КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені Тараса Шевченка

ДЖАМЄЄВ Вадим Юрійович

УДК 581.1: 58.036 + 582.739

ВПЛИВ ПОНИЖЕНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ НА МЕТАБОЛІЗМ ВУГЛЕВОДІВ, ЛІПІДІВ, БІЛКА ТА АКТИВНІСТЬ ДЕГІДРОГЕНАЗ У ПРОРОСТКАХ СОЇ

03.00.12 — фізіологія рослин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ — 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фізіології та біохімії рослин Харківського національного університету Міністерства освіти України.

Науковий керівник — кандидат біологічних наук,

Жмурко Василь Васильович, доцент,

Харківський національний університет,

завідувач кафедрою фізіології та біохімії рослин

Офіційні опоненти — доктор біологічних наук,

Булах Анатолій Андрійович,

професор кафедри селекції та фізіології рослин,

Національний аграрний університет УААН,

кандидат біологічних наук,

Гридін Микола Миколайович,

Інститут рослинництва ім. В.Я. Юр’єва УААН

старший науковий співробітник

відділу селекції озимої пшениці.

Провідна установа — Донецький державний університет.

Захист відбудеться 17 лютого 2000 р. о 16 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою 03127, м. Київ-127, просп. Глушкова,2, корпус 12, біофак, ауд. 215.

Поштова адреса: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 64, спецрада Д 26.001.24, біологічний факультет.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий “14” січня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради,

кандидат біологічних наук, прфесор Брайон О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Соя, як вид, формувалася в умовах теплого мусонного клімату, тому більшість її сортів теплолюбні. Вирощування цієї культури в Україні обмежене південними районами. За даними літератури, під впливом зниженої температури на ранніх етапах онтогенезу, а також при недостатній сумі ефективних температур порушується нормальний розвиток рослин, знижується продуктивність сої, затримується визрівання (А.П. Лаханов, Н.Е. Балачкова, 1980; Сичкарь, 1984; В.В. Шерепитко, 1986; Bramlage et al., 1979).

Одним з шляхів розширення ареалу вирощування сої є створення високопродуктивних сортів, адаптивних до зниженої температури.

Робота в цьому напрямку вимагає не лише наявності вихідного матеріалу з необхідними властивостями, але й знання еколого-фізіологічних і біохімічних характеристик сортів та селекційного матеріалу.

Проте, фізіолого-біохімічні аспекти стійкості сої до несприятливих понижених температур вивчені недостатньо. Досліджувалася переважно пошкоджуюча дія низьких температур на рослини сої, що вегетують, та їх модифікаційну мінливість (В.И. Сичкарь, 1991; Marguard et.al., 1980; Eglі, Wardlow, 1980). Окремі роботи, присвячені вивченню впливу холоду на азотний обмін та зміну активності ряду дегідрогеназ рослин, які проростають та активно вегетують (Duke et.al., 1977, 1978; Henson et.al., 1980). Разом з тим, ці дані розрізненні, тобто розкривають лиш окремі зміни в метаболічних процесах при пониженій температурі. Тому вони не є достатніми для формування уявлень про механізми адаптації сої до понижених температур. У зв`язку з цим, на нашу думку, для більш глибокого розуміння ролі метаболізму в адаптації сої до несприятливих знижених температур доцільно враховувати наступне. Адаптаційні процеси на етапі проростання забезпечуються метаболітами та енергією за рахунок запасних речовин сім`ядолей. Вони витрачаються на формування проростка, біосинтетичні процеси, функції підтримання. Це може проявлятися в зміні характеру ростової реакції, інтенсивності метаболізму ліпідів, білків, вуглеводів, активності гідролітичних ферментів та дегідрогеназ. У взаємозв`язку ці процеси у сої при адаптації проростків до пониженої температури практично не вивчені.

Разом з тим, такі дані важливі у науковому відношенні для більш глибокого розуміння біологічної природи механізмів адаптації теплолюбних рослин і, зокрема, сої до низьких позитивних температур. У практичному плані вони можуть бути використані для обгрунтування розробки методів оцінки холодостійкості вихідного селекційного матеріалу сої.

Викладене обгрунтовувало доцільність проведення наших досліджень. Їх виконано згідно з координаційним планом НДР Міністерства освіти «Механізми розвитку та старіння біологічних систем» за темою 0197U008199 «Вивчення фітогормональних, метаболічних та фітохромних механізмів регуляції адаптивних реакцій рослин та впливу біогенних і абіогенних факторів на мікобіоту для обгрунтування шляхів підвищення їх стійкості».

Мета та завдання досліджень. Мета роботи — встановити роль окремих сторін метаболізму та їх взаємозв’язку в процесі адаптації до зниженої температури проростків двох сортів сої з різною холодостійкістю.

Дослідженнями передбачалося вивчення впливу зниженої температури (+3 ± 1°С) на зміну:—

ростової реакції;—

вмісту крохмалю, олії, розчинних цукрів, загального та амінного азоту, легкорозчинного білка у сім’ядолях;—

активності амілаз, ліпаз та дегідрогеназ у сім’ядолях;—

вмісту легкорозчинного білка та активності дегідрогеназ у корінцях.

Наукова новизна та практична цінність роботи. Вперше використаний зрівняльний аналіз затримання процесів приросту корінців і зниження сухої маси сім’ядолей, який дозволяє попередньо порівняти напруженість енергетичних процесів, що відбуваються при дії стресу у досліджуваних проростків. Вперше досліджено динаміку зміни вмісту запасних вуглеводів та ліпідів у сім’ядолях сої, показана роль окремих шляхів метаболізму та їхній взаємозв’язок у процесі адаптації проростків до зниженої температури. Виявлено, що холодостійкий сорт, в порівняні з нехолодостійким, швидше реагує на дію холоду, але зміни у метаболізмі відбуваються у менших межах, що свідчить про його підвищену адаптивність. Одержані дані можуть бути використані для обгрунтування і розробки експрес-методів оцінки холодостійкості вихідного селекційного матеріалу.

Особистий внесок дисертанта. Планування та проведення експерименту, аналіз та теоретичне обгрунтування результатів дослідження виконані дисертантом особисто, або при його безпосередній участі.

Апробація роботи. Одержані результати викладені на Міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених та фахівців «Шляхи раціонального використання земельних ресурсів України» (Чабани, Україна, 1995), на Міжнародних конференціях «Physіcal-Chemіcal Bases of Plant Physіology» (Пенза, 1996); «Symposіum on Breedіng of Oіl and Proteіn Crops» (Запоріжжя, 1996); «Sustaіnable Agrіculture for Food, Energy and Іndustry» (Брауншвейг, Німеччина, 1997); на наукових семінарах кафедри фізіології та біохімії рослин та конференціях молодих вчених ХДУ.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 8 наукових праць: 4 статті та 4 тез доповідей.

Структура і об’єм роботи. Дисертація викладена на 136 сторінках машинописного тексту. Складається з вступу, огляду літератури, 3 розділів результатів власних досліджень, висновків та списку використаної літератури, який містить 175 джерел, в тому числі на іноземних мовах 61. Робота ілюстрована 21 таблицею і 6 малюнками.

Розділ 1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

Висвітлені сучасні уявлення про стійкість рослин до несприятливих знижених температур та фізіолого-біохімічні основи адаптації рослин. Проаналізовані дані про вплив зниженої температури на процеси життєдіяльності сої на різних етапах онтогенезу, а також про здатність цієї культури адаптуватись до низької позитивної температури.

Розділ 2. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Об’єктами досліджень були два вітчизняних сорти сої: холодостійкий Київська 91 та нехолодостійкий Харківська 35.

Лабораторний дослід щодо впливу температури на ростову реакцію сої та біохімічні процеси побудований за такою схемою.

Насіння пророщували у термостаті протягом трьох діб при +23 ± 1°C, а потім одну половину проростків піддавали дії температури +3 ± 1°C, а другу залишали при +23 ± 1°C. Матеріал для всіх аналізів відбирали до початку дії холодом та через 4, 24, 48 та 72 години впливу. Одночасно відбирали проби при +23 ± 1°C. Контролем служив рівень показників у 3-денних проростків до початку дії зниженої температури.

Для визначення маси сухої речовини сім’ядолей відбирали насіння обох сортів однакової маси (120 ± 5 мг).

Висновок про характер ростової реакції на знижену температуру робили за ступенем уповільнення росту корінців та зменшення маси сім’ядолей під впливом цього чинника. Ступінь уповільнення — значення цих показників при зниженій температурі у відсотках від їх рівня за оптимальної температури.

Вміст крохмалю визначали колориметричним методом за Ястрембовичем, Калініним (1962), олії — за методом Рушковського, розчинних цукрів — за мікрометодом Швецова та Лук’яненко (1968), амінного азоту — за методом Попе та Стівенса, загального азоту — за К’єльдалем, розчинних білків — за Лоурі (Методы биохимического исследования растений, 1987).

Загальну амілазну та ліполітичну активність визначали за Єрмаковим (1987), дегідрогеназну активність за методом Сисоєва та Красної (1968).

Проведено 3 — 5 серій дослідів у триразовій (для біохімічних аналізів) та двадцятиразовій (для визначення ростової реакції) аналітичній повторності. Дані обробляли статистично методом однофакторного дисперсійного аналізу (Б.А. Доспехов, 1979) за допомогою ЕОМ (програма «DІASTA»). У таблицях та на малюнках наведені середні дані проведених серій дослідів, помилки середніх та найменші істотні різниці НІР05.

Використовували реактиви, виготовлені в Росії та Україні кваліфікації х.ч. та ч.д.а.

Розділ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

3.1 РОСТОВА РЕАКЦІЯ СОЇ НА ЗНИЖЕНІ ТЕМПЕРАТУРИ.

Ростову реакцію на знижену температуру оцінювали за ступенем зменшення приросту корінців у співставленні з характером витрати запасних речовин сім’ядолей, тобто зниженням сухої маси сім’ядолей.

Результати показали, що при зниженні температури у обох вивчених сортів сої ступінь уповільнення росту корінців однакова. Разом з тим у сорту Київська 91 запасні речовини сім’ядолей витрачаються повільніше, ніж у сорту Харківська 35 (табл.1).

Таблиця 1. Ступінь зниження приросту корінців та маси сім’ядолей під впливом низької температури, % від показників при оптимальній температурі.

Сорт | Тривалість дії, години

0 - 4 | 0 - 24 | 0 - 48 | 0 - 72

Приріст корінців

Київська 91— | 6.2 | 4.9 | 3.7

Харківська 35— | 6.0 | 4.5 | 3.3

Зниження маси сім’ядолей

Київська 91 | 7.3 | 9.1 | 11.8 | 10.6

Харківська 35 | 68.2 | 47.0 | 31.9 | 24.3

3.2 МЕТАБОЛІЗМ ЗАПАСНИХ РЕЧОВИН СІМ’ЯДОЛЕЙ СОЇ

В УМОВАХ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО СТРЕСУ

Вміст крохмалю та амілазна активність. Під впливом холоду вміст крохмалю у сім’ядолях обох сортів на першому етапі адаптації знизився, а потім підвищився. При цьому у сорту Київська 91 його вміст мінімальним був через 4 години холодової дії, а у сорту Харківська 35 — через 24 години (табл.2).

Таблиця 2. Динаміка вмісту крохмалю та загальної амілазної активності у сім’ядолях проростків сої під дією зниженої температури.

Сорт | Тривалість дії, години | НІР05

0 | 4 | 24 | 48 | 72

Вміст крохмалю, мг/насінину

Київська 91 | 1.14 | 0.49 | 0.76 | 0.76 | 0.78 | 0.43

Харківська 35 | 1.55 | 1.43 | 1.11 | 1.31 | 1.31 | 0.22

Загальна амілазна активність, мкг крохмалю/год.гсирої маси

Київська 91 | 9.43 | 9.37 | 9.67 | 10.05 | 9.86 | 0.42

Харківська 35 | 9.49 | 9.56 | 9.18 | 9.37 | 9.49 | 0.52

Зниження вмісту крохмалю у сім’ядолях сої сорту Київська 91 під впливом холоду у перші 4 години не супроводжується підвищенням амілазної активності, а у сорту Харківська 35 активність амілаз навіть зменшується паралельно зі зниженням вмісту крохмалю протягом 24-х годин стресу (табл.2).

Відомо, що зміна вмісту крохмалю залежить як від процесів його синтезу, так і розпаду (Э.Е. Хавкин, 1982). Певно, зниження рівня крохмалю у сім’ядолях сої під впливом холоду є результатом значного уповільнення його синтезу. Перевага розпаду крохмалю над синтезом спричинена, можливо, загальним уповільненням синтетичних процесів та витратою енергетичних ресурсів на адаптацію.

Вміст розчинних цукрів, активність глюкозо-6-фосфат-дегідрогенази (Г6ФДГ). Під впливом зниженої температури у холодостійкого сорту Київська 91 виявлена тенденція до зменшення сумарної кількості цукрів. Вміст редукуючих цукрів за цих умов суттєво знижувався у перші 4 години, а через 24 години зріс до рівня в контролі. У сорту Харківська 35 під впливом холоду вміст обох фракцій вуглеводів суттєво підвищився (табл.3).

Таблиця 3. Зміна вмісту розчинних цукрів (мг/гсухої маси) та активності глюкозо-6-фосфатдегідрогенази (мг ТТХ/год.гсирої маси) у сім’ядолях сої при зниженої температурі.

Цукри і | Тривалість дії, години | НІР05

активність Г6ФДГ | 0 | 4 | 24 | 48 | 72

Київська 91

Сума | 9.15 | 8.48 | 8.87 | 8.49 | 8.61 | 1.19

Редукуючі | 1.19 | 0.98 | 1.14 | 1.19 | 1.20 | 0.18

Олігосахариди | 7.96 | 7.49 | 7.73 | 7.30 | 7.41 | 1.14

Активність Г6ФДГ | 0.16 | 0.08 | 0.19 | 0.25 | 0.35 | 0.14

Харківська 35

Сума | 8.73 | 9.81 | 10.46 | 10.45 | 10.92 | 0.46

Редукуючі | 1.09 | 1.47 | 1.56 | 1.63 | 1.92 | 0.25

Олігосахариди | 7.64 | 8.34 | 8.90 | 8.83 | 8.99 | 0.58

Активність Г6ФДГ | 0.25 | 0.67 | 0.49 | 0.52 | 0.52 | 0.24

Активність Г6ФДГ у сорту Київська 91 протягом 4 годин холодової дії несуттєво знизилася, а надалі зростала до істотно вищого рівня, ніж в контролі. У сорту Харківська 35 вона суттєво підвищилася вже в перші години впливу холодом і протягом всього досліду залишалась більш високою, ніж до початку стресової дії (табл.3).

Підвищення вмісту розчинних цукрів на фоні суттєвого збільшення активності Г6ФДГ у сорту Харківська 35 в умовах холоду пов’язане, можливо, з високою інтенсивністю глюконеогенезу.

Як відомо, вміст розчинних цукрів може підвищуватися в процесі гідролізу полівуглеводів другого порядку. Проте, за нашими даними, в перші години холодового стресу вміст крохмалю у сім’ядолях сорту Харківська 35 знижується значно менше, ніж у сорту Київська 91. Таким чином, більш інтенсивне утворення розчинних цукрів при меншій швидкості деградації крохмалю свідчить, вірогідно, про більшу швидкість процесів глюконеогенезу у нехолодостійкого сорту. У сорту Київська 91 глюконеогенез в перші години холодового стресу, мабуть, суттєво уповільнений, оскільки зниження вмісту цукрів не супроводжується підвищенням активності Г6ФДГ.

Не виключено, що підвищення кількості розчинних цукрів безпосередньо є адаптаційною реакцією. Адже глюконеогенез здійснюється, як відомо, при використанні енергетичних ресурсів клітини. Тому більш висока інтенсивність цього процесу в перші години дії холодом може бути однією з причин непродуктивного використання енергії нехолодостійким сортом в умовах стресу.

Вміст олії та ліпазна активність. Вміст олії при зниженій температурі за 72 години стресу зменшився у обох сортів майже в однаковому ступені. Проте у сорту сої Київська 91 зниження його відбувалось переважно у перші години впливу низької температури, а у сорту Харківська 35 — впродовж більш тривалого часу (мал.1).

Певно, одним з механізмів, які забезпечують різну холодостійкість досліджуваних сортів, є більш висока швидкість адаптації до зниженої температури холодостійкого сорту порівняно з нехолодостійким, яка зумовлена прискореною та ефективною утилізацією запасних ліпідів.

Вивчення ліполітичної активності показало, що у сім’ядолях сої гідроліз олії в умовах холоду здійснюється кислими та нейтральними ліпазами, з яких перші більш активні (табл.4). За цих умов активність кислої ліпази у сорту Київська 91 майже не змінюється в порівнянні з контролем. У сорту Харківська 35 вона в перші години дії холодом істотно знижується, через 24 години зростає до рівня контролю, а надалі знижується (табл.4).

Таблиця 4. Зміна активності лпаз у сім’ядолях проростків сої під впливом зниженої температури, мл 1н. NaOH/20год.гсирої маси.

Сорт | Тривалість дії, години | НІР05

0 | 4 | 24 | 48 | 72

Активність кислої ліпази

Київська 91 | 1.51 | 1.42 | 1.41 | 1.87 | 1.23 | 0.44

Харківська 35 | 1.48 | 1.04 | 1.44 | 1.05 | 1.21 | 0.36

Активність нейтральної ліпази

Київська 91 | 0.93 | 0.92 | 0.67 | 0.11 | 0.10 | 0.15

Харківська 35 | 1.02 | 0.84 | 0.89 | 0.56 | 0.59 | 0.12

Активність нейтральної ліпази на першому етапі адаптації до холоду у сорту Київська 91 не змінюється, а в подальшому істотно знижується. У сорту Харківська 35 істотне зниження її активності починається з перших годин і відбувається протягом всього періоду дії холодом (табл.4).

Вірогідно, що різний характер зміни активності ліпаз в перші години стресової дії у досліджуваних сортів зумовлює і різний рівень гідролізу у них запасних ліпідів в цей період (мал.1). В наступні години дії холодом характер зміни активності ферментів не співпадає з характером динаміки вмісту масла. Це може бути пов’язане з тим, що не лише гідроліз ліпідів є безпосередньо причиною зменшення абсолютного вмісту масла. Оскільки в цьому процесі змінюється співвідношення між різними ацилгліцеридами та вільними жирними кислотами, можна припустити, що при адаптації проростків сої до зниженої температури поряд з ліпазами, в катаболізмі масла важливу роль відіграють ферменти b-окисленя жирних кислот та синтезі полярних ліпідів.

Отже досліджувані сорти різняться за швидкістю зміни процесів катаболізму масла в період адаптації до пониженої температури.

Загальний та амінний азот, розчинний білок. При зниженій температурі вміст загального азоту суттєво не змінювався (табл.5). Можливо, це пов’язане із зниженням відтоку азотвмістних сполук за цих умов із сім’ядолей до органів проростка, що ростуть.

Таблиця 5. Динаміка вмісту різних форм азоту та розчинного білка у сім’ядолях проростків сої при зниженій температурі.

Сорт | Тривалість дії, години | НІР05

0 | 4 | 24 | 48 | 72

Загальний азот, мг/насінину

Київська 91 | 6.35 | 6.34 | 6.44 | 6.24 | 6.31 | 0.79

Харківська 35 | 5.76 | 5.78 | 5.81 | 5.75 | 5.53 | 0.77

Амінний азот, мкг/насінину

Київська 91 | 257 | 241 | 219 | 222 | 224 | 25.6

Харківська 35 | 208 | 195 | 182 | 170 | 165 | 25.2

Розчинний білок, мг/насінину

Київська 91 | 22.43 | 23.58 | 23.65 | 22.64 | 29.93 | 1.17

Харківська 35 | 22.57 | 21.80 | 20.83 | 19.62 | 19.29 | 0.93

Під впливом пониженої температури через 24 години її дії у обох сортів істотно знижується вміст амінного азоту. В цей же час рівень розчинного білка у сорту Київська 91 зростає, а у сорту Харківська 35 — знижується (табл.5). Вірогідно, що у нехолодостійкого сорту Харківська 35 в умовах стресової температури білкові ресурси використовуються значно більшою мірою в якості енергетичного метаріалу, тоді як у холодостійкого сорту Київська 91 превалює їх використання для біосинтезів de novo.

Беручи до уваги дані щодо зміни сухої маси сім’ядолей і вмісту олії та вуглеводів, можна припустити, що окислення білків є, напевно, одним з основних чинників зниження сухої маси сім’ядолей сої сорту Харківська 35 в умовах низькотемпературного стресу.

Загальна дегідрогеназна активність сім’ядолей у обох сортів суттєво перевищувала контроль. Високий рівень цієї активності у сім’ядолях сої обумовлений інтенсивними процесами розпаду запасних речовин і наступного окислення продуктів гідролізу (табл.6).

Таблиця 6. Загальна дегідрогеназна активність у сім’ядолях сої при пониженої температурі, мкг відновленого ТТХ/год.гсирої маси.

Сорт | Тривалість дії, години | НІР05

0 | 4 | 24 | 48 | 72

Київська 91 | 5.32 | 6.73 | 6.53 | 7.35 | 7.23 | 0.82

Харківська 35 | 5.16 | 6.34 | 6.21 | 6.52 | 6.65 | 1.02

Таким чином одержані дані показують, що при адаптації до пониженої температури зміни в метаболізмі запасних речовин в сім’ядолях холодостійкого сорту наступають раніш, ніж у нехолодостійкого. При однаковому у обох сортів рівні зменшення масла протягом стресової дії у сорту Київська 91 більшою мірою використовуються неструктурні вуглеводи, а у сорту Харківська 35 — білки.

Вірогідно, що ці відмінності зумовлюють більш швидку і ефективну адаптацію до несприятливої температури проростання у холодостійкого сорту в порівнянні з нехолодостійким.

3.3 ВМІСТ ВОДОРОЗЧИННОГО БІЛКА ТА ДЕГІДРОГЕНАЗНА

АКТИВНІСТЬ У КОРІНЦЯХ ПРОРОСТКІВ СОЇ ПРИ РІЗНИХ

ТЕМПЕРАТУРАХ

Вміст розчинного білка у корінцях сорту Київська 91 суттєво зріс вже в перші 4 години дії холодом і залишився на більш високому рівні, ніж в контролі, протягом усього досліду. У корінцях сорту Харківська 35, навпаки, вміст білка за 4 години стресу зменшився, проте при більш тривалій дії холодом зріс, досягаючи рівня контролю на 48 годину (табл.7).

Таблиця 7. Вміст розчинного білка в корінцях проростків сої

при зниженій температурі, мг/гсирої маси.

Сорт | Тривалість дії, години | НІР05

0 | 4 | 24 | 48 | 72

Київська 91 | 33.60 | 39.60 | 40.00 | 40.80 | 38.93 | 4.01

Харківська 35 | 31.47 | 26.93 | 29.53 | 32.20 | 30.53 | 5.22

Вміст амінного азоту у корінцях обох сортів в перші 4 години мав тенденцію до підвищення, але у сорту Київська 91 це підвищення більш виражене, ніж у сорту Харківська 35. При подальшому впливі пониженої температури кількість амінного азоту у першого сорту суттєво знижується, а у другого змінюється неістотно (табл.8).

Таблиця 8. Вміст амінного азоту в корінцях проростків сої

при зниженій температурі, мкг/гсирої маси.

Сорт | Тривалість дії, години | НІР05

0 | 4 | 24 | 48 | 72

Київська 91 | 98.5 | 130.0 | 99.0 | 91.4 | 73.2 | 46.9

Харківська 35 | 24.8 | 49.2 | 53.8 | 64.5 | 38.6 | 24.9

На нашу думку, виявлена динаміка зміни вмісту розчинного білку та амінного азоту зумовлена здатністю сорту Київська 91 підтримувати високий рівень біосинтетичних процесів (синтез білка та амінокислот) в умовах зниженої температури. У сорту Харківська 35 ця здатність проявляється в значно меншій мірі.

Активність дегідрогеназ ЦТК. При оптимальній та зниженій температурах у обох сортів рівень активності ізоцитрат-дегідрогенази (ІзоДГ) набагато вищий, ніж малатдегідрогенази (МДГ).

Під впливом зниженої температури у обох сортів у перші години стресу активність ІзоДГ зростала, а МДГ — знижувалася (мал.2). Це зумовлено, певно, різною функціональною значущістю ІзоДГ та МДГ, спричиненою зростанням інтенсивності синтезу a-кетоглутарату, який перетворюється в глутамат і залучається до білкового обміну.

Активність Г6ФДГ під впливом зниженої температури підвищилася у обох сортів, що зв’язано, мабуть, із зростаючою роллю анаеробних шляхів окислення субстрату в умовах холоду (мал.2).

При зниженій температурі у сорту Київська 91 активність ІзоДГ і Г6ФДГ збільшилася в меншому ступені, а активність МДГ — знизилася більшою мірою, ніж у сорту Харківська 35 (мал.2).

Одержані нами результати дозволяють вважати, що дегідрогенази ЦТК в умовах холоду забезпечують адаптаційні процеси не лише енергією (синтез NAD(P)H та FADH2), а й пластичним матеріалом, зокрема, a-кетоглутаратом для біосинтезу білка.

Разом з тим, дані про зміну активності дегідрогеназ і вміст білка свідчать, що в несприятливих температурних умовах у сорту Київська 91 біосинтетичні процеси відбуваються інтенсивніше та з меншою витратою енергії, ніж у сорту Харківська 35. Тобто, холодостійкий сорт має більш ефективну систему адаптації, ніж нехолодостійкий.

ВИСНОВКИ

1. За дії пониженої температури проростки досліджуваних сортів з однаковою швидкістю гальмують ріст. Однак суха маса сім’ядолей у холодостійкого сорту Київська 91 зменшується значно менше, ніж у нехолодостійкого сорту Харківська 35. Це свідчить про більш інтенсивну витрату запасних поживних речовин на адаптаційні процеси у нехолодостійкого сорту, в порівнянні з холодостійким.

2. Під впливом пониженої температури у холодостійкого сорту вміст крохмалю у сім’ядолях в перші години дії істотно знижується при майже не змінній активності амілаз. У нехолодостійкого сорту спостерігається тенденція до паралельного зниження вмісту крохмалю та амілазної активності. Амілоліз у сім’ядолях обох сортів не є єдиним фактором зменшення рівня крохмалю. Встановлена динаміка зміни вмісту крохмалю є наслідком зменшення його вторинного синтезу.

3. Вміст розчинних цукрів під дією низької температури в сім’ядолях сорту Київська 91 знижується на фоні зниження вмісту крохмалю, а у сорту Харківська 35 — підвищується при неістотній зміні вмісту крохмалю. Це пов`язано з більш інтенсивним використанням неструктурних вуглеводів та з більш низьким рівнем глюконеогенезу у першого сорту, ніж у другого.

4. Вміст масла в умовах пониженої температури в сім’ядолях обох сортів протягом досліду зменшився однаково, але у холодостійкого сорту це зменшення відбувалось майже повністю в перші години стресу, а у нехолодостійкого — в значно триваліший період. Сумарна активність ліпаз в перші години дії холодом у холодостійкого сорту вища, ніж у нехолодостійкого. Така динаміка вмісту масла і активності ліпаз пов`язана із більш швидким використанням масла в адаптаційних процесах першим сортом, в порівнянні з другим.

5. Вміст загального азоту в сім’ядолях обох сортів під впливом пониженої температури не змінюється, що пов`язано з інгібуванням відтоку його транспортних форм в органи проростка, які формуються.

6. Вміст амінного азоту в сім’ядолях обох сортів в умовах холоду знижується. При цьому вміст розчинного білка у холодостійкого сорту зростає, а у нехолодостійкого сорту — знижується. Це свідчить про те, що в умовах стресової температури катаболізм білка у нехолодостійкого сорту більш інтенсивний, ніж у холодостійкого.

7. В корінцях під впливом пониженої температури вміст розчинного білка і амінного азоту у сорту Київська 91 зростає, а у сорту Харківська 35 вміст розчинного білка знижується, а амінного азоту — зростає. Це зумовлене більш високим рівнем біосинтетичних процесів у холодостійкого сорту, в порівнянні з нехолодостійким.

8. Активність ізоцитратдегідрогенази в корінцях, а глюкозо-6-фосфат-дегідрогенази — в корінцях та сім’ядолях за несприятливих температур підвищується у обох сортів. Більш висока їх активність у нехолодостійкого сорту свідчить про більшу енергетичну напруженість у нього адаптаційних процесів, ніж у холодостійкого.

9. Підвищення активності ізоцитратдегідрогенази і зниження активності малатдегідрогенази в корінцях обох сортів в перші години дії холодом пов`язане із зростанням швидкості утворення a-кетоглутарату та глутамату.

10. При дії пониженої температури процеси метаболізму вивчених класів запасних сполук у обох сортів протікають, в основному, з однаковою направленістю. Однак у холодостійкого сорту Київська 91 найбільш інтенсивні зміни вмісту відбуваються в перші 4 години холодового стресу, а у нехолодостійкого сорту Харківська 35 — протягом значно тривалішого часу. Це забезпечує більш швидку і ефективну адаптацію до пониженої температури проростків холодостійкого сорту в порівнянні з нехолодостійким.

СПИСОК ПРАЦЬ, ЩО ОПУБЛІКОВАНІ ЗА МАТЕРІАЛАМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Джамеев В.Ю., Жмурко В.В. Содержание крахмала в семядолях прорастающей сои в условиях холодового стресса // Физиол. и биохим. культ. раст.— 1997.— Т.29, № 5.— C.370-376.

2. Жмурко В.В., Джамеев В.Ю. Дегидрогеназная активность и содержание растворимого белка в корешках проростков сои (Glicine max. L.) при оптимальной и пониженной температурах // Физиол. и биохим. культ. раст.— 1999.— Т.31, № 4.— C.308-313.

3. Содержание, гидролиз и жирнокислотный состав масла в семядолях прорастающей сои (Glicine max.) при разных температурных условиях / В. В. Жмурко, В. Ю. Джамеев, О. Г. Супрун, Л.Н. Кобызева // Биологический вестник.— 1997.— Т.1, № 1.— С.76-82.

4. В. В. Жмурко, В. Ю. Джамеев. Влияние пониженной температуры на ростовую реакцию проростков сои (Glicine max) и на содержание растворимых сахаров в семядолях // Биологический вестник.— 1997.— Т.1, № 2.— С.81-88.

5. Dzhameyev V. Y., Zhmurko V. V. The metabolism of storage substances of soybeans cotyledons under cold stress // Symposium on Breeding of Oil and Protein Crops: EUCARPIA, Section Oil and Protein Crops.— Zaporozhye, Ukraine, 1996.— P.75-80.

6. Dzhameyev V. Y., Zhmurko V. V. The storage substances metabolism in the germinating soybeans cotyledons in connection with cold stress adaptation // Annual symposium Physical-Chemical Basis of Plant Physiology.— Penza, 1996.— P.95.

7. Dzhameyev V. Y., Zhmurko V. V. The reaction of soybeans seedlings on low temperature effect // Sustainable Agriculture for Food, Energy and Industry.— Braunschweig, Germany.— 1997.— P.317.

8. Джамєєв В.Ю. Дегідрогеназна активність різних за холодостійкістю сортів сої // Шляхи раціонального використання земельних ресурсів України: Матеріали конф.— Чабани, Україна, 1995.— С.14.

Джамєєв В.Ю. Вплив пониженої температури на метаболізм вуглеводів, ліпідів, білка та активність дегідрогеназ у проростках сої . — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.12 — фізіологія рослин. — Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2000.

Узагальнені результати вивчення впливу пониженої (+3 ± 1°C) температури на ростову реакцію та метаболічні процеси проростків сої. Встановлена динаміка зміни вмісту речовин у сім’ядолях, а також активності гідролітичних ферментiв і дегідрогеназ у сім’ядолях та корінцях. Показано, що під впливом пониженої температури енергетична напруженість адаптаційних процесів і частка функцій підтримання у холодостійкого сорту нижча, ніж у нехолодостійкого. При цьому у холодостійкого сорту у першi години стресу інтенсивніше знижується вміст крохмалю, олії та розчинних цукрів. У нехолодостійкого сорту у більшому ступені виражений катаболізм білків, а у холодостійкого — їх синтез. Припускається, що виявлена між сортами різниця за спрямованістю і швидкістю адаптивних процесів обумовлюють різну ефективність адаптації проростків вивчених сортів до низької температури.

Ключові слова: соя (Glicine max. L.), низькотемпературний стрес, адаптація, запасні речовини, дегідрогенази.

Джамеев В.Ю. Влияние пониженной температуры на метаболизм углеводов, липидов, белка и активность дегидрогеназ в проростках сои. — Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.12 — физиология растений. — Киевский национальныйуниверситет имени Тараса Шевченка, Киев, 2000.

Обобщены результаты изучения влияния пониженной (+3 ± 1°C) температуры на ростовую реакцию и метаболические процессы проростков сои. Установлена динамика изменения содержания веществ в семядолях, а также активности гидролитических ферментов и дегидрогеназ в семядолях и корешках.

Показано, что в условиях холода рост корешков у обоих сортов замедляется в одинаковой степени, однако расходование запасных веществ у холодостойкого сорта замедляется быстрее, чем у нехолодостойкого.

В первые часы воздействия холодом содержание крахмала в семядолях снижается у обоих сортов и происходит это за счет замедления синтеза вторичного легкомобилизуемого крахмала. В процессе адаптации проростков к холоду содержание крахмала частично возобновляется. Снижение и повышение количества крахмала в семядолях у холодоустойчивого сорта происходят в более короткие сроки, чем у нехолодостойкого. Содержание масла в семядолях в течение всего эксперимента у обоих сортов уменьшается примерно на одинаковую величину, однако у холодостойкого сорта основное количество затраченного масла используется в первые часы стресса, а у нехолодостойкого — масло расходуется более продолжительное время. Данные по содержанию разных форм азота свидетельствуют о том, что отток его транспортных форм в условиях холода сильно ингибирован. Гидролиз запасных белков значительнее выражен у нехолодостойкого сорта. Общая дегидрогеназная активность в условиях холодового стресса повышается у обоих сортов, причем у холодостойкого сорта значительнее, чем у нехолодостойкого.

Содержание растворимого белка и аминного азота в корешках холодостойкого сорта под влиянием пониженной температуры повышается. У нехолодостойкого сорта в первые часы стресса концентрация аминного азота также возрастает, но при этом падает содержание растворимого белка. Это обусловлено тем, что в условиях холода у устойчивого сорта доля реакций синтеза азотсодержащих соединений (аминокислот, белка) превышает долю реакций их распада, а у неустойчивого сорта в первые часы стресса выше доля катаболических реакций.

В корешках обоих сортов активность изоцитратдегидрогеназы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы при неблагоприятной пониженной температуре повышается, причем у нехолодостойкого сорта это повышение более значительное. Активность малатдегидрогеназы под влиянием холода снижается у обоих сортов. Разнонаправленная динамика изоцитрат- и малатдегидрогеназы связана с повышением скорости образования a-кетоглутарата и глутамата.

В целом, у обоих сортов при влиянии пониженной температурой метаболические адаптационные процессы протекают однонаправлено. Однако у холодоустойчивого сорта наиболее интенсивные изменения содержания запасных веществ происходят в первые четыре часа холодового стресса, а у нехолодоустойчивого — на протяжении более продолжительного времени. При этом у холодостойкого сорта в первые часы стресса интенсивнее снижается содержание крахмала, масла и растворимых сахаров. У нехолодостойкого сорта в большей степени выражен катаболизм белков, а у холодостойкого — их синтез. Энергетическая напряженность адаптационных процессов и доля функций поддержания у холодостойкого сорта ниже, чем у нехолодостойкого. Предполагается, что обнаруженные между сортами различия по направленности и скорости адаптивных процессов определяют неодинаковую эффективность адаптации проростков изученных сортов к низкой температуре.

Ключевые слова: соя (Glicine max. L.), низкотемпературный стресс, адаптация, запасные вещества, дегидрогеназы.

Dzhameyev V.Yu. The metabolism of carbohydrates, lipids, proteins and dehydrogenases activity in the soybean seedlings during adaptation to low temperature effect. — Manuscript.

Thesis for competition of scientific degree of the candidate in biological scince by speciality 03.00.12 — plant physiology. — Taras Shevchenko’s University, Kyiv, 2000.

The results of study of low temperature (+3 ± 1°C) effect on growth reaction and metabolism of soybean seedlings have been summarized. The alterations of some substances content in cotyledons and activity of hydrolysis enzymes and dehydrogenases in the cotyledons and roots have been ascertained. The differences of direction and rate of adaptation processes between cultivars have been showed. This differences probably determine unequal efficiency of adaptation of studied cultivars seedlings to low temperature.

Key words: soybean (Glicine max. L.), low temperature stress, adaptation, storage substances, dehydrogenases.