Опыт 15.2. Проверка двух гипотез: а) что гиббереллин стимулирует расщепление крахмала в прорастающих зернах ячменя и б) что гиббереллин образуется в зародыше

Амилазу в семенах ячменя можно обнаружить, поместив разрезанное семя на поверхность агара, содержащего крахмал. Если смочить поверхность агара, амилаза диффундирует из семени и начинает катализировать расщепление крахмала. Если добавить йод, оставшийся крахмал окрасится в сине-черный цвет, а вокруг семени останется прозрачная зона, где крахмал переварен. По размеру этой круглой зоны можно приближенно оценить количество амилазы в семени. При этом лучше вести работу в стерильных условиях, так как амилазу могут синтезировать также различные бактерии и грибы.

При надлежащей постановке эксперимента можно проверить и другие гипотезы (см., например, Сорраge J., Hill Т. А. (1973), J. Biol. Ed., 7, 11-18).

Белая кафельная плитка

Скальпель

Пинцет

Стакан на 50 мл

Наклейки или карандаш по стеклу

Раствор йода с йодистым калием

Стерильная дистиллированная вода в стерильных колбах (х 3)

5%-ный раствор гипохлорита натрия или продажный препарат для стерилизации, например раствор Милтона или 70%-ный спирт

две чашки с агаром и крахмалом (стерильные): 1%-ный агар с 0,5% крахмала заливают в стерильные чашки Петри слоем толщиной около 0,25 см

две чашки с агаром, содержащим крахмал и гиббереллин: в агар перед автоклавированием добавляют гиббереллин (ГК3)-1 мл 0,1%-ного раствора ГК₃ на 100 мл агара (конечная концентрация гиббереллина 10 ч. на млн.) (ГК₃ плохо растворима в воде и лучше всего растворяется в этаноле; часть ГК₃ разрушается при автоклавировании, но семена чувствительны к гиббереллину даже в концентрации 10^-5 ч. на млн.)

вылущенные семена ячменя: для удаления шелухи семена замачивают в 50%-ном (по объему) водном растворе серной кислоты на 3-4 часа, затем тщательно промывают (до десяти раз) в дистиллированной воде. Большая часть шелухи отделяется при энергичном встряхивании зерен в колбе Эрленмейера; семена тотчас же используют в опыте, так как после набухания они начинают прорастать. Если это невозможно, семена следует разделить на "зародышевую" и "незародышевую" половинки и положить в холодильник; в сухих условиях семена можно хранить не более 2-3 дней. У пшеницы зерна голые, и удалять шелуху не нужно; можно взять их вместо ячменя.

1. Возьмите две чашки с крахмальным агаром и две чашки с агаром, содержащим крахмал и гиббереллин, и пометьте их соответствено + Г и - Г. Чашки должны быть простерилизованы. Одну чашку из каждой пары подпишите "зародышевая", а другую - "незародышевая".

2. Разрежьте поперек хотя бы два сухих зерна ячменя (рис. 15.22) на кафеле. Так получают "зародышевую" и "незародышевую" половинки.

3. Простерилизуйте половинки в 5%-ном растворе гипохлорита натрия в течение 5 мин. Затем промойте их в трех сменах стерильной дистиллированной воды, разлитой по трем стерильным колбам.

4. Простерилизуйте пинцет в 70%-ном этаноле, а затем пинцетом перенесите половинки зерен в соответствующие чашки и положите их срезом вниз. Крышки чашек при этом приподнимают как можно меньше. Получаются такие варианты:

5. Проинкубируйте препараты в течение 24-48 ч при 20-30°С.

6. Проверьте каждую чашку на наличие крахмала: залейте агар раствором I₂/К1. Зарисуйте, как будут выглядеть чашки после пробы на крахмал. Обсудите полученные результаты.

Рис. 15.22. Как разрезать зерно ячменя для опыта 15.2

15.17. При работе с крахмальным агаром активность амилазы часто выявляется и в отпечатках пальцев. Подумайте, с чем это может быть связано.

15.20. Как можно использовать действие гиббереллина на семена ячменя для разработки биотеста на активность гиббереллина?

О том, как влияют гиббереллины на цветение, рост плодов и состояние покоя у растений и как с ними связаны фотопериодизм и яровизация, мы поговорим позднее в соответствующих разделах. Все эти эффекты перечислены в табл. 15.4.

Таблица 15.4. Роль ростовых веществ в процессах роста и развития растений. (В таблице представлены самые общие сведения. Ростовые вещества не обязательно всегда оказывают то влияние, которое здесь указано; довольно обычны различия в реакции у разных растений. Наибольшее внимание лучше обращать на положительные эффекты; они выделены полужирным шрифтом и наиболее важны для студентов.)

(¹⁾ Кроме того, участвуют свет и температура - см. разделы о фотопериодизме и яровизации.)

Механизм действия гиббереллинов до сих пор не выяснен. Было установлено, что в семенах хлебных злаков ГК₃ стимулирует синтез нового белка, особенно α-амилазы; при этом ГК₃ эффективна в столь малой концентрации (около 10^-5 мкг/мл), что действует, вероятно, на таком глубоком уровне клеточного метаболизма, как "включение" или "выключение" генов в процессе дифференцировки клеток (разд. 22.7). До сих пор, однако, убедительных подтверждений этого не получено, и к тому же для других эффектов требуются гораздо большие концентрации гиббереллинов. Влияние гиббереллинов на растяжение клеток зависит от присутствия ауксинов.

Для коммерческих целей гиббереллины получают из культуры грибов. Гиббереллины способствуют завязыванию плодов, и их используют для выращивания бескосточкового винограда (партенокарпия). ГК₃ применяют в пивоварении для стимуляции образования α-амилазы у ячмены, т.е. для более эффективного осолаживания. Некоторые синтетические ретарданты роста действуют как "антигиббереллины", т.е. подавляют эффект гиббереллинов. Применение таких веществ очень часто приводит к получению коротеньких (карликовых), но плотных растений с темно-зелеными листьями, а иногда и с повышенной устойчивостью к вредителям и болезням. Они занимают меньше места и, возможно, будут давать более высокий урожай в расчете на единицу площади; к тому же они меньше полегают при сильном ветре.