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].