Влияние цитокинина на рост и развитие проростков пшеницы в зависимости от условий минерального питания
пуринового кольца.
Пурин
Цитокинины пуринового ряда слаборастворимы в воде, но хорошо
растворимы в этаноле, этиловом эфире, ряде щелочей и кислот. Цитокинины
устойчивы к нагреванию, автоклавированию, действию щелочей и кислот.
Однако точная химическая характеристика цитокининов, как производных
6-аминопурина, затрудняется тем, что такими же свойствами обладает
также дифенилмочевина и ее многочисленные производные. Очевидно, вопрос
о химической характеристике цитокининов получит окончательное
разъяснение только после установления молекулярного механизма их
действия.
б) История открытия
Цитокинины были открыты в 1955 г. Скугом и Миллером с сотрудниками в
Висконсинском университете в США. Их обнаружению помог так называемый
“дефектный объект”, которым явился каллюс сердцевины стебля табака. Он
образовался на кусочках сердцевины стебля в условиях стерильной
культуры, но быстро прекращал рост в связи с исчерпанием какого-то
фактора, исходно присутствовавшего в тканях стебля. Ввиду того, что
вернуть активный рост каллюса удавалось добавлением к питательной
смеси, содержащей индолилуксусную кислоту ( ИУК ), дрожжевого
экстракта, а так же кокосового молока, Скугом и сотрудниками была
предпринята попытка выделить недостающие для роста каллюса вещество из
дрожжевого экстракта. При этом выяснилось, что активное вещество
обладает свойствами пурина.
Вместе с тем проверка природных пуриновых оснований так же как
гидрометода РНК и ДНК показала, что они не способны обеспечить рост
стеблевого каллюса табака. Неожиданно активным оказался эфирный
экстракт из старого, давно хранившегося препарата ДНК. Впоследствии
выяснилось, что активное вещество образуется в любом препарате ДНК при
ее деградации путем автоклавирования в кислой среде. Это вещество было
выделено в виде кристаллов и идентифицировано химически. Оно оказалось
6- фурфуриламинопурином.
6-фурфуриламинопурин
Указанное соединение образуется при автоклавировании ДНК в
кислой среде из дезоксиаденозина. Поскольку 6-фурфуриламино-пурин
в присутствии ИУК обеспечивал клеточное деление в изолированной
сердцевине ткани стебля табака, он был назван кинетином ( от слова
“кинез” ).
Принцип химического синтеза производных пурина с замещением в
аминогруппе у шестого атома углерода пуринового кольца был известен
ранее, поэтому вслед за химической идентификацией кинетина последовал
его синтез. Затем было синтезировано много других активных соединений,
которые отличались от кинетина характером заместителя в аминогруппе при
шестом атоме углерода. Все эти соединения, включая кинетин, были
объединены под общим названием кинины. Это название было распространено
в литературе до 1965 г. Однако ввиду того, что в физиологии животных
термин “кинины” еще ранее был применен для совершенно иных соединений -
биологически активных
полипептидов, Скуг, Стронг и Миллер предложили заменить название кинины
на цитокинины. В настоящее время термин цитокинины стал общепризнанным.
2.3 Физиологическая роль цитокининов
а) Стимуляция деления клеток
Цитокинины были открыты как вещества, необходимые для деления клеток
у стеблевого каллюса табака и изолированной сердцевинной ткани стебля
табака (Мi11еr, 1956; Skoog, Мil1еr, 1957). Эти ткани не способны к
синтезу цитокининов, а также ауксинов, что позволило выявить многие
существенные стороны действия данных фитогормонов на ростовые процессы.
Так, в работах Скуга с сотрудниками было показано, что у изолированной
сердцевинной ткани стебля табака в стерильной культуре одна ИУК
несколько усиливала синтез ДНК, вызывала в отдельных клетках митозы, но
не индуцировала клеточных делений. Точно так же один кинетин не вызывал
деления клеток. В его присутствии не происходили митозы, а синтез ДНК
он стимулировал в меньшей степени, чем ИУК. Только совместное действие
ауксинов и кинетина значительно активировало синтез ДНК, вызывало
митозы и индуцировало деление, клеток в изолированной сердцевине стебля
табака (Dаs еt а1., 1956, 1958).
В последующем были предприняты попытки разграничить во времени
действие ИУК и кинетина в индукции клеточных делений у этой ткани
(Nitsch, 1968; Дмитриева, 1972). Полученные данные не имеют пока
однозначной интерпретации, но позволяют предполагать, что начальные
стадии процесса индуцируются одним ауксином, тогда как в последующем
необходимы оба гормона ( Дмитриева, 1972 ).
Таким образом, было установлено, что регуляция деления клеток в
изолированной сердцевинной ткани стебля табака осуществляется не одним
гормоном - гипотетическим индуктором клеточных делений, а одновременным
действием двух гормонов - цитокинина и ауксина. При этом для каждого
фитогормона был показан свой предел концентраций, в которых он при
наличии в среде другого гормона стимулирует данный процесс. Например,
кинетин в присутствии в питательной среде 2 мг/л ИУК стимулировал
деление клеток сердцевинной ткани стебля табака, начиная с концентрации
0,005 мг/л, но максимальное его действие достигалось в пределах
концентраций от 0,02 до 0,5 мг/л. Увеличение концентрации кинетина до 2
мг/л приводило к угнетению процесса. Стимулирующее действие ИУК при
одном и том же содержании в среде кинетина нарастало с увеличением ее
концентрации до 1,8 мг/л. Максимальную интенсивность деления клеток
вызывало сочетание оптимальных концентраций в среде обоих фитогормонов
( Scoog , Miller, 1957 ) .
Вместе с тем в литературе появилось сообщение о том, что если
заменить ИУК на 2,4-дихлорфеноксиуксусную кислоту (2,4-Д) и взять
последнюю в очень высокой концентрации, можно получить слабо идущее
деление клеток сердцевинного каллюса табака и в отсутствие кинетина (
Witham, 1968). По поводу этих данных возникают два предположения: либо
только ауксины критичны для деления клеток каллюса, либо высокие
концентрации 2,4-Д индуцируют синтез в каллюсе эндогенных цитокининов.
Дальнейшие исследования должны показать, какое из этих предположений
справедливо.
В связи с этим важно упомянуть, что у отдельных штаммов каллюса
сердцевины табака обнаружена способность к синтезу цитокининов. Эти
штаммы возникали спонтанно при длительной культуре каллюса (Fох 1963).
Одни из них были способны к синтезу только цитокининов, а другие – и
цитокининов и ауксинов. Для интенсивного роста таких штаммов не
требовалось добавления в питательную среду соответствующих фитогормонов
( Fox, 1961 ). Они сами могли служить источником фитогормонов для
обычных дефектных штаммов. Аналогичное явление наблюдалось и для
каллюсов семядолей сои, которые обычно также не способны к синтезу
ауксинов и цитокининов и нуждаются для роста в их предоставлении извне
(Miller, 1963). В месте с тем были обнаружены штаммы этой ткани, не
зависящие в своем росте от присутствия в среде цитокининов, и было
показано, что это происходит потому, что они приобретают способность к
синтезу собственных цитокининов ( Miura, Miller, 1969 ).
Достаточное эндогенное содержание цитокининов, нехватка ауксинов
или других необходимых веществ могут стать причиной отсутствия
стимулирующего действия цитокининов на деление клеток. Кроме того, в
случае высокого эндогенного содержания цитокининов их предоставление
извне может привести и к угнетению клеточных делений. Возможно именно
с таких позиций следует рассматривать работы, в которых показано
отсутствие стимуляции или даже торможение деления клеток цитокининами (
Humphries, Wheeler, 1960; Mc Manus, 1960; Vant Hof, 1968). Кроме того
нужно еще иметь в виду, что некоторые растительные объекты могут быть
не компетентны для реакции на цитокинин активацией клеточных делений.
Вместе с тем стимуляция с помощью цитокининов митозов и деления
клеток продемонстрирована на очень большом числе разнообразных
объектов, включая изолированные ткани (Мi11ег, 1961а; Syono, 1965;
Neumann еt а1., 1969; Fosket, Тоrrеу, 1969), кончики корня ( Guttman,
1956; Olszewska, 1959а, b), растущие листья (Саtarino, 1965), точки
роста стебля (Саtarino, 1965), зародыши прорастающих семян ( Haber,
Luippold 1960а, b), водоросли (Мoewus, 1959), мхи ( Szweykowska еt а1.,
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
