<<
>>

БИОХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА РАНЕВЫХ РЕАКЦИИ РАСТЕНИЙ И ИХ РЕГУЛИРОВАНИЕ

>Биохимическая природа раневых реакции растении изучалась нами на примере клубней картофеля, залечивающихся после нанесения механических поранений. Через некоторое время после повреждения на поверхности клубня образуется защитная ткань, состоящая из нескольких слоев вытянутых клеток, по форме напоминающих кирпичную кладку, оболочки которых пропитаны суберином.
Эти ряды клеток получили название раневой перидермы.

Они возникли из клеток картофельной паренхимы в результате особого вида клеточного деления — так называемого рубцевания (рис. 1).

Раневая перидерма образуется значительно быстрее на молодых клубнях, чем на старых. Успешному ее появлению способствует высокая влажность, температура порядка 20° С и свободный доступ кислорода.

В наших опытах залечивание проводилось следующим образом.

Клубни картофеля сорта Лорх нарезались на ломтики толщиной 2,5 см и помещались в чашки Петри или эксикаторы, выложенные влажной фильтровальной бумагой, которые ставились в термостат при 20° С.

Верхний слой ткани толщиной около 0,5 мм мы называли раневым. Он легко отделялся скальпелем или же просто сдвигался при надавливании. Слой, расположенный непосредственно под раневым, толщиной 1 —1,5 мм назывался прираневым.

Образовавшаяся раневая перидерма затягивает поврежденную поверхность клубня, создавая искусственную кожуру, которая, как и естественная, предохраняет клубень от проникновения паразитов.

Что же лежит в основе защитной функции раневой ткани? Является ли раневая перидерма простым барьером на пути ин

фекции, который лишь вследствие своих механических свойств задерживает распространение паразита, или же эта ткань одновременно представляет собой и своеобразный химический барьер, в составе которого содержатся соединения, обладающие антимикробным действием? Для экспериментальной проверки последнего предположения был проведен следующий опыт.

Свеженарезагшые ломтики клубня картофеля, ломтики после залечивания поверхности среза и, наконец, залеченные ломтики картофеля после удаления раневой перидермы заражались одним из паиболео вредоносных паразитов картофеля Fusarium, solani. Последний, как известно, принадлежит к числу раневых паразитов, против которого не существует устойчивых сортов картофеля. Необходимое условие для внедрения его в клубень — наличие механических поранений (рис. 2, а). Естественная кожура, так же как и раневая перидерма, является непреодолимым препятствием для его проникновения (рис. 2, б).

Если бы защитная роль раневой перидермы ограничивалась лишь созданием механического барьера на пути инфекции, то после ее удаления с поверхности повреждения ничто бы не препятствовало успешному развитию гриба. Однако из рис. 2, в видно, что на таких ломтиках гриб развивается значительно хуже, чем на свеженарезанном контроле, что свидетельствует о наличии в раневом слое веществ, подавляющих его развитие.

Для того чтобы лишний раз убедиться в существовании в раневой перидерме соединений, обладающих фунгитоксичным действием, опыт был продолжен в несколько иной модификации. На свеженарезанный ломтик картофеля, на ломтик после образования на нем раневой перидермы, на такой же ломтик с удаленной раневой перидермой и просто на раневую перидерму помещался кусочек целлофана в форме покровного стекла. На целлофан наносили каплю воды, содержащую взвесь спор F. solani. Ломтики картофеля помещались во влажные чашки Петри, которые ставились в термостат при температуре 15° С. Через 18—20 час., когда споры гриба начинали прорастать, целлофан осторожно снимался, помещался на предметное стекло под микроскоп и производился подсчет числа проросших спор. Замерялась также длина инфекционных гиф.

Мы предполагали, что при наличии в ткани фунгитоксичных веществ последние проникнут через целлофан в инфекционную каплю, н это так или иначе скажется на прорастании спор. Контролем ко всем вариантам служило прорастание спор в капле воды на целлофане, помещенном па стекло.

Прорастание спор и длина инфекционных гиф F. solani на целлофановых пленках (в % от контроля) иллюстрируются следующими данными (см. стр. 60).

Оказалось, что во всех опытных вариантах прорастание спор и рост гиф значительно подавлены по сравнению с контролем.

Рис. 2. Ломтики клубня картофеля, зараженные Fusarium solani а — евеженарезанные; б — залеченные; в — залеченные, с удаленной раневой перидермой

Количество              Тттипя

Вариант опыта              проросших              гиф

спор

Контроль                            100              100

Свеженарезанный клубонь ....              85              67

Залеченный клубень                            63              46

Клубень с удаленной перидермой              61              44 Раневая перидерма, отделенная от

клубня                            37              12

Наибольшее подавление наблюдалось в случае раневой перидермы, отделенной от ломтика картофеля. Длина гиф в этом варианте уменьшалась почти в 10 раз, в то время как на поверхности залеченного ломтика и ломтика после удаления раневой перидермы она составляла около 50% от контроля.

Большой интерес представляют данные, касающиеся свеже- нарезанного клубня. Казалось бы, что через целлофан из свеже- нарезанных тканей в инфекционную каплю могут проникать различные соединения, стимулирующие рост и развитие паразита. Однако наблюдение показало обратное. Прорастание спор и особенно длина инфекционной гифы в этом случае оказались подавленными. Очевидно, свеженарезанная ткань клубня в ответ на инфекцию образует фунгитоксические соединения типа фитоалек- синов [1—3], которые проникают через целлофан п подавляют прорастание и развитие спор.

Следует оговориться, что в инфекционную каплю через целлофан могут проникнуть лишь соединения, обладающие сравнительно небольшой величиной молс- ^ кулы. К ним можно отнести различные фенольные вещества, которые в значительных количествах образуются в раневой и прираневых зонах механически поврежденного клубня картофеля [4, 5].

На рис. 3 представлено количество фенольных соединений в различных частях механически поврежденного клубня картофеля. (Фенольные соединения трижды экстрагировались из тканей картофеля кипящим этиловым спиртом и затем определялись методом Суэйна [6—7] при использовании реактива Фолина-Дениса).

Наибольшее количество фенолов удалось обнаружить в тканях естественной кожуры картофеля, затем в раневом слое, где

Т1-17- лпгглтлм'ППТТП Тgt;Г» ЛТТТПТ'Г» Г» Я О ПХ.ТТТТО ТГОИТ "О ТТ,’ ? иал' ТТО ЛОТ1 ^-ТТИ-ГТ т ЦД              р/ПСШЛ V              ДП11У1 V              иллин.'^’у              *.» хнии/х.х

клубня. Богата фсноламп п ткань прпрансвон зоны клуопя, хотя их количество здесь значительно уступает тканям естественной и раневой кожуры.

Полученные фенольные экстракты упаривались под вакуумом, и сухой остаток растворялся в таком количестве воды, сколько граммов сырой ткани клубня использовалось для экстрагирования. В каплях, взятых из таких растворов, проращивались споры Р. 8о1ат. Оказалось, что длина образовавшейся инфекционной гифы обратно пропорциональна содержанию в ней фенолов. Наиболее длинными были гифы, выращенные на экстрактах из паренхимы клубня и подкожурного слоя, менее длинными — на экстрактах, извлеченных из естественной и раневой кожуры (см. рис. 3).

В дальнейших опытах испытывалось влияние некоторых фенольных соединений в обычной и ферментативно окисленной формах на прорастание спор и рост инфекционных гиф паразита.

Изучалось влияние хлорогеновой и кофейной кислот, а также катехина и пирокатехина. Первые два соединения были обнаружены в тканях раневой и прираневой зон клубня картофеля [4] в пределах концентраций 0,25—0,01 мг на 1 г сырого веса. Если условно примем 1 мл культуральной среды, предназначенной для роста Р. 8о1ат, соответствующей 1 г сырой ткани клубня, то применявшиеся нами концентрации — 0,2 мг/мл культуральной среды — находятся в пределах физиологических концентраций, с которыми грибу приходится сталкиваться в тканях залечивающегося клубня.

Для окисления фенолов использовали препарат полифепол- оксидазы (ПФО), полученной из клубня картофеля следующим образом. Отцентрифугированный сок клубня осаждали сернокислым аммонием. Фракцию белка между 0,25 и 0,5 насыщения растворяли в 0,05 М фосфатном буфере pH 6,8, затем пропускали через сефадекс 0-50. На выходе из колонки отбирали фракцию с максимальной ферментативной активностью, которая и использовалась для опыта. Фенолы окислялись ферментативно в аэробных условиях при непрерывном помешивании в течение 36 час.

Все испытанные соединения обладали значительно большим фунгитоксичным действием в окисленной форме. Исключение составляла кофейная кислота, антимикробное действие которой при ферментативном окислении заметно уменьшалось. Прорастание спор и длина инфекционных гиф Р. эоЬат в присутствии различных форм фенолов в концентрации 0,2 мг/мл культураль

ной среды иллюстрируется следующими данными (в % от контроля) .

Количество

Вещество              проросших

спор

Вода (контроль)                             100

Хлорогеновая кислота                            103

Хлорогеновая кислота + ПФО . .              35

Кофейная кислот                            62

Кофейная кислота + ПФО ....              86

Пирокатехин                            100

Пирокатехин + ПФО                            63

Катехин                            87

Катехин -|- ПФО                             70

Этот вопрос представляет особый ннтерес, поскольку в литературе часто можно встретить указания на то, что фунгитокси- ческое действие присуще главным образом ферментативно окисленным фенольным производным.

Вместе с тем авторы далеки от мысли сводить всю обнаруженную ими фунгитоксичность только к влиянию фенольных соединений. Последние служили предметом нашего исследования в первую очередь потому, что их удалось обнаружить в залечивающихся тканях клубня. И хотя полученные доказательства не оставляют сомнений в фунгитоксичности этих веществ, есть все основания полагать, что в раневой и прираневых зонах механически поврежденных клубней образуются и накапливаются вещества, принадлежащие к другим группам соединений и обладающие антимикробным действием. Эти соединения могут иметь значительно более крупную величину молекулы и при нашей постановке опыта не способны проникать через целлофан.

Прираневая зона механически поврежденного клубня картофеля является местом активных биосинтетических процессов. Помимо образования веществ фенольной природы и других фун- гитоксичных соединений, в этой зоне происходит новообразование белка, суберина, а также клеточное деление и формирование новых тканей. Все эти процессы для своей реализации нуждаются в энергии, которая поставляется в ходе окисления органического субстрата.

Механическое повреждение растительных тканей почти всегда сопровождается возрастанием дыхания [8, 9]. Наши определения показали (рис. 4), что через несколько часов после поранения дыхание раневой и прираневой зон клубня значительно возрастает, достигая 160% и более. В последующее время дыхание прираневого слоя продолжает увеличиваться, достигая своего максимума к моменту формирования раневой перидермы, а затем постепенно вновь приходит в норму. Напротив, у раневой ткани после кратковременного подъема дыхательной активности наблюдается резкий спад, который, очевидно, связан с процессом омертвения ткани.

Дыхание раневого и прираневого слоя залечивающегося клубня картофеля

Дни после поранения

Рис. 4. Дыхание раневого и прираневого слоя залечивающегося клубня картофеля

1 — свеженарезанный клубень; 2 — раневой слой; 3 — прираневой слой

Возросшее дыхание залечивающейся ткани предполагает также дополнительное использование субстратов окисления. Было замечено, что в такой ткани исчезают зерна крахмала, которыми обычно плотно заполнена паренхима картофеля (см. рис. 1).

Определение содержания крахмала и моносахаров проводилось на дисках, вырезанных из клубня картофеля, весом в 1 з через определенные интервалы — по мере залечивания. Полученные результаты пересчитывались на исходный сырой вес диска (рис. 5) Определения показали, что по мере залечивания в дисках уменьшается содержание крахмала, одновременно возрастает количество моносахаров.

Простой расчет показывает, что за 12 дней залечивания потеря крахмала на 1 г сырого веса диска составляет 38 мг глюкозы. В это же время количество моносахаров возрастало только на 1,9 мг. Другими словами, только 1,9 мг распавшегося крахмала обнаруживается в виде моносаха-

1 Опыты, проводимые на дисках из клубня, имели определенные преимущества. Дело в том, что по ходу залечивания использовались диски целиком, а не какая-то их часть, что позволяло говорить о новообразовании в них тех или иных соединений и исключало возможность их перетекания нз соседних, близлежащих тканей.

ров. Остальные 36,1 мг, очевидно, израсходовались на дыхание, а также на потребЕюсти пластического обмена, т. е. на различного рода биосинтезы, протекающие в этих тканях.

Полученные данные свидетельствуют о том, что преимущественным субстратом возросшего дыхания залечивающейся ткани служит распадающийся крахмал. Это, однако, не исключает использование на нужды дыхания и пластического обмена целого ряда других соединений. Поврежденные ткани, как правило, характеризуются качественно измененным дыханием. Об этом свидетельствуют данные, согласно которым дыхание механически пораженных тканей становится значительно менее чувствительным к многим дыхательным ингибиторам, в сильной степени подавляющим дыхание здоровых тканей растений [10, 11].

В наших опытах оказалось, что дыхание прираневой зоны клубня картофеля в значительно меньшей мере чувствительно к цианистому калию, чем дыхание контрольных, неповрежденных тканей (табл. 1).

Таблица 1

Влияние цианистого калия на дыхание гомогенатов и окисление янтарной кислоты митохондриями клубня картофеля

Поглощение 02 за час

Ткань

Концен

трация

КСК,

на 1 г сырого веса гомогената ткани

на митохондрии, изолированные из 15 г сырой ткани

моли

мкл 02

7о от контроля

мкл 02

% от контроля

Свеженарезанная (копт- роль)

81,8

100

179,8

100

То же

10-3

27,6

33,7

80,7

44,8

Прираневая

__

53,4

о

о

120,5

100

То же

10“3

40,7

76,2

72,5

60,2

Так, если процент остаточного дыхания в гомогенате из свеже- нарезанной ткани после действия цианистого калия составляет только 33,7, то у механически поврежденной ткани эта величина равняется 76,2.

То же самое получается при испытании влияния цианида на окисление янтарной кислоты митохондриями. Подавление дыхания здоровых митохондрий, выделяемых из свеженарезанной ткани, составляет 55,2%, в то время как у митохондрий, изолированных из прираневой ткани, только 39,8%.

Изменяется также чувствительность механически пораненных тканей к 2,4-динитрофенолу (ДНФ). Так, если дыхание

свеженарезанной ткани стимулируется ДНФ на 64%, то в прн- раневой тканн только на 24%), а в раневой ткани обнаруживается

ТТТТ^Тч

ДПЧР может

иОЗМОЛчии, 'л и 1 а К 0.1.0 рода депнипи объясняться тем фактом, что в ирирадсвон Зине клубня имеется достаточное ко.шчеешо адонозиндпфосфата (АДФ). Последний освобождается при различного рода биосинтетических процессах, протекающих в этих тканях и требующих для своего осуществления энергии адепозинтрифосфата (АТФ).

Такими процессами, в частности, являются процессы новообразования белка, которые интенсивно протекают в ходе залечивания клубня.

Белок определяли методом Лоури [12] в залечивающихся дисках, вырезанных из клубня картофеля. Из рис. 6 видно, что но мере залечивания содержание белка в диске возрастает п на 8-й день более чем на 7з превосходит его содержание в соответствующем све- женарезанном диске.

Представляло интерес, г. какой именно фракции происходит новообразование белка: во фракции ли растворимого цитоплазматического белка или же во фраг

Содержание белка в залечи- цип клеточных ЧастицРис. 6. Содержание белка в залечи- цип клеточных Частиц, - паюп|;пхся Дисках из клубня картофеля л частности митохондрий.

Для выяснения этого вопроса свеженарезанная и прираневая ткани клубня картофеля гомогенизировались в присутствии 0,5 М сахарозы и 0,2 М аскорбиновой кислоты х. Гомогенат центрифугировался в течение 10 мин. при 1000 #. Образовавшийся осадок отбрасывался, а надосадочная жидкость центрифугировалась вторично в течение 30 мин. при 16 000 Полученный осадок митохондрий промывался при тон же скорости центрифугирования, суспендировался и осаждался трихлоруксусной кислотой до конечной концентрации 5 %. После часового стояния на холоде осадок митохондриального белка последовательно промывался сначала 50%-ным, а затем 96 % -ным этиловым спиртом и серным эфиром для удаления липидов. Затем проводился гидролиз в течение 10 мин. в 1н. КОН

1 Аскорбиновая кислота, добавленная в среду изолирования митохондрий, предотвращает окисление содержащихся в ткани картофеля фенольных соединений. Окисленные фенольные соединения денатурируют растворимые белки цитоплазмы, которые при центрифугировании в виде комплексов белок — окисленный фенол попадают в осадок митохондрий, и ем самым сильно завышая содержание в нем белка.

Биохимические основы защиты растений5 Биохимические основы защиты растений

Содержание митохондриального белка

Лни после поранения              Мм от поверхности поранения

Рис. 7. Содержание митохондриального белка (1) и дыхание (2) в залечивающемся клубне картофеля

а —в прираневом слое клубня по мере залечивания; б —в слоях залечивающегося клубня, на разном расстоянии от места поражения

при 100° С. После гидролиза определялся митохондриальный белок биуретовым методом.

Одновременно этим же методом проводилось определение белка в надосадочной жидкости, полученной после осаждения митохондрий. Следует отметить, что в пей, помимо растворимого цитоплазматического белка, содержится также фракция микросом. Поэтому в данном случае мы лишь условно называем эту фракцию растворимым цитоплазматическим белком.

Согласно полученным результатам, заметное возрастание белка в прираневой ткани наблюдается как во фракции растворимого цитоплазматического белка (336 мг на 25 г сырой ткани), так и в содержании белка митохондрий (4,6 мг на 25 г сырой ткани) по сравнению с его содержанием в свеженарезанной ткани (соответственно 255 и 3,49).

Аналогичные данные были получены Аказава [13], который обнаружил возрастание содержания как растворимого цитоплазматического белка, так и белка митохондрий и микросом в тканях корня батата, прилежащих к месту заражения Сега1ов1оте11а ртЬпа1а.

Особый интерес для нас представляло изучение митохондриального белка. Оказалось, что сразу же после разрезания клубня его количество в прираневом слое заметно возрастает, достигая к концу первого дня 160% и более, а в дальнейшем несколько уменьшается (рис. 7, а) .

Распределение содержания митохондриального белка по [»аз- личным слоям разрезанного клубня показало, что оно постепенно падает по мере удаления от места пораненпя. Его максимальное количество удалось обнаружить в тканях прираневой зоны (рис. 7, б).

Интересно, что как в первом, так и по втором случае кривая изменения митохондриального белка находится в полном соответствии с данными по дыханию, характерными для этих тканей (рис. 7, а, б).

Таким образом, возросшее дыхание в тканях залечивающегося клубня имеет в своей основе несколько факторов, обусловливающих это повышение. Это прежде всего возрастание количества ферментного белка, в частности белка ферментов окисления. Так, Томияма и Стаманн [14] обнаружили появление нескольких полифенолоксидаз в тканях картофеля, пораженных Phytophthora infestans. Кавашима и Уритани [15] показали то же самое для перокспдаз, выделенных из корня батата после заражения C. fimbriata. Вдвое увеличилось число малатдегпдрогеназ в листьях бобов, зараженных ржавчиной [16]. Б. А. Рубин, Т. М. Иванова п М. А. Давыдова обнаружили, что возрастанию активности пероксидазы у капусты, пораженной Botrytis cinerea, сопутствует увеличение белка этого фермента [17]. Естественно, что возрастание ферментного белка приводит к ускорению осуществляемой им реакции — в данном случае к более интенсивному окислению дыхательного субстрата, которым в случае залечивающегося клубня картофеля служит крахмал.

Однако одного увеличения ферментного белка и наличия субстрата окисления еще недостаточно для возрастания окисления в том случае, если оно сопряжено с процессом фосфорилирова- иия. В живых клетках существует определенный фактор, лимитирующий скорость дыхания, — так называемый дыхательный контроль [18]. Таким лимитирующим фактором является концентрация АДФ — одного из обязательных участников процесса фосфорплирования, который в ходе этой реакции принимает па себя неорганический фосфор, превращаясь при этом в АТФ.

Интенсивный синтез белка, связанный с потреблением энергии АТФ, естественно, увеличивает скорость регенерации АДФ, что в свою очередь снимает явление дыхательного контроля. На это указывают приведенные выше опыты с 2,4-ДНФ. С другой стороны, опыты Кал о и других [11] показали, что подавление белкового синтеза немедленно сказывается на уровне окисления ткани. Так, под влиянием хлорамфенпкола — специфического ингибитора синтеза белка — дыхание залечивающихся клубней картофеля падало почти на 2/з. Таким образом, процессы биосинтеза белка, как, впрочем, и другие реакции синтеза, протекающие в залечивающейся ткани картофеля, одновременно решают оба условия, необходимые для возросшего окисления: образование ферментного белка, осуществляющего это окисление, и необходимый уровень АДФ.

Каким же образом реализуется энергия, необходимая для успешного протекания процесса залечивания клубня картофеля?

Теоретически можно представить три пути повышения энергетического выхода живой ткани.

Первый из них заключается в повышении коэффициента Р/О, т. е. образовании большего числа молекул АТФ при расчете на единицу поглощенного кислорода.

Второй путь предусматривает увеличение быстроты передвижения электронов по электронотранспортной цепи митохондрий. При этом соответствующим образом в единицу времени увеличивается и количество образовавшегося АТФ. Возрастание скорости окисления может быть следствием достаточного количества АДФ в тканях, который перестает ограничивать скорость фосфорплирования.

С другой стороны, такого рода явление может быть результатом снятия одного из этапов фосфорилирования в цепи транспорта электронов, который осуществлялся с наименьшей скоростью и соответствующим образом тормозил всю дыхательную цепь.

В этом случае неизбежно некоторое понижение величины Р/О, что, однако, может в значительной степени компенсироваться возрастанием скорости удельного фосфорилирования и образования большего количества АТФ в единицу времени на единицу митохондриального белка.

Наконец, третий путь повышения энергетического выхода ткани — увеличение в ткани митохондриального белка, осуществляющего процесс окислительного фосфорилирования, что соответствующим образом может увеличивать выход энергии в расчете на вес ткани.

Совершенно очевидно, что повышение выхода энергии в поврежденной ткани не обязательно должно явиться следствием только одного из приведенных выше механизмов, а может быть результатом совместного действия нескольких из них.

Для тканей залечивающегося клубня картофеля наиболее реальным представляется третий путь повышения выработки энергии, поскольку для них установлено увеличение содержания митохондриального белка.

Если допустить, что вновь образовавшийся митохондриальный белок будет регенерировать энергию с такой же скоростью, как и уже существовавший до поранения, то выход энергии должен повыситься в такой же степени, в какой увеличилось количество митохондриального белка.

С этой целью определялось окислительное фосфорилирование митохондрий, выделенных из свеженарезанной и прираневой тканей залечивающегося клубня картофеля.

Митохондрии выделялись ранее описанным способом. Среда изолирования и промывания содержала 0,5 М сахарозы, 0,01 М ЭДТА. 0.01 М цистеина, 0,02 М М§С12, 0,001 М АТФ.

Изолирование, промывание и суспендирование митохондрий пппттттлпгт. ттщт темпепатупе 2—4° С! Ио всех гпеляч' гтпого

ЛГ                            ГЛ              — I              Л-              V X - —              — - ¦               ”                                                                      1_„.

Г.*Лттlt;гплттттПЛТ5 0ПЛСТ "пТТ (1               7

Применяемый метод позволил получить активные митохондрии, обладающие достаточно высокой окислительной и фосфо- рилирующей способностью (табл. 2). Вместе с тем определение окислительного фосфорилирования митохондрий, выделенных из прираневой ткани клубня, показало, что их окислительная активность значительно снижена, а фосфорилироваиие полностью отсутствует.

Предполагалось, что причиной такого ингибирования являются фенольные соединения, присутствующие в тканях залечивающегося клубня.

Для того чтобы проверить это предположение, фенолы, экстрагированные пз тканей прираневой зоны клубня, добавлялись в среду изолирования митохондрий, извлеченных из свеженарезанной ткани. Это привело к значительному понижению фосфо- рилирующей активности контрольных митохондрий. Дополнительное добавление полифенолоксидазы (ПФО) к фенольным экстрактам полностью снимало фосфорилироваиие и почти втрое подавляло окислительную активность (табл. 2).

Таблица 2

Окислительное фосфорилироваиие митохондрии, изолированных из свеженарезанной и прираневой тканн

Реакционная среда содержала: 60 мкМ янтарной кислоты, 30 мкМ неорганического фосфора, 30 мкМ КаГ, 750 мкМ сахарозы, 60 мкМ глюкозы, 5 мг АТФ, 5 мг АДФ, 1 мг гексокиназы, 10 мг альбумина, 2 мкМ MgCl2, 0,5 .ил суспензии митохондрий; в общем объеме 1,5 мл9 pH 7,4; в сосудике митохондрии из 15 г сырого веса ткани

Ткань

Вариант

о

р

Р/О

мкатомы/час

Свеженарезанная

6,01

5,52

0,92

То же

Фенолы

6,48

3,47

0,52

»

Фенолы + ПФО

2,05

Прнраневая

3,11

То же

Аскорбиновая кислота

4,1

3,62

0,87

Для того чтобы предотвратить окисление фенолов, в среду изолирования была добавлена аскорбиновая кислота в концентрации 0,2 М. В этом случае из прираневого слоя удалось получить фосфорилирующие митохондрии, однако их активность все же значительно отставала от контрольных. Вместе с тем величина Р/О оказалась одинаковой как в контрольном, так и в опытном вариантах.

Дальнейшая работа проводилась на::п с тканью, удаленной от места поранения на расстоянии 4 л;.;;, С - ловаппем для использования в опыте именно этой ткани п:;слу: лло то обстоятельство, что содержание фенолов в ней не с:,, с а от контроля, в то время как количество мптохондриальсс; о белка все еще остается повышенным на 25%. Таким образом, присутствие фенольных соединении в этих тканях не может исказить истинную картину окислительного фосфорилирования.

Ниже приведены данные по окислительному фосфорнлирова- нию митохондрии, выделенных из контрольной свеженарезанной ткани и ткани залеченного клубня картофеля, удаленной от места поранения на 4 мм (опытная ткань).

Контрольная Опытная ткань              ткань

Мкатомы О/час

на 15 г сырого веса                            (5,35              7,37

па 1 мг белка                            3,97              3,68

Мкатомы Р/час

на 15 г сырого песа                            6,04              7,59

на 1 мг белка                            3,77              3,79

Отношение Р/О                            0,95              1,02

Содержание мптохондриальпого

белка в 15 г сырой ткани ....              1,7              2,1

Эти данные свидетельствуют о том, что дополнительно образовавшийся митохондриальный белок является активным в отношении образования макроэргов и по своей способности их генерировать почти не отличается от митохондриального белка свежеиарезанных клубней.

Пересчитав полученные данные на образовавшийся адено- яинтрифосфат, получим, что 15 г сырой ткани, удаленной от места повреждения на 4 мм, образует на 1,55 мкМ АТФ больше, чем соответствующее количество свеженарезанной контрольной тканп. Если предположить, что такой же активностью обладает митохондриальный белок прираневой зоны клубня (обнаружить се мешают фенолы, присутствующие в тканях этой зоны), то можно допустить, что выход энергии в этих тканях повышен более чем наполовину.

Между тем величина Р/О у свеженарезанной контрольной и опытной тканп, удаленной от места поранения на 4 мм, оказалась почти одинаковой. Это дает основание предполагать, что энергия, необходимая для процесса залечивания, реализуется не за счет повышения величины Р/О, а в результате дополнительного образования митохондриального белка, способного к активному фос- форплированшо.

Таким образом, роль окислительного фосфорилирования в поврежденной тканп представляется достаточно сложной, п к его определению следует подходить с большой осторожностью.

В такой же степени, как общая интенсивность дыхания, основанная только на данных по поглощению кислорода и выделению углекислого газа, не может дать представления об истинном характере протекающих процессов, так и одностороннее определение величины Р/О не раскрывает всей сложности энергетического обмена ткани.

Экспериментальные данные, полученные при изучении раневых реакций, послужили теоретическим обоснованием широко внедряемого в нашей стране метода хранения клубней картофеля в условиях активного вентилирования. Механизированная уборка и транспортировка картофеля неизбежно связаны с механическим поранением клубней. В таком виде картофель загружается в хранилища. Отсюда следует, что первоочередной задачей является создание в хранилищах оптимальных условий для успешного протекания процессов залечивания поранений и в первую очередь обеспечение достаточного количества кислорода.

Количество кислорода, необходимое для успешного залечивания поранения, зависит от условий хранения картофеля. Для успешного залечивания в лабораторных условиях обычно бывает достаточно даже 10% кислорода. В существующих же картофелехранилищах эти процессы плохо идут даже при 20% кислорода. Дело в том, что продукты жизнедеятельности клубней — углекислота и вода — образуют на его поверхности тонкую пленку, препятствующую проникновению кислорода внутрь клубней. Исследования, проводимые И. Л. Волкиндом и А. С. Лобановой [19], показали, что для удаления этой пленки необходимо вентилировать клубни воздухом со скоростью 0,12— 0,15 м/сек. При меньших скоростях воздухообмена пленка с клубней не удаляется, а при скоростях выше 0,4—0,5 м/сек наступает увядание клубней, что ведет к ослаблению тургора и серьезным нарушениям обмена.

В то же время нет необходимости непрерывно вентилировать картофель. Так, в условиях лаборатории один и тот же эффект был достигнут как при непрерывном проветривании картофеля в течение 8 час., так и при вентилировании 6 раз по 15 мин. с интервалами в 1 час. Проведенный опыт свидетельствует о том, что для удаления поверхностной пленки не требуется длительного вентилирования. С другой стороны, сами клубни картофеля, очевидно, могут усвоить лишь определенное, ограниченное количество кислорода.

Активное вентилирование помогает быстро установить в массе картофеля оптимальный режим температуры и влажности и затем поддержать его на этом уровне в течение всего периода хранения.

Потери при хранении картофеля в условиях активного вентилирования в 2—3 раза ниже, чем только при естественной вентиляции.

Л II Т Е Р Л Т У Р Л

  1. А. М. Cruickshank. Phytoalexins. —Annual Rev. PliylopatlioJ.. (. 1903.
  2. K. 0. Muller. Sind Pflanzen zur Antikorperbildung befahigt? — Umschau Wissenschaft und Techn., N 12, 1964.
  3. K. O. Muller und H. Borger. Experimentelle Untersuchungen uber die Phytophthora-Resistanz der Kartoffel. Zugeleicheim Beihag zum Problem der «erworbenen Resistanz» im Pflanzenreich. — Arb. biol. Reichsanst. Land, und Forstwirtsch. Berlin, 23, N 2, 1940.
  4. Л. В. Метлпцкпй, E. H. Мухин. Природа раневых реакций картофеля п их использование для зашиты клубней от поражения микроорганизмами.— В сб.: «Биохимия плодов и овощей». М., изд-во «Паука». 1964.
  5. О. Л. О з е р е ц к о в с к а я, II. И. В а с ю к о в а. Новообразование фенолов в поврежденных тканях клубней картофеля. — Докл. АН СССР, 161. № 4, 1965.
  6. —7.              Т. Swain, W. E. II i 1 1 i s. The phenolic constituents of Prunus do- mestica. I. The quantitave analysis of phenolic constituents. — J. Sei. Food and Agric., 10, 1943.
  1. А. Л. К у p с a h о в. Значение окислительных процессов в заживлении срезов у картофеля. — Биохимия, 8, вып. 2—3. 1943.
  2. С. М. П р о к о ш о в. О раневых реакциях клубней картофеля. — Биохимия, 8, вып. 2—3, 1943.
  3. D. Hackott, D. Haas, S. Griffiths, D. Niederpruem. Studies on development of cyanide-resistant respiration in potato tuber slices. — Plant Physiol., 31, N 8, 1959.
  4. М. С a 1 o, J. Marks, J. E. Varner. Respiratory metabolism of aerated potato disks. — Nature, 180, N 1142, 1957.
  5. О. H. L о w r y. Spectrophotometric and turbidimetric methods for measuring proteins. — In: Methods in enzymology, v. 3, Acad. Press, 1957.
  6. T. A k a z a w a. Nature of protein synthesis in sweet potato infected with Ceratostomella fibriata. — Science, 123, 1956.
  7. K. T о m i у a m a, M. A. Stahmann. Alternation of oxidative enzymes in potato tuber tissue bv infection with Phytophthora infestans. — Plant Physiol., 39, N 3, 1964.
  8. N. Kawashima, I. U r i t a n i. Occurrence of peroxidases in sweet potato

infected by black rot fungus.—Agr. Biol. Chem., 27, N 6, 1963.

  1. R. C. Staples, M. A. Stahmann. Malata dehydrogenases in the rusted bean leaf. — Science, 140, 1963.
  2. Б. А. Рубин, Т. И. Иванова, М. А. Давыдова. О механизме активации пероксидазы в инфицированной ткани иммунных растений. — Прикладная биохимия и микробиология. 1, вып. 1. 1965.
  3. Н. К. Lardy, W е 11 m a n n. Oxidative phosphorylation, role of inorganic phosphate and acceptor systems in control of metabolic rates. — J. Biol. Chem., 195, 1952.
  4. И. JI. Волкинд, А. С. Лобанова. Влияние активного вентилирования на интенсивность раневых реакций в клубнях картофеля. — Журнал консервной п овощесушпльной промышленности, № 1, 1965.

<< | >>
Источник: Метлицкий Л.В. (ред). Биохимические основы защиты растений. 1966

Еще по теме БИОХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА РАНЕВЫХ РЕАКЦИИ РАСТЕНИЙ И ИХ РЕГУЛИРОВАНИЕ:

  1. ИЗУЧЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ УСТОЙЧИВОСТИ ХЛОПЧАТНИКА К ВОЗБУДИТЕЛЮ ВЕРТПЦИЛЛЕЗНОГО УВЯДАНИЯ
  2. ИЗУЧЕНИЕ РОЛИ НУКЛЕИНОВОГО ОБМЕНА В ЯВЛЕНИЯХ ПОКОЯ ЗАПАСАЮЩИХ ОРГАНОВ РАСТЕНИЙ II МЕТОДОВ ЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
  3. Первые успехи в изучении природы биокаталитических реакций. Открытие специфичности действия ферментов
  4. ЭВОЛЮЦИЯ ЗАЩИТНЫХ РЕАКЦИИ РАСТЕНИЙ
  5. Метлицкий Л.В. (ред). Биохимические основы защиты растений, 1966
  6. РЕАКЦИИ РАСТЕНИЙ НА ДЕЙСТВИЕ СРЕДЫ
  7. РАСТЕНИЯ-ИНДИКАТОРЫ В ПРИРОДЕ
  8. А. А. Роде. ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВ И ЕГО РЕГУЛИРОВАНИЕ, 1963
  9. 6.4.3.7. Биохимический метод
  10. 9.8. БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ И ИХ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
  11. БИОХИМИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЭВОЛЮЦИИ ПАРАЗИТИЗМА
  12. Биохимические процессы в почвах
  13. РОЛЬ ПИТАНИЯ В БИОХИМИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ РАС ФИТОФТОРЫ КАРТОФЕЛЯ