повышение каллазной активности может быть причиной немедленного разрушения

материнской клетки пыльцы. Торможение энэиматической активности кал-лазы

блокирует распад каллозной оболочки материнских клеток пыльцы, в результате

микроспоры теряют свои нормальные очертания и деградируют.

Эти исследования позволили выявить новые причины абортивности пыльцы и

показали, что в основе индукции мужской

10

стерильности лежит дисбаланс в четко скоординированные биохимических

реакциях и нарушения в последовательности -„.нзиматических циклов.

Изменение четкого ритма энзиматической активности каллазы приводит к

деградации развивающихся микроспор [2, 3, 4]. Экспериментально установлено,

что период формирования тетрад является наиболее эффективным для применения

препаратов с гаметоцидной активностью.

.Возможное участие гаметоцидов в процессах, обусловливающих торможение

или .преждевременное освобождение микроспор из материнской клетки пыльцы,

вероятно, связано с влиянием соединений с гаметоцндными свойствами на

уровни энзиматической активности каллазы. Своевременная индукция и развитие

каллазной активности — критический период для нормального развития мужского

гаметофита.

Для успешных поисков новых веществ, обладающих гаметоцидной активностью,

необходимо располагать достаточной информацией о метаболизме спорогенной

ткани и тапетума, а также о взаимосвязи вх обмена. Электронно-

микроскопические наблюдения показали, что при нормальной метаболической

взаимосвязи между клетками тапетума и развивающимися пыльцевыми зернами не

наблюдается никаких аномалий [78]. Согласно имеющимся данным трудно

определить, тапетум или спороциты являются 'инициатором -в нарушении

взаимосвязи.

Одним из возможных путей выяснения механизма индукции мужской

стерильности является исследование биохимической активности тканей. При

исследовании пыльников и экстр-актов листьев пшеницы установлено, что

мужская сте' рильность пыльцы сопровождается репрессией активности

терминальных оксидаз. Уровень активности цитохромоксида-зы в тканях

фертильных растений по сравнению со стерильными гораздо выше [18, 27].

Подобное явление отмечено в тканях растений с генетической мужской

стерильностью [46]. Цитохромоксидаза — неотъемлемый компонент мито-хондрий,

поэтому низкую активность дыхательных энзимов растений с ЦМС можно

объяснить дисбалансом митохондри-альных энзиматических систем [128].

Митохондрии, выделенные из стерильного материала (проростки пшеницы с

ЦМС), характеризовались более высокой окислительной фосфорилазной

активностью, чем мито-хондрии из проростков с нормальной цитоплазмой [129].

Биохимические исследования и наблюдения электронной микроскопии

подтвердили, что мужская стерильность тесно связана с изменением

функционального состояния этих структур клетки {15, 16, 63]. Восстановление

фертильности в линиях

11

с ЦМ'С сопровождается одновременным устранением отклонений в структуре

цитоплазматических органелл и различных нарушений в метаболических

процессах [27, 46]. Получены дополнительные доказательства в подтверждение

гипотезы, что изменения в метаболизме митохондрий связаны с механизмами

индукции мужской стерильности. Предполагается, что включение последних

вызывает репрессию синтеза белков внутренней мембраны митохондрий [63,

114].

Однако было бы ошибочным считать, что только функциональная активность

митохондрий является основой возникновения цитоплазматической мужской

стерильности. Ее индукция базируется на изменениях в широком диапазоне

биохимических реакций, обусловливающих нарушения в молекулярных компонентах

различных клеточных структур и цитоплазмы, что сопровождается появлением

белков с анормальной эн-зиматической активностью. В результате этих

изменений возникает дисбаланс в энзиматических системах или же полное их

блокирование[8, 15, 20,82].

Для получения ЦМС путем химической индукции у сельскохозяйственных

культур необходимо детальное изучение метаболизма ДНК, РНОК и белка в

стерильном и фертильном материале с цитологическим и цитохимическим

сопоставлением полученной информации. Изменения в содержании ДНК, РНК и

белка в пыльниках кукурузы изучали методами цитохимии и микроденситометрии

[101]. В процессе спорогенеза различали три пика интенсивного синтеза

нуклеиновых кислот. Первый пик соответствует премейотическому периоду и

ранней профазе, второй — приходится на интервал между поздним мейозом и

стадией тетрад, третий (наименьший) — соответствует периоду,

предшествующему митозу микроспор. В течение первого пика установлена самая

высокая скорость роста спорогенной ткани и тапетума при активном синтезе

молекулярных компонентов в обеих тканях. Во втором пике активный синтез

ДНК, PlHiK и белка осуществляется в основном в тканях тапетума. Торможение

роста и параллельно синтеза этих молекулярных структур в спорах начинается

в период третьего пика, при дегенерировании тапетума. В настоящее время

тапетум рассматривают как возможный источник предшественников нуклеиновых

кислот для формирующихся микроспор, которые получают материал для синтеза в

форме растворимых предшественников или в форме ДНК с низким молекулярным

весом [111, 130].

Основная аккумуляция PlHiK в спорогенной ткани происходит в течение

мейотической профазы, включая стадию па-хитены материнской клетки пыльцы. В

тканях тапетума накопление РНК приходится на тот же период (профаза—зи-12

готена—пахитена) [98]. Таким образом, сразу после синтеза ДНК на ранних

этапах спорогенеза до митоза в микроспо-пах продуцируется РНК спорогенной

ткани, причем 75% пригодится на рибосомальную РНК — на формы 16S и 28S.

Аккумулирование форм p:PHiK 4S и 5S осуществляется иначе, чем основных форм

pPlHK, и пик их аккумуляций наблюдается в конце интерфазы микроспор [112].

В пыльцевом зерне основной синтез PHiK, ДНК и белка происходит на более

поздней стадии — после митоза в микроспорах. .В цитоплазме пыльцевого зерна

синтез всех форм РНК полиостью прекращается в последние 48 ч формирования

пыльцы [94]. Биосинтез нуклеиновых кислот и процессы, связанные с их

обменом, претерпевают определенные изменения под влиянием соединений с

гаметощидными свойствами.

Установлено, что у фертильных соцветий кукурузы интенсивный синтез ДНК

осуществляется на ранних этапах мик-роспорогенеза, но по мере завершения

формирования пыльцы наступает торможение синтетических процессов [20]. При

обработке растений гаметоцидами (0,15%-ным раствором три-атаноламиновой

соли ГМК или 0,8%-ным раствором натриевой соли сф-дихлоризомасляной кислоты

(FW-450), комбинированно 0,8%-ным раствором FW-450 и 0,1%-ным раствором

гнббереллина) содержание ДНК на всех этапах формирования пыльцы несколько

увеличилось независимо от применяемого гаметоцида. Это объясняется

торможением клеточного растяжения под влиянием обработки гаметоцидами, в

результате чего уменьшаются размеры клеток в спорогенной ткани и пересчет

на взятую навеску дает завышенное содержание ДНК, не связанное с процессами

аккумуляции нуклеиновых кислот [34].

Комбинированная обработка с гиббереллином (FW-450 + +гиббереллин)

вызывает качественные изменения в молекулах ДНК, что приводит к нарушениям

митозов и деградации ядра. Отмечено, что растворы ГМК и FW-450 по-разному

влияют на интенсивность биосинтеза РНК в мужских репродуктивных органах

кукурузы [26]. Параллельно было установлено, что формы проявления

стерильности (морфологиче-ские_йзменения) находились в зависимости от

применяемого вещества. Применение ГМК на кукурузе вызывало торможение

образования РНК, и гаметоцид выступал здесь как ингибитор синтеза РН.К,

обусловливая торможение клеточного удлинения. Морфологически это выражалось

в уменьшении размеров соцветий, отсутствии в большинстве случаев колосков

на латеральных веточках и в редукции листьев. Споро-генные ткани или совсем

не формировали пыльцы, или она была нежизнеспособна. Действие FW-450 при

данной концен-

13

трации'не вызывала значительных изменений в синтезе ДНК и PiHK, процессы

спорогенеза у кукурузы протекали нормально [20, 26].

У фертильных растений высокое содержание PiHIK отмечено на более ранних

этапах формирования пыльцы я дальнейший синтез РНК осуществлялся более

активно [94, 98, 137].

Специфичность действия гаметоцида обусловлена различными факторам.и:

близостью его химических характеристик к аналогам синтетических пулов

клетки; возможностью энэиматического преобразования в клеточной системе в

субстрат-подобный продукт ил;и в активный промежуточный метаболит

определенных энздматических систем; наличием гормональных свойств или

конформационного подобия с молекулами индукторов 'или репрессоров.

Воздействие препаратов с гаметоцидными свойствами связано с физико-

химическими характеристиками соединений (высокая электрофильность,

способность к хелатированию и т. д.), в результате которых могут изменяться

р1Н клетки и 'ионная сила в критические стадии развития спорогенной ткани

[82].

Исследования влияния этрела на мейотические процессы в спорогенной ткани

пыльников пшеницы Triticum aestivum L. показали, что индукция мужской

стерильности связана с распадом этрела в растительных тканях с выделением

этилена, молекулы которого обладают гормональными свойствами [47, 97].

Предполагают, что этилен, как и многие гормоны, влияет на функциональное

состояние мембран, изменяя активность РНК полимеразы. Таким образом он

может воздействовать на процессы транскрипции, особенно участков ДНК,

ответственных за синтез долгоживущих мРНК, транскрибирующихся до мейоза, но

необходимых для нормального течения мейотических процессов[58, 98].

'В результате возможных нарушений в синтезе различных форм PlHiK при

включении гаметоцида в метаболизм клетки неизбежно возникают анормальности

в синтезе белка. В нормально развивающейся спорогенной ткани и в

микроспорах активный синтез белка приходится на раннюю мейотическую

профазу, его активность несколько снижается в зиготене — пахитене и совсем

незначительна в период формирования тетрад [101]. Тапетум как ткань

проявляет очень высокую метаболическую активность в течение всего периода

микроспо-рогенеза вплоть до полного автолиза, поэтому отводить тапе-туму

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12