Біологічна роль абсцизової кислоти і етилену та їхній синтез в рослинах за дії стресів

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

 

Курчій Богдан Олексійович

 

УДК 581. 1+577. 1

 

 

03. 00. 04 – біохімія

 

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук

 

Київ – 2002

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті фізіології рослин і генетики Національної академії наук України. Науковий консультант: доктор біологічних наук, Яворська Вікторія Казимирівна Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, завідувач відділом фізіології росту і розвитку рослин.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, Мусатенко Людмила Іванівна Інститут ботаніки імені М. Г. Холодного НАН України, завідувач відділом фітогормонології доктор біологічних наук, Кравець Володимир Степанович, Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, завідувач відділом стійкості рослин доктор біологічних наук, Терек Ольга Іштванівна, Львівський національний університет імені Івана Франка, завідувач кафедри фізіології та екології рослин.

Провідна організація: Чернівецький національний університет імені Ю. Федьковича.

Захист відбудеться 17 червня 2002 р. о 12 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26. 001. 24 при Київському національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою: вул. Академіка Глушкова 2, корп. 12, біологічний факультет, конференцзала.

  

 

Актуальність теми. Природні регулятори росту рослин (фітогормони) є медіаторами ендогенної програми росту і розвитку, вони також інтегрують екзогенний сигнал у фізіолого-біохімічні процеси рослин. Проте складні перехресні сигнальні шляхи між рістстимулюючою і рістінгібуючою дією фітогормонів ускладнюють розуміння первинних механізмів дії як ендогенних регуляторів росту, так і ксенобіотиків. Експериментальні дані свідчать [Косаківська, 1997; Мусатенко и др., 1999; Bleecker, 1999; Bonetta & McCourt, 1998], що механізми синтезу, дії і метаболізації регуляторів росту тісно між собою пов'язані, а втрата контролю, наприклад за дії стресорів, над протіканням реакцій, навіть на одній із цих стадій, може негативно відбитися на формуванні біомаси рослин [Таран, 1999]. Дія різноманітних хімічних і фізичних факторів супроводжується зміною фізіологічного стану рослин, вмістом ендогенних регуляторів росту, зокрема таких фітогормонів як етилену [Abeles et al., 1992] і абсцизової кислоти (АБК) [Косаківська, 1997; Leung & Giraudat, 1998], різким збільшенням оксидантів [Sies, 1984], зменшенням концентрації АТФ [Rawyler et al., 1999], а також порушенням балансу між оксидантами і антиоксидантами [Girotti, 1990]. Хоча реакції синтезу етилену в основних рисах вивчені [Abeles et al., 1992], фактори, які активують значне його утворення за дії різноманітних стресових чинників досліджені фрагментарно. АБК ідентифікована у вищих рослинах, водоростях і грибах [Zeevaart & Creelman, 1988] як невід'ємний компонент гормональної системи. Проте значне збільшення її синтезу і роль у рослинах за стресових станів недостатньо з'ясована і дискутується. Знання молекулярних механізмів синтезу і ролі цих біорегуляторів за дії фізичних і хімічних факторів, з'ясування сигнальних ієрархій і даних про метаболічні зміни, виражені у стрес-відповідях, необхідні як для контролю за стресовими процесами з метою зменшення їх негативної дії на рослини, так і для оптимізації селекційного процесу при відборі стрес-стійких видів. Тому необхідним було з'ясувати механізми активації утворення АБК і етилену, а також біологічну роль цих регуляторів росту рослин за дії різних стресорів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно наукових планів відділу фізіології росту і розвитку рослин Інституту фізіології рослин і генетики НАН України:

- Вивчити роль біологічно активних речовин (БАР) в регуляції окремих етапів онтогенезу рослин і розробити способи їх використання для підвищення врожайності с/г культур (1. 01. 92-31. 12. 96 рр.). Шифр проблеми 2. 28. 5, Шифр теми 2. 3. 6/238. (Виконавець розділу).

- Створення регуляторів росту та дослідження фізіологічних основ їх застосування для підвищення продуктивності рослин (1. 01. 97-31. 12. 2001 рр.). Шифр проблеми 2. 28. 5, Номер держреєстрації 0199V00386. (Виконавець розділу).

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи було з'ясування механізмів активації синтезу етилену і АБК, а також біологічної ролі цих сполук за дії стресових чинників. Для чого необхідно було реалізувати такі задачі:

- вивчити вміст АБК, її синтез та механізми дії,

- вивчити синтез етилену тканинами різних рослин, динаміку акумуляції поза тканинами та механізми його дії,

- дослідити можливий зв'язок між вмістом фосфоліпідів, жирних кислот і продуктів пероксидного окиснення ліпідів мембран (малонового діальдегіду і гідропероксидів) таактивацією синтезу АБК і етилену.

Об'єкт дослідження: механізми дії і метаболізм природних регуляторів росту рослин етилену та АБК за впливу фізичних і хімічних факторів.

Предмет дослідження: стрес-маркери етилен і АБК, фосфоліпіди, жирні кислоти, 1-аміноциклопропан-1-карбонова кислота (АЦК).

Методи досліджень: газова хроматографія етилену, газорідинна і тонкошарова хроматографії АБК і жирних кислот, спектрофотометрія пігментів і малонового діальдегіду.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше показано, що:

Абсцизова кислота, зменшуючи оксидантну дію стресових чинників, функціонує у рослинах як антиоксидант.

Активація синтезу етилену за дії хімічних чинників і обезводнення може відбуватися неферментативно при розкладі різних речовин клітини, в тому числі і компонентів ліпідів мембран, таких як похідні холіну.

Похідні холіну ацетилхолін. HCl, холін. HCl і синтетичний ретардант росту рослин хлорхолінхлорид (ССС, ХХХ)