Анотація до роботи:

Сакало В.Д. МЕТАБОЛІЗМ САХАРОЗИ І ЙОГО РЕГУЛЯЦІЯ В РОСЛИНАХ З РІЗНИМ СКЛАДОМ ЗАПАСНИХ ВУГЛЕВОДІВ. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.12 – фізіологія рослин. Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, 2004.

Вивчено особливості функціонування ключових ферментів метаболізму сахарози в онтогенезі рослин, що синтезують крохмаль (картопля – Solanum tuberosum L., кукурудза – Zea mays L.) та запасають сахарозу (цукровий буряк – Beta vulgaris L.). Наведені докази регуляторної ролі сахарозосинтази в біосинтезі крохмалю, установлено, що інтенсивність крохмалеутворення може забезпечити тільки сумісна дія двох ферментів, що синтезують АДФГ – сахарозосинтази і пірофосфорилази.

Очищена сахарозосинтаза коренеплодів цукрових буряків, установлена наявність молекулярних форм ферменту. Виявлені відмінності за вмістом і кінетикою молекулярних форм сахарозосинтази в цукровому та кормовому сортах буряків, свідчать про їх регуляторну роль у цукронакопиченні. Установлена імунологічна гомологія молекулярних форм сахарозосинтази коренеплодів цукрового буряка та ферменту різних сортів, гібридів та видів дикого буряка.

Виявлено активацію сахарозофосфатсинтази листків цукрових буряків екзогенними гормонами (БАП, ІОК, ГК₃, 2,4 Д) та уповільнення під їх впливом руйнування хлорофілу і білків у ході старіння. Обгрунтована можливість підвищення продуктивності цукрових буряків шляхом дії регуляторів росту рослин (РРР) – емістиму С та бетастимуліну на ферментні системи синтезу і метаболізму сахарози.

Виявлена різна реакція сортів цукрових буряків на РРР – емістим С та бетастимулін і оптимізовані терміни їх обробки для підвищення продуктивності. Експериментально обгрунтовано, що основні втрати сахарози при зберіганні коренеплодів цукрових буряків у несприятливих умовах відбуваються за рахунок активації СС і установлена можливість інгібування ферменту фізіологічно активними речовинами.

Установлено ряд закономірностей, які поглибили і уточнили наші знання про функціонування ключових ферментів синтезу сахарози, її подальшого метаболізму і утворення запасних продуктів у найважливіших для України сільськогосподарських рослинах – картоплі, кукурудзі і цукрових буряках. Розвинута концепція про те, що функція цукронакопичення в різних сортах, гібридах та видах дикого буряка пов’язана тільки з кількісною регуляцією синтезу і активності сахарозосинтази та забезпечується регуляторною взаємодією двох метаболічних шляхів – сахарозофосфатсинтази і сахарозосинтази, здійснюваною сахарозою. Експериментально обгрунтована можливість регуляції цукронакопичення через вплив фізіологічно активними речовинами на ферментні системи, які відповідають за синтез і метаболізм сахарози, що дало можливість розробити практичні рекомендації з підвищення продуктивності цукрових буряків. Отримані експериментальні дані і зроблені на їх основі теоретичні узагальнення роблять суттєвий внесок у пізнання механізмів регуляції крохмале- та цукронакопичення, розробку нових технологій ефективного застосування фізіологічно активних речовин в сільському господарстві.

1. Експериментально обгрунтована участь сахарозосинтази в регуляції крохмального синтезу в крохмальзапасаючих рослинах – бульбах картоплі, насінні кукурудзи. Інтенсивний синтез крохмалю може забезпечити тільки взаємодія двох ферментів, синтезуючих АДФГ – сахарозосинтази і пірофосфорилази.

2. Метаболітний і білковий склад строми амілопластів, його варіабельність в онтогенезі і при зберіганні бульб картоплі, здатність включати глюкозу із глюкозо-1-фосфату і сахарози в крохмаль, свідчить про можливість синтезу в амілопластах не тільки крохмалю, а і його попередників – НДФЦ і активну роль пластид в біосинтезі крохмалю.

3. Очищена сахарозосинтаза із коренеплодів цукрових буряків. Установлено, що фермент є олігомером, що складається із різного числа ідентичних за молекулярною масою субодиниць: основна форма – тетрамер з молекулярною масою 400 кД, дві інші – високомолекулярні форми з молекулярною масою 550 і 750 кД, молекулярна маса субодиниці – 95 кД.

4. Молекулярні форми СС відрізняються за питомою активністю, вмісту в клітині, спрямованістю реакції, оптимуму рН і відношенню до іону Mg. Дослідження кінетики молекулярних форм сахарозосинтази свідчать, що тетрамер має гіперболічні, а високомолекулярні форми – сигмоподібні криві залежності швидкості реакції від концентрації субстратів.

5. Виявлені відмінності за вмістом, питомою активністю і кінетикою молекулярних форм сахарозосинтази в онтогенезі цукрових і кормових буряків. Функція цукронакопичення пов’язана, в основному, із збільшенням вмісту і активності тетрамеру, а високомолекулярні форми, скоріш за все, виконують регуляторну роль у процесах синтезу і розщеплення сахарози. Незважаючи на біохімічну гетерогенність, молекулярні форми СС імунохімічно ідентичні, що передбачає їх структурну гомологію.

6. Сахарозосинтаза сортів, гібридів та видів диких буряків, які відрізняються рівнем накопичення сахарози, імунохімічно ідентична, тобто, підвищення функції цукронакопичення не пов’язано із структурними змінами сахарозосинтазного білка, а здійснювалось тільки за рахунок кількісної регуляції його синтезу та активності.

7. Сахарозосинтаза рослин, що накопичують крохмаль (бульби картоплі, насіння кукурудзи) або інулін (топінамбур) імунохімічно має лише часткову гомологію з ферментом коренеплодів цукрових буряків, а значить фермент із рослин, які відрізняються складом запасних вуглеводів, структурно не ідентичний.

8. Установлена гормональна регуляція активності сахарозофосфатсинтази. В період інтенсивного цукронакопичення екзогенні БАП, ІОК, ГК₃, 2,4 Д активували фермент як при обробці листків, так і при безпосередній взаємодії з ним.

9. Обробка посівів цукрових буряків РРР – емістимом С і бетастимуліном стимулювала розвиток і функціонування листкового апарату, синтез сахарози сахарозофосфатсинтазою і її відтік у коренеплоди, що, в свою чергу, активувало сахарозосинтазу, ріст коренеплодів і виражалось у підвищенні продуктивності при збереженні доброякісності цукросировини.

10. Залежно від сорту та термінів обробки посівів цукрових буряків емістим С підвищував урожайність на 11-24 %, збір цукру на 10-26 %, бетастимулін – на 3,3-35,7 % та 10-33 % відповідно, що було основою для практичних рекомендацій з вирощування культури [Деклараційні патенти: № 39662, 2001; № 39663, 2001].

11. Сахарозосинтаза при прямій взаємодії з гормонами (БАП, ІОК, ГК₃, 2,4 Д) та РРР (емістимом С і бетастимуліном) не активувалась, а процес цукронакопичення забезпечувався регуляторною взаємодією двох ферментів – СФС і СС, яка здійснювалась сахарозою, синтезованою в листках.

12. При старінні листків цукрових буряків відбувалось зниження активності СФС, вмісту хлорофілу і білків. Активуючи біосинтетичні процеси, екзогенні гормони (БАП, ІОК, ГК₃, 2,4 Д) і регулятори росту рослин (емістим С та бетастимулін) стимулювали функціональну активність листків у кінці вегетації.

13. Допосівна обробка насіння емістимом С і бетастимуліном активувала ростові процеси, сахарозофосфатсинтазу, відтік сахарози, її метаболізм у коренеплодах, що підвищувало продуктивність цукрових буряків, збільшувався збір цукру на 13-14 % [Деклараційний патент № 34684, 2001].

14. При зберіганні коренеплодів цукрових буряків у несприятливих умовах відбувалась активація сахарозосинтази, що призводило до втрат сахарози і включенню продуктів її розщеплення в гліколіз і дихання. Установлена можливість інгібування ферменту фізіологічно активними речовинами: 0,2 % оксалін і 0,1 % триман знижували втрати цукру в 1,5 - 2 рази.

Публікації автора:

1. Лобов В.П., Бондарь П.И., Сакало В.Д. Амилопласты. - Киев: Наукова думка. - 1982. - 139 С.

   Сакало В.Д., Горовая Л.П. Ферменты биосинтеза нуклеозиддифосфатсахаридов и крахмала в клубнях картофеля // Физиология и биохимия культ. растений . - 1979. - 11, № 1. - С. 147-152.

   Сакало В.Д. Крахмалсинтезирующие ферменты запасающих тканей растений // Физиология и биохимия культ. растений. - 1979. - 11, № 5. - С. 493-504.

   Сакало В.Д., Лобов В.П. Активность ферментов углеводного метаболизма в эндосперме семян кукурузы// Физиология и биохимия культ. растений. - 1983. - 15, № 2. - С. 116-121.

   Сакало В.Д., Чибисова Н.Н., Лобов В.П. Метаболиты стромы амилопластов клубней картофеля // Физиология и биохимия культ. растений . - 1984. - 16, № 1. - С. 12-17.

   Лобов В.П., Сакало В.Д., Подгаецкий А.А. Особенности крахмалообразования в онтогенезе двух сортов картофеля // Физиология и биохимия культ. растений. - 1984. - 16, № 5. - С. 424-429.

   Лобов В.П., Сакало В.Д. Белки амилопластов клубней картофеля // Физиология и биохимия культ. растений. - 1985. - 17, № 3. - С. 242-249.

   Сакало В.Д., Лобов В.П. Молекулярные формы сахарозосинтазы корнеплодов сахарной свеклы // Физиология растений. - 1988. - 35, № 4. - С. 747-755.

   Сакало В.Д., Лобов В.П. Характеристика молекулярных форм сахарозосинтазы корнеплодов сахарной свеклы // Физиология растений. - 1992. - 39, № 2. - С. 290-299.

   Сакало В.Д., Лукашова Р.Г. Иммунохимическая характеристика сахарозосинтазы из запасающих органов растений // ДАН Украины. Сер. Б. -1992. - № 6. - С. 148-150.

   Сакало В.Д. Активация сахарозосинтазы в “стареющих” тканях корнеплодов сахарной свеклы // Физиология и биохимия культ. растений. - 1993. – 25, № 1. -С. 66-72.

   Сакало В.Д. Активность и ммунохимические свойства сахарозосинтазы из различных органов свеклы // Физиология и биохимия культ. растений. - 1993. - 25, № 2. - С. 164-169.

   Сакало В.Д., Лукашова Р.Г. Активность и ммунохимическое сравнение сахарозосинтазы из запасающих органов растений // Физиология растений. - 1993. - 40, № 2. - С. 265-270.

   Сакало В.Д. Роль сахарозосинтазы в метаболизме растений // Физиология и биохимия культ. растений. - 1993. - 25, № 6. - С. 523-533.

   Сакало В.Д., Дульнев П.Г., Лаврентович Д.И., Савченко Н.П., Нагорная Р.В. Влияние предпосевной обработки семян физиологически активными веществами на активность ферментов метаболизма сахарозы и продуктивность сахарной свеклы // Физиология и биохимия культ. растений. – 1995. – 27, № 1-2. – С. 35-41.

   Сакало В.Д., Князев В.А., Фень С.А., Тылту А.С., Швецова Л.А. Расщепление сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы при подвяливании // Физиология и биохимия культ. растений. - 1995. – 27, № 1-2. - С. 86-92.

   Сакало В.Д. Транспорт, биосинтез и отложение в запас хозяйственно-ценных соединений у важнейших сельскохозяйственных культур // Физиология и биохимия культ. растений. - 1996. - 28, № 1-2. - С. 89-101.

   Сакало В.Д., Князев В.А., Швецова Л.А., Тылту А.С., Борисова Л.Т. Метаболизм сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы при подвяливании // Физиология и биохимия культ. растений. - 1997. – 29, № 1. - С. 56-62.

   Сакало В.Д., Тылту А.С. Ферменты углеводного обмена в корнеплодах сахарной свеклы при их краткосрочном хранении в неоптимальных условиях // Физиология растений. – 1997. – 44, № 1. – С. 83-90.

   20. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Киризий Д.А., Курчий В.М. Влияние регуляторов роста растений на метаболизм сахарозы в сахарной свекле // Физиология и биохимия культ. растений. - 1998.- 30. - № 4. - С. 271-278.

   21. Сакало В.Д., Киризий Д.А., Курчий В.М. Особенности биосинтеза и метаболизма сахарной и дикой свеклы // Физиология и биохимия культ. растений. - 1999. - 31, № 5. - С. 333-339.

   22. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Курчий В.М. Регуляция эмистимом С и бетастимулином метаболизма сахарозы и продуктивности сахарной свеклы // Агрохимия. – 2001. - № 10. – С. 49-55.

   23. Сакало В.Д., Пономаренко С.П. Регуляція фізіологічно активними речовинами синтезу і метаболізму сахарози в цукрових буряках (Beta vulgaris L). Глава монографії // Фізіологія рослин в Україні на межі тисячоліть. – Т. 1. – Київ, 2001.– С. 388-391.

   24. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Курчий В.М. Влияние экзогенных регуляторов роста на сахарозосинтезирующую способность сахарной свеклы (Beta vulgaris L). // Физиология и биохимия культ. растений. - 2001. – 33, № 1. - С. 20-27.

   25. Сакало В.Д., Курчий В.М. Влияние предпосевной обработки семян сахарной свеклы регуляторами роста на метаболизм сахарозы и продуктивность // Физиология и биохимия культ. растений. - 2002. – 34, № 2. - С. 113-120.

   26. Сакало В.Д. Роль и регуляция ключевого фермента биосинтеза сахарози - сахарозофосфатсинтазы // Физиология и биохимия культ. растений. - 2002. – 34, № 6. – С. 463-474.

   27. Сакало В.Д., Курчий В.М. Влияние физиологически активных веществ на синтез и метаболизм сахарозы при старении листьев сахарной свеклы // Физиология и биохимия культ.растений. – 2003. - 35, № 5. - С. 441-446

   28. Сакало В.Д., Курчий В.М. Гормональная регуляция сахарозофосфатсинтазы и сахарозосинтазы сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) // Физиология растений. – 2004. - № 2.- С. 205-210.

   29. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Курчий В.М. Влияние сроков обработки сахарной свеклы эмистимом С и бетастимулином на метаболизм сахарозы и продуктивность // Агрохимия. - 2004. – № 5. - С. 59-65.

   30. Сакало В.Д. Изменения метаболитного состава амилопластов клубней картофеля при хранении // Сб. Регуляция физиологических функций растений. – 1986. – К. Изд. Наукова думка. – С. 142-147.

   31. Сакало В.Д., Лобов В.П. Очистка и иммунохимические свойства сахарозосинтазы корнеплодов сахарной свеклы // Физиолого-биохимические основы продуктивности сахарной свеклы / Сборник трудов. - Киев: ВНИС, 1989. - С. 95-103.

   32. Князев В.А., Сакало В.Д., Швецова Л.А., Фень С.А., Тылту А.С. Потери сахарозы при неблагоприятных условиях хранения // Сахарная свекла. – 1994. - № 10. – С. 16-17.

   33. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Курчий В.М., Черемха Б.М., Пантелусь Н.Н. Влияние обработки посевов сахарной свеклы регуляторами роста на метаболизм сахарозы и продуктивность культуры. // Сб. Елементи регуляції в рослинництві. – К.: ВВП “Компас”, 1998. – С. 51-61

   34. Сакало В.Д., Курчий В.М., Пантелусь Н.Н., Пономаренко С.П. Потенциал продуктивности поддается регулированию // Сахарная свекла. – 1998. № 8. – С. 14-16.

   35. Сакало В.Д., Пономаренко С.П., Боровикова Г.С. Дія регуляторів росту на ферментну систему цукрового буряка. // Зб. Регулятори росту рослин в землеробстві. – Київ. - 1998. – С.48-53.

   36. Пономаренко С.П., Сакало В.Д., Курчий В.М. Регуляторы роста растений и повышение продуктивности // Сахарная свекла. – 2000. - № 3. – С. 13-14.

   37. Тищенко Е.Н., Сакало В.Д. Молекулярно-генетические и биохимические изменения при старении листьев сахарной свеклы (Beta vulgaris L.). – Сб. Приемы повышения урожайности растений : от продуктивности фотосинтеза к современным биотехнологиям. – Киев: НАУ, 2003. – С. 169-172.

   38. Деклараційний патент 34684 України, Спосіб вирощування цукрового буряку, Пономаренко С.П., Сакало В.Д., Герасименко С.М., № 99020605, заявлено 02.02.1999; Опубліковано 15.03.2001. - Бюлл. № 2. - С. 1.6.

   39. Деклараційний патент 39662 України, Спосіб підвищення продуктивності цукрового буряку Пономаренко С.П., Сакало В.Д., Боровикова Г.С., Курчій В.М., Герасименко С.М., № 2000126919, заявлено 04.12.2000; Опубліковано 15.06.2001. - Бюлл. №5. - С.1.8.

   40. Деклараційний патент 39663 України, Спосіб підвищення продуктивності цукрового буряку Пономаренко С.П., Сакало В.Д., Боровикова Г.С., Курчій В.М., Герасименко С.М., № 2000126920, заявлено 04.12.2000; Опубліковано 15.06.2001. - Бюлл. № 5. - С. 1.8.

   41. Лобов В.П., Сакало В.Д. Сахарозосинтаза корнеплодов сахарной свеклы // Сб. «Транспорт ассимилятов в растениях и проблема сахаронакопления». – III Всесоюзная конференция. Изд-во «Илим», Фрунзе. – 1983. – С. 64.

   42. Sakalo V., Tiltu A. Sucrose metabolism in sugar beet root during a short time storage under unfavourable condition // 10^th FESPP Congress. Plant Physiology and Biochemistry. Special issue. – 1996. – P. 116.

   43. Sakalo V.D. Sucrose biosynthesis and metabolism in sugar and wild beets // Bulgarian J. Plant Physiol. Special issue. -1998. “The 11th Congress of the Federation of European Societies of Plant Physiology, September 1998, Varna (Bulgaria). S10-14. -P. 180.

   44. Сакало В.Д., Курчий В.М. Влияние регуляторов роста на ферменты метаболизма сахарозы и продуктивность сахарной свеклы // V Международная конференция “Регуляторы роста и развития растений”, Москва, МСХА, 1999. Ч. 1. - С. 128-129.

   45. Сакало В.Д., Курчий В.М. Влияние регуляторов роста растений на метаболизм сахарозы в сахарной свекле // IV Съезд физиологов растений РАН, Москва,1999. II т.– C. 681-682.

   46. Сакало В.Д., Пономаренко С.П, Боровикова Г.С. Регуляторы роста растений: от предпосевной обработки семян до переработки корнеплодов сахарной свеклы // Труды V Международной конференции “Регуляторы роста и развития растений”, Москва, МСХА, 1999. Ч. 2. - С. 233-234.

   47. Sakalo V.D., Kurchii V.M. Phytohormonal regulation of sucrose phosphate synthase and photosynthetic activity in the sugar beet leaves // International Conference "Photosynthesis and Crop Production", 7-11 October, 2002, Kyiv, Ukraine. Program and Abstracts, Р. 94-95

   48. Сакало В.Д. Регуляция физиологически активными веществами метаболизма сахарозы в онтогенезе сахарной свеклы (Beta vulgaris L.) // Труды V съезда общества физиологов растений России. – Пенза, 2003. – С. 429-430.