Новая функция эндогенных фенольных соединений

Как известно, эндогенные регуляторы роста растений представлены соединениями гормональной и негормональной природы. К первым относят ауксины, гиббереллины, цитокинины, брассиностероиды, абсцизины и этилен, среди вторых наиболее известны фенолы и витамины. Основным свойством фенолов является координация ростовых процессов в широком диапазоне – от стимуляции до полного ингибирования.
Не вдаваясь в подробное описание молекулярной структуры фенольных соединений, все же отметим некоторые ее особенности, от которых зависит их биологическая активность. К ним можно отнести общее строение веществ, количество и расположение оксигрупп в молекуле, а также наличие и положение боковых заместителей, которыми чаще всего бывают метоксигруппы и углеводные остатки.
К началу 1960-х гг. в биологической науке, казалось бы, сложилось твердое убеждение, что эндогенные фенольные соединения являются природными ингибиторами роста [1, 2], которые в зависимости от концентрации снижают или полностью подавляют стимулирующую активность ауксинов, гиббереллинов, цитокининов. Однако трудно было согласиться с тем, что столь разные по структуре фенолы имеют одинаковые биологические свойства. С этой целью в течение длительного времени мы изучали ростовую активность представителей шести наиболее распространенных классов этих веществ, использованных в свободной (агликоны) и конъюгированной (эфиры и гликозиды) формах. Всего было испытано более 120 индивидуальных природных соединений коммерческого происхождения или собственного выделения из растений желтого люпина, льна-долгунца, люцерны, ржи и пшеницы [3]. Вместе с чистыми веществами в опытах применяли также природные и искусственные смеси фенольных соединений. Исследования показали, что росторегулирующая способность фенолов неодинаковая и возрастает в ряду «флавоны ? изофлавоны ? флавонолы ? оксибензойные кислоты ? оксикоричные кислоты ? оксикумарины» [4]. Если флавоны в эндогенной концентрации выступают в качестве слабых ингибиторов или неактивных веществ, то оксикумарины проявляют себя как выраженные регуляторы роста.
Примерно в то же время было установлено, что фенольные соединения способны стимулировать или ингибировать оксидазу индолилуксусной кислоты (ОИУК) в опытах in vitro [1]. Но этому обстоятельству не придали большого значения, и роль фенольных веществ в системе эндогенных регуляторов роста оставалась нераскрытой. Эти факты побудили нас провести комплекс специальных исследований для выяснения характера действия фенолов на ферменты ауксинового обмена (синтетазу и ОИУК) в опытах in vitro и in vivo. В качестве примера приведем сведения, касающиеся влияния фенольных соединений на свойства ОИУК в опытах in vitro (табл. 1).
Наибольшую активность проявила хлорогеновая кислота, которая почти полностью подавляла ОИУК во всех испытанных концентрациях. Значительно слабее действовала кофейная кислота: ее ингибирующая способность существенно снижалась с разбавлением раствора. Коричная кислота почти в одинаковой степени изменяла активность фермента независимо от концентрации. Кемпферол и лютеолин в концентрации 10–5М полностью ингибировали ОИУК и почти не оказывали влияния на фермент в концентрации 10–7М. Оксикумарины (эскулин и эскулетин) в концентрации 10–5М ингибировали активность фермента соответственно на 100 и 91%. Феруловая кислота слабо воздействовала на ОИУК, а салициловая кислота в концентрациях 10–4–10–6М была инертной. Среди испытанных фенольных соединений только п-кумаровая кислота в концентрации 10–5М стимулировала активность фермента.
Из приведенных данных следует, что фенольные соединения с о-диоксигруппировкой в молекуле ингибируют активность ОИУК, а соединения с п-оксигруппой стимулируют ее. Промежуточное положение занимают метилированные фенолы (феруловая кислота), выступая слабыми ингибиторами или активаторами фермента. Очень важно, что ингибиторы ОИУК одновременно стимулируют образование ауксина, а активаторы подавляют этот процесс. В опытах in vivo с разным введением фенольных соединений в растения (вакуум-инфильтрация в листья, свободное насасывание и инъекция в стебель) в возрасте 8 листьев установлено, что характер их действия на процессы синтеза ИУК сохраняется, тогда как активность ОИУК изменяется [5]. Принимая во внимание различие состава и содержания фенолов в онтогенезе и разное действие их на активность ИУК в опытах in vitro и in vivo, представлялось очень важным выяснить влияние на свойства этого фермента природных и искусственных смесей фенолов. В отличие от индивидуальных фенольных соединений природные и искусственные их смеси, как правило, стимулировали образование ауксина и ингибировали его распад, то есть активировали ростовые процессы (рис. 1), причем эффект ингибирования мало зависел от состава и концентрации взятых веществ. Следует сказать, что суммарный препарат (смесь) гликозидов содержал около 20 компонентов, а суммарный препарат агликонов – 5, включая соответственно гликозиды и агликоны лютеолина, апигенина, кверцетина, кемпферола и изорамнетина [6, 7].
Следовательно, любой состав флавоноидов в интактных растениях способствует образованию и сохранению ауксина, тем самым поддерживая состояние роста. В свете сказанного становится понятным смысл присутствия разнообразных по структуре фенольных соединений в растущих органах растений. С затуханием ростовых процессов исчезает ауксин, одновременно выводятся и активные фенолы, пополняя фонд полимерных фенольных продуктов (лигнин, кутин, суберин) и запасных конъюгированных веществ (гликозиды и эфиры).
Окончательным доказательством существования фенольной регуляции роста растяжением были опыты по направленному изменению тех процессов, в которых ауксин выступает ведущим регулятором. К таковым можно отнести рост растяжением колеоптилей злаков и пыльцевых трубок растений, корне- и плодообразование. Совместное воздействие ауксина и о-диоксифенолов (эскулетина и эскулина) на развитие колеоптилей пшеницы (сорт Мироновская 808) позволило не только полностью сохранить стимулирующую активность гормона, но и получить синергический, аддитивный и даже сверхаддитивный эффекты (табл. 2), то есть взаимодействие регуляторов роста проявлялось очень сильно.
Фенольные соединения вступают в реакции не только с экзогенным ауксином, но и с эндогенным, о чем свидетельствуют опыты по интенсификации корнеобразования у черенков фасоли при воздействии на них некоторыми фенолами при отсутствии экзогенного гормона, необходимого обычно для индукции формирования корней (табл. 3).
Выраженное росторегулирующее влияние на корнеобразование, как и можно было ожидать, оказывали фенольные соединения со свободной о-диоксигруппой в молекуле, к которым относятся эскулетин и кверцетин. Они стимулировали закладку и появление корешков весьма существенно, в меньшей степени – их рост в длину. Не изменяли или очень слабо активировали процессы корнеобразования эскулин, кофейная и хлорогеновые кислоты, в которых о-диоксигруппа блокирована углеводным остатком (эскулин) или отягощена наличием карбоксильной группы (кофейная и хлорогеновые кислоты). Рутин занимал промежуточное положение.
Описанные результаты свидетельствуют о том, что при эндогенной регуляции роста растяжением между ауксином и фенольными соединениями происходит постоянное взаимодействие, которое меняется в онтогенезе растений в соответствии с изменением состава и содержания фенольных эффекторов гормона.
Таким образом, впервые установлена новая функция эндогенных фенолов – их способность регулировать рост растяжением посредством трансформирования активности ферментов ауксинового обмена. Это открытие имеет важное значение не только для понимания сущности эндогенной регуляции, но и для осуществления направленного изменения ростовых процессов в практических целях. Стало ясным также место эндогенных фенольных соединений в системе эндогенных регуляторов роста – их функциональная связь с ауксиновым обменом.

Статья поступила в редакцию 30.07.2015?г.

Summary
The effects of endogenous phenolic compounds on the activity of oxidase and synthase IAA in the experiments in vitro and in vivo, and regulation auxin dependent processes with the help phenolic effectors of auxin is investigated. It is shown, that all phenolic compounds are able to activate or inhibit these enzyme systems. The oxidase activators are p-oxyphenols and p-oxypolyphenols, and inhibitors are o-dioxyphenols and o-dioxypolyphenols. At the same time inhibitors of the oxidase are activators synthase, and activators of the oxidase are inhibitors of the biosynthesis of auxin.

Литература
Леопольд?А.?Рост и развитие растений.?– М., 1968.
Кефели?В.?И.?Природные ингибиторы роста и фитогормоны.?– М., 1974.
Волынец?А.?П., Корнелюк?В.?Н.?Об одной особенности действия гербицидов на фенольный комплекс растений // Физиология растений. 1973. Т. 20, №4. С. 844–851.
Волынец?А.?П.?Фенольные соединения в жизнедеятельности растений.?– Мн., 2013.
Волынец?А.?П., Пальченко?Л.?А.?Взаимодействие ауксинов и фенольных соединений в процессах роста // Метаболизм и механизм действия фитогормонов.?– Иркутск, 1979. С. 132–134.
Валынец?А.?П.?Флаваноiдныя злучэннi розных частак кветкi лубiну (Lupinus luteus L.) // Весцi АН БССР. Сер. бiял. навук. 1982, №4. С. 24–27.
Маштаков?С.?М., Волынец?А.?П., Корнелюк?В.?Н.?Флавоноидные агликоны люпина желтого (Lupinus luteus L.) // Доклады АН БССР. 1971. Т. 15, №2. С. 177–180.