Поиски «волшебного
вещества», или биотесты фитогормонов (часть 1)
Одним из первых способов изучения функций фитогормонов было удаление у
растения органа, насыщенного этими
соединениями. Еще раньше мы рассказывали о том, как Ч. Дарвин удалял
верхушку колеоптиля у канареечной травы и как это вызывало прекращение
роста и потерю реакции на свет (фототропизм).
Вспомним другой опыт,
который проводил Н. Г. Холодный: ученый отделял верхушку корня у
растения, в результате чего у того пропадала реакция на действие силы
тяжести (геотропизм).
А в опытах немецкого ученого П. Бойсен-Йенсена
удаленные верхушки, вновь посаженные на место среза, восстанавливали
рост в длину колеоптиля. Более того, как выяснилось, рост можно
возобновить, даже если на обрезанную верхушку наложить крошечный кубик
из агара, содержащий сок отрезанных верхушек.
Описанные опыты впервые доказывали существование особых регуляторных
веществ - гормонов роста. На первый взгляд, простые, даже примитивные,
по сравнению с нашими представлениями о научных методах эти опыты
начала нынешнего века - века бурных событий в научной и
общественно-политической жизни мира открыли дорогу новым широким
исследованиям в познании сложных явлений роста и развития растения.
Методы, которые позволяют исследователю с. помощью целых растений или
их отдельных частей определять активность природных соединений,
называют биологическими тестами (биотестами). Таким способом можно
определять и активность фитогормонов.
Первым биотестом, примененным для определения активности основного
гормона роста - ауксина, был тест на изгиб этиолированных колеоптилей
овса, разработанный профессором Ф. Вентом в начале 20-х годов.
Данный метод трудоемок и требует большого мастерства, однако до сих пор
остается наиболее специфической и чувствительной пробой на ауксины.
Биотесты на гuббереллины
также основаны на его различных
физиологических эффектах: стимуляции роста карликовых растении, прорастания семян, образования
ферментов в эндосперме семян, усиления
образования стеблей. Часто в качестве биотеста используют карликовые
сорта гороха или кукурузы, проростки салата, на которые по каплям
наносят гиббереллин. Через несколько дней их рост заметно ускоряется.
Между концентрацией гиббереллина и усилением роста карликовых растений
наблюдается прямо пропорциональная зависимость. Этот тест очень прост и
удобен. Он позволяет точно установить присутствие гормонов. Следует
отметить важную особенность - растения в биотестах чувствительны к
гиббереллинам в отличие от ауксинов при сохранении у них апикальной
меристемы стебля, то есть верхушки.
Для нахождения цитокинина применяют метод культивирования в стерильных
условиях изолированных клеток семядолей фасоли, сои, сердцевины табака.
Цитокинины являются факторами клеточного деления - ускоряют рост
бесформенной массы клеток каллуса за счет их быстрого деления. Ни одно
природное соединение не заменит цитокинин, и при его отсутствии в
питательной среде рост каллуса прекратится. В этом и заключается
специфичность теста.
Сегодня в современных лабораториях с электронными микроскопами,
мощными
ультрацентрифугами, спектрофотометрами и компьютерами наряду с
тончайшими химическими анализами биотесты играют вспомогательную роль в
обнаружении фитогормонов. Они дают исследователям самую первую
информацию об их наличии в растении. Вместе с тем биотесты успешно
используются для скрининга - обнаружения огромного количества ежегодно
синтезирующихся химических соединений для отбора новых физиологически
активных веществ. Их широко применяют и на начальном этапе поиска в
растениях новых гормонов, и на заключительной стадии сложнейшей
аналитически работы, связанной с физиологической характеристикой вновь
открытого фитогормона. А между начальным и конечными этапами
исследования лежит кропотливый труд - извлечение фитогормона из
растительной ткани, очистка от многочисленных примесей, установление и
доказательство его химической природы.
Анализы... Они требуют массы химической посуды, особо чистых
реактивов,
сложных приборов и, конечно, внимательности, аккуратности и точности
работы экспериментатора. Выдающийся ученый академик В. И. Вернадский
подчеркивал, что "точно установленный факт по существу всегда дает
больше, чем основанная на нем, его объясняющая теория. Он верен и для
будущей теории, и в исторической смене теорий он всегда останется
неизменным".
Необходимое условие успеха при изучении природных фитогормонов -
тщательная подготовка растительного материала к химическому анализу.
Теперь уже почти забыты ступни с пестиками - когда-то излюбленные
атрибуты лабораторий. Их заменили мельницы - гомогенизаторы, тщательно
измельчающие ткани растения. С помощью органических растворителей из
измельченных тканей получают экстракты, в которых, помимо фитогормонов,
находится масса разнообразных соединений, которые мешают определить
гормоны.
