальных этапах развития. Установлено, что организация или структура метаболизма меристемы не остается постоянной во времени. Изменения относительных активностей ферментов, маркирующих метаболические пути энергетического и азотного обмена начинаются уже в первые сутки после прорастания и в меристеме разных типов корня, различающихся по возрасту, происходят подобным образом. Обнаружен ступенчатый характер изменений в меристеме в отношении метаболических путей к гликолизу, причем каїс связанных с энергетическим и азотным обменом, так и с синтезом компонентов клеточных стенок у проростка кукурузы разного возраста. Впервые выявлена группа ферментов с одинаковым для короткокп-вущих органов проростка (колеоризы, колеоптиля и щитка) направлением изменений активностей при развитии признаков старенил. Эта группа ферментов-маркеров, представляющих следующие метаболические пути: цитохромоксидаза - дыхательная цепь, алкогольдегндроге-наза - спиртовое брожение, глутаматдегидрогеназа - азотный обмен и р - галактозидаза, участвующая в метаболизме клеточных стенок, представляется перспективной для поиска количественных критериев старения. Установлено, что метаболическими индикаторами развития меристемы и критериями старения могут выступать изменения отношений дыхательная цепь/гликолиз и алкогольная ферментация/гликолиз.
Практическая ценность работы. Применение метода сравнения соотношений'метаболических путей может служить в качестве определяющего критерия в решении различных проблем в физиологии расте-
ний. Полученные результаты могут быть использованы п лабораторной практике для дальнейшего изучения функциональной организации метаболизм клетки. Расширяя и детализируя подобные исслелозания, учитывая процессы регуляции метаболизма на разных уровнях, особенности иерархической организации по специфическим особенностям и изменениям метаболизма можно, как мы полагаем, судить и о дифференциальной экспрессии генов, которая выражается о балансе дифференциального синтеза и распада белкоа.
Публикация к апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, 2 работа находятся в печати. Результаты исследований были доложены на лабораторных семинарах лаборатории физиологической генетики Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН (1991-1994 гг.), на научных сессиях Института (1992, 1991 гг), II съезде БОФР (г.Минск. 1990) и III съезде ВОФР (г. Санкт-Петербург, І993).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, изложения экспериментальных данных с их обсуждением, заключения, выводов и библиографии, включающей 169 наименований, из них 68 на русском языке; работа изложена на 355 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы п 1? рисушеоз.
