Влияние синтетических этиленпродуцирующих регуляторов роста на активность основных NADPH — генерирующих ферментов плодов яблони

ВЛИЯНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ЭТИЛЕНПРОДУЦИРУЮЩИХ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА АКТИВНОСТЬ ОСНОВНЫХ NADPH-ГЕНЕРИРУЮЩИХ ФЕРМЕНТОВ ПЛОДОВ ЯБЛОНИ

Исследовано влияние двух синтетических этиленпродуцирющих фитогормонов — этрела (2-хлорэтилфосфоновой кислоты) и гидрела (бис-кислой гидразиновой соли этрела) на активность основных NADPН-генерирующих ферментов плодов яблони — малик-фермента (МФ, ЕС 1.1.1.40), являющимся ключевым ферментом обмена яблочной кислоты и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФДГ), ключевого фермента пентозофосфатного цикла (ПФЦ). Установлено, что обработка плодов яблони сортов Антоновка и Ренет Симиренко препаратами этрела и гидрела существенно стимулирует в них увеличение активности обоих NADPН-генерирующих ферментов в послеуборочный период. Увеличение ферментативной активности обуславливается цитоплазматическими формами ферментов. Обсуждается возможное участие малик-фермента и Г6ФДГ в послеуборочной жизни плодов.

Этрел и гидрел относятся к синтетическим этиленпродуцирующим регуляторам роста и созревания, которые проникнув во внутренную среду растений распадаются с образованием этилена — газообразного фитогормона, участвующего в координации роста и развития растений, в том числе и плодов. Эти препараты часто применяются для стимулирования созревания плодов и улучшения их органолептических показателей (1,2). Однако, биохимические основы их действия изучено недостаточно. Действующим началом обоих препаратов является этилен — наиболее загадочное биологическое активное соединение среди природных фитогормонов. Поэтому, изучение влияние препаратов этрела и гидрела на основные метаболические процессы растений поможет расширению наших пониманий о механизме действия самого этилена.

В настоящей работе представлены результаты экспериментов по влиянию этрела и гидрела на активность малик-фермента (МФ) и глюкоза-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФДГ) плодов яблони. Эти ферменты вносят существенный вклад в формирование восстановительного пула клетки (3−5). Первый из них является ключевым ферментом обмена малата, который наряду с углеводами служит одной из главных форм запасания органических веществ в яблоках (6), а второй — ключевым ферментом обмена глюкозы в пентозофосфатном цикле (ПФЦ) (7). Оба фермента занимают особое положение в обмене веществ и энергии и играют важную роль в метаболизме плодов.

Материалы и методы исследования

Объектами исследования служили плоды яблони (Malus domestica) сортов Антоновка и Ренет Симиренко, собранные в предклимактерический период. До начало экспериментов плоды хранились в холодных условиях при 4 °C. Обработка плодов этиленпродуцентами осуществлялась путем их погружения в соответствующие растворы препаратов этрела и гидрела в концентрациях 500 мг/л в течение 5 минут. Контрольные плоды обработались аналогичным способом дистиллированной водой. Яблоки высушивались и в течение 10 дней выдерживались при комнатной температуре. Этого промежутка времени было достаточно для полного созревания и старения плодов. Для определения ферментативной активности из каждого варианта брали по 5 яблок приблизительно одинаковых размеров и из каждого из них вырезали по 1 г. субэпидермальной ткани (т.е. 5 г из каждого варианта), которые гомогенизировали в 10 мл экстрагирующего раствора. Приготовление ферментного препарата для обоих ферментов было одинаковым и осуществлялось как описано ранее (3). Активность ферментов измеряли спектрофотометрически по интенсивности поглощения света при 340 нм.

Результаты и обсуждения

Синтетические биологические активные вещества, влияющие на естественное течение хода роста и развития растений нередко применяются для выяснения роли тех или иных биологических явлений в жизни плодов. К таким веществам относятся также этрел и гидрел. Будучи синтетическими этиленпродуциентами они применяются для ускорения и равномерного созревания плодов (8). В наших экспериментах они были использованы в качестве стимуляторов созревания для изучения функционирования основных NADPH-образующих ферментов в связи с созреванием и старением яблок. По нашему мнению такого рода исследования могут быт полезными как в выяснении роли малик-фермента и Г6ФДГ, так и в определении значения, регулируемые ими обмена яблочной кислоты и превращение глюкозы в ПФЦ в жизни плодов, соответственно.

Следует отметить, что все плоды, собранные в предклимактерический период хранились в холодных условиях до экспериментов. Биохимические процессы в таких плодах резко замедляются, а перенесение таких плодов в комнатные условия приводит к ускорению процессов созревания и старения. В наших опытах эти процессы в яблоках Антоновки завершались, приблизительно за неделю, а у сорта Ренет Симиренко — за 10 дней.

На рис. 1 показаны кривые изменения активностей малик-фермента и Г6ФДГ в контрольных плодах, т. е. в плодах обработанных дистиллированной водой.

этрел гидрел малик фермент.

Рис. 1 Изменение активности малик-фермента и Г6ФДГ в плодах яблони при созревании и старении в модельных опытах

Как видно из рисунка в течение указанных отрезков времени в обоих сортах яблок активность малик-фермента постепенно повышается, достигает своего максимума, а затем резко падает, т. е. повторяется типичное изменение активности фермента при созревании и старении климактерических плодов. Отрезок времени, когда повышается активность, соответствует дозреванию, а пик активности — завершению процессов созревания и наступлению старения плодов. Похожая картина обнаруживается и для Г6ФДГ. Это дает основание предположить что, оба NADPH-генерирующих фермента выполняют важную функцию в созревании плодов яблони.

Сравнительный анализ полученных данных, касающихся сортовых различий позволяет прийти к выводу о том, что, во-первых, в яблоках Антоновка, являющихся раннезимным сортом общий уровень активности обоих NADPH-генерирующих ферментов намного выше, чем в яблоках Ренет Симиренко, относящихся в позднезимнему сорту. Во-вторых, в обоих сортах яблок уровень активности малик-фермента значительно выше, чем Г6ФДГ. Эти наблюдения наводят на мысль что, возможно в яблоках Антоновки функционирование NADPH-генерирующих ферментов, а может быть и других биохимических реакций осуществляется на более высоком уровне, чем в яблоках Ренет Симиренко. Иными словами, сама скорость метаболизма в изученных сортах яблок является генетически детерминированной. На рис. 2 показано влияние препаратов этрела и гидрела на активность малик-фермента и Г6ФДГ при созревании и старении плодов Антоновка и Ренет Симиренко.

Рис. 2 Влияние этрела и гидрела на активность малик-фермента и Г6ФДГ плодов Антоновки (А) и Ренет Симиренко (Б)

Как видно из рисунка, синтетические регуляторы роста существенно стимулируют повышение активности NADPH-генерирующих ферментов в обоих сортах яблок. Стимулирующее действие регуляторов на активность в яблоках Антоновки начинает проявляться уже спустя сутки после обработки (рис.2а) и достигает своего максимума через 3 дня. Последующие сутки активность ферментов постепенно снижается, а в перезрелых плодах (7 и 8 сутки) практически прекращается. Причем, кривые изменения обоих ферментов очень похожи. Различия между активностями, главным образом, относятся к уровню ферментативных активностей. Малик-фермент в яблоках более активен, чем Г6ФДГ. Препараты этиленпродуцентов существенно отличались по своим стимулирующим действием на NADPH-образующие ферменты. Этрел более эффективно активировал функционирование обоих ферментов, чем гидрел. Видимо, внутриклеточное расщепление, а, следовательно, образование этилена из этрела происходит более интенсивно, чем из гидрела.

Аналогичная картина наблюдается и в экспериментах с яблоками Ренет Симиренко (рис. 2б), которые являются более поздними сортами и для полного созревания, которых требуется не 8 как у яблок Антоновка, а 10 дней. Спустя 5 суток после обработки под действием этрела активность малик-фермента достигает своего максимума, увеличивается по сравнению с первоначальным периодом почти 2 раза и превосходит аналогичную активность в контрольных плодах на 70%. А при действии гидрела эти значения составляют 1,7 и 30%, соответственно. В перезревших плодах стимулирующее действие обоих этиленпродуцентов практически прекращается. Приблизительно тоже самое можно сказать об изменении активности Г6ФДГ. В течение первых 5 суток активность Г6ФДГ постепенно увеличивалась, а препараты этрела и гидрела оказывали на него стимулирующие действие. Так, например, на 5-й день под действием этрела активность этого фермента по сравнению с начальным периодом возрастала на 80% и превосходила аналогичный процесс в контрольном варианте на 50%. Соответствующие значения для гидрела составляли 60 и 30%. В перезревших плодах влияние этиленпродуцентов минимален.

Таким образом, при созревании плодов Антоновки и Ренет Симиренко активность малик-фермента и Г6ФДГ существенно увеличивалась, а препараты этрела и гидрела способствовали этому процессу. Эти вещества также усиливали скорость созревания яблок (8). В перезрелых плодах активность обоих ферментов находятся на низком уровне и синтетические регуляторы на них фактически не влияют. Такое закономерное изменение активности NADPH-генерирующих ферментов и влияние на него этиленпродуцентов показывает, что малик-фермент и Г6ФДГ играют существенную роль в процессе созревания плодов яблони.

• 1. Кулиев А. А. Влияние регуляторов роста этрела и гидрела на некоторые показатели зрелости плодов. Сель./Хоз. Биология, 1982, т. 18, с. 165−170.
• 2. Салькова Е. Г., Звягинцева Ю. В. Влияние этрела на биохимические процессы при созревании плодов. Прикладная биохимия и микробиология, 1998, т. 13, с. 97−103.
• 3. Мамедов З. М., Кулиев А. А., Гюльахмедов С. Г., Салькова Е. Г. Изучение основных NADPH-генерирующих ферментов плодов яблони в модельных опытах. Прикладная биохимия и микробиология, 1998, т. 34, с. 193−198.
• 4. Drincovich M.F., Casati P., Andreo C.S. NADP-malic enzyme from plants: a ubiquitous enzyme involved in different metabolic pathways. FEBS Letters, 2001, v. 490 p. 1−6.
• 5. Eichhorn M., Corbus B. Die Glucose-6-phosphate dehidrogenase in Stoffwechsel photoautotropher organismen. Biochem. Phisiol. Ptlanzen, v 183, p 449−475.
• 6. Beruter J. Malate accumulation and changes in the activities of related enzymes during development of the apple fruit. J. Plant Physiol, v.121. p.331−341.
• 7. Heerden P.D., Villier M.F., Staden J., Kruger G.H. Dark chilling inereases glucose-6-phosphate dehydrogenase activity in soybean leaves. Physiol. Plantarum, 2003 v. 119, p. 221−230.
• 8. Кулиев А. А. Влияние этрела и гидрела на некоторые физиологические показатели зрелости плодов яблони Сель./Хоз. Биология 1986, том 20, с. 474−477.