Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 2 (страница 73)

2. Разрежьте поперек хотя бы два сухих зерна ячменя (рис. 15.22) на кафеле. Так получают "зародышевую" и "незародышевую" половинки.

3. Простерилизуйте половинки в 5%-ном растворе гипохлорита натрия в течение 5 мин. Затем промойте их в трех сменах стерильной дистиллированной воды, разлитой по трем стерильным колбам.

4. Простерилизуйте пинцет в 70%-ном этаноле, а затем пинцетом перенесите половинки зерен в соответствующие чашки и положите их срезом вниз. Крышки чашек при этом приподнимают как можно меньше. Получаются такие варианты:

5. Проинкубируйте препараты в течение 24-48 ч при 20-30°С.

6. Проверьте каждую чашку на наличие крахмала: залейте агар раствором I₂/К1. Зарисуйте, как будут выглядеть чашки после пробы на крахмал. Обсудите полученные результаты.

Рис. 15.22. Как разрезать зерно ячменя для опыта 15.2

15.17. При работе с крахмальным агаром активность амилазы часто выявляется и в отпечатках пальцев. Подумайте, с чем это может быть связано.

15.18. Какой эксперимент можно поставить, используя те же материалы, чтобы доказать, что гиббереллины вызывают синтез нового фермента, а не активируют предсуществующую амилазу?

15.19. Как вы докажете, что синтез амилазы происходит в алейроновом слое?

15.20. Как можно использовать действие гиббереллина на семена ячменя для разработки биотеста на активность гиббереллина?

Другие эффекты гиббереллинов

О том, как влияют гиббереллины на цветение, рост плодов и состояние покоя у растений и как с ними связаны фотопериодизм и яровизация, мы поговорим позднее в соответствующих разделах. Все эти эффекты перечислены в табл. 15.4.

Таблица 15.4. Роль ростовых веществ в процессах роста и развития растений. (В таблице представлены самые общие сведения. Ростовые вещества не обязательно всегда оказывают то влияние, которое здесь указано; довольно обычны различия в реакции у разных растений. Наибольшее внимание лучше обращать на положительные эффекты; они выделены полужирным шрифтом и наиболее важны для студентов.)[19]

Механизм действия гиббереллинов

Механизм действия гиббереллинов до сих пор не выяснен. Было установлено, что в семенах хлебных злаков ГК₃ стимулирует синтез нового белка, особенно α-амилазы; при этом ГК₃ эффективна в столь малой концентрации (около 10^-5 мкг/мл), что действует, вероятно, на таком глубоком уровне клеточного метаболизма, как "включение" или "выключение" генов в процессе дифференцировки клеток (разд. 22.7). До сих пор, однако, убедительных подтверждений этого не получено, и к тому же для других эффектов требуются гораздо большие концентрации гиббереллинов. Влияние гиббереллинов на растяжение клеток зависит от присутствия ауксинов.

Практическое применение гиббереллинов

Для коммерческих целей гиббереллины получают из культуры грибов. Гиббереллины способствуют завязыванию плодов, и их используют для выращивания бескосточкового винограда (партенокарпия). ГК₃ применяют в пивоварении для стимуляции образования α-амилазы у ячмены, т.е. для более эффективного осолаживания. Некоторые синтетические ретарданты роста действуют как "антигиббереллины", т.е. подавляют эффект гиббереллинов. Применение таких веществ очень часто приводит к получению коротеньких (карликовых), но плотных растений с темно-зелеными листьями, а иногда и с повышенной устойчивостью к вредителям и болезням. Они занимают меньше места и, возможно, будут давать более высокий урожай в расчете на единицу площади; к тому же они меньше полегают при сильном ветре.

15.2.7. Цитокинины

Открытие цитокининов

В 40-е и 50-е годы предпринимались попытки усовершенствовать методы выращивания культур растительной ткани. Создание улучшенных методов позволило бы изучать процессы развития в условиях, когда не влияют другие части растения, и дало бы возможность оценивать действие различных химических препаратов. Сохранять клетки живыми удавалось, но стимулировать их рост было очень трудно. В 1954-1956 гг. Скуг, работавший в США, обнаружил, что в молоке кокосового ореха есть какой-то ингредиент, который способствует делению зрелых сердцевинных клеток табака в культуре. "Кокосовое молоко" — это жидкий эндосперм (запас питательных веществ), и первые данные о том, что в нем содержатся ростовые вещества, были получены уже в начале 40-х годов, когда его исследовали как возможный источник веществ, стимулирующих рост зародыша. Испытывая другие активные вещества, Скуг и его группа обнаружили, что сходной активностью обладают старые препараты ДНК, тогда как в свежих пробах ДНК такой активности не было. Потом, однако, выяснилось, что и свежий препарат ДНК активен, если он был подвергнут автоклавированию. Было установлено, что активный компонент по химическому строению сходен с аденином — одним из оснований, входящих в состав ДНК (разд. 5.6). Этот компонент назвали кинетином. Термин кинин был предложен Скугом для обозначения веществ, участвующих в регуляции клеточного деления. Позднее был принят термин цитокинин; отчасти это было связано с понятием цитокинеза, означающим деление клеток, отчасти с тем, что термин "кинин" уже был использован в физиологии животных и имел там совершенно иное значение (кинин — это один из полипептидов крови). Первый природный цитокинин, который был химически идентифицирован, выделили из молодых зерен кукурузы (Zea mays) в 1963 г.; поэтому его назвали зеатином. Обратите внимание на то, что он тоже сходен по строению с аденином (рис. 15.23).

Рис. 15.23. Структура кинетина, зеатина и аденина

Синтез и распределение цитокининов

Больше всего цитокининов там, где происходит быстрое деление клеток, особенно в незрелых плодах и развивающихся семенах, — цитокинины связаны здесь с развитием зародыша. Судя по имеющимся данным, в зрелых растениях они часто образуются в корнях и переносятся оттуда к растущим побегам вместе с транспирационным током (по ксилеме). Затем цитокинины могут вновь экспортироваться из листьев по сосудам флоэмы.

Эффекты, вызываемые цитокининами

Цитокинины, если судить по их названию, должны способствовать делению клеток. Однако так они действуют только в присутствии ауксинов. Какую-то роль могут играть и гиббереллины, как, например, в камбии. Взаимодействие цитокининов с другими ростовыми веществами мы рассмотрим в разд. 15.3.2.

Одно из самых интригующих свойств цитокининов — это их способность замедлять нормальный процесс старения листьев. Если лист отделить от растения, он обычно очень быстро стареет, что проявляется в его пожелтении и в утрате им белка, РНК и ДНК. Однако, если нанести на такой лист каплю кинетина, в нем останется зеленый островок активной ткани, окруженный со всех сторон пожелтевшей тканью, и затем наблюдается передвижение питательных веществ из окружающих клеток в этот зеленый островок (рис. 15.24).

Рис. 15.24. Влияние кинет и на на транслокацию аминокислот в листьях табака. Вносили радиоактивную аминокислоту, а затем через определенное время, необходимое для транслокации, листья переносили на фотопленку. На полученных радиоавтографах видны черные зоны, содержащие меченую аминокислоту

15.21. Рассмотрите рис. 15.24 и затем ответьте на следующие вопросы:

а) Чем различается судьба нанесенной аминокислоты в старом и в молодом листе?

б) Почему должна быть такая разница?

в) В чем выражается влияние кинетина на распределение радиоактивной аминокислоты в старых листьях?

Сходный, хотя и более слабый эффект наблюдается даже в том случае, когда кинетин наносят на отмирающие листья прямо на растении. Было установлено, что в стареющих листьях резко снижается содержание природных цитокининов. Поэтому возможно, что программа естественного старения включает перенос цитокининов из более старых листьев в более молодые (по флоэме).

Вероятно, цитокинины участвуют и во многих других стадиях роста и развития растений (см. табл. 15.4 и разд. 15.3).

Механизм действия цитокининов

Структурное сходство цитокининов с аденином — компонентом РНК и ДНК — наводит на мысль, что цитокинины могут играть очень важную роль в метаболизме нуклеиновых кислот. Было показано, что некоторые необычные основания, выделенные из транспортных РНК, обладают цитокининовой активностью, и поэтому возникает вопрос о возможном участии цитокининов в синтезе транспортных РНК. Однако это предположение, даже если оно подтвердится, не исключает и иных механизмов действия этих ростовых веществ; сейчас ведутся дополнительные исследования.

Практическое применение цитокининов

Цитокинины продлевают жизнь свежей капусты, салата и некоторых других зеленых овощей (так как задерживают старение листьев) и срезанных цветов. Кроме того, их применяют для прерывания покоя у некоторых семян.

15.2.8. Абсцизовая кислота

Открытие абсцизовой кислоты

Позднее физиологи растений получили данные о том, что для нормальной регуляции роста важны не только ауксины, гиббереллины и цитокинины, стимулирующие рост, но и ингибиторы роста. Уже давно подозревали, что состояние покоя обусловлено действием специфических ингибиторов. Именно из этого исходила группа ученых, работавших под руководством Уэринга в Аберистуитском университете в Уэльсе, когда они начали в конце 50-х годов поиски в этом направлении. В 1963 г. было показано, что экстракт из листьев березы индуцирует состояние покоя у березовых почек. Чтобы имитировать наступление зимы, листья выдерживали на коротком световом дне. В 1964 г. из листьев платана были выделены чистые кристаллы активного вещества. Полученное вещество назвали дормином. Оно оказалось идентично соединению, выделенному другой группой ученых в 1963 г. из молодых коробочек хлопчатника. Дормин ускорял опадение (по-латыни — abscisio) коробочек и поэтому был назван абсцизином II (абсцизин I действует сходным образом, но отличается по химическому строению и менее активен). В 1967 г. было решено называть это вещество абсцизовой кислотой (АБК). Абсцизовая кислота была найдена у всех высокоорганизованных растений, начиная с мхов, а у водорослей и печеночников было найдено другое вещество — лунуларовая кислота, которая играет сходную роль.