Гормоны и регуляторы роста - необходимые компоненты питательных сред

27 Декабря в 21:43 1685 0


Помимо источников углерода, азота и других минеральных компонентов, среда для культивирования тканей многоклеточных организмов, таких как растения, должна содержать специфические стимуляторы и регуляторы роста: фитогормоны или их синтетические аналоги. Известно около 5 тыс. соединений, обладающих регуляторной активностью, однако на практике применяется лишь несколько десятков.

Известны три класса фитогормонов, действующих преимущественно как стимуляторы (ауксины, гибберелины, цитокинины), и два класса фитогормонов, оказывающих главным образом ингибирующее действие (абсцизовая кислота, этилен).

Ауксины - производные аминокислот: ИУК - триптофана, ФУК - фенилаланина. Природный ауксин в растениях встречается в основном в виде в-индолил-3-уксусной кислоты (гетероауксином) - ИУК, второй представитель этого класса фитогормонов — фенилуксусная кислота, однако его роль в фиторегуляции значительно меньше ИУК.

Ауксин играет важную роль в процессах регенерации при размножении каллусных клеток; в процессе образования придаточных и боковых корней, луковиц, при заложении вегетативных почек.

Механизм действия ауксина на рост клетки связывают с активацией - выкачивающего насоса в плазмолемме.

Происходит подкисление клеточной стенки, что приводит к разрыву целлюлозных и пектиновых полимеров. Это облегчает растяжение растущей клетки под действием тургорного давления.

Избыток ауксина разрушается ИУК-оксидазой.

Синтетические ауксины. Для практических целей в сельском хозяйстве часто применяют не ИУК, а синтетические ауксины, так как они в растениях не разрушаются ИУК-оксидазой. Молекулы синтетических ауксинов имеют разную структуру, но содержат ароматическое или гетероциклическое кольцо, боковая часть которого представлена остатком алифатической кислоты. По действию синтетические ауксины относят: к сильным - индолил-3-масляная кислота (ИМК), а-нафтил-1-уксусная кислота (НУК), 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д); слабым - фенилуксусная кислота (ФУК), фенилмасляная (ФМК).

Гиббереллины обнаружены в 20-е гг. японскими исследователями в виде продуктов обмена веществ Fusarium moniliforme - конидиальной (споровой) стадии сумчатого гриба (аскомицета) Gibberellafujikuroi.

Гиббереллины - это дитерпеноиды с тетрациклическим гиббереллановым скелетом из 19-20 С-атомов. В тканях растений одновременно встречаются несколько гиббереллинов, а в процессе онтогенеза их набор и соотношение изменяются.

Подобно ауксинам, гиббереллины оказывают множественные действия: стимулируют рост в фазе растяжения и деления клеток (например, камбия), вызывают рост плодов. Рост в фазе растяжения стимулируется одновременно действием гиббереллинов и ауксина. В других случаях гиббереллины могут выступать как антагонисты ауксина, например задерживать рост придаточных корней. Для практических целей наиболее часто используют гибберелловую кислоту (А3).

Цитокинины были открыты как фактор, регулирующий деление клеток в культуре изолированных тканей и названный кинетином (от слова «кинез» деление). Другой природный цитокинин назван зеатином, так как был выделен из семян кукурузы в стадии молочной спелости.

Сейчас известно еще 12 цитокининов, их химическое строение близко к строению зеатина. Показана высокая кининовая активность и у дифенилмочевины и ряда ее производных. В процессе эволюции этот класс фитогормонов, так же как и ауксины, начал формироваться очень рано. Цитокинины широко распространены в растительном мире: от водорослей до цветковых растений. Соединения с цитокининовой активностью обнаруживаются уже у бактерий.



Цитокинины представляют собой N-замещенные производные аденина и синтезируются в растении из двух главных предшественников — мевалоновой кислоты и 5'-АМФ. Возможен синтез цитокининов из продуктов распада некоторых тРНК, содержащих модифицированный аденозин.

Действие цитокининов проявляется прежде всего в ускорении клеточных делений, что опосредуется усилением синтеза ДНК, РНК, белков. Благодаря этому замедляется старение клеток и повышается их устойчивость к неблагоприятным факторам среды. Во многих случаях для проявления действия цитокининов необходимо присутствие ауксина или одновременно и ауксина, и гиббереллинов. Под действием кинетина происходит рост активности многих ферментов.
Применение фиторегуляторов в культуре изолированных тканей (табл. 4.3).

Фитогормоны в культуре изолированных тканей необходимы для дедифференцировки клеток и индукции клеточных делений. Поэтому чтобы получить каллусные ткани, в состав питательных сред обязательно должны входить ауксины, вызывающие клеточную дедифференцировку, и цитокинины, индуцирующие деление клеток. В случае индукции стеблевого морфогенеза содержание ауксинов в среде может быть снижено или они могут быть полностью исключены из питательной среды.

Таблица 4.3. Фитогормоны и их синтетические аналоги, наиболее часто используемые в культуре изолированных тканей (данные Н.В. Зобовой)
Фитогормоны и их синтетические аналоги, наиболее часто используемые в культуре изолированных тканей (данные Н.В. Зобовой)

На безгормональной среде растут опухолевые и «привыкшие» ткани, Автономность этих клеток по отношению к обоим гормонам или к одному из них связана со способностью их продуцировать.

Чаще всего в качестве источника ауксинов в питательных средах используется 2,4-Д (2,4-дихлорфенокисиуксусная кислота), ИУК (индолилуксусная кислота), НУК d -нафтилуксусная кислота). Для получения рыхлого, хорошо растущего каллуса чаще применяют 2,4-Д. ИУК почти в 30 раз менее активна, чем 2,4-Д. В качестве источников цитокининов в искусственных питательных средах используется кинетин, 6-БАП (6-бензиламинопурин), зеатин.

6-БАП и зеатин проявляют более высокую активность в поддержании роста изолированных тканей и индукции органогенеза по сравнению с кинетином. Смешанными функциями обладают абсцизовая, коричная и гибберелловая кислоты, флороглюцинол, 2,2-диметилгидразид янтарной кислоты. Из гиббереллинов в составе культуральных сред используют гибберелловую кислоту как наиболее доступную для индукции побегообразования у цитрусовых и для поддержания роста суспензионных культур.

Цитокинины в состав сред включают для стимуляции клеточного деления в каллусных и суспензионных культурах, в культурах протопластов, при регенерации проростков из соматических эмбриоидов или стеблевых почек. Абсцизовую кислоту применяют при культивировании протопластов.

Н.А. Воинов, Т.Г. Волова
Похожие статьи
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы