С.Ф. Коваль, В.П. Шаманин  "Растение в опыте"

 

Мы твердо убеждены, что химическое определение количества сахаров, белка, аминокислот, нуклеотидов, гормонов или других метаболитов без исследования их динамики относится к физиологии в такой же степени, как анализ железной руды. Исследователь, обнаружив, что сорт А содержит в листьях больше сахаров, чем сорт Б, еще не может сделать какого - либо конструктивного вывода. Подобная регистрация фактов химического состава имеет значение для специалистов в области переработки сырья или для биогеохимиков, да и то только в качестве материала для планирования дальнейшей работы.

Фонды любых метаболитов являются подвижным равновесием поступления и расходования, промежуточным резервуаром, через который протекает поток веществ. Увеличение размеров фонда может быть следствием как усиления синтеза, так и уменьшения траты вещества при неизменном поступлении. И, напротив, низкое содержание метаболита в равной степени может быть результатом слабого синтеза или очень быстрой мобилизации его в последующих реакциях (даже на фоне интенсивного поступления). Видимое уменьшение или увеличение фонда может происходить не только от изменения скорости реакций в различных звеньях метаболизма, но и в связи с транспортом интересующих нас продуктов в другие органы. Во всех случаях исследователь должен составить предст авление о скорости обмена метаболита в данном фонде. Только после этого возможно однозначное истолкование наблюдаемых различий между вариантами. Здесь полезным будет использование маркированных изотопами исходных веществ или их метаболитических предшественников. Анализ разбавления изотопной метки во времени дает возможность вычислить время полужизни метаболита или среднюю продолжительность жизни молекулы. Подробные указания читатель найдет в специальной литературе по использованию меченых атомов в биологии.

При вычислении скорости обновления нужно помнить, что фонд может быть гетерогенным по происхождению и локализации внутри клетки, органа. Некоторые части его могут представлять собою запасные подфонды и обмениваться достаточно медленно, другие же будут иметь высокую скорость обмена. Способ изучения обновления фонда по разбавлению изотопной метки требует использования сложных методик и значительного объема вычислений. Но, с другой стороны, он позволяет сделать заключение о подвижности фонда метаболитов на основе одноразового определения. Некоторые другие приемы исследования подвижности метаболитных фондов, напротив, основаны на регистрации временной динамики. При изучении динамики фонда ассимилятов и направления их отгока необходимо учитывать возраст органа, т.к. на ранних этапах его жизни основная часть фотоассимилятов остается на месте, а с возрастом все большая доля их транспортируется в другие органы. В соответствии с этим должны изменяться и интервалы между пробами.

Удобным методом для отслеживания динамики фондов метаболитов является сравнение их количества в органе, находящимся в системе организма и в аналогичном органе, отделенном от растения. При экспозиции в несколько часов и даже 1-2 суток в изолированном органе можно сохранить нормальное течение физиологических процессов. Прекращение транспорта веществ в связи с отделением органа приведет к увеличению фонда синтезируемых в нем метаболитов и к уменьшению фондов тех веществ, которые поступают из других органов.

В качестве примера рассмотрим изменение суммарного фонда восстановленных веществ, которые определялись титрованием гомогената ткани 0,05 N раствором йода. Такое титрование определяет сумму всех веществ (в т.ч. редуцирующих моносахаров, аскорбиновой кислоты, HS- соединений и др.), имеющих окислительно-восстановительный потенциал ниже, чем у 1_Г Поскольку концентрация этих соединений в пересчете на единицу сухого веса всегда увеличена в молодых или в интенсивно растущих тканях, то данный показатель позволит нам судить о физиологической активности исследуемого объекта.

Ниже приведена величина титра (мл 1₂ на 100 шт. семян) для эндосперма зерна и его зародыша в начале прорастания у пшеницы: Исходная проба                                                              эндосперм       3,3±0,2

зародыш 1,2±0,1 Через 24 ч в системе    эндосперм              2,3 ±0,2

зародыш           1,6±0,1

Через 24 ч изолированные              эндосперм       3,4±0,2

зародыш 0,9±0,1 Приведенные цифры свидетельствуют о том, что высокая восстановительная активность ростка поддерживается за счет транспорта восстановленных веществ из эндосперма.

В другом опыте изучался фонд йод-реду цирующих веществ в системе наливающееся зерно - верхний лист, который является основным поставщиком метаболитов для колоса. После 9 часов экспозиции на свету изолированный лист имел йодный титр 15,6 ± 0,6 мл/г сухого веса, а в системе растения 14,0 ± 0,3 мл/г. В то же время, изолированное 9 часов зерно в фазе зеленой спелости имело йодный титр 5,7 ± 0,1 мл/г, а находящееся на растении - 6,8 ± 0,1 мл/г. Значит кажущаяся низкая восстановительная активность формирующегося в колосе зерна была результатом быстрого метаболитического превращения поступающих йод- редуцирующих веществ.

Наконец, рассмотрим изменение восстановительной активности при завядании листа до потери им 18-20% исходного количества воды. Данные таблицы 6.5 показывают, что контрольный лист имел достаточно стабильный уровень восстановительной активности. У завядшего листа спустя 24 часа произошло резкое уменьшение фонда йод-редуцирующих веществ. Если бы мы ограничились только наблюдением целого растения, то мог возникнуть ложный вывод о сокращении образования в листе интересующих нас веществ. Но сравнение с отсеченным листом показывает обратное.

Таблица 6.5. Динамика восстановительной активности (0,05 NI2, мл/г сухого веса) 3-го листа пшеницы в связи с предварительным обезвоживанием Экспозиция, часы В системе растения Изолированный   Контроль Опыт Контроль Опыт 0 15,3 13,5 - - 3 15,3 13,3 16,6 13,8 9 16,5 14,9 15,5 12,3 24 14,6 10,5 14,8 15,5

 

НСР₉₅ = 0,7

Во многих случаях мобильность фонда метаболита может быть выявлена и путем сопоставления его с другим относительно стабильным фондом. Следует особо отметить, что относительные величины играют важную роль в осмысливании физиологических параметров. Обратимся к приведенной выше таблице 6.5 и выразим восстановительную активность обезвоженного листа в виде ее отношения к активности контрольного:

Экспозиция, часы	0	3	9	24
Лист в системе	0,88	0,87	0,90	0,72
Лист изолирован	0,88	0,83	0,82	1,05

 

Такое оформление результатов приведег нас к прежнему выводу, но резкое увеличение активности обезвоженного листа в отсеченном состоянии проявляется более наглядно. Все это еще раз подтверждает положение о том, что интерпретация результатов наблюдений может быть правильной лишь в том случае, когда исследователь учитывает состояние своего объекта, временную динамику показателей и не ограничивается единовременной регистрацией ограниченного круга параметров.