Метаболізм сахарози і його регуляція в рослинах з різним складом запасних вуглеводів

Варіант	Маса корене-плоду, г	Уро-жай, т/га	Цукрис-тість	Не-цукри	Вихід цукру із 1 корене-плоду, г	Збір цукру, т/га	Прибавка до конт-ролю, %
			%

Уладівська однонасіннева-35

Контроль	560	41,4	19,0	4,7	106	7,8	-

Обробка у фазу 6-8 листків

Емістим С	695*	51,4*	18,7	7,1	130	9,6	23
Бетастимулін	710*	52,5*	18,5	6,1	131	9,7	24

Обробка в період інтенсивного цукронакопичення

Емістим С	640*	47,4*	18,2	4,8	117	8,6	10
Бетастимулін	760*	56,2*	19,2	2,9	146	10,8	39

Обробка в обидва періоди

Емістим С	600	44,4	20,0*	4,4	120	8,9	14
Бетастимулін	695*	51,4*	18,8	4,6	130	9,7	24
НІР 05	56	4,2	0,4			0,29

Український ЧС-70

Контроль	610	45,1	18,7	5,1	114	8,4	-

Обробка у фазу 6-8 листків

Емістим С	680*	50,3*	18,5	5,0	126	9,3	11
Бетастимулін	750*	55,5*	19,8*	3,8	149	11,0	31

Обробка в період інтенсивного цукронакопичення

Емістим С	710*	52,5*	18,6	5,4	132	9,8	17
Бетастимулін	630*	46,6	19,9*	2,6	125	9,3	11

Обробка в обидва періоди

Емістим С	760*	56,2*	18,9	3,2	144	10,6	26
Бетастимулін	780*	57,7*	19,5*	4,5	152	11,2	33
НІР 05	54	4,0	0,5			0,19

*Різниця достовірна при Р = 0,05 відносно до контролю.

При обробці бетастимуліном посівів сорту УО-35 у період інтенсивного цукронакопичення збільшення збору цукру на 3,0 т/га досягалось, в основному, за рахунок урожайності, а гібриду УЧС-70 - у фазу 6-8 листків збір цукру збільшувався на 2,6 т/га як за рахунок цукристості, так і урожайності.

Таким чином, при вирощуванні сортів і гібридів цукрових буряків для збільшення продуктивності при високій доброякісності цукросировини обробка емістимом С чи бетастимуліном повинна проводитись з урахуванням періоду вегетації, або проводитись двічі - у фазу 6-8 листків і в період інтенсивного цукронакопичення.

Метаболічні процеси в старіючих листках і їх регуляція екзогенними гормонами і РРР. З метаболізмом цукрів пов'язані глибокі біохімічні процеси, які відбуваються при старінні листків [Daia N. at al., 1998]. Старіння генетично запрограмовано в онтогенезі рослин, але може піддаватись і гормональному контролю [Quirino B.F. at al., 2000], проте даних про гормональний контроль метаболізації асимілятів у зв'язку із старінням недостатньо. Збереження листкового апарату до кінця вегетації - необхідна умова інтенсивного цукронакопичення. Досягти цього можна шляхом упередження передчасного відмирання старих листків, особливо, листків другого десятка.

Функціональний стан листків другого десятка (12-14) визначали за активністю СФС, вмістом хлорофілу і білка на різних стадіях їх росту: в ювенільних, які досягли 25 % максимальної площі, зрілих, що закінчили ріст і в старих пожовклих листках. По мірі старіння листків виявлено зниження вмісту хлорофілу і білків, активність СФС становила 12 % від максимальної Сакало, Курчий, 2003.

Гормональні препарати суттєво впливали на активність СФС при старінні (рис. 9) Сакало, Курчий, 2004. По мірі росту листків, коли вони із акцепторів перетворювалися в донори асимілятів, гормональні препарати активували СФС. У старих листках при значному зниженні активності СФС у контролі, БАП, ІОК, їх суміш, ГК₃ у 2-2,5 раза активували фермент, значно стримували зниження рівня хлорофілу, білків, що свідчить про можливість гормональної регуляції біосинтетичних процесів при старінні.

Подвійна обробка цукрових буряків у фазу 6-8 листків та в період інтенсивного цукронакопичення РРР - емістимом С чи бетастимуліном, також впливала на динаміку змін активності СФС. У молодих листках активність ферменту низька і РРР її не активували Сакало, Пономаренко, Курчий, 2001. По мірі росту, коли листки досягали фізіологічної зрілості і виконували донорну функцію, активність СФС підвищувалась, при цьому емістим С активував її на 120 %, бетастимулін - на 265 %. У подальшому активність СФС зрілих, а потім старіючих листків знижувалась, обробка РРР уповільнювала цей процес, тому активність ферменту залишалась у 3-4 раза вищою. Високий рівень активності СФС, зниження деструкції хлорофілу і білків, викликані екзогенними гормонами чи РРР, підвищували життєдіяльність листків у кінці вегетації.

Активація СФС при обробці рослин емістимом С і бетастимуліном спричиняла і підвищення активності СС. В той же час, при прямій дії на ізольовані ферменти емістим С активував СФС на 68 317 %, бетастимулін - на 50 130 %, а на СС вони не впливали (табл. 11) Сакало, Пономаренко, Курчий, 2001.

Ймовірно, що регуляція СС здійснюється не безпосередньо РРР - емістимом С чи бетастимуліном, а сахарозою, інтенсивний синтез якої в листках і високий вміст у судинно-провідних пучках свідчать про регуляторну взаємодію двох ферментів - СФС і СС у процесах цукронакопичення. Підтвердженням цієї точки зору є встановлений факт здатності сахарози регулювати експресію гена СС Usuda H. et al., 1999.

Таблиця 11 Регуляція екзогенними регуляторами росту сахарозофосфатсинтази і сахарозосинтази цукрових буряків (мкмоль продукту / г тканини год)

Варіант	Маса корене-плоду, г	При обробці рослин	При прямій взаємодії з ферментом
		СФС	СС	СФС	СС
Контроль	325 15	28,5 0,1 100	11,7 0,3 100	28,5 0,1 100	11,7 0,3 100
Емістим С	440 20*	78,4 0,2* 275	16,8 0,2* 144	92,7 1,2* 326	13,6 0,4* 116
Бетастимулін	440 20*	65, 9 0,9* 231	17,9 0,1* 153	64,2 0,2* 225	12,2 0,4 105
Контроль	585 25	9,1 0,1 100	15,5 0,5 100	9,1 0,1 100	15,5 0,5 100
Емістим С	730 30*	30,3 0,3* 333	19,2 0,2* 124	38,1 0,3* 418	13,7 0,0 88
Бетастимулін	670 20*	15, 9 0,5* 174,7	12,9 0,5 83	14,5 0,5* 159	13,6 0,2 87,7

* Різниця достовірна при Р = 0,05 відносно до контролю

Допосівна обробка насіння. Важливим елементом сучасних технологій вирощування сільськогосподарських культур є допосівна обробка насіння. Допосівна обробка насіння РРР стимулює ріст листкового апарату, збільшує вміст білків і хлорофілу, активність СФС, відтік сахарози в коренеплоди, активує СС в першій половині вегетації (табл. 12) Сакало, Курчий, 2002.

Таблиця 12 Вплив допосівної обробки насіння цукрових буряків РРР на активність ферментів і біометричні показники (7.08)

Показники	Контроль	Емістим С	Бетастимулін
Активність СФС (мкмоль сахарози /г тканинигод)	117,3 15,1	290,6 20,3	260,4 18,4
Активність СС (мкмоль фруктози /г тканинигод)	11,1 0,1	20,9 2,5	18,0 1,6
Маса листків, г / рослину	103 5,0	150 6,0	130 3,0
Площа листової поверхні, дм2 / рослину	26,8 2,0	42,6 3,8	37,4 3,0
Хлорофіл, мг / дм2 тканини	3,7 0,1	3,9 0,05	4,2 0,1
Білок, мг/г тканини	55,5 0,5	60,4 2,5	59,4 0,5
Сахароза, % сирої маси листка	0,42 0,01	0,63 0,04	0,52 0,02
Сахароза, % сирої маси судинно-провідних пучків	7,0 0,2	9,6 0,3	8,2 0,2

У ступені активації СФС в онтогенезі спостерігаються сортові відмінності. Так, у сорту БЦО-45 активація емістимом С у першу половину вегетації була на 3438 %, бетастимуліном - на 13 % у середині вегетації. У сорту УО-35 ці РРР у 2,5 раза активували фермент у період інтенсивного цукронакопичення, а у гібриду УЧС-70 протягом всієї вегетації активація емістимом С була на 3080 %, бетастимуліном - на 2453 %.

Виявлені нами сортові відмінності в рівні активації СФС як при обприскуванні листків, так і при допосівній обробці насіння РРР, можна пояснити різним рівнем ендогенних фітогормонів і їх змінами протягом вегетації, що властиве різним сортам та гібридам. Допосівна обробка насіння РРР впливала на продуктивність і якість цукрових буряків (табл. 13) Пономаренко, Сакало, Курчий, 2000. Так, у БЦО-45 і УЧС-70 підвищувалась цукристість при незмінній масі коренеплодів, у УО-35 вихід цукру збільшувався за рахунок маси коренеплодів при високій доброякісності цукросировини.

Таблиця 13 Вплив допосівної обробки насіння регуляторами росту на продуктивність цукрових буряків

Варіанти	Маса корене-плоду, г	Сахароза	Нецукри	Сахароза, % сухої речовини	Вихід цукру із 1 коренеплоду, г
		% сирої речовини

Білоцерківська однонасіннева-45

Контроль	418	17,2	9,3	63,2	71,8
Емістим С	420	17,7*	7,3	68,2	74,3*
Бетастимулін	420	18,0*	7,3	71,1	75,6*
НІР 05	30	0,3

Уладівська однонасіннева-35

Контроль	360	19,4	8,5	69,5	69,8
Емістим С	420*	19,1	7,5	71,8	80,2*
Бетастимулін	420*	19,4	7,4	72,4	81,5*
НІР 05	20	0,1

Український ЧС-70

Контроль	560	15,4	9,2	62,6	86,2
Емістим С	615*	16,0*	8,9	64,2	98,4*
Бетастимулін	550	16,6*	7,8	68,0	91,3*
НІР 05	25	0,2

*Різниця достовірна при Р = 0,05 відносно до контролю.

Отримані нами експериментальні дані і випробування, що проводяться на полях дослідних станцій, свідчать про те, що емістим С і бетастимулін є ефективними для практичного використання препаратами, які в низьких концентраціях як при обприскуванні посівів, так і при допосівній обробці насіння цукрових буряків інтенсифікують метаболічні процеси і підвищують продуктивність культури.

Метаболізм сахарози в коренеплодах цукрових буряків при зберіганні

Одним із факторів, які знижують вихід цукру при переробці цукрових буряків, є підв'ялення коренеплодів, пов'язане з їх несвоєчаcною переробкою і несприятливими умовами зберігання. Втрата води призводить до змін метаболізму, одним із етапів якого є розщеплення сахарози сахарозосинтазою і інвертазою. Вивчення особливостей функціонування ферментів розщеплення і гідролізу сахарози в коренеплодах цукрових буряків показало, що при підв'яленні, в основному, активується СС, оскільки активність нейтральної інвертази низька, і її активація виявлена тільки в периферичній зоні при 6 і 14 % втрати води (табл. 14) Сакало, Тылту, 1997.

Таблиця 14 Активність сахарозосинтази і нейтральної інвертази коренеплодів цукрових буряків при підв'яленні (фруктоза, мкмоль / мг білка год)

Час збирання коренеплодів	Втрата маси, %	Сахарозосинтаза	Нейтральна інвертаза
		Периферична зона	Центральна зона	Периферична зона	Центральна зона
6.09	0 (контроль) 6 14	4,1 0,1 100 8,90,1* 217 6,8 0,2* 166	3,4 0,4 100 6,2 0,8* 182 5,2 0,4* 153	1,75 0,25 100 2,5 0,3* 143 2,1 0,3* 120	1,9 0,1 100 2,15 0,1* 113 1,45 0,15 76
29.09	0 (контроль) 13 20	3,8 0,2 100 5,7 0,1* 150 6,2 0,2* 163	5,2 0,4 100 7,2 0,6* 138 7,2 0,4* 138	1,6 0,2 100 1,70,2 106 1,2 0,2 75	1,5 0,2 100 1,15 0,15 76 1,4 0,2 93

* Різниця достовірна при Р = 0,05 відносно до контролю

Підв'ялення викликає активацію СС не тільки в периферичній зоні, але і поширюється по всій товщині коренеплоду, хоча активація ферменту в центральній зоні менш інтенсивна. У підв'яленних коренеплодів знижується співвідношення реакцій синтез/розщеплення сахарози. Втрата сахарози виражається у зниженні коефіцієнта сахароза/нецукри, який у вегетуючих рослинах є показником фізіологічної зрілості коренеплодів Павлинова, 1976, а при їх зберіганні свідчить про використання сахарози на дихання. Одночасно збільшується частка моносахаридів. З огляду на те, що активність інвертази підтримується на низькому рівні, вважаємо, що саме СС є ферментом, який включає сахарозу в метаболізм при зберіганні коренеплодів.

Оскільки при підв'яленні коренеплодів активуються енергетичні процеси, а сахароза є основним субстратом для гліколізу Sung et all., 1988, першим кроком включення продуктів її розщеплення є фосфорилювання фруктози. Активація СС при зберіганні і пов'язане з нею вивільнення фруктози корелює з активацією специфічної фруктокінази, утворений при цьому фруктозо-6-фосфат є першим у ланцюгу реакцій гліколізу і дихання. Гексокіназа, яка фосфорилює глюкозу при незначному підв'яленні, активувалась дуже слабо, а при більш глибокому (13 %) - інактивувалась. Перетворення фруктозо-6-фосфату в глюкозо-6-фосфат глюкозофосфатізомеразою, а також використання глюкозо-6-фосфату в ПФЦ, що здійснюється глюкозо-6-фосфатдегідрогеназою, при підв'яленні інгібується. Таким чином, СС, яка розщеплює сахарозу з утворенням фруктози і фруктокіназа, що її фосфорилює, визначають включення дисахариду в процеси гліколізу і дихання.

Регуляція фізіологічно активними речовинами активності сахарозосинтази і інвертази при короткотерміновому зберіганні коренеплодів. Для запобігання втрат сахарози, які мають місце при короткотерміновому зберіганні коренеплодів на цукрових заводах, виникла потреба пошуку ФАР, які здатні інгібувати фермент СС. Проведений скринінг ФАР дав можливість виділити із 25 речовин три - метіур, триман, оксалін похідні метилпіридіну, які в концентраціях 0,01 - 0,1 - 0,2 % інгібували СС і інвертазу при безпосередній взаємодії з ферментним препаратом. Ці препарати більше інгібували розщеплення сахарози сахарозосинтазою, а її синтетична направленність або залишалась без змін (оксалін), або активувалась (триман), що в кінцевому результаті приводило до збільшення відношення синтез/розщеплення з 2,1 у контролі до 610 в досліді. Метіур і оксалін у концентраціях 0,01 - 0,1 - 0,2 % інгібували і нейтральну інвертазу.

Вплив ФАР на ізольовані ферменти дає обгрунтування для практичного застосування їх на коренеплодах з метою зниження втрат цукру при зберіганні. Обробка коренеплодів 0,2 % оксаліном знижувала активність СС у реакції розщеплення сахарози (табл. 15) Сакало, Пономаренко, Боровикова, 1998, на нейтральну інвертазу вона не впливала, а кисла інвертаза, дуже низька активність якої виникла при зберіганні, була повністю інгібована.

Таблица 15 Активність ферментів розщеплення сахарози в коренеплодах цукрового буряка, оброблених при зберіганні оксаліном (мкмоль сахарози / мг білка год)

Варіант	Сахарозосинтаза	Синтез/ розщеплення	Нейтральна інвертаза	Кисла інвертаза
	Розщеплення	Синтез
Контроль (29.10)	3,550,05	4,20,1	1,2	0,90,02	0,0
Контроль (02.12)	2,30,02 100	4,90,2 100	2,1	0,80,01	0,50,01
Оксалін 0,2%	0,560,01 76	2,50,05 49	3,8	1,00,05	0,0

Примітка: над рискою - активність, під рискою % інгібування

В оброблених ФАР коренеплодах падіння вмісту сахарози при зберіганні уповільнювалось. Так, уже після 1 доби зберігання коренеплодів втрати сахарози на суху речовину становили 4,2 %, а при обробці 0,2 % оксаліном - 2,4 %, 0,1 % триманом - 2,3 %. Після 10 діб зберігання в контрольних коренеплодах зниження сахарози становило 8,2 %, в оброблених оксаліном - 4,9 %, триманом - 5,9 %. При цьому в оброблених ФАР коренеплодах доброякісність цукросировини (відношення вмісту сахарози до сухої речовини) висока, на 3050 % знижується вміст моносахаридів, які негативно впливають на цукровиробництво.

Випробування показали, що ФАР триман і оксалін здатні інгібувати СС, яка включає сахарозу в метаболізм при зберіганні коренеплодів і, таким чином, зменшувати втрати цукру.

Висновки

Установлено ряд закономірностей, які поглибили і уточнили наші знання про функціонування ключових ферментів синтезу сахарози, її подальшого метаболізму і утворення запасних продуктів у найважливіших для України сільськогосподарських рослинах - картоплі, кукурудзі і цукрових буряках. Розвинута концепція про те, що функція цукронакопичення в різних сортах, гібридах та видах дикого буряка пов'язана тільки з кількісною регуляцією синтезу і активності сахарозосинтази та забезпечується регуляторною взаємодією двох метаболічних шляхів - сахарозофосфатсинтази і сахарозосинтази, здійснюваною сахарозою. Експериментально обгрунтована можливість регуляції цукронакопичення через вплив фізіологічно активними речовинами на ферментні системи, які відповідають за синтез і метаболізм сахарози, що дало можливість розробити практичні рекомендації з підвищення продуктивності цукрових буряків. Отримані експериментальні дані і зроблені на їх основі теоретичні узагальнення роблять суттєвий внесок у пізнання механізмів регуляції крохмале- та цукронакопичення, розробку нових технологій ефективного застосування фізіологічно активних речовин в сільському господарстві.

Експериментально обгрунтована участь сахарозосинтази в регуляції крохмального синтезу в крохмальзапасаючих рослинах - бульбах картоплі, насінні кукурудзи. Інтенсивний синтез крохмалю може забезпечити тільки взаємодія двох ферментів, синтезуючих АДФГ - сахарозосинтази і пірофосфорилази.

Метаболітний і білковий склад строми амілопластів, його варіабельність в онтогенезі і при зберіганні бульб картоплі, здатність включати глюкозу із глюкозо-1-фосфату і сахарози в крохмаль, свідчить про можливість синтезу в амілопластах не тільки крохмалю, а і його попередників - НДФЦ і активну роль пластид в біосинтезі крохмалю.

Очищена сахарозосинтаза із коренеплодів цукрових буряків. Установлено, що фермент є олігомером, що складається із різного числа ідентичних за молекулярною масою субодиниць: основна форма - тетрамер з молекулярною масою 400 кД, дві інші - високомолекулярні форми з молекулярною масою 550 і 750 кД, молекулярна маса субодиниці - 95 кД.

Молекулярні форми СС відрізняються за питомою активністю, вмісту в клітині, спрямованістю реакції, оптимуму рН і відношенню до іону Mg. Дослідження кінетики молекулярних форм сахарозосинтази свідчать, що тетрамер має гіперболічні, а високомолекулярні форми - сигмоподібні криві залежності швидкості реакції від концентрації субстратів.

Виявлені відмінності за вмістом, питомою активністю і кінетикою молекулярних форм сахарозосинтази в онтогенезі цукрових і кормових буряків. Функція цукронакопичення пов'язана, в основному, із збільшенням вмісту і активності тетрамеру, а високомолекулярні форми, скоріш за все, виконують регуляторну роль у процесах синтезу і розщеплення сахарози. Незважаючи на біохімічну гетерогенність, молекулярні форми СС імунохімічно ідентичні, що передбачає їх структурну гомологію.

Сахарозосинтаза сортів, гібридів та видів диких буряків, які відрізняються рівнем накопичення сахарози, імунохімічно ідентична, тобто, підвищення функції цукронакопичення не пов'язано із структурними змінами сахарозосинтазного білка, а здійснювалось тільки за рахунок кількісної регуляції його синтезу та активності.

Сахарозосинтаза рослин, що накопичують крохмаль (бульби картоплі, насіння кукурудзи) або інулін (топінамбур) імунохімічно має лише часткову гомологію з ферментом коренеплодів цукрових буряків, а значить фермент із рослин, які відрізняються складом запасних вуглеводів, структурно не ідентичний.

Установлена гормональна регуляція активності сахарозофосфатсинтази. В період інтенсивного цукронакопичення екзогенні БАП, ІОК, ГК₃, 2,4 Д активували фермент як при обробці листків, так і при безпосередній взаємодії з ним.

Обробка посівів цукрових буряків РРР - емістимом С і бетастимуліном стимулювала розвиток і функціонування листкового апарату, синтез сахарози сахарозофосфатсинтазою і її відтік у коренеплоди, що, в свою чергу, активувало сахарозосинтазу, ріст коренеплодів і виражалось у підвищенні продуктивності при збереженні доброякісності цукросировини.

Залежно від сорту та термінів обробки посівів цукрових буряків емістим С підвищував урожайність на 1124 %, збір цукру на 1026 %, бетастимулін - на 3,335,7 % та 1033 % відповідно, що було основою для практичних рекомендацій з вирощування культури [Деклараційні патенти: № 39662, 2001; № 39663, 2001].

Сахарозосинтаза при прямій взаємодії з гормонами (БАП, ІОК, ГК₃, 2,4 Д) та РРР (емістимом С і бетастимуліном) не активувалась, а процес цукронакопичення забезпечувався регуляторною взаємодією двох ферментів - СФС і СС, яка здійснювалась сахарозою, синтезованою в листках.

При старінні листків цукрових буряків відбувалось зниження активності СФС, вмісту хлорофілу і білків. Активуючи біосинтетичні процеси, екзогенні гормони (БАП, ІОК, ГК₃, 2,4 Д) і регулятори росту рослин (емістим С та бетастимулін) стимулювали функціональну активність листків у кінці вегетації.

Допосівна обробка насіння емістимом С і бетастимуліном активувала ростові процеси, сахарозофосфатсинтазу, відтік сахарози, її метаболізм у коренеплодах, що підвищувало продуктивність цукрових буряків, збільшувався збір цукру на 1314 % [Деклараційний патент № 34684, 2001].

При зберіганні коренеплодів цукрових буряків у несприятливих умовах відбувалась активація сахарозосинтази, що призводило до втрат сахарози і включенню продуктів її розщеплення в гліколіз і дихання. Установлена можливість інгібування ферменту фізіологічно активними речовинами: 0,2 % оксалін і 0,1 % триман знижували втрати цукру в 1,5 2 рази.

Список опублікованих за темою дисертації робіт

1. Лобов В.П., Бондарь П.И., Сакало В.Д. Амилопласты. - Киев: Наукова думка. - 1982. - 139 С.

2. Сакало В.Д., Горовая Л.П. Ферменты биосинтеза нуклеозиддифосфатсахаридов и крахмала в клубнях картофеля // Физиология и биохимия культ. растений . - 1979. - 11, № 1. - С. 147-152.

3. Сакало В.Д. Крахмалсинтезирующие ферменты запасающих тканей растений // Физиология и биохимия культ. растений. - 1979. - 11, № 5. - С. 493-504.

4. Сакало В.Д., Лобов В.П. Активность ферментов углеводного метаболизма в эндосперме семян кукурузы// Физиология и биохимия культ. растений. - 1983. - 15, № 2. - С. 116-121.

5. Сакало В.Д., Чибисова Н.Н., Лобов В.П. Метаболиты стромы амилопластов клубней картофеля // Физиология и биохимия культ. растений . - 1984. - 16, № 1. - С. 12-17.

6. Лобов В.П., Сакало В.Д., Подгаецкий А.А. Особенности крахмалообразования в онтогенезе двух сортов картофеля // Физиология и биохимия культ. растений. - 1984. - 16, № 5. - С. 424-429.

7. Лобов В.П., Сакало В.Д. Белки амилопластов клубней картофеля // Физиология и биохимия культ. растений. - 1985. - 17, № 3. - С. 242-249.

8. Сакало В.Д., Лобов В.П. Молекулярные формы сахарозосинтазы корнеплодов сахарной свеклы // Физиология растений. - 1988. - 35, № 4. - С. 747-755.

9. Сакало В.Д., Лобов В.П. Характеристика молекулярных форм сахарозосинтазы корнеплодов сахарной свеклы // Физиология растений. - 1992. - 39, № 2. - С. 290-299.

10. Сакало В.Д., Лукашова Р.Г. Иммунохимическая характеристика сахарозосинтазы из запасающих органов растений // ДАН Украины. Сер. Б. -1992. - № 6. - С. 148-150.

11. Сакало В.Д. Активация сахарозосинтазы в “стареющих” тканях корнеплодов сахарной свеклы // Физиология и биохимия культ. растений. - 1993. - 25, № 1. -С. 66-72.

12. Сакало В.Д. Активность и ммунохимические свойства сахарозосинтазы из различных органов свеклы // Физиология и биохимия культ. растений. - 1993. - 25, № 2. - С. 164-169.

13. Сакало В.Д., Лукашова Р.Г. Активность и ммунохимическое сравнение сахарозосинтазы из запасающих органов растений // Физиология растений. - 1993. - 40, № 2. - С. 265-270.

14. Сакало В.Д. Роль сахарозосинтазы в метаболизме растений // Физиология и биохимия культ. растений. - 1993. - 25, № 6. - С. 523-533.

15. Сакало В.Д., Дульнев П.Г., Лаврентович Д.И., Савченко Н.П., Нагорная Р.В. Влияние предпосевной обработки семян физиологически активными веществами на активность ферментов метаболизма сахарозы и продуктивность сахарной свеклы // Физиология и биохимия культ. растений. - 1995. - 27, № 1-2. - С. 35-41.

16. Сакало В.Д., Князев В.А., Фень С.А., Тылту А.С., Швецова Л.А. Расщепление сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы при подвяливании // Физиология и биохимия культ. растений. - 1995. - 27, № 1-2. - С. 86-92.

17. Сакало В.Д. Транспорт, биосинтез и отложение в запас хозяйственно-ценных соединений у важнейших сельскохозяйственных культур // Физиология и биохимия культ. растений. - 1996. - 28, № 1-2. - С. 89-101.

18. Сакало В.Д., Князев В.А., Швецова Л.А., Тылту А.С., Борисова Л.Т. Метаболизм сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы при подвяливании // Физиология и биохимия культ. растений. - 1997. - 29, № 1. - С. 56-62.

19. Сакало В.Д., Тылту А.С. Ферменты углеводного обмена в корнеплодах сахарной свеклы при их краткосрочном хранении в неоптимальных условиях // Физиология растений. - 1997. - 44, № 1. - С. 83-90.

20. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Киризий Д.А., Курчий В.М. Влияние регуляторов роста растений на метаболизм сахарозы в сахарной свекле // Физиология и биохимия культ. растений. - 1998.- 30. - № 4. - С. 271-278.

21. Сакало В.Д., Киризий Д.А., Курчий В.М. Особенности биосинтеза и метаболизма сахарной и дикой свеклы // Физиология и биохимия культ. растений. - 1999. - 31, № 5. - С. 333-339.

22. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Курчий В.М. Регуляция эмистимом С и бетастимулином метаболизма сахарозы и продуктивности сахарной свеклы // Агрохимия. - 2001. - № 10. - С. 49-55.

23. Сакало В.Д., Пономаренко С.П. Регуляція фізіологічно активними речовинами синтезу і метаболізму сахарози в цукрових буряках (Beta vulgaris L). Глава монографії // Фізіологія рослин в Україні на межі тисячоліть. - т. 1. - Київ, 2001.- с. 388-391.

24. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Курчий В.М. Влияние экзогенных регуляторов роста на сахарозосинтезирующую способность сахарной свеклы (Beta vulgaris L). // Физиология и биохимия культ. растений. - 2001. - 33, № 1. - С. 20-27.

25. Сакало В.Д., Курчий В.М. Влияние предпосевной обработки семян сахарной свеклы регуляторами роста на метаболизм сахарозы и продуктивность // Физиология и биохимия культ. растений. - 2002. - 34, № 2. - С. 113-120.

26. Сакало В.Д. Роль и регуляция ключевого фермента биосинтеза сахарози - сахарозофосфатсинтазы // Физиология и биохимия культ. растений. - 2002. - 34, № 6. - С. 463-474.

27. Сакало В.Д., Курчий В.М. Влияние физиологически активных веществ на синтез и метаболизм сахарозы при старении листьев сахарной свеклы // Физиология и биохимия культ.растений. - 2003. - 35, № 5. - С. 441-446

28. Сакало В.Д., Курчий В.М. Гормональная регуляция сахарозофосфатсинтазы и сахарозосинтазы сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) // Физиология растений. - 2004. - № 2.- С. 205-210.

29. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Курчий В.М. Влияние сроков обработки сахарной свеклы эмистимом С и бетастимулином на метаболизм сахарозы и продуктивность // Агрохимия. - 2004. - № 5. - С. 59-65.

30. Сакало В.Д. Изменения метаболитного состава амилопластов клубней картофеля при хранении // Сб. Регуляция физиологических функций растений. - 1986. - К. Изд. Наукова думка. - С. 142-147.

31. Сакало В.Д., Лобов В.П. Очистка и иммунохимические свойства сахарозосинтазы корнеплодов сахарной свеклы // Физиолого-биохимические основы продуктивности сахарной свеклы / Сборник трудов. - Киев: ВНИС, 1989. - С. 95-103.

32. Князев В.А., Сакало В.Д., Швецова Л.А., Фень С.А., Тылту А.С. Потери сахарозы при неблагоприятных условиях хранения // Сахарная свекла. - 1994. - № 10. - С. 16-17.

33. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Курчий В.М., Черемха Б.М., Пантелусь Н.Н. Влияние обработки посевов сахарной свеклы регуляторами роста на метаболизм сахарозы и продуктивность культуры. // Сб. Елементи регуляції в рослинництві. - К.: ВВП “Компас”, 1998. - С. 51-61

34. Сакало В.Д., Курчий В.М., Пантелусь Н.Н., Пономаренко С.П. Потенциал продуктивности поддается регулированию // Сахарная свекла. - 1998. № 8. - С. 14-16.

35. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Боровикова Г.С. Дія регуляторів росту на ферментну систему цукрового буряка. // Зб. Регулятори росту рослин в землеробстві. - Київ. - 1998. - С.48-53.

36. Пономаренко С.П., Сакало В.Д., Курчий В.М. Регуляторы роста растений и повышение продуктивности // Сахарная свекла. - 2000. - № 3. - С. 13-14.

37. Тищенко Е.Н., Сакало В.Д. Молекулярно-генетические и биохимические изменения при старении листьев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.). - Сб. Приемы повышения урожайности растений : от продуктивности фотосинтеза к современным биотехнологиям. - Киев: НАУ, 2003. - С. 169-172.

38. Деклараційний патент 34684 України, Спосіб вирощування цукрового буряку, Пономаренко С.П., Сакало В.Д., Герасименко С.М., № 99020605, заявлено 02.02.1999; Опубліковано 15.03.2001. - Бюлл. № 2. - С. 1.6.

39. Деклараційний патент 39662 України, Спосіб підвищення продуктивності цукрового буряку Пономаренко С.П., Сакало В.Д., Боровикова Г.С., Курчій В.М., Герасименко С.М., № 2000126919, заявлено 04.12.2000; Опубліковано 15.06.2001. - Бюлл. №5. - С.1.8.

40. Деклараційний патент 39663 України, Спосіб підвищення продуктивності цукрового буряку Пономаренко С.П., Сакало В.Д., Боровикова Г.С., Курчій В.М., Герасименко С.М., № 2000126920, заявлено 04.12.2000; Опубліковано 15.06.2001. - Бюлл. № 5. - С. 1.8.

41. Лобов В.П., Сакало В.Д. Сахарозосинтаза корнеплодов сахарной свеклы // Сб. “Транспорт ассимилятов в растениях и проблема сахаронакопления”. - III Всесоюзная конференция. Изд-во “Илим”, Фрунзе. - 1983. - С. 64.

42. Sakalo V., Tiltu A. Sucrose metabolism in sugar beet root during a short time storage under unfavourable condition // 10^th FESPP Congress. Plant Physiology and Biochemistry. Special issue. - 1996. - P. 116.

43. Sakalo V.D. Sucrose biosynthesis and metabolism in sugar and wild beets // Bulgarian J. Plant Physiol. Special issue. -1998. “The 11th Congress of the Federation of European Societies of Plant Physiology, September 1998, Varna (Bulgaria). S10-14. -P. 180.

44. Сакало В.Д., Курчий В.М. Влияние регуляторов роста на ферменты метаболизма сахарозы и продуктивность сахарной свеклы // V Международная конференция “Регуляторы роста и развития растений”, Москва, МСХА, 1999. Ч. 1. - С. 128-129.

45. Сакало В.Д., Курчий В.М. Влияние регуляторов роста растений на метаболизм сахарозы в сахарной свекле // IV Съезд физиологов растений РАН, Москва,1999. II т.- C. 681-682.

46. Сакало В.Д., Пономаренко С.П, Боровикова Г.С. Регуляторы роста растений: от предпосевной обработки семян до переработки корнеплодов сахарной свеклы // Труды V Международной конференции “Регуляторы роста и развития растений”, Москва, МСХА, 1999. Ч. 2. - С. 233-234.

47. Sakalo V.D., Kurchii V.M. Phytohormonal regulation of sucrose phosphate synthase and photosynthetic activity in the sugar beet leaves // International Conference "Photosynthesis and Crop Production", 7-11 October, 2002, Kyiv, Ukraine. Program and Abstracts, Р. 94-95

48. Сакало В.Д. Регуляция физиологически активными веществами метаболизма сахарозы в онтогенезе сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) // Труды V съезда общества физиологов растений России. - Пенза, 2003. - С. 429-430.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.12 - фізіологія рослин. Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, 2004.

Вивчено особливості функціонування ключових ферментів метаболізму сахарози в онтогенезі рослин, що синтезують крохмаль (картопля - Solanum tuberosum L., кукурудза - Zea mays L.) та запасають сахарозу (цукровий буряк - Beta vulgaris L.). Наведені докази регуляторної ролі сахарозосинтази в біосинтезі крохмалю, установлено, що інтенсивність крохмалеутворення може забезпечити тільки сумісна дія двох ферментів, що синтезують АДФГ - сахарозосинтази і пірофосфорилази.

Очищена сахарозосинтаза коренеплодів цукрових буряків, установлена наявність молекулярних форм ферменту. Виявлені відмінності за вмістом і кінетикою молекулярних форм сахарозосинтази в цукровому та кормовому сортах буряків, свідчать про їх регуляторну роль у цукронакопиченні. Установлена імунологічна гомологія молекулярних форм сахарозосинтази коренеплодів цукрового буряка та ферменту різних сортів, гібридів та видів дикого буряка.

Виявлено активацію сахарозофосфатсинтази листків цукрових буряків екзогенними гормонами (БАП, ІОК, ГК₃, 2,4 Д) та уповільнення під їх впливом руйнування хлорофілу і білків у ході старіння. Обгрунтована можливість підвищення продуктивності цукрових буряків шляхом дії регуляторів росту рослин (РРР) - емістиму С та бетастимуліну на ферментні системи синтезу і метаболізму сахарози.

Виявлена різна реакція сортів цукрових буряків на РРР - емістим С та бетастимулін і оптимізовані терміни їх обробки для підвищення продуктивності. Експериментально обгрунтовано, що основні втрати сахарози при зберіганні коренеплодів цукрових буряків у несприятливих умовах відбуваються за рахунок активації СС і установлена можливість інгібування ферменту фізіологічно активними речовинами.

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.12 - физиология растений. Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев, 2004.

Изучены особенности функционирования ключевых ферментов синтеза и метаболизма сахарозы в онтогенезе растений, синтезирующих крахмал (картофель - Solanum tuberosum L., кукуруза - Zea mays L.) и запасающих сахарозу (сахарная свекла - Beta vulgaris L.).

Представлены доказательства регуляторной роли сахарозосинтазы в биосинтезе крахмала в клубнях картофеля и семенах кукурузы, установлено, что интенсивность крахмалообразования может обеспечить только совместное действие двух ферментов, синтезирующих АДФГ - сахарозосинтазы и пирофосфорилазы. На основании изучения метаболитного и белкового состава стромы амилопластов клубней картофеля, их способности включать в крахмал меченые предшественники, высказывается мнение о возможности синтеза АДФГ непосредственно в пластидах.

Очистка сахарозосинтазы (СС) корнеплодов сахарной свеклы дала возможность установить, что фермент является олигомером, состоящим из разного числа идентичных субъединиц, основной формой является тетрамер с молекулярной массой 400 кД, две другие высокомолекулярные формы с молекулярной массой 550 и 750 кД, молекулярная масса субъединицы 95 кД. Особенности функционирования молекулярных форм сахарозосинтазы, их отношение к рН среды и концентрации ионов магния, активность и содержание в онтогенезе сахарной и кормовой свеклы, кинетика реакций свидетельствуют об их регуляторной роли в процессах сахаронакопления. Иммунохимическая идентичность молекулярных форм СС свидетельствует о структурной гомологии их белковых молекул.

Исследования сахарозосинтазы различных сортов, гибридов и видов дикой свеклы в онтогенезе показало, что удельная активность фермента, его направленность на синтез или расщепление сахарозы не постоянны на протяжении вегетации и не всегда имеют сортовую специфику. Иммунохимических отличий СС из корнеплодов разновидностей свеклы не обнаружено, т.е. повышение функции сахаронакопления не связано со структурными изменениями сахарозосинтазного белка, а определяется количественной регуляцией его синтеза и активности. Вместе с тем, сахарозосинтаза растений, запасающих крахмал или инулин (семена кукурузы, клубни картофеля, топинамбур) имеет частичную гомологию с ферментом корнеплодов сахарной свеклы.

Показана активация сахарозофосфатсинтазы (СФС) листьев сахарной свеклы экзогенными гормонами (БАП, ИУК, ГК₃, 2,4 Д) как при обработке листьев, так и при непосредственном взаимодействии с ферментным препаратом. Установлено снижение активности СФС, содержания хлорофилла и белков при старении листьев сахарной свеклы и возможность продления их функциональной активности при помощи экзогенных гормонов. Обоснована возможность повышения продуктивности сахарной свеклы путем воздействия РРР - эмистима С и бетастимулина на ферментные системы синтеза и метаболизма сахарозы - СФС и СС, на развитие и функционирование листового аппарата, отток сахарозы в корнеплоды. Показана сортовая специфика в реакции свеклы на применяемые РРР и установлены оптимальные сроки обработки посевов, повышающие сбор сахара на 1026 % (обработка эмистимом С) и 1033 % (обработка бетастимулином). Предпосевная обработка семян эмистимом С и бетастимулином также активирует СФС, отток сахарозы, ее метаболизм в корнеплодах, что повышает сбор сахара на 14 %. Экспериментально обосновано, что как гормональные препараты, так и регуляторы роста непосредственно активируют только СФС, без прямой активации СС. Особенности регуляции СФС и СС физиологически активными веществами позволило сформулировать концепцию регуляторного взаимодействия в функционировании двух ферментов, которая заключается в том, что сахарозосинтазу корнеплодов регулирует сахароза, синтезированная в листьях, и повышение продуктивности сахарной свеклы возможно через воздействие физиологически активными веществами на ферментные системы синтеза сахарозы.

Экспериментально обосновано, что основные потери сахарозы при хранении корнеплодов сахарной свеклы в неблагоприятных условиях происходят за счет активации СС, с последующим фосфорилированием освобожденной фруктозы фруктокиназой и включением ее в гликолиз и дыхание. Установлена возможность ингибирования фермента физиологически активными веществами - оксалином и триманом, что снижает потери сахара в 1,5 2 раза.

Thesis for a doctor's degree by speciality 03.00.12 - plant physiology. Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2004.

The dissertation is devoted to the study of the peculiarities in functioning the key enzymes of sucrose metabolism in plant ontogenesis, which both synthesize starch: potato (Solanum tuberosum L.), corn (Zea mays L.) and store sucrose: sugar beet (Beta vulgaris L.).

It is presented evidence of the regulating role of sucrose synthase in starch biosynthesis. It has been established that the intensity of starch forming may supply only a joint activity of two enzymes, which synthesize ADPG - sucrose synthase and pyrophosphorylase.

Sucrose synthase of sugar beet roots has been purified. The presence of molecular forms of the enzyme have been also established. The differences in the content and kinetics of molecular forms of sucrose synthase in sugar beet varieties have been revealed. Their immunological homology has been found as well. It have been revealed both the activation of sucrose phosphate synthase of sugar beet leaves by exogenous hormonal preparations (BAP, IAA,GA₃, 2,4-D) and the retarding of catabolic processes in plant aging. The possibility of the increase in the sugar beet production when using the plant growth regulators (emistim C and betastimulin) on the enzyme systems of sucrose synthesis and metabolism is proved. Different response of sugar beet cultivars on plant growth regulators (emistim C and betastimulin) has been determined. The terms of plant treatment for increasing their productivity have been optimized. It has been experimentally grounded that the main losses in sucrose in the process of storing the sugar beet roots under unfavorable conditions occur at the expense of the sucrose synthase activation. The possibility of enzyme inhibition by physiologically active substances has been also established.

Размещено на Allbest.ru

...