13280 (648083), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Характерными признаками ЦМС у сорго являются угне­тение окислительно-восстановительных процессов и снижение энергетического обмена [41]. Различия в активностях АТФ'азы обнаруживались у стерильных аналогов уже в фа­зе тетрад и сохранялись в дальнейшем на всех фазах разви­тия микроопор [16]. Среди соединений с гаметоцидными свой­ствами 2,4Д снижает содержание АТФ и АДФ — адениннук-леотидов, основных аккумуляторов энергии в клетке. Уста­новлено, что 2,4Д ингибирует активность аденилаткиназы — фермента, осуществляющего равновесное соотношение ком­понентов аденилатного пула: 2 АДФ ^ АМФ+ДТФ [21].

Растительные гормоны, проявившие гаметоцидные свой­ства (2,4Д, ИУК, НУК, ГКз и т. п.), могут индуцировать муж­скую стерильность на тех уровнях метаболических процес­сов, на которых они оказывают свое регуляторное действие:

на уровне генома, мембран, аллостерического эффекта. Воз­можно и одновременное влияние их на разные уровни, но во всех случаях отмечена взаимосвязь физиологически активных веществ, к которым относятся гаметоциды, с изменениями в энергетическом обмене клетки.

Существование специфических рецепторов в клеточных структурах и мембранах, способных обратимо связывать аук­сины [25], может служить молекулярно-биологической интер­претацией действия ряда соединений, проявивших гаметоцид-ную активность на различных культурах и относящихся к ауксинам (ИУК, НУК, 2,4Д, Г.Кз, кинетин и др.) [11, 12, 14, 17, 58, 135].

Отмечено, что растительные гормоны (2,4Д, ИУК, ГКз), вызывающие при определенных концентрациях различную степень индукции мужской стерильности, влияют на актив­ность энзимов, связанных с метаболизмом углеводов, опреде­ляющих структуру клеточных оболочек, с такими как р-1,4-глюканаза, р-1,3-глюканаза, (3-1,6-глюканаза я гемицеллю-лаза, а также а-1,3- и а-1,6-глюканазы [73, 99, 136]. Повы­шение активности глюканазных энзимов взаимосвязано с про­цессами деструкции их субстратов, а следовательно, и с изме-нениями в каллозной оболочке материнской клетки пыльцы и формирующихся тетрад, так как она является Р-1,3-свя-занным полимером глюкозы. Установлено, что ИУК и 2,4Д способствуют увеличению р-1,3-глюканаз'ной активности, в результате чего разрываются перекрестные связи в пределах клеточных стенок и оболочек, что обусловливает возрастание их эластичности и проницаемости [55].

Введение ИУК в растительную клетку повышает утилиза­цию глюкозы путем активации энзима УДФ-зависимой глю-кансинтетазы, локализованной в пределах аппарата Гольд-21

жи, что способствует формированию и повышенному содер­жанию глюканов, галактанов и пентозанов [42]. Подобным образом 2,4Д включается в один из уровней метаболизма клетки (через углеводы, путем активации плазменной, связан­ной с мембранами глюкансинтетазы), что способствует ути­лизации УДФ-арабинозы я увеличению количества связанных остатков арабинозы с галактаном [136]. Повышение числа сшивок в молекулах галактана изменяет пластичность кле­точных стенок. Вместе с тем аккумуляция 2,4Д в мембранах вызывает нарушение комплекса связанного с мембрана­ми белкового фактора, который обусловливает активность PHiK полимеразы, транскрибирующей определенные мРНК [66].

В опытах по конкурентному вытеснению связанных эффек-торов (производные феноксиуксусной кислоты и ИУК) на­глядно продемонстрировано, что связывание биологически ак­тивных хлорированных производных мембранами (эффектор-рецептор) носит специфический характер [14]. Изменяя фун­кциональную активность мембран и связанных с ними энзи-мов, ауксины с гаметоцидными свойствами могут вызывать индукцию синтеза определенных мРНК, ответственных за •продуцирование ряда энзимов, среди которых имеются фер­менты, преобразующие углеводные компоненты мембран и клеточных оболочек. Возрастающая при этом проницаемость может вызывать нарушение селективной изоляция формиру­ющихся тетрад с последующим их деградированием. Пред­полагают, что каллозная оболочка функционирует как «мо­лекулярный фильтр», позволяющий проникать внутрь мате­ринских клеток пыльцы основным питательным элементам, за исключением больших молекул. Последние в эту раннюю фазу могут помешать установлению автономии ядра гаплоид-ной споры в пределах собственной цитоплазмы [98].

Химическая изоляция материнских клеток пыльцы в ста­дии тетрад от окружающей диплоидной цитоплазмы является необходимой предпосылкой нормального развития пыльцы [94]. Установлено, что меченый тимидин поступает в материн­ские клетки пыльцы только до формирования каллозной обо­лочки, но не проникает, если они заключены в каллозу [72]. При изменении последней и освобождении тетрад метка сво­бодно поступала в микроспоры. Эти наблюдения позволили сделать вывод о функционировании каллозной оболочки как «молекулярного фильтра».

Каллозное покрытие материнских клеток пыльцы функцио­нировало как молекулярное сито: каллоза пропускала глю­козу и углекислый натрий, но задерживала фенилаланин, размер молекулы которого гораздо меньше глюкозы и он 22

должен был бы легко проникать в материнские клетки пыль­цы [123]. Выводы J. Heslop-iHarrison и A. Mckenzie [72] также сомнительны, так как метка могла не включаться ввиду от­сутствия синтеза ДНК. В других исследованиях показано, что роль каллозной оболочки значительно сложнее, чем «про­стого молекулярного фильтра» [4, 130].

ПОСТУПЛЕНИЕ В РАСТЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В НИХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Для успешного поиска химических соединений, обладаю­щих высокой селективностью гаметоцидного действия, необ­ходима информация о поступлении и распределении экзрген-но наносимого на стебли и листья препарата. Степень поступ­ления и скорость распределения химических соединений зави­сят от морфо-физиологических особенностей листовой плас­тинки, химических характеристик наносимого препарата, ок­ружающих условий и других факторов. У различных видов культурных растений, с которыми проводили эксперименты с целью химической индукции мужской стерильности, в зна­чительной степени варьирует толщина кутикулы и соотноше­ние ее компонентов (воск, кутан, пектин, целлюлоза), а так­же внешняя эпидермальная оболочка [44, 56, 60, 65, 69, 75].

С помощью химических методов анализа исследовали ку-тикулярный слой листьев 24 видов овощных и плодовых куль­тур [77]. Установлено разнообразие в составе и соотношении веществ листовой поверхности и значительные различия в толщине и составе мембраны кутикулы. Однако основные структурные компоненты кутикулы характерны для всех рас­тений. Кут.ин представляет собой полимолекулярную сеть гид-рокси-карбокоильных кислот с простыми и сложными эфир­ными связями. С кутанным матриксом связаны полисахар.иды и кутикулярный и этикулярный воск, богатый алканами. Так как в кутикуле имеются полярные и неполярные группы, она обладает как гидрофильными, так и липофильными свойства­ми [45].

Одним из важных факторов, определяющих степень эф­фективности действия гаметоцида, является зависимость его. активности от климатических и погодных условий, которые необходимо учитывать при разработке доз и концентраций для конкретных возделываемых культур и представляющих их сортов. Однако до сих пор не удалось установить четких взаимосвязей между влиянием условий среды и проницаемо­стью листовой поверхности, хотя развитие кутикулы коррели-

23

рует с продолжительностью светового периода, инсоляцией, влажностью почвы и воздуха, температурой [81].

Температурный режим является одним ,из самых определя­ющих условий развития кутикулы и распределения наноси­мого препарата [83]. При нанесении препарата в разные фазы органогенеза следует учитывать, что с возрастом листа сни­жается абсорбционная способность. Р. М. Nelson и R. К. Reid fl05] доказали, что метиловые эфиры жирных кислот — Lg-ii вызывают гибель меристематических тканей, но не разрушают более зрелые ткани. Механизм такой селективности основан на способности кутикулы действовать как барьер проницаемо­сти по отношению к наносимому препарату. Это было под­тверждено разрушением кутикулы до нанесения эмульсии (4%-ный метил-деканоат+0,1%-ный твин 20). Гибель ткани (ожоги) — результат нарушения структуры мембран. Авторы считают, что твин снижает проницаемость кутикулы и плохо проникает через кутикулу зрелых листьев.

Поверхностное применение гаметоцидных препаратов с использованием радиоактивной метки показало, что при на­несении на лист гаметоциды быстро транслокализуются в ре­продуктивные органы. Нанесение химикатов на базальную часть листа обеспечивало более полное поглощение препара­та, чем на апикальную часть. В репродуктивных тканях ак­тивно аккумулировались гаметоциды.

Наиболее подробно абсорбционные особенности химиче­ских препаратов изучали на гербицидах. Детально были ис­следованы ответные реакции растений двух сортов капусты, характеризующиеся различной чувствительностью к нитрофе-ну (2,4-дихлорфенил-р-нитрофениловый эфир) [113]. У обо­их сортов не было обнаружено заметных различий в скоро­сти прорастания семян, росте растений, плотности устьиц ли­стьев и в транслокализации меченого '^С гербицида. Однако у растений устойчивого к препарату сорта листья обладали более восковидной поверхностью, что позволило сделать вы­вод о корреляции между блокированием абсорбции и содер­жанием воска в кутикуле.

Проникновение соединений в ткани листа обусловлено и другими факторами, характеризующими применяемый раст­вор: температурой, концентрацией, продолжительностью вре­мени его соприкосновения с поверхностью растений, поверх­ностным натяжением и др. Проникновение веществ возраста­ет пропорционально времени и концентрации. Поступление соединения из раствора в ткани листа осуществляется до тех пор, пока его доза на поверхности листа или под кутикулой не станет предельной. В полевых условиях эффективность действия и поступление нанесенного препарата зависят от

24

сложного взаимодействия климатических факторов и внут­ренних физиологических тканевых параметров (водный де­фицит, значение рН в клетке, концентрация цнтоплазматиче-ского сока и т. д.).

В ткани листа легче проникают недиссоциирующие моле­кулы. Повышение температуры от 10 до 30° увеличивает про­ницаемость кутикулы и мембран, за исключением промежут­ка между 15" и 25°, в пределах которого поступление носит относительно стабильный характер. Если опрыскивание про­водят под давлением, растворы проникают в основном через устьица, однако вещества с поверхностным натяжением, близким к поверхностному натяжению воды (70 дин/см²), че­рез устьица не проникают ,[54].

При селективности абсорбции у наиболее распространен­ных видов сельскохозяйственных культур по отношению к 2,4Д (который обладает и гаметоцидными свойствами) ус­тановлено, что толщина кутикулы является решающим фак­тором, а толщина и структура оболочек эпидермальных кле­ток не имеют определяющего значения для степени абсорб­ции препарата. При этом абсорбционные характеристики ста­рых и молодых листьев значительно отличались и в обоих случаях зависели от химических свойств препарата.

На проростках конских бобов поглощение листьями ме­ченого по углероду '^'^^-хлор-о-толил) окиси] бутиловой кислоты было одинаковым для листьев всех возрастов. Одна­ко замена бутиловой кислоты на радикал уксусной кислоты вызывала различия в поглощении молодыми (скорее) и более зрелыми (медленнее) листьями [92]. Таким образом, даже слегка измененная конфигурация молекулы может в значи­тельной степени повлиять на ее способность проникать через мембраны [126].

Пока не установлено четкой взаимосвязи между химиче­скими, физическими характеристиками и проницаемостью пре­парата в системе клеток.

С помощью энзиматически изолированной кутикулы листь­ев была создана шкала проницаемости кутикулы по отноше­нию к ряду алифатических спиртов и их амидов [138]. Соеди­нения выбирали по способности растворять липиды и по моле< кулярньш весам. Результаты опытов показали, что кутикула функционирует в основном как липоидная мембрана, позво­ляющая веществам проникать в клетку пассивной диффузией согласно их растворимости в липидах. Модель молекулярно­го сита больше подходит для молекул малых размеров. Ко­эффициенты проницаемости алифатических спиртов распола­гаются от этанола к пентанолу: этанол<метанол<пропа-

25

нол<бутанол<пентанол, а в случае амидов: ацета1мид<про-пионамид<.бутиламид<1валерам:ид [121].

Однако при подборе алкильных групп для улучшения аб­сорбция препарата следует также учитывать возрастание фитотоксичности соединения. При исследовании действия че­тырех о-алкилметилфосфонофторидов на проростках пшени­цы была отмечена зависимость фитотоксичности от природы о-алкильной группы, которая усиливалась в следующем по­рядке: этил<изопроп'ил<пипаколил<циклогексил. При этом продукты разложения были менее токсичны [79].

Методами газовой хроматографии и с помощью сцинтил-ляционного счетчика изучали различия в абсорбции буто-ксиэтилового эфира и соли аммония 2,4,5-Т (2,4,5-трихлорфе-ноксиуксусная кислота). Сравнимые результаты показали, что абсорбция 2,4,5-Т была в 2—3 раза выше при использо­вании препарата в форме эфира, чем в форме солей. Однако их передвижение в проводящих системах растения не зависе­ло от химической формы соединения [100].

В опытах с энзнмат.ически изолированной кутикулой пло­дов томата, которая по своим характеристикам близка к ку­тикуле листа, степень хлорирования (но не положение хлора при замещении) феноксиуксусной кислоты увеличивала про­ницаемость ее галогенопроизводных в следующем порядке:

Характеристики

Список файлов реферата