Дифференциальное центрифугирование клеточных структур (часть 3)
Процентное содержание марганца в крупных фрагментах листьев сахарной свеклы составляет 17—23; в осколках клеток, отбитых на центрифуге, — 3—3,7; в ядрах — 4,50—3,7; в хлоропластах — 9,7—7,8; митохондриях — 4,4—2,8; в надосадочной жидкости — 61—58. Максимальное количество его сосредоточивается в надосадочной жидкости и крупных фрагментах клеток. Иная картина наблюдается при пересчете на содержание марганца в золе каждой фракции (табл. 46): максимальное количество его отмечено в хлоропластах, митохондриях и ядрах; минимальное — в надосадочной жидкости.
Содержание марганца мы определяли также в клеточных структурах из листьев конских бобов. Фракции из листьев бобов осаждались значительно быстрее, чем фракции других растений, и поэтому хлоропласты пришлось выделять при 3000 и 6000 g и складывать две фракции в одну.
В клеточных структурах из листьев бобов максимальное количество марганца отмечается, в надосадочной жидкости (табл. 47). Кроме того, в середине и конце вегетации больше марганца содержится в хлоропластах и крупных фрагментах клеток. В митохондриях, выделяющихся при увеличении числа оборотов, заметны лишь его следы. На более поздних этапах онтогенеза количество марганца в клеточных структурах возрастает, однако в течение вегетации в каждой фракции его содержание в процентах от общего количества является величиной довольно постоянной (табл. 48).
При пересчете на золу наиболее богатыми марганцем оказались хлоропласты.
Нас интересовал вопрос о формах марганца в хлоропластах, о степени его подвижности и закрепленности. Эти данные могут пролить свет на характер связи его с различными соединениями.
Хлоропласты выделяли путем растирания навески листьев (20 г) на холоду в 0,5 M растворе сахарозы с фосфатным буфером (pH 7,1). Затем осажденные при 6000—10 000 g хлоропласты взбалтывали 30 мин с водой, трилоном Б (10в-3 М) и с 10%-ной уксусной кислотой. После каждого взбалтывания осадки центрифугировали. Надосадочную жидкость выпаривали досуха, сжигали и определяли содержания марганца в золе.
Данные табл. 49 свидетельствуют о легкой извлекаемости марганца из хлоропластов. Максимальное его количество извлекали водой и трилоном Б. Это ионы марганца или хелаты. Уксусной кислотой, по-видимому, можно извлекать фосфаты марганца, а также четырех- и семивалентные его окислы. Третья, минимальная часть, определяемая в остатке после сжигания, очевидно, относится к марганцу, связанному с белковой стромой хлоропластов.
Изучение содержания марганца в клеточных структурах проростков гороха дает некоторые представления о влиянии света и продуктов фотосинтеза на характер его перераспределения. Для этого десятидневные зеленые и этиолированные проростки гороха центрифугировали по указанному методу и в центрифугах каждой фракции определяли содержание марганца (табл. 50). У этиолированных проростков уменьшается количество марганца в крупных фрагментах, главным образом клеточных оболочках. Это свидетельствует о важной роли марганца в их структуре. Содержание марганца в лейкопластах, митохондриях, надосадочной жидкости мало изменяется.
Молибдену принадлежит важная роль в восстановлении нитратов и усилении фиксации атмосферного азота в клубеньках бобовых культур. Он является компонентом фермента нитратредуктазы, с помощью которого катализуется восстановление нитратов до аммиака. Последний используется для синтеза аминокислот и белков при участии фосфопиридиннуклеотидов в качестве переносчиков электронов. Молибден из шестивалентного переходит в пятивалентный. Особенно реагируют на молибден бобовые растения. Как отметил А. Андерсон (1958), при молибденовой недостаточности в условиях Австралии высокая концентрация нитратов в клетках вызывала ожоги листьев фасоли.
Локализация молибдена в отдельных элементах клетки мало изучена; еще меньше работ посвящено функциям молибдена в хлоропластах, ядрах, митохондриях. Мы решили проследить в онтогенезе распределение молибдена в клеточных структурах зеленых листьев кормовых бобов и сахарной свеклы.
Гомогенат листьев кормовых бобов 23-дневного возраста, выращенных в песке, подвергали разделению методом дифференциального центрифугирования. У растений, выращенных без молибдена и при внесении его, наибольшее количество этого микроэлемента сосредоточено в надосадочной жидкости, в крупных фрагментах клеток и ядрах. В изолированных хлоропластах и митохондриях найдено почти равное количество молибдена по отношению к общему его содержанию (табл. 51).
В полевых опытах мы отбирали образцы листьев только с делянок, где вносился молибден (табл. 52). Отмечена та же закономерность локализации молибдена в отдельных структурных элементах клеток. Максимальное его количество было в незеленой шпоплазменной части (надосадочная жидкость); далее — в крупных фрагментах клеток, отжатых на полотне, в хлоропластах, осколках и ядрах. На последнем месте стоят митохондрии.
В процессе вегетации количество молибдена во фракциях крупных фрагментов клеток, осколках и ядрах увеличивается, а в надосадочной жидкости — уменьшается. В хлоропластах и митохондриях в июне отмечено снижение, а в июле — увеличение количества этого микроэлемента.
