Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля
Рассматривается токсическое действие глицерина, ДМСО и веществ рядов амидов и диолов в различных концентрациях на меристемы картофеля и винограда. Показано, что токсичность данных веществ в исследованных концентрациях не обусловливается осмотическим фактором и усиливается с увеличением гидрофобности...
Saved in:
| Published in: | Проблемы криобиологии и криомедицины |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139259 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля / Н.А. Шевченко, Т.Ф. Стрибуль, Л.Ф. Розанов // Проблемы криобиологии. — 2004. — № 3. — С. 79–85. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-139259 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Шевченко, Н.А. Стрибуль, Т.Ф. Розанов, Л.Ф. 2018-06-19T21:28:08Z 2018-06-19T21:28:08Z 2004 Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля / Н.А. Шевченко, Т.Ф. Стрибуль, Л.Ф. Розанов // Проблемы криобиологии. — 2004. — № 3. — С. 79–85. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139259 57.086:547:42 Рассматривается токсическое действие глицерина, ДМСО и веществ рядов амидов и диолов в различных концентрациях на меристемы картофеля и винограда. Показано, что токсичность данных веществ в исследованных концентрациях не обусловливается осмотическим фактором и усиливается с увеличением гидрофобности. Розглядається токсична дія гліцерину, ДМСО і речовин рядів амідів та діолів у різних концентраціях на меристеми картоплі та винограду. Показано, що токсичність даних речовин у досліджених концентраціях не обумовлюється осмотичним фактором і підсилюється зі збільшенням гідрофобності. The authors investigated a toxic effect of glycerol, DMSO and substances of amide and diol series under various concentrations on potato and grape meristems. It is shown that the toxicity of the mentioned above substances under investigated concentrations is not stipulated by an osmotic factor and is intensified with increase of their hydrophobic properties. ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Проблемы криобиологии и криомедицины Криоконсервирование биообъектов Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля Effect of multiatom alcohols, amides and DMSO on grape and potato meristems integrity Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля |
| spellingShingle |
Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля Шевченко, Н.А. Стрибуль, Т.Ф. Розанов, Л.Ф. Криоконсервирование биообъектов |
| title_short |
Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля |
| title_full |
Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля |
| title_fullStr |
Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля |
| title_full_unstemmed |
Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля |
| title_sort |
действие многоатомных спиртов, амидов и дмсо на сохранность меристем винограда и картофеля |
| author |
Шевченко, Н.А. Стрибуль, Т.Ф. Розанов, Л.Ф. |
| author_facet |
Шевченко, Н.А. Стрибуль, Т.Ф. Розанов, Л.Ф. |
| topic |
Криоконсервирование биообъектов |
| topic_facet |
Криоконсервирование биообъектов |
| publishDate |
2004 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы криобиологии и криомедицины |
| publisher |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Effect of multiatom alcohols, amides and DMSO on grape and potato meristems integrity |
| description |
Рассматривается токсическое действие глицерина, ДМСО и веществ рядов амидов и диолов в различных концентрациях на меристемы картофеля и винограда. Показано, что токсичность данных веществ в исследованных концентрациях не обусловливается осмотическим фактором и усиливается с увеличением гидрофобности.
Розглядається токсична дія гліцерину, ДМСО і речовин рядів амідів та діолів у різних концентраціях на меристеми картоплі та винограду. Показано, що токсичність даних речовин у досліджених концентраціях не обумовлюється осмотичним фактором і підсилюється зі збільшенням гідрофобності.
The authors investigated a toxic effect of glycerol, DMSO and substances of amide and diol series under various concentrations on potato and grape meristems. It is shown that the toxicity of the mentioned above substances under investigated concentrations is not stipulated by an osmotic factor and is intensified with increase of their hydrophobic properties.
|
| issn |
0233-7673 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139259 |
| citation_txt |
Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность меристем винограда и картофеля / Н.А. Шевченко, Т.Ф. Стрибуль, Л.Ф. Розанов // Проблемы криобиологии. — 2004. — № 3. — С. 79–85. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT ševčenkona deistviemnogoatomnyhspirtovamidovidmsonasohrannostʹmeristemvinogradaikartofelâ AT stribulʹtf deistviemnogoatomnyhspirtovamidovidmsonasohrannostʹmeristemvinogradaikartofelâ AT rozanovlf deistviemnogoatomnyhspirtovamidovidmsonasohrannostʹmeristemvinogradaikartofelâ AT ševčenkona effectofmultiatomalcoholsamidesanddmsoongrapeandpotatomeristemsintegrity AT stribulʹtf effectofmultiatomalcoholsamidesanddmsoongrapeandpotatomeristemsintegrity AT rozanovlf effectofmultiatomalcoholsamidesanddmsoongrapeandpotatomeristemsintegrity |
| first_indexed |
2025-11-25T20:44:28Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:44:28Z |
| _version_ |
1850531024105111552 |
| fulltext |
79ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
2004, №3
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
2004, №3
УДК 57.086:547:42
Действие многоатомных спиртов, амидов и ДМСО на сохранность
меристем винограда и картофеля
Н.А.ШЕВЧЕНКО, Т.Ф.СТРИБУЛЬ, Л.Ф.РОЗАНОВ
Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков
Effect of Multiatom Alcohols, Amides and DMSO on Grape and Potato
Meristems Integrity
N.A. SHEVCHENKO, T.F. STRYBUL, L.F. ROZANOV
Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the National Academy
of Sciences of the Ukraine, Kharkov
Рассматривается токсическое действие глицерина, ДМСО и веществ рядов амидов и диолов в различных концентрациях на
меристемы картофеля и винограда. Показано, что токсичность данных веществ в исследованных концентрациях не
обусловливается осмотическим фактором и усиливается с увеличением гидрофобности.
Ключевые слова: меристема, амиды, диолы, токсичность.
Розглядається токсична дія гліцерину, ДМСО і речовин рядів амідів та діолів у різних концентраціях на меристеми
картоплі та винограду. Показано, що токсичність даних речовин у досліджених концентраціях не обумовлюється осмотичним
фактором і підсилюється зі збільшенням гідрофобності.
Ключові слова: меристема. аміди, діоли, токсичність.
The authors investigated a toxic effect of glycerol, DMSO and substances of amide and diol series under various concentrations on
potato and grape meristems. It is shown that the toxicity of the mentioned above substances under investigated concentrations is not
stipulated by an osmotic factor and is intensified with increase of their hydrophobic properties.
Key-words: meristems, amides, diols, toxicity.
UDC 57.086:547:42
Адрес для корреспонденции: Шевченко Н.А., Институт проблем
криобиологии и криомедицины НАН Украины, ул. Переяславская,
23, г. Харьков, Украина 61015; тел.:+38 (057) 777-42-84, факс: +38
(057) 772-00-84, e-mail: cryo@online.kharkov.ua
Address for correspondence: Shevchenko N.A., Institute for Prob-
lems of Cryobiology&Cryomedicine of the Natl. Acad. Sci. of Ukraine,
23, Pereyaslavskaya str.,Kharkov, Ukraine 61015; tel.:+380 57 777
4284, fax: +38 (057) 7720084, e-mail:cryo@online.kharkov.ua
An interest towards a meristematic tissue as an
object of cryobiological investigations is determined by
the fact that the cryopreservation of meristems may
become the base of new biotechnologies, directed to
the valuable breeding of plant species, plant gene fond
preservation and selection measures performance [4].
Traditional for cryobiology methodological
approaches are to be realised, paying attention to the
peculiarities of plant objects’ structure, in particular,
the presence of cellular wall and the extent of contact
between that and plasmatic membrane. At the same
time, these approaches are just the same as for traditional
cryobiological objects: the prevention of intracellular
crystallisation and excessive cell dehydration [8,12].
The protection effect of main cryodamage factors
can be provided with the cryoprotectants, which main
peculiarities are related to their osmotic activity, the
rate and the penetration ways into cells, the ability to
bind water and toxicity degree [3].
According to capability to penetrate into plant cells,
the cryoprotectants can be divided into 3 groups [14]:
penetrating both through a cellular wall and the
plasmolemma ( ethyleneglycol, diols, amides, dimethyl
sulfoxide and glycerol: substances with various
penetration rate through a plasmatic membrane);
penetrating only via the cellular wall, but non-
penetrating through plasmolemma (oligosaccha-rides,
amino acids, low-molecular polymers);
Интерес к меристемальной ткани как объекту
криобиологических исследований обусловлен тем,
что криоконсервирование меристем может стать
основой новых биотехнологий, направленных на
разведение ценных видов растений, сохранение
растительного генофонда и проведение селек-
ционных мероприятий [4].
Традиционные для криобиологии методические
подходы должны применяться к меристемам с
учетом особенностей строения растительных
объектов, в частности, наличия клеточной стенки
и степени контакта с ней плазматической мембра-
ны. Вместе с тем эти подходы остаются теми же,
что и для традиционных криобиологических объек-
тов: предотвращение внутриклеточной кристал-
лизации и чрезмерной дегидратации клеток [8, 12].
Защиту от действия основных факторов
криоповреждения могут обеспечить криопротек-
торы, к важнейшим свойствам которых относят
их осмотическую активность, скорость и пути
проникновения в клетки, способность связывать
воду и степень токсичности [3].
По способности проникать в растительные
клетки криопротекторы можно разделить на 3
группы [14]:
проникающие как через клеточную стенку, так
и через плазмалемму (этиленгликоль, диолы,
амиды, диметилсульфоксид и глицерин – вещества
80ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
2004, №3
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
2004, №3
non-penetrating through cellular wall (high
molecular polymers and polysaccharides).
The cryoprotectants of the first group, with a high
osmotic activity, slowly penetrating through the
plasmolemma under high molar concentrations, can
cause a cell death as a result of hypertonic stress [6,11],
their direct toxic effect on the cells is not excluded as
well [7].
Proceeding from the mentioned above, at the stage
of preliminary cryoprotectants selection it is advisable
to conduct the estimation of their cytotoxicity effect,
which may include both an osmotic and direct toxic
effects.
The aim of the work was the estimation of the
cytotoxicity effect for cryoprotectants of three classes
of chemical compounds (amides, multiatom alcohols
and oxides), on potato and grape meristems.
Materials and methods
In the work there was estimated the perspective
of usage as cryoprotectants for meristematic tissues
of the substances from the classes of: amides – 4,
diols – 8, threeatom alcohols (glycerol) – 1, oxides
(DMSO) – 1. Dimethyl sulfoxide was chosen as a
cryoprotectant, successfully used for meristem
cryopreservation [9,13,15].
Isabella grape (Vitis vinifera L) meristems were
obtained from hibernating (over-wintering) grafts. With
this aim the phytotrone at 22°C and photoperiod of 16
hrs (day) / 8 hrs (night) there were grown the shoots
to the length of 4-6 internodes. After leaves removing
the grapes sinus meristems were used for the further
work. Potato (Solanum tuberosum) meristems were
obtained by tubers shooting at 22°C, from the grafts
there were isolated sinus meristems (apexes), within
the period of 2 hrs they were immersed into 2 ml 0.5;
1 or 1.5 M solution of the substance, prepared with
0.9% NaCl. After the exposure in cryoprotectant
solution, the meristems during 2 hrs were maintained
in 4 ml of physiological solution and were removed
into Petri dishes (4cm diameter) on the filter paper,
moistened with 1ml of physiological solution. After 24
hrs there was determined the percentage of integral
meristems [10].
Results and discussion
Table 1 presents the data about the integrity of
potato meristems after 2 hrs’ incubation at 21±2°C in
amides, diols, glycerol and DMSO solutions.
Proceeding from the presented results, toxic effect of
amides is more clearly expressed, than one of diols. In
amides series only dimethylformamide (DMFA) and
dimethylacetamide (DMAC) in 0.5M concentration
damaged less than 30% of meristems. Amide solutions
of 1M concentration damaged more than 60 % of
meristems, and the incubation in 1.5 M solutions
с различной скоростью проникновения через
плазматические мембраны);
проникающие через клеточную стенку, но не
проникающие через плазмалемму (олигосахариды,
аминокислоты, низкомолекулярные полимеры);
непроникающие через клеточную стенку
(высокомолекулярные полимеры и полисахариды).
Криопротекторы первой группы, обладающие
высокой осмотической активностью, медленно
проникающие через плазмалемму в высоких
молярных концентрациях, могут стать причиной
гибели клеток в результате гипертонического
стресса [6,11], не исключено и их прямое токсичес-
кое действие на клетки [7].
В связи с вышесказанным на стадии предва-
рительного отбора криопротекторов целесообразно
проводить оценку их цитотоксического действия,
которое может включать в себя как осмотические,
так и прямые токсические эффекты.
Целью настоящей работы была оценка цито-
токсичности криопротекторов, входящих в три
класса химических соединений (амиды, много-
атомные спирты и оксиды), на меристемы
картофеля и винограда.
Материалы и методы
В работе оценена перспектива применения в
роли криопротекторов для меристемальных тканей
веществ из классов: амидов – 4, диолов – 8,
трехатомных спиртов – 1 (глицерин), оксидов – 1
(ДМСО). Диметилсульфоксид выбран как крио-
протектор, успешно использовавшийся при
криоконсервировании меристем [9,13,16].
Меристемы винограда (Vitis vinifera L) сорта
Изабелла получали из зимующих черенков. Для
этого в фитотроне при температуре 22оС и
фотопериоде 16 ч (день)/8 ч (ночь) выращивали
побеги до длины 4-6 междоузлий. После удаления
листьев пазушные меристемы винограда исполь-
зовали в дальнейшей работе.
Меристемы картофеля (Solanum tuberosum)
получали проращиванием клубней при 22°С, из
побегов выделяли пазушные меристемы (апексы),
на 2 ч погружали в 2 мл 0,5; 1 или 1,5 М раствора
криозащитного вещества, приготовленного на
0,9%-м NaCl. После экспозиции в растворе
криопротектора меристемы в течение 2-х часов
выдерживали в 4 мл физиологического раствора и
переносили в чашки Петри (диаметр 4 см) на
фильтровальную бумагу, смоченную 1мл физ-
раствора. Через 24 ч определяли процент количест-
ва сохранных меристем [10].
Результаты и обсуждение
В табл. 1 представлены данные о сохранности
меристем картофеля после 2-часовой инкубации
81ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
2004, №3
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
2004, №3
роткеторпоирK
tnatcetorpoyrC
алумрофяанруткуртС
alumroflarutcurtS
К тнеициффэо
tneiсiffeoC К М,ароткеторпоиркяицартнецно
M,noitartnecnoctnatcetorpoyrC
]1[яинеледерпсар
]1[noitubirtsidfo
ялдитсомеацинорп
]1[вотицортирэ
rofytilibaemrepfo
]1[setycorhtyre 5,0 1 5,1
димамроФ
edimamroF
О
//
HN-С-Н
2
940,0 - 0,5±0,61 0 0
диматецА
edimatecA
О
//
HN-С-3НС
2
260,0 66,2 6,03±3,14 0,5±0,53 0
димамрофлитемиД
edimamroflyhtemiD
HCО
3
///
N-С-Н
_______ \
HC
3
332,0 69,2 3,5±7,37 9,3±9,43 0
диматецалитемиД
edimatecalyhtemiD
HCО
3
///
N-С-3НC
\
HC
3
192,0 68,2 2,3±5,09 4,8±2,32 0
ьлокилгнелитЭ
locylgenelyhtE
НC
2
HС-
2
||
HOHO
040,0 89,1 001 001 001
вьлозоллецлитеM
evlosolleclyhteM
НC
2
HС-
2
HC-O-
3
| __________
HO __________
121,0 - 6,3±3,09 4,6±6,58 4,0±3,92
лоиднапорп-3,1
loidenaporp-3,1
НC
2
HС-
2
HС-
2
||
HOHO
460,0 798,0 001 1,3±5,39 9,2±7,19
лоиднапорп-2,1
loidenaporp-2,1
НC
2
HC-HС-
3
|| _____
HOHO _____
670,0 6,1 2,3±3,39 4,4±3,88 1,9±6,67
лоиднатуб-4,1
loidenahtub-4,1
НC
2
HC-
2
HС-
2
HС-
2
_| ____________ |
HO __________ HO
731,0 979,0 2,5±3,09 4,5±0,09 2,71±1,64
лоиднатуб-3,1
loidenahtub-3,1
НC
2
HC-
2
HC-HС-
3
_| ________ |
HOHO
722,0 46,2 6,4±3,38 3,5±8,86 1,6±0,86
лоиднатуб-3,2
loidenahtub-3,2
НC
3
HC-HС-HC-
3
||
HOHO
803,0 98,2 3,4±8,75 7,1±4,15 8,4±6,43
лоиднатуб-2,1
loidenahtub-2,1
НC
2
HС-HC-
2
HC-
3
__ ||
HOHO
500,0 830,0 001 001 001
нирецилГ
lorecylG
НC
2
HС-HС-
2
|||
HOHOHO
500,0 830,0 001 001 001
ОСМД
OSMD
HC
3/
S=O ____
\
HC
3
742,0 - 001 001 2,6±0,59
Таблица 1. Сохранность меристем картофеля под действием различных концентраций криопротекторов
Table 1. Potato meristems integrity under various cryoprotectants concentrations effect
при температуре 21±2°C в растворах амидов,
диолов, глицерина и ДМСО. Из приведенных
результатов следует, что токсический эффект
амидов более выражен, чем диолов. В ряду амидов
только диметилформамид (ДМФА) и диметил-
ацетамид (ДМАЦ) в концентрации 0,5 М повреж-
дали менее 30% меристем. Растворы амидов с
концентрацией 1 М повреждали более 60%
меристем, а инкубация в 1,5 М растворах
resulted in a complete loss of the apexes integrity. The
highest cytotoxicity was shown by formamide,
damaged more than 80% of meristems even under
0.5M concentration.
In contrast to amides all the investigated substances
of diols series under the concentration of 0.5M showed
slightly manifested toxic effect or its complete absence.
In 1M diol solutions there were preserved more than
80% of meristems. The exception was 1,2-buthane
82ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
2004, №3
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
2004, №3
diol (BD), damaged up to 50% of apexes. The most
part of diols in 1.5 M concentration began to reveal its
damaging effect. Especially toxic appeared to be methyl
cellosolve (MC) and 1,2-BD, their incubation in the
solutions resulted in the loss of more than 70% of
meristems. About 50% of meristems survived after
the effect of 1.4 and 1,3-BD, and 2,3-BD and 1,2-PD
affected more markedly, than 1,3-PD. Ethylene glycol
(EG) in the given concentration is not toxic.
According to the manifestation of their toxic effect
on potatoe meristems the amides form the series:
DMFA≈DMAM<AA<FA
The series of diols in the order of an increased
toxicity are of such a kind: EG<1,3-PD<1,2-PD<
2,3-BD<1,3-BD≈1,4-BD<MC<1,2-BD.
Glycerol does not toxically affect the potato
meristems under the used concentrations, and DMSO
shows slightly manifested toxic effect only under 1.5 M
concentration.
In Table 2 there are demonstrated the data about
the effect of amides, diols, glycerol and DMSO on the
integrity of grape meristems.
The results of investigation show that grape
meristems are more resistant to the effect of acetamide
(AA) and less resistant to the effect of potato dimethyl
formamide (DMFA), comparing to the potatoe
meristems. Even after 2 hrs incubation in 1.5 M AA
solution about 30% of meristems are kept.
In diol series the more manifested toxic effect is
noted for 1,2-BD (up to 40% of meristems die in 0.5 M
and to 70% in 1.5 M in solutions) and MC (the death
of 70% of meristems in 1.5 M solution). Other
cryoprotectants of these series in all used concen-
trations do not manifest clear damaging cryoprotective
effect. Although, we may say, that grape meristems
as well as potato ones, appeared to be more resistant
to the incubation in propanediol solutions than in
butandiol ones.
Diol series in the order of toxicity increase (1.5 M
concentration) is as follows: EG<1,2-PD<1,3-PD<
1,4-BD≈1,3-BD≈2,3-BD<MC<1,2-BD.
It should be noted, that EG and glycerol do not
toxically affect the grapes meristems, as well as potato
ones, and DMSO shows slightly expressed damaging
effect.
Analyzing the causes of toxicity and estimating a
possible contribution into cell damage of osmotic
factors, it is necessary to pay attention to the presented
in the Table 1 and 2 distribution coefficients (DC) of
substances in the system water-n-octanol and to the
permeability coefficients of these substances [1].
Nowadays we have no real possibility to determine
the membrane permeability of plant cells. However
we suppose, that permeability coefficients for
erythrocytes, given in the tables, can to some extent
characterize the penetration capability of investigated
приводила к полной потере сохранности апексов.
Наибольшую цитотоксичность проявлял форм-
амид, повреждавший более 80% меристем даже в
0,5 М концентрации.
В отличие от амидов все изученные вещества
ряда диолов в концентрации 0,5 М оказывали
слабовыраженное токсическое действие или
демонстрировали полное его отсутствие. В 1 М
растворах диолов сохранялось более 80% мери-
стем. Исключением был 1,2-бутандиол (1,2-БД),
повреждающий до 50% апексов. Большинство
диолов в 1,5 М концентрации начинали проявлять
свое повреждающее действие. Особенно токсич-
ными оказались метилцеллозольв (МЦ) и 1,2-БД,
инкубация в их растворах приводила к потере более
70% меристем. Около 50% меристем сохранялись
после действия 1,4- и 1,3-БД, а 2,3-БД и 1,2-ПД
оказывали более выраженный повреждающий
эффект, чем 1,3-ПД. Этиленгликоль в данной
концентрации нетоксичен.
По выраженности токсического действия на
меристемы картофеля амиды составляют ряд:
ДМФА≈ДМАЦ<АА<ФА.
Ряд диолов в порядке возрастания токсичности
имеет вид: ЭГ<1,3-ПД<1,2-ПД<2,3-БД<1,3-БД≈
1,4-БД< МЦ<1,2-БД.
Глицерин токсического действия на меристемы
картофеля в использованных концентрациях не
оказывает, а ДМСО проявляет слабовыраженный
токсический эффект только в концентрации 1,5 М.
В табл. 2 приведены данные о влиянии амидов,
диолов, глицерина и ДМСО на сохранность
меристем винограда. Результаты исследований
показывают, что меристемы винограда более
устойчивы к действию ацетамида (АА) и менее
устойчивы к действию диметилформамида
(ДМФА), чем меристемы картофеля. Даже после
2-часовой инкубации в 1,5 М растворе АА около
30% меристем сохраняются.
В ряду диолов наиболее выраженный токсичес-
кий эффект отмечен для 1,2-БД (до 40% меристем
гибнут в 0,5 М и до 70% в 1,5 М растворах) и МЦ
(гибель до 70% меристем в 1,5 М растворе).
Другие криопротекторы данного ряда во всех
использованных концентрациях не проявляют
выраженного повреждающего действия. Однако
можно сказать, что меристемы винограда как и
картофеля оказались более устойчивыми к
инкубации в растворах пропандиолов, чем в
растворах бутандиолов.
Ряд диолов в порядке возрастания токсичности
(1,5 М концентрация) имеет вид: ЭГ<1,2-ПД<
1,3-ПД<1,4-БД≈1,3-БД≈2,3-БД<МЦ<1,2-БД.
Следует отметить, что ЭГ и глицерин токсичес-
кого действия на меристемы винограда, как и на
меристемы картофеля, не оказывают, а ДМСО
83ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
2004, №3
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
2004, №3
роткеторпоирK
tnatcetorpoyrC
алумрофяанруткуртС
alumroflarutcurtS
К тнеициффэо
tneiciffeoC К М,ароткеторпоиркяицартнецно
M,noitartnecnoctnatcetorpoyrC
]1[яинеледерпсар
]1[noitubirtsidfo
ялдитсомеацинорп
]1[вотицортирэ
rofytilibaemrepfo
]1[setycorhtyre 5,0 1 5,1
диматецА
edimatecA
О
//
HN-С-3НС
2
260,0 66,2 0,5±0,78 2,21±0,14 6,6±3,03
димамрофлитемиД
edimamroflyhtemiD
HCО
3
///
N-С-Н
_______ \
HC
3
332,0 69,2 4,3±2,24 8,3±0,41 7,2±8,2
ьлокилгнелитЭ
locylgenelyhtE
НC
2
HС-
2
||
HOHO
040,0 89,1 001 001 001
вьлозоллецлитеM
evlosolleclyhteM
НC
2
HС-
2
HC-O-
3
| __________
HO __________
121,0 - 3,4±5,88 9,1±2,89 4,4±8,43
лоиднапорп-3,1
loidenaporp-3,1
НC
2
HС-
2
HС-
2
||
HOHO
460,0 798,0 001 0,11±0,98 4,21±0,58
лоиднапорп-2,1
loidenaporp-2,1
НC
2
HC-HС-
3
|| _____
HOHO _____
670,0 6,1 2,8±7,19 0,11±0,98 5,61±3,39
лоиднатуб-4,1
loidenahtub-4,1
НC
2
HC-
2
HС-
2
HС-
2
_| ____________ |
HO __________ HO
731,0 979,0 5,2±6,79 2,3±1,69 4,5±1,57
лоиднатуб-3,1
loidenahtub-3,1
НC
2
HC-
2
HC-HС-
3
_| ________ |
HOHO
281,0 98,1 7,61±3,88 0,5±7,68 0,91±0,07
лоиднатуб-3,2
loidenahtub-3,2
НC
3
HC-HС-HC-
3
||
HOHO
722,0 46,2 6,4±3,38 3,5±8,86 1,6±0,86
лоиднатуб-2,1
loidenahtub-2,1
НC
2
HС-HC-
2
HC-
3
__ ||
HOHO
803,0 98,2 3,4±8,75 7,1±4,15 8,4±6,43
нирецилГ
lorecylG
НC
2
HС-HС-
2
|||
HOHOHO
500,0 830,0 001 001 001
ОСМД
OSMD
HC
3/
S=O ____
\
HC
3
742,0 - 0,11±0,98 001 7,02±3,38
Таблица 2. Сохранность меристем винограда под действием различных концентраций криопротекторов
Table 2. Grape meristems integrity under various cryoprotectants concentrations effect
проявляет слабовыраженное повреждающее
действие.
Анализируя причины токсичности и оценивая
возможный вклад в повреждение клеток осмоти-
ческих факторов, следует обратить внимание на
приведенные в табл.1 и 2 коэффициенты распре-
деления (Кр) веществ в системе вода – н-октанол
и коэффициенты проницаемости этих веществ [1].
В настоящее время мы не располагаем реальной
возможностью определения проницаемости
мембран растительных клеток. Однако мы
полагаем, что коэффициенты проницаемости для
эритроцитов, приведенные в таблицах, могут в
какой-то мере характеризовать проникающую
способность изученного ряда веществ и для
клеток растений. Известно, что диаметр белковой
substances series for the plant cells as well. It is known
that the diameter of protein pore both in plasmolemma
of the plant cell and in erythrocyte membrane is about
4D, and membrane structures of animals and plants
cells within the frames of investigated problem do not
differ from each other significantly. Substances, which
distribution coefficient is less than 0.1, badly penetrate
through the lipid bilayer of plant membrane, but may
come along the water channels, if their molecular
diameter is not more than 4D [5]. Glycerol, cha-
racterized both by the lowest distribution coefficient
(low solubility in lipid phase) and the molecular diameter,
which is more, than 4D [1], slowly penetrates into the
cell, and does not toxically affect on grapes and potatoes
meristems. EG also characterised with a slight DC
value, has a high coefficient of permeation due to small
84ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
2004, №3
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
2004, №3
поры и в плазмалемме растительной клетки, и в
мембране эритроцита около 4Å, а структуры мем-
бран клеток растений и животных в рамках рас-
сматриваемой задачи существенно не отличаются
друг от друга. Вещества, коэффициент распреде-
ления которых меньше 0,1, плохо проникают через
липидный бислой мембран растений, но могут про-
ходить по водным каналам, если диаметр их моле-
кулы не превышает 4Å [5]. Глицерин, характе-
ризующийся самым низким коэффициентом рас-
пределения (низкой растворимостью в липидной
фазе) и диаметром молекулы, превышающим 4Å
[1], медленно проникает в клетку и не оказывает
токсического действия на меристемы винограда
и картофеля. Этиленгликоль, также характеризуе-
мый небольшой величиной Кр, имеет большой
коэффициент проницаемости из-за маленького диа-
метра молекулы – 2,6Å [1]. Проникая через белко-
вые поры, ЭЭГ не оказывает токсического дейст-
вия на меристемы. Отсутствие корреляции токсич-
ности глицерина и ЭГ с их проникающей способ-
ностью в клетки свидетельствует о том, что в об-
щее повреждающее действие указанных веществ
осмотический эффект не вносит существенного
вклада. Следует обратить внимание на тот факт,
что в гомологическом ряду исследованных диолов
с увеличением числа и длины алкильных радика-
лов повышается коэффициент распределения
данных веществ (т.е. растет их гидрофобность) и
усиливается их повреждающее действие. Резуль-
таты, полученные для рядов изомеров 1,3-ПД –
1,2-ПД и 1,4-БД – 1,3-БД – 2,3-БД – 1,2-БД, свиде-
тельствуют, что внутри ряда с увеличением коэф-
фициента распределения усиливается токсическое
действие веществ на меристемы, что согласуется
с данными [2].
Выводы
Увеличение Кр приводит к повышению прони-
цаемости веществ через липидный бислой, что
увеличивает вероятность пертурбаций в мембране
и их повреждений. Рассматривая результаты, полу-
ченные для ряда этиленгликоль – метилцеллозольв,
можно отметить, что введение метоксигруппы в
молекулу ЭГ приводит к появлению токсического
эффекта у МЦ [17].
Аналогичных выводов по отношению к амидам
мы сделать не можем в связи с отсутствием воз-
можности исследовать весь ряд веществ данного
класса.
molecule diameter of 2,6D [1]. Passing through pores
EG does not toxically affect meristems. The absence
of correlation between glycerol and EG toxicity and
their penetration capability into the cells testifies to
osmotic effect does not significantly contribute to the
total damaging effect of the mentioned substances.
The fact should be noted that in the series of
homologues of investigated diols with the increase of
the length and number of alkyl radicals, the distribution
coefficient of these substances (that is their
hydrophobicity grows) enhances and their damage
effect increases. The results, obtained from the isomers
series of 1,3-PD–1,2-PD and 1,4-BD–1,3-BD–2,3-
BD–1,2-BD testify to the fact that within the series
with the increase of distribution coefficient the toxic
effect of substances on meristems intensifies, that
corresponds to the data [2].
Conclusions
The increase of DC results in the strengthening of
substance permeability through the lipid bilayer that
increases perturbation probability in membrane and
their damages. Considering the results, obtained for
the ethylene glycol series: methyl cellosolve, it is
possible to note, that introduction of the metoxy group
into EG molecular leads to the appearance of toxic
effect [1].
Analogue conclusions in respect of amides we
unable to make because of the absence of the
possibility to investigate the whole series of this class
substances.
Литература
Гордієнко О.І., Гордієнко Є.О., Ліннік Т.П., Компанієць А.М.
Механізми проникання кріопротекторів крізь мембрани
еритроцитів // Пробл. криобиологии.– 2002.– №4.– C. 9-15.
1.
References
Gordienko O.I., Gordienko E.A., Linnik T.P., Kompaniets A.M.
Mechanisms of Cryoprotectant Permeation via Erythrocytes
Membranes // Problems of Cryobiology.– 2002.– №4.– P. 9-15.
Pichugin Yu.I. Dependence of cytotoxicity and cryoprotectant
diols activity on their structure and physical and chemical
peculiarities: Author’s abstract of the candidate of biological
sciences.– Kharkov, 1988.– 18 p.
Pushkar N.S., Shrago M.I., Belous A.M., Kalugin Yu.V.
Cryoprotectants.– Kiev: Nauk. dumka, 1979.– 197 p.
Rudishin S.D. Principles of plant biotechnology.– Vinnytsa,
1998.– 224 p.
Salamatova T.S. Physiology of plant cell.– Leningrad, 1983.–
232 p.
Smolyaninova E.I., Zhegunov G.F., Khromenkova O.V.
Osmotic Behavior of Murine Embryos in Hypertonic Solutions
of 1,2-Propanediol and its Oxyethylated Derivatives //
Problems of Cryobiology.– 2000.– N1.– P. 49-51.
Fahy G.M., Lilley T.H., Lindsell H. et al. Cryoprotectant,
toxicity and cryoprotectant toxicity and cryoprotectant toxicity
reduction: in search of molecular mechanism // Cryobiology.–
1990.– Vol. 27.– Р. 247-268.
Grospietsch M., Stodulkova E, Zamechnik J. Effect of
osmotic stress on dehydration tolerance and cryopreser-
vation of Solanum tuberosum shoot tips // Cryo-Letters.–
1999.– Vol. 20, №6.– Р. 339-346.
Harding K., Staines H. Biometric analysis of phenotypic
characters of potato shoot tips recovered from tissue culture,
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
dimethyl sulfoxide treatment and cryopreservation // Cryo-
Letters.– 2001.– Vol. 22, №4.– Р. 255-262.
Kartha K.K. Cryopreservation of plant cells and organs.–
Boca Raton: CRS Press, 1985.– 278 p.
Katkov I.I., Katkova N.,Critser J.K., Mazur P. Mouse
spermatozoa in high concentration of glycerol: chemical
toxicity vs osmotic shook at normal and reduced oxygen
concentration // Cryobiology.– 1998.– Vol. 37.– Р. 325-338.
McLellan M.R., Schrijnemakers E.W.M., Van Iren F. The
response of four cultured plant cell-lines to freezing and
thawing in the presence or absence of cryoprotectant
mixtures // Cryo-Letters.– 1990.– Vol. 11, №3.– Р. 189-204.
Plessis P., Leddet C., Collas A., Dereuddre J. Cryopreser-
vation of Vitis vinifera L cv Chardonnay shoot-tips by
encapsulation-dehydration effect of pretreatment, cooling and
postculture conditions // Cryo-Letters.– 1993.– Vol.14, №5.–
Р. 309-320.
Tao Dali, Li Paul H. Classification of plant cell cryoprotec-
tants // J.Theor. Biol.– 1986.– Vol. 123.– Р. 305-310.
Towill L.E. Survival at ultra-low temperatures of shoot tips
from Solanum tuberosum groups Andigena, Phureja,
Stenotonum, Tuberosum and other tuber-bearning Solanum
species // Cryo-Letters.– 1984, -5, №5. -Р.319-326.
Wowk B., Darwin M., Harris S.B. et al. Effect of solute
methoxulation on glass-forming ability and stability of
vitrification solutions // Cryobiology.– 1999.– Vol. 39.–
Р. 215-227.
Accepted in 27.01.2004
85ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
2004, №3
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
2004, №3
Пичугин Ю.И. Зависимость цитотоксичности и крио-
протекторной активности диолов от их структуры и
физико-химических свойств: Автореф. дис… канд. биол.
наук.– Харьков, 1988.– 18 с.
Пушкарь Н.С., Шраго М.И., Белоус А.М., Калугин Ю.В.
Криопротекторы.– Киев: Наук. думка, 1979.– 197 с.
Рудишин С.Д. Основи біотехнології рослин.– Вінниця,
1998.– 224 с.
Саламатова Т.С. Физиология растительной клетки.– Л.,
1983.– 232 с.
Смольянинова Е.И., Жегунов Г.Ф., Хроменкова О.В.
Осмотическое поведение эмбрионов мышей в гипер-
тонических растворах 1,2-ПД и его оксиэтилированных
производных // Пробл. криобиологии.– 2000.– №1.–
С. 49-51.
Fahy G.M., Lilley T.H., Lindsell H. et al. Cryoprotectant,
toxicity and cryoprotectant toxicity and cryoprotectant toxicity
reduction: in search of molecular mechanism // Cryobiology.–
1990.– Vol. 27.– Р. 247-268.
Grospietsch M., Stodulkova E, Zamechnik J. Effect of
osmotic stress on dehydration tolerance and cryopreser-
vation of Solanum tuberosum shoot tips // Cryo-Letters.–
1999.– Vol. 20, №6.– Р. 339-346.
Harding K., Staines H. Biometric analysis of phenotypic
characters of potato shoot tips recovered from tissue culture,
dimethyl sulfoxide treatment and cryopreservation // Cryo-
Letters.– 2001.– Vol. 22, №4.– Р. 255-262.
Kartha K.K. Cryopreservation of plant cells and organs.–
Boca Raton: CRS Press, 1985.– 278 p.
Katkov I.I., Katkova N.,Critser J.K., Mazur P. Mouse
spermatozoa in high concentration of glycerol: chemical
toxicity vs osmotic shook at normal and reduced oxygen
concentration // Cryobiology.– 1998.– Vol. 37.– Р. 325-338.
McLellan M.R., Schrijnemakers E.W.M., Van Iren F. The
response of four cultured plant cell-lines to freezing and
thawing in the presence or absence of cryoprotectant
mixtures // Cryo-Letters.– 1990.– Vol. 11, №3.– Р. 189-204.
Plessis P., Leddet C., Collas A., Dereuddre J. Cryopreser-
vation of Vitis vinifera L cv Chardonnay shoot-tips by
encapsulation-dehydration effect of pretreatment, cooling and
postculture conditions // Cryo-Letters.– 1993.– Vol.14, №5.–
Р. 309-320.
Tao Dali, Li Paul H. Classification of plant cell cryoprotec-
tants // J.Theor. Biol.– 1986.– Vol. 123.– Р. 305-310.
Towill L.E. Survival at ultra-low temperatures of shoot tips
from Solanum tuberosum groups Andigena, Phureja,
Stenotonum, Tuberosum and other tuber-bearning Solanum
species // Cryo-Letters.– 1984, -5, №5. -Р.319-326.
Wowk B., Darwin M., Harris S.B. et al. Effect of solute
methoxulation on glass-forming ability and stability of
vitrification solutions // Cryobiology.– 1999.– Vol. 39.–
Р. 215-227.
Поступила 27.01.2004
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
|