Нормальное развитие растения зависит от воздействия целого ряда факторов как внешних, так и внутренних. Внешние (природные) факторы, влияющие на рост растения - свет, температура, длинна светового дня, не могут быть регулируемыми. Внутренние факторы, регулирующие рост и развитие растений, имеют химическую природу и являются предметом пристального внимания. Растительные гормоны играют основную роль в регуляции роста.
Сейчас известно, что многие гормоны, и растительные гормоны в частности, оказывают тормозящее действие. Поэтому, целесообразнее рассматривать их не как стимуляторы, а как химические регуляторы. Известно, что гормоны активны в очень небольших количествах.
Ауксин - первый из открытых фитогормонов, занимающий центральное место в регулировании жизнедеятельности растений [1]. Первое практическое применение ауксина было основано на его способности стимулировать образование придаточных корней у черенков, однако применение значительных доз ауксина обычно тормозит их дальнейший рост. Механизм влияния ауксина заключается в регулировании растяжении клетки за счет увеличения пластичности клеточной оболочки [2]. Одним из первых проявлений действия ауксина можно считать изменение метаболизма клетки. Ауксин оказывает действие на гены, ответственные за процессы роста.
Синтезированные впервые нами соединения содержат в своей структуре ароматическое кольцо с различными заместителями и азотсодержащий гетероцикл, поэтому их исследование на ростостимулирующую активность актуально.
Протестировано несколько представителей различных классов синтезированных нами соединений.
Можно было надеяться на проявление ауксиновой активности у N-арил-3-арилиден-3Н-пиррол-2-онов, их бромпроизводных и 6-R-4-арилиден-пиридазин-3-онов.
Названия и структурные формулы исследуемых соединений
6-толил-4-(2-гидроксибензилиден)-пиридазин-3-он 1
N-толил-5-толил-3-(3-нитробензилиден)-3H-пиррол-2-он 2
N-толил-5-толил-3-(3,4-диметоксибензилиден)-3H-пиррол-2-он 3
N-толил-5-толил-3-(2-гидроксибензилиден)-3H-пиррол-2-он 4
N-толил-4-бром-5-толил-3-(3-нитробензилиден)-3H-пиррол-2-он 5
Испытания проводили в Институте биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН (г. Саратов). Исследования активности проводили на зернах пшеницы, которые выдерживались в растворах исследуемых веществ с концентрацией 0.6*10-3, 0.6*10-4, 0.6*10-5 моль/л. Контролем служили семена, помещенные в дистиллированную воду.
Ранее, в совместной работе Саратовского государственного университета и Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН установлено, что умеренную ростостимулирующую активность имеют N-арил-3Н-пиррол-2-оны. Введение в структуру заместителей, таких как бром и арилиденовый фрагмент, увеличивают активность соединений. Установлено, N-арил-4-бром-3-арилиден-3Н-пиррол-2-оны 5 имеют наибольшую активность. 6-R-4-арилиден-пиридазин-3-оны 1, имеющие два атома азота в кольце, также проявляют высокую ауксиновую активность. Полученные результаты подтверждают перспективность дальнейшего изучения наших соединений в данном направлении.
6-Толил-4-(2-гидроксибензилиден) - пиридазин-3-он 1 проявляет ауксиновую активность, при этом количество проросших зерен и длина колеоптиля прямо пропорциональны уменьшению концентрации веществ (табл. 1, 2).
Арилиденовые производные N-замещенных 3Н-пиррол-2-онов 2, 3, 4 оказывают наименьшую ауксиновую активность, причем наличие электронодонорных и электроноакцепторных заместителей не оказывает существенного влияния.
Таблица 1. Зависимость количества проросших зерен от концентрации веществ 1-5.
|
№ соединения |
концентрация, моль/л |
|||
|
Н2О |
0.6*10-3 |
0.6*10-4 |
0.6*10-5 |
|
|
1 |
2 |
1 |
4 |
6 |
|
2 |
2 |
0 |
2 |
2 |
|
3 |
2 |
0 |
1 |
2 |
|
4 |
2 |
0 |
1 |
3 |
|
5 |
2 |
0 |
6 |
4 |
|
|
количество зерен, штуки |
|||
Таблица 2. Зависимость длины колеоптиля от концентрации веществ 1-5.
|
№ соединения |
концентрация, моль/л |
|||
|
Н2О |
0.6*10-3 |
0.6*10-4 |
0.6*10-5 |
|
|
1 |
2 |
1 |
2 |
2.5 |
|
2 |
2 |
0 |
2.5 |
1 |
|
3 |
2 |
0 |
0 |
3.5 |
|
4 |
2 |
0 |
1 |
1.5 |
|
5 |
2 |
0 |
2 |
4 |
|
|
длина колеоптиля, мм |
|||
4-Бромзамещенный пиррол-2-он 5 оказывает существенный ростостимулирующий эффект, причем при более высокой концентрации увеличивается количество проросших зерен, при более низкой - активируется рост колеоптиля.
Используя данные, представленные в таблицах 1-2 можно говорить о зависимости количества проросших зерен пшеницы и длины колеоптиля от концентрации веществ.
Видно, что количество проросших семян и рост колеоптиля увеличивается с уменьшением концентрации вещества.
На основании полученных данных можно сделать заключение об усилении ростостимулирующих процессов в ростках пшеницы при более низкой концентрации соединений (0.6*10-5М).
Таким образом, исследуемые соединения обладают ростостимулирующими свойствами, аналогичными свойствам близкородственных натуральным гормонам веществ.
Проделанная по изучению ростостимулирующей активности работа позволяет определить направление исследований и выделить наиболее ценные объекты для дальнейшего изучения: наибольший интерес представляют собой пиридазин-3-оны; N-толил-3-арилиден-3Н-пиррол-2-оны большую активность проявляют в виде монобромзамещенных производных, при этом количество проросших зерен и длина колеоптиля прямо пропорциональны уменьшению концентрации веществ.
Так как фитогормоны активны в очень небольших количествах, поэтому эксперимент с арилиденовым производными 3Н-пиррол-2-онов следует провести с более разбавленными растворами исследуемых веществ. Вероятно, пиррол-2-оны проявят высокую ростстимулирующую активность при более низких концентрациях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Гамбург К.З. Биохимия ауксина и его действие на клетки растений.-Новосибирск: Наука, 1976. - 200 с.
- Рейвн П., Эверт Р. Айкхорн С. Современная ботаника. - Москва: Мир, 1990. - 344 с.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых №МК-2014.2005.3 и РФФИ №05-03-32196.