Исследуется влияние условий освещения на образование триоз в листьях ячменя. Показано стимулирующее действие света и экзогенного субстрата – 1%‑ного раствора глюкозы – на накопление триоз в зеленых листьях ячменя, а также светозависимое накопление триоз в альбиносных листьях, снабженных экзогенным субстратом. Благодаря использованию разобщителя дыхания и окислительного фосфорилирования – 2,4-динитрофенола, ингибитора гликолиза – фторида натрия, а также растений с депигментированными листьями установлено наличие связи между светозависимым образованием триоз и дыханием.

Проблема взаимосвязи фотосинтеза и дыхания является одной из основных в физиологии растений, поэтому изучение обмена углеводов для решения вопроса о соотношении двух энергетических процессов имеет важное значение. Одно из центральных мест в обменных реакциях углеводов занимают фосфотриозы – диоксиацетонфосфат (ДОАФ) и фосфоглицериновый альдегид (ФГА). Однако вопрос формирования пула фосфотриоз в растениях практически не изучен. Имеется лишь несколько работ по данной теме. В частности, о влиянии температуры на размеры пулов фосфотриоз кукурузы и ячменя [1] и об увеличении содержания промежуточных продуктов цикла Кальвина, в том числе и ДОАФ в листьях ячменя, зараженных мучнистой росой [2]. В других работах представлены сведения об изменении концентрационного уровня ДОАФ в листьях кукурузы в течение суток [3] и уровня фосфотриоз при прорастании семян, т. е. в период активного глюконеогенеза [4].

Целью данного исследования явилось изучение влияния света на накопление фосфотриоз в листьях ячменя. Поскольку ДОАФ и ФГА в растениях образуются в процессе дыхания, фотосинтеза и глюконеогенеза, то для разграничения данных пулов фосфотриоз нами исследовалось влияние света на уровень этих соединений в зеленых и альбиносных проростках ячменя, а также в условиях ингибирования гликолиза и дыхательного процесса в целом.

Методика

В качестве объекта исследования использовали 8 – 13-дневные проростки ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта Роланд, выращенные в установке ТКШ-1 «Флора» при постоянном освещении светом люминесцентных ламп белого света ЛБУ-30 интенсивностью 5 Дж/м2×с. Альбиносные проростки получали из семян, обработанных 0,25%‑ным раствором стрептомицина. Перед опытом растения выдерживали в темноте в течение 24 часов. В качестве разобщителя дыхания и окислительного фосфорилирования использовали 0,001 М раствор 2,4-динитрофенола, гликолиз затормаживали 0,015 М раствором фторида натрия – ингибитором энолазной реакции. Срезанные листья помещали основаниями в воду и в растворы субстрата или ингибитора и освещали в течение 24 часов светом различной интенсивности. Опыты включали и темновой вариант. Содержание триоз определяли фотоколориметрическим методом [5] и рассчитывали в мкг/г сырого веса, используя калибровочную кривую для диоксиацетона. Опыты проводили в двух биологических повторностях и воспроизводили два – четыре раза. Полученные данные обработаны статистически методом парных сравнений. На рисунках представлены средние арифметические значения.

Результаты и обсуждение

Для выяснения условий, определяющих образование фосфотриоз в растениях, изучалось влияние освещения и экзогенного субстрата – 1%-ного раствора глюкозы – на биосинтез ДОАФ и ФГА в зеленых листьях ячменя (рис.1).

Рис. 1. Влияние света (12 Дж/м2×с) на содержание триоз в 10 – 11-дневных зеленых листьях ячменя в присутствии 1%-ного раствора глюкозы. Экспозиция 24 часа

Исследования показали, что содержание моносахаридов триоз в освещенных листьях было в 2,5 раза выше, чем в неосвещенных. Можно предположить, что увеличение уровня фосфотриоз произошло за счет новообразования их в цикле Кальвина в условиях интенсивного фотосинтеза. Присутствие экзогенного субстрата – 1%‑ного раствора глюкозы – стимулировало накопление ДОАФ и ФГА на свету, в результате чего уровень фосфотриоз превысил таковой у неосвещенных листьев в 2,8 раза. Накопление ДОАФ и ФГА в неосвещенных листьях на растворе глюкозы также имело место, но уровень их был всегда ниже, чем на свету, так как из-за отсутствия фотосинтеза в темноте накопление фосфотриоз шло только за счет дыхательного процесса.

Таким образом, представленные данные показывают положительное действие экзогенного субстрата – 1%-ного раствора глюкозы – на биосинтез фосфотриоз и стимулирующее действие света на данный процесс. Увеличение уровня фосфотриоз в темноте может быть связано с гликолизом и окислительным пентозофосфатным циклом, которые, вероятно, активируются при наличии глюкозы. Что касается работы этих окислительных процессов на свету, то в научной литературе имеются данные о функционировании гликолиза и окислительного пентозофосфатного цикла в разных зонах растущего листа ячменя [6]. Авторы указанной работы говорят о том, что в клетках меристематической зоны не происходит ингибирования гликолиза и окислительного пентозофосфатного цикла на свету. В зоне растяжения и зрелых клеток листа эти процессы ингибированы на 40 – 50 %. В наших исследованиях отмечено светозависимое увеличение уровня фосфотриоз в присутствии глюкозы – общего субстрата для этих окислительных процессов, поэтому можно предположить, что на свету пул фосфотриоз формируется и за счет дыхания.

Связь светозависимого накопления фосфотриоз с процессом дыхания проверяли на опытах: дыхательный процесс ингибировали 0,001 М раствором 2,4-динитрофенола – разобщителем дыхания и окислительного фосфорилирования (рис. 2).

Ингибирование в равной степени снизило уровень фосфотриоз в освещенных и неосвещенных листьях по сравнению с контролем. Следовательно, и на свету пул фосфотриоз в зеленых листьях ячменя пополняется ДОАФ и ФГА дыхательного метаболизма.

Рис. 2. Влияние света (12 Дж/м2×с) на содержание триоз в 10-дневных зеленых листьях ячменя в присутствии 0,001 М раствора 2,4-динитрофенола. Экспозиция 24 часа

С целью разделения пулов триоз фотосинтетического и дыхательного происхождения в опытах наряду с зелеными проростками использовали и альбиносные (рис. 3). Исследования показали, что альбиносные листья содержали несколько меньше фосфотриоз и их уровень не зависел от освещения, но в присутствии экзогенного субстрата светозависимое накопление наблюдалось и у альбиносов, что подтверждает полученные другими авторами данные [7] о стимулировании светом гликолиза и окислительного пентозофосфатного пути у альбиносов. Таким образом, исследования, проведенные на зеленых и альбиносных растениях, показали, что формирование пула фосфотриоз на свету происходит за счет ДОАФ и ФГА не только фотосинтетического, но и дыхательного происхождения.