Факультет

Студентам

Посетителям

Механизм действия фитогормонов

Вопрос о механизме действия гормонов растений — один из самых сложных и значимых в биохимии роста, если исходить из общей концепции о важной регулирующей роли фитогормонов.

В то же время он является одним из самых трудноразрешимых в методическом отношении, во-первых, из-за крайне низких концентраций действующих гормональных веществ и, во-вторых, ввиду большого многообразия вызываемых ими физиологических реакций. Это обстоятельство дает ответ на вопрос, почему, несмотря на усилия физиологов и биохимиков, ставшие особенно интенсивными в последние 10—15 лет, проблема механизма действия ростовых веществ осталась не разрешенной и по сей день. Степень изученности участия ауксинов, гиббереллинов, кининов или тормозителей роста в обмене веществ, конечно, различна. Если вопрос об интимных путях включения ауксинов в общий метаболизм приближается к своему разрешению, то этого нельзя сказать в отношении прочих регуляторов.

Нужно учитывать также и то обстоятельство, что в живом органе или целом организме каждый из гормонов функционирует не отдельно, изолированно от других гормонов, а рядом с ними и часто в своих функциях зависит от их наличия и концентрации. Это относится в первую очередь к кининам, действие которых проявляется, очевидно, только при наличии ауксинов. Многие факты говорят о том, что и характер действия ауксина изменяется в присутствии аденина или кинетина. Поиски путей, которыми гиббереллины осуществляют свое влияние на рост, привели многих исследователей к выводу о тесной зависимости, существующей между гиббереллинами и ауксинами, гиббереллинами, ауксинами и тормозителями роста, ауксинами и ингибиторами роста.

При выяснении механизма действия того или иного гормона исследователи абстрагируются от существующего взаимовлияния ростовых веществ и специально подыскивают ткани, где бы активность гормона проявлялась «в чистом виде» (например, отрезки колеоптилей для ауксинов). Это удобство и даже методическое требование к работе часто не учитывается при интерпретации полученных результатов, особенно когда обнаруженные закономерности пытаются распространить на целые органы или даже организм.

Ауксины. Существует довольно много гипотез и теорий относительно действия ауксинов на растяжение клеток. Некоторые из них не получили экспериментального подтверждения и представляют лишь исторический интерес, другие имеют хождение и в наши дни. За двадцать лет изменилось представление о значении ауксинов для роста вообще и для роста на разных фазах в частности. Так, нет сейчас оснований придерживаться известного положения Бента о том, что рост невозможен без ростовых веществ, к которым он относил только ауксины. Не располагая еще данными об активном участии в регуляции роста других фитогормонов — гиббереллинов, ингибиторов, кининов, Н. Г. Холодный не исключал возможности, что в некоторых случаях рост может происходить и при полном отсутствии ауксина.

Обсуждая вопрос о необходимости ауксина для роста клеток в фазе растяжения, Клиленд и Бурштрем высказывают такое же мнение. Они считают, что в корнях ауксины необходимы только для индукции тропических движений, а нормальный рост корня хотя и изменяется под действием ауксина, возможно, не нуждается в кем. Значительное влияние, которое оказывают гиббереллины на рост стеблей в длину, также поколебало представление об ауксинах как веществах, контролирующих всякий и весь рост растяжением.

Участие ауксинов не только в процессе растяжения клеток, но и в клеточном делении и дифференциации тканей, делает едва ли возможным наличие только одного пути первичного включения ауксинов в метаболизм роста.

На протяжении многих лет усилия ученых были направлены на исследование главным образом эффекта стимуляции роста клетки в фазе растяжения. Для ауксинов данный эффект был первым и самым значимым из открытых. Да и в маши дни, если судить но научным публикациям ауксинологов, он остается пока в центре внимания. Кроме того, он прекрасно воспроизводится на весьма чувствительных колеоптильных тестах, которые использовались и используются поныне в качестве преимущественных объектов для изучения действия ауксинов.

Во множестве разнообразных экспериментов, проводившихся исследователями с целью проверки или уточнения разных гипотез о первичном действии ауксинов, в качестве источника ауксинов были использованы вещества синтетические, в подавляющем большинстве случаев ИУК. При этом исходили из представления о полном сходстве механизма действия нативных и взятых в стимулирующих рост концентрациях синтетических гормонов.

Исключением из этого общепринятого представления является точка зрения Ю. В. Ракитина, который считает, что стимулирующие дозы синтетических ауксинов перестают действовать как необходимые растению фитогормоны, так как они не включаются в обмен, как естественные компоненты, а нарушают процессы метаболизма. Их действие, по мнению Ю. В. Ракитина, заключается в том, что они активируют обмен веществ и посредством этого усиливают образование и приток нативных ауксинов, т. е., по сути, действуют, как всякий раздражитель. Против такой точки зрения в свое время выступал Н. Г. Холодный. Тем более трудно с нею согласиться сейчас, когда мы располагаем сведениями о специфическом характере биохимической функции ауксинов.

Развитие исследований, направленных на выяснение механизма действия ауксина, имеет несколько этапов. Первый из них связан с проверкой гипотезы Вента, гласившей, что ростовые вещества увеличивают пластичность клеточной оболочки, которая при этом растягивается, распираемая изнутри давлением клеточного содержимого. Растяжение клеточных стенок сопровождается усилением поглощения воды и в конечном итоге — увеличением объема клетки. В ряде четко поставленных опытов Гейн в начале 30-х годов показал, что в овсяном колеоптиле ростстимулирующие свойства ауксина действительно связаны с увеличением пластических свойств клеточной оболочки за счет разрыхления ее целлюлозного остова.

Руге также был сторонником этой гипотезы, но считал, что ауксин вызывает сначала набухание интермицеллярного вещества (в основном пектиновых веществ), что приводит к механическому раздвиганию целлюлозного остова, сопровождающемуся разрывом боковых связей. Вторым этапом процесса растяжения клетки Руге считал утолщение оболочки путем внедрения в нее новых элементов (интуссусцепцию).

Опыты Руге с действием ИУК на рост клеток гипокотиля подсолнечника, а также результаты некоторых ранних исследований Гейна и Боннера и Тимана показали, что ауксин оказывает влияние не только на физические свойства клеточной оболочки, но и на обмен веществ в клетке. Позже был представлен ряд доказательств тому, что ауксины не индуцируют рост в отсутствии обмена. Ингибиторы, подавляющие различные звенья обмена веществ, подавляют в то же время и рост. Стимуляция роста, вызванная ауксином, может быть усилена добавлением отдельных метаболитов, например сахаров, аминокислот, органических кислот.

Второй этап в исследованиях механизма действия ауксинов отмечен появлением гипотез о роли цитоплазмы в их стимулирующем эффекте.

В самом начале исследования роли цитоплазмы в ростовой реакции клетки на ауксины были ограничены изучением ее физического состояния. Оказалось, что ауксины уменьшают вязкость протоплазмы, увеличивают ее проницаемость и скорость движения.

Следует заметить, однако, что снижение вязкости протоплазмы можно вызвать также многими неспецифическими факторами, такими, как сахароза, KCl, тиомочевина, низкие температуры и др., и что стимуляция роста под влиянием ауксина наблюдается даже в условиях, при которых ауксин не может ускорять движение протоплазмы. Последнее говорит о том, что изменение свойств коллоидов цитоплазмы едва ли является характерной только для ауксинов реакцией клетки, проявлением первичного механизма их действия.

Усиленное поглощение воды растущими клетками является одной из самых характерных особенностей клеточного роста, стимулированного ауксином. При этом возрастает давление содержимого клетки на оболочку, увеличивается ее объем. Возможно, первопричина действия ауксинов на рост скрыта в регулировании именно этого механизма. Усиление поглощения воды происходит либо в результате увеличения концентрации осмотического раствора в клетке, либо независимо от фактора концентрации, путем увеличения активного поглощения воды из окружающего раствора, либо путем опосредствованного действия ауксина на клеточную оболочку.

Мысль о том, что концентрация клеточного раствора повышается под влиянием ауксинов, была впервые высказана Чайя. Рядом работ было действительно установлено, что ауксины стимулируют поглощение ионов различными типами клеток, чувствительных к их ростстимулирующему действию. Но в большинстве случаев, если не во всех, эффект поглощения ионов является вторичным, так как он начинает проявляться спустя продолжительное время после начала действия ауксинов. Кроме того, было обнаружено, что вызванная ауксином индукция роста тканей может происходить и в бессолевой среде, а стимуляция поглощения воды получившей ауксин клеткой идет наряду со снижением в ней осмотического давления клеточного сока.

По вопросу об изменениях в проницаемости клетки для воды под влиянием ауксина и при неосмотическом, активном поглощении воды также имеются противоположные мнения и разноречивые данные.

Прямые измерения с помощью меченной изотопами (дейтерием или тритием) воды показали, что ауксин не влияет на проницаемость клетки для воды и что проникновение воды в клетку происходит так быстро, что изменения в скорости этого процесса не могли бы влиять на рост. Эти данные, а также отсутствие влияния ингибиторов обмена веществ на измеряемое с помощью дейтерия передвижение воды навели на мысль о том, что стимулируемое ауксином поглощение воды регулируется прежде всего осмотическим механизмом.

В то же время в ряде других работ отстаивалось положение о независимом от осмотического механизма увеличении проницаемости клеток для воды и стимуляции ее поглощения под влиянием ауксина.

Таким образом, весьма обстоятельные исследования различных причин увеличения тургорного давления, вызванного ауксином, не дают оснований рассматривать его как основной механизм действия ауксинов, поскольку не доказано, что под влиянием ауксина действительно увеличивается концентрация клеточного раствора, вызывающая поступление воды в клетку, или усиливается проницаемость клетки для воды, или происходит активное поглощение воды из наружного раствора против градиента концентрации.

Каков бы ни был механизм, при помощи которого ауксины включаются в растяжение клеток, окислительный метаболизм определенно необходим для этого потребляющего энергию процесса, Понимание этого привело к предположению, что, независимо от того, является ли конечная фаза стимуляции роста снижением давления клеточной оболочки или увеличением направленного наружу давления клеточного содержимого, действительная ступень, на которую прямо действуют ауксины, является какой-то ступенью в дыхании.

Это предположение подтверждается рядом прямых и косвенных доказательств. Так, сравнение полученных на разных объектах кривых, выражающих зависимость скорости роста и скорости дыхания от концентрации ауксина, показало совпадение характера их изменений для колеоптилей и мезокотилей овса, колеоптилей кукурузы, для стеблей гороха.

Была показана также зависимость поглощения воды растительными тканями, сопровождающего стимулируемый ауксином рост, от аэробного обмена и угнетающее действие на этот процесс дыхательных ингибиторов.

Поиски механизма связи между интенсификацией роста и усилением дыхания в ответ на действие ауксинов шли в двух разных направлениях. Первое базировалось на том, что ауксин, действуя на дыхание, создает энергию или субстраты, необходимые для роста. Второе предполагало, что усиление дыхания является следствием интенсификации роста, а не прямого действия ауксина на дыхание.

Определенным доказательством в пользу первого направления является тот факт, что ауксины стимулируют дыхание в условиях, где они по разным причинам (старые, закончившие рост ткани, применение очень низких концентраций) не оказывают влияния на рост. Второе направление только частично подтверждалось в опытах, показавших, что угнетение растяжения осмотическими агентами (гипертонические концентрации маннитола) действительно вызывает снижение интенсивности индуцированного ауксином дыхания, но тесной корреляции между обоими процессами не наблюдалось.

На основании ряда исследований, начало которым положила работа Коммонера и Тимана, была выдвинута гипотеза о том, что ауксин регулирует рост через участие в утилизации четырехуглеродных органических кислот, причем этот процесс может быть связан с ферментами, активность которых зависит от наличия SH-групп, и с образованием обладающих высокой энергией фосфатных связей. Однако в результате проверки этой гипотезы был сделан вывод о независимости действия органических кислот и ауксинов на дыхание и большем значении ионов калия для процесса растяжения клеток.

Поиски других возможных биохимических путей действия ауксинов на дыхание вызвали необходимость исследования ряда окислительно-восстановительных систем: некоторых ферментов из цикла Кребса, ферментов, участвующих в переносе SH-групп или в метаболизме высокоэнергетических фосфатов. Изучение влияния ауксинов на активность ферментов из цикла Кребса не дало определенных результатов. Более обнадеживающим оказалось изучение взаимосвязей между метаболизмом ауксинов и соединений, содержащих сульфгидрильные группы. Основные работы в этом направлении выполнены миланской группой исследователей. Исходя из того, что обработка тканей ауксином увеличивает содержание восстановленной формы аскорбиновой кислоты (АК) и уменьшает содержание окисленной, они предположили, что физиологическое действие ауксинов заключается в снижении уровня ингибирующей рост дегидроаскорбиновой кислоты (ДГАК). В этот процесс, очевидно, включается глютатион, осуществляющий контроль над активностью SH-содержащих ферментов. Было обнаружено, что в определенных условиях окисленный глютатион угнетает рост. В целом гипотеза сводится к тому, что ауксин стимулирует рост, угнетая оксид азу АК и поддерживая глютатион в восстановленной форме; торможение роста высокими концентрациями ауксина отнесено за счет угнетения редуктазы монодегидроаскорбиновой кислоты.

Однако основные положения гипотезы и доказывающие ее факты ставятся под сомнение другими фактами и рассуждениями, в том числе и полученными самими ее авторами. Так, примененный ими кинетический анализ показал, что воздействие ауксина на АК и глютатион может быть скорее результатом процесса роста, чем причиной его. Кроме того, кривая, выражающая зависимость между скоростью роста и концентрацией ауксина, изменяется параллельно изменениям уровня окисления АК, а не глютатиоиа, даже при угнетающих рост концентрациях ИУК. Боннер и Бандурски сообщили, что оксидаза АК и редуктаза ДГАК подвержены влиянию не только и даже не столько ауксинов, сколько иных факторов. Ньюкомб получил данные об увеличении активности оксидазы АК в тканях сердцевины табака при наличии ИУК. Кроме того, он нашел, что аскорбиноксидаза локализована в клеточных стенках, а не в митохондриях, как считали авторы упомянутой выше гипотезы. Различные сведения, не подтверждающие гипотезу, содержатся также и в других работах.

Предположение о необходимости фосфатов, обладающих высокой энергией, для индуцируемого ауксинами роста почти одновременно было высказано в работах Тимана и Боннера и Нэнса. Но Боннер первым сформулировал гипотезу и представил доказательства, ‘Подтверждающие его идею. Он предположил, что взятый в низких концентрациях динитрофенол (ингибитор образования или обмена фосфатных связей с высокой энергией) стимулирует дыхание, снимая торможение процесса фосфорилирования, и угнетает индуцированный ауксинами рост, препятствуя образованию необходимых для роста связей с высокой энергией. Ауксин оказывает влияние не на само дыхание, как окисление субстрата, а на связывающие звенья, которые существуют между образованием АТФ и его потреблением, возможно, на свойства фосфатных акцепторов. Согласно другим представлениям, необходимые для возбуждения роста высокоэнергетические фосфатные связи могут порождаться в ходе метаболизма ИУК или ее предшественника — триптофана.

Допускают также, что ИУК может участвовать в фосфоролизе, вызывая таким образом повышение содержания необходимого для роста эндогенного фосфата в результате распада АТФ. Однако в появившихся вслед за первыми работами исследованиях было высказано мнение, что действие ауксина на обмен высокоэнергетических фосфатов может быть опосредствовано ростом. Гипотеза Боннера не нашла своего подтверждения и в более поздних исследованиях, как и предположение Уилдмана и Боннера относительно того, что связанная с белком ИУК может выступать в роли фосфатазы в растительных клетках.

По сообщению, опубликованному Турманом, ИУК действительно увеличивала активность кислой фосфатазы в поставленных in vitro опытах с тканями клубней картофеля и корней кукурузных проростков. Однако Полевой в аналогичных проверочных опытах получил отрицательные результаты. Проведенная им и сотрудниками большая работа по выяснению коррелятивных отношений между фосфатазами (АТФ-азой и кислой фосфатазой) и ИУК и действия ИУК на активность фосфатаз in vitro и in vivo не дала однозначного ответа на вопрос об участии ауксинов в фосфорном обмене,

В последние годы многие исследователи начали склоняться к той точке прения, что первым этапом в сложном процессе стимуляции роста ауксином является изменение в свойствах клеточной оболочки. Однако эти воззрения не являются возвращением к пройденному. Они базируются на новом экспериментальном материале, показывающем, что некоторые свойства клеточной оболочки изменяются под влиянием ауксинов до того, как начинается увеличение размеров клетки. Это прежде всего касается пластичности клеточной оболочки. Оказалось, что увеличение пластичности идет независимо от поглощения воды, т. е. в гипертонических растворах, и вызывает необратимый рост клеточных стенок.

Рост клетки обычно сопровождается увеличением массы ее оболочки. Этот индуцируемый ауксином процесс может быть пропорционален усилению вызываемого ауксином роста. Чаще, однако, увеличение синтеза клеточной оболочки начинается после начавшегося усиления роста. Иногда индуцируемый ауксином рост наблюдается без всякого новообразования в клеточной оболочке. И наоборот, Уилсон и Скуг сообщили о прямом действии ауксина на синтез клеточной оболочки в тканях сердцевины табака. Эти противоречивые данные потребовали более углубленных исследований действия ауксинов на механизм роста клеточной оболочки и в связи с этим — на ее химический состав.

Предполагается, что рост клетки растяжением идет двумя фазами: стимулируемого ауксином пластического растяжения (пластификации — «plastificalion») и зависящего от кальция новообразования материалов клеточной оболочки (становление жесткости — «regification»), которое угнетается ауксином.

Исследования, показавшие антагонистический характер действия на пластическую и эластическую растяжимость клеточных оболочек ионов калия и ИУК, с одной стороны, и ионов кальция и магния — с другой навели на мысль о существовании единой точки приложения для этих факторов, которой, по эмпирическим данным, могло быть пектиновое вещество оболочек. Стимулирующее влияние ауксинов на синтез пектиновых веществ в растущих тканях было показано многими исследователями. Как отмечает Боннер, действие ИУК на синтез пектина обладает всеми отличительными чертами контролируемой ауксином реакции с характерными особенностями вызываемого ауксином роста, так как оно начинается через 15—30 мин после внесения ауксина, угнетается действием трихлоруксусной кислоты, происходит только в аэробных условиях, угнетается этионином в гипертонической среде. Потеря клеточными оболочками пластичности, вызванная действием кальция, обусловлена (по крайней мере в ткани колеоптильных отрезков) связыванием со свободными, не эстерифицированнымы карбоксильными группами пектина. Предполагается, что эстерификация свободных карбоксилов пектина, например их метилирование, является как раз той реакцией, на которую действует ауксин, стимулируя рост клеточной оболочки.

Показано, что ИУК увеличивает метилирование некоторых форм пектина, причем этот процесс не обусловлен вызванным ауксином ростом, так как происходит в гипертонической (с маннитолом) среде. Полевой и Леонова (1964) установили, что под влиянием ИУК. усиливается и метилирование и включение Са45 во фракцию кислоторастворимых пектиновых веществ.

В поисках ферментов, регулирующих метилирование пектина, обратились к изучению деметилирующего энзима пектинметилэстеразы (ПМЭ). Выло найдено, что активность этого фермента под влиянием ауксина может и уменьшаться, и увеличиваться. Кроме того, обнаружили, что активность ПМЭ при изменении концентрации ауксина изменяется в том же направлении, что и рост, т. е. сверхоптимальные концентрации ауксина снимают реакцию, вызванную стимулирующими концентрациями.

Возрастание активности ПМЭ нельзя отнести за счет прямого действия ауксинов, так как в опытах in vitro ИУК либо не оказывала влияния, либо, взятая в более высоких концентрациях, угнетала этот фермент. Далее, согласно одним данным, усиление активности ПМЭ обусловлено вызванным ауксином ростом, согласно другим — не зависят от него.

Основываясь на результатах своих работ и работ Брайена и Ньюкомба, Глезье предположил, что ростстимулирующее действие ауксина является результатом увеличивающегося связывания ПМЭ, которое защищает пектин от деэстерификации (потери метальных групп) и поддерживает клеточную оболочку в состоянии пластичности.

Гипотеза о действии ауксинов на связывание ПМЭ соответствовала бы действительности в случае, если б метилирование клеточной оболочки в самом деле контролировало ее растяжение. Однако имеются факты, которые ставят под сомнение и эту гипотезу. Во-первых, Глезье не приводит в своих работах данных о параллельном действии ауксинов на рост тканей, в которых определялась степень связывания ПМЭ, во-вторых, он не обнаружил разницы в активности между растворимой и нерастворимой ПМЭ, а данные Брайена и Ньюкомба и йоде, рассматриваемые в свете гипотезы, предполагают различную активность этих двух форм ПМЭ, и в-третьих, вызванный, ауксином рост растяжением может наблюдаться в условиях полного подавления индуцируемого ауксином метилирования, т. е. становится сомнительной и сама необходимость метилирования пектина для проявления действия ИУК. Правда, автор последних исследований делает оговорку, что ауксин может действовать на пектиновые вещества, уже имеющиеся в клеточных стенках.

Вызываемое ауксином растяжение клеточных оболочек и увеличение их пластичности, очевидно, связано с потерей кальция. Согласно предположению Масуда, в этом процессе может принимать активное участие РНК, связывая кальций пектинов клеточных оболочек на поверхности цитоплазмы и таким образом усиливая ее пластическое растяжение. При наличии ПУК эта связь упрочивается благодаря образованию комплексов ПУК — РНК — Ca.

Возможность осуществления рострегулирующей функции ауксинов посредством нуклеинового и белкового обменов обсуждалась уже давно. Она основывалась на опытах, которые показывали, что под влиянием ауксинов увеличивается синтез нуклеиновых кислот или их структурных единиц — нуклеотидов.

Дополнительные сведения о связи метаболизма нуклеиновых кислот с регулируемым ауксином ростом растительных клеток получены и в самое последнее время. Было найдено, например, что ИУК и 2,4-D в концентрациях, стимулирующих растяжение клеток, увеличивали включение меченного по С14 нуклеотида в РНК в тканях изолированных гипокотилей сои, тогда как ингибирующие концентрации снижали его. В закончивших рост в длину клетках ауксин индуцировал синтез РНК, причем увеличение наблюдалось в основном в рибосомальной фракции. В опытах Ки и Шеннона синтез РНК угнетался актиномицином D, а так как актиномицин D блокирует не всякий, а только зависящий от ДНК синтез РНК, то, как считают авторы, почти весь, если не весь синтез РНК в ткани изолированных гипокотилей сои должен иметь место на матрицах ДНК, возможно, внутри ядер.

Синтез белка также является весьма важным для контролируемого ауксинами растяжения клеток. По, по-видимому, он играет второстепенную, зависящую от нуклеиновых кислот, роль, т. е. действие ауксина более тесно связано с контролем синтеза РНК, чем с контролем синтеза белка. К такому выводу пришел Ки, исследуя влияние ауксина и Специфических ингибиторов нуклеинового и белкового обменов на синтез РНК и белков в зонах растяжения гипокотилей сои.

Влияние специфических ингибиторов нуклеинового и белкового обменов на индуцированный ИУК рост было использовано и в опытах Книпла, ставившего своей задачей проверку,

по крайней мере частичную, гипотезы механизма действия ростовых веществ через систему нуклеиновых кислот. В результате он приходит к выводу, что ИУК осуществляет свое биологическое действие, индуцируя или ускоряя синтез РНК и прежде всего разных т-РНК. Этот процесс, как полагает автор, может происходить или путем прямой комбинации с генетическим аппаратом клетки, или через индукцию синтеза специфических метаболитов, которые соединяются с молекулами репрессоров или с регуляторами генов.

Процесс включения ауксинов в метаболизм РНК, по мнению многих исследователей, идет через образование комплексов ауксинов или их производных с нуклеиновыми кислотами или их структурными единицами. Так, в ряде работ продемонстрировано построение комплексных соединений между ауксинами и пиридиннуклеотидами и выяснено, что такие комплексы являются ингибиторами требующих пиридиннуклеотидов дегидрогеназ. Описана еще одна форма образования ауксин-нуклеиновых комплексов, идущего двумя фазами: первая — частичное окисление ИУК пероксидазной системой и вторая — связывание окисленных продуктов с РНК.

Таким образом, характеризуя состояние вопроса о механизме действия ауксинов, следует сказать, что до последнего времени все исследования этой проблемы были направлены на изучение действия ауксинов в фазе растяжения. Фактически нет работ по выяснению характера первичных реакций ауксинов, включившихся в метаболизм деления и дифференциации клеток.

Многочисленность существующих гипотез, в большинстве своем не подкрепленных достаточно достоверными результатами экспериментальных исследований, говорит о том, что вопрос о механизме действия ауксинов остается пока нерешенным. Наиболее обнадеживающими кажутся гипотезы, связывающие действие ауксинов на. рост с регулируемыми ауксинами изменениями в обмене нуклеиновых кислот, так как именно этот обмен является тем основным процессом, от состояния которого в первую очередь зависит и деление, и растяжение, и дифференциация клеток. По-видимому, и отмечавшаяся не раз зависимость действия кининов от наличия и состояния ауксинов в тканях также может быть объяснена взаимодействием этих двух гормонов в каком-то из звеньев метаболизма, в основе которого лежит нуклеиновый обмен,

Гиббереллины. На множестве примеров было показано, что гиббереллин проявляет свое стимулирующее рост влияние только при наличии ауксина. Поэтому, рассматривая возможные механизмы, с помощью которых осуществляется действие гиббереллина, Брайен и Хеммлнг предполагали обязательное участие ауксинов.

Положительное влияние гиббереллина на содержание в основном подвижной, свободной формы ауксина было показано в большинстве работ, авторы которых исследовали действие гиббереллина на рост и ауксиновый обмен разных растений. Т4о наряду с этим имеются отдельные сообщения об отсутствии или отрицательном действии гиббереллина на уровень нативных ауксинов.

Предпринятые нами исследования в этом направлении показали положительное влияние гиббереллина на содержание нативных ауксинов в надземных органах зеленых растений и различных частях этиолированных проростков. Так, было обнаружено, что у получивших гиббереллин молодых растений томатов концентрация связанных ауксинов в надземной части начинала увеличиваться еще до появления заметной стимуляции роста; в два раза возрастала и концентрация свободных ауксинов. Содержание ауксинов увеличивалось под влиянием гиббереллина и в растениях топинамбура. В тканях кукурузы гиббереллин вызывал изменение общего уровня и характера суточных колебаний концентраций свободных и связанных ауксинов, причем, в отличие от томатов, изменения в концентрации связанных ауксинов наступали очень быстро — уже через 12 час. Известно, что реакция растения на гиббереллин проявляется прежде всего в усилении роста стебля. Проведенное нами определение свободных ауксинов в различных частях семидневных этиолированных проростков низкорослого гороха показало, что под влиянием гиббереллина концентрация ауксинов возрастала во всех частях исследованных проростков, но особенно значительно это увеличение в стебле, то есть в том Органе, который наиболее сильно реагировал на применение гормона; в верхушке стебля и молодой растущей части корня — самых обильных источниках свободного ауксина контрольного растения — содержание этого гормона возрастало незначительно. В набухших семенах гороха гиббереллин ускорял процесс накопления ауксинов, необходимых, вероятно, для первоначального «ростового толчка».

Сопоставление изменений концентрации ауксинов в корнях и стеблях этиолированных проростков гороха с динамикой роста этих органов показало, что наблюдается определенная положительная корреляция между интенсивностью роста стебля и изменениями концентрации суммы и связанных ауксинов в нем и между интенсивностью роста корня и обнаруженными здесь изменениями концентрации свободных ауксинов. То есть, стимуляция роста стебля сопровождалась увеличением содержания в основном связанной формы ауксинов, в то время как вызванному гиббереллином начальному усилению роста корня сопутствовало падение уровня связанных и возрастание уровня свободных ауксинов.

Сообщая о вызванном гиббереллином увеличении содержания эндогенных ауксинов в проростках гороха, Филлипс и сотрудники указали также на изменение качественного состава стимуляторов. Но мы не смогли обнаружить заметных отклонений в качественном составе хроматографированных экстрактов из контрольных и «гиббереллиновых» растений ни при биологическом, ни при химическом проявлении хроматограмм.

Таким образом, и литературные и наши собственные данные подтверждают положительное влияние гиббереллина на увеличение содержания ауксинов в тканях растений. А так как действие гиббереллина на ауксиновый обмен не опосредствовано ростом, то есть оно проявляется раньше, чем наступают видимые изменения в интенсивности роста, то можно сделать вывод о прямом биохимическом влиянии гиббереллина на какие-то процессы, связанные с синтезом или разрушением ауксинов.

Предположение о том, что гиббереллин стимулирует синтез ауксина из триптофана, не подтвердилось в опытах Либберта. Позже, однако, Кураиши и Мюр показали, что водные вытяжки из верхушек проростков, обработанных гиббереллином, обладали в 3—4 раза большей активностью превращения триптофана в растворимый в воде (но не в эфире) ауксин, чем вытяжки из контрольных растений, хотя оба варианта и не различались по активности превращения триптофана в эфирорастворимый ауксин, отождествляемый с ИУК.

Разрушение ауксинов в тканях растений можно уменьшить, ослабив активность ИУК-оксидазы. И хотя литературные данные относительно характера действия гиббереллина на оксидазу ИУК с самого начала были противоречивы, исследования в этом направлении не прекращались. Был обнаружен полифенольный ингибитор ИУК-оксидазы и высказано предположение о том, что происходящее под влиянием гиббереллина увеличение содержания ауксинов, вероятно, опосредствовано этим ингибитором, Такое предположение совпадало с гипотезой Брайена и Хемминга, гласившей, что гиббереллин нейтрализует ингибирующую систему, которая препятствует проявлению ростовой активности имеющегося в растении ауксина. В интактных растениях эта система (или ингибитор) поступает в стебли из других органов (верхушек, листьев); изолированные междоузлия в значительной мере лишены ее влияния. Экспериментально подтверждено вызванное гиббереллином исчезновение β-ингибитора в покоящихся клубнях картофеля и в проростках гороха.

Дальнейшие исследования в этом направлении, связанные также и с выяснением механизма действия нативных ингибиторов роста, необходимы для подтверждения гипотезы.

В основу всех перечисленных выше гипотез механизма действия гиббереллина положено опосредствованное через ауксины включение этих гормонов в процессы регулирования роста. Высказывались, однако, и иные точки зрения. Например, что ауксин и гиббереллин действуют хоть и взаимосвязано, но независимо друг от друга, контролируя последовательные реакции, ведущие к растяжению клетки. Некоторые исследователи сообщали также о возможности полностью не зависимого от ауксинов включения гиббереллинов в регулирование роста. Но такая точка зрения едва ли может быть приемлемой, так как она игнорирует факты, свидетельствующие о тесной связи, существующей между этими группами гормонов.

Определенный интерес представляет достаточно спорная гипотеза, выдвинутая Ф. Л. Калининым. Она предусматривает, что гиббереллин затрагивает одновременно многие стороны обмена веществ. Более вероятно, что эти множественные изменения в обмене берут начало в каком-то одном, максимум — двух звеньях, на которые непосредственно действует гормон.

Пожалуй, особое положение занимают начатые в конце 50-тых годов исследования Палега по влиянию гиббереллина на биохимические процессы, связанные с самыми первыми этапами прорастания семян ячменя. Дело в том, что здесь не приходится иметь дело с видимыми изменениями интенсивности роста, исключается даже наличие зародыша, и действие гиббереллина наблюдается, таким образом, «в чистом виде».

Работами Палега было показано, что образование редуцирующих сахаров в эндосперме ячменя, значительно увеличивающееся при обработке гиббереллином, вызвано активацией α- и β-амилазы и других амилолитических ферментов, причем гиббереллин не просто активирует уже имеющиеся ферменты, а вызывает их новообразование, в частности образование α-амилазы. Предполагается, на основании опытов со специфическими ингибиторами, что в этот процесс включается синтез белков. Доказано, что местом средоточения этих синтезов у злаков является алейроновый слой. Основные выводы работ Палега были подтверждены в других исследованиях, в том числе и на семенах других видов. Вызываемая гиббереллином активация гидролитических процессов в прорастающих семенах имеет непосредственное отношение к наблюдаемому при этом возрастанию содержания активных ауксинов, так как известно, что сухие семена содержат практически только связанные ауксины. Вызываемая гиббереллином стимуляция прорастания семян, очевидно, заключается в ускорении гидролитических процессов, ведущих к превращению неактивных запасных ауксинов в активную свободную форму.

Сейчас еще трудно сделать окончательные выводы относительно точного механизма действия гиббереллина на рост. Но те обширные данные, которыми мы располагаем, показывают, что его можно вскрыть, лишь исходя из положения, что регуляция ростовых процессов осуществляется взаимодействующими веществами фитогормональной природы. На изучении взаимодействия ауксинов, гиббереллинов, кининов и ингибиторов должно быть сосредоточено внимание исследователей, поставивших своей целью познать пути включения фитогормонов в метаболизм ростовых процессов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: