научная статья по теме ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ ЛИПИДОВ ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНОВ ЧЕРНУШКИ ПРИ РАЗНОМ УРОВНЕ ЗАСОЛЕНИЯ СРЕДЫ Биология

Текст научной статьи на тему «ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ ЛИПИДОВ ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНОВ ЧЕРНУШКИ ПРИ РАЗНОМ УРОВНЕ ЗАСОЛЕНИЯ СРЕДЫ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2014, № 3, с. 264-270

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

УДК 581.1:426.23:582.866

ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ ЛИПИДОВ ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНОВ ЧЕРНУШКИ ПРИ РАЗНОМ УРОВНЕ ЗАСОЛЕНИЯ СРЕДЫ

© 2014 г. Д. О. Гогуэ*, Р. А. Сидоров**, В. Д. Цыдендамбаев**, В. П. Холодова**, Вл. В. Кузнецов**

*Российский университет дружбы народов, 117198 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6 **Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, 127276Москва, Ботаническая ул., 35

E-mail: ifr@ippras.ru Поступила в редакцию 26.08.2013 г.

Проведено сравнительное исследование устойчивости двух видов лекарственных растений чернушки (Nigella damascena L. и N. sativa L.) к солевому стрессу. Показано, что выращивание растений в присутствии 70 или 110 мМ NaCl подавляло рост и накопление сухой массы листьев и корней у обоих изученных видов, причем при более высокой концентрации NaCl подавление было более значительным. Установлено, что солевой стресс приводил к накоплению пролина в листьях и к изменению состава жирных кислот липидов вегетативных органов растений. Отмечено, что N. sativa обладает более высокой солеустойчивостью (70—100 мМ NaCl), чем N. damascena. Обнаружено, что удаление NaCl из среды культивирования и последующее выращивание подвергшихся солевому стрессу растений на среде без соли приводило к постепенному восстановлению обоих изученных видов чернушки. При этом растения N. sativa характеризовались более высокой способностью к восстановлению (регенерации) после сильного солевого стресса.

DOI: 10.7868/S0002332914030060

Растения чернушки (Nigella L., Ranuncula-ceae), в частности N. sativa и N. damascena, выращиваются во многих странах Средиземноморья Западной и Центральной Азии, поскольку их семена ("черный тмин") и получаемое из них масло широко используются в этих странах как в пищевых, так и в лекарственных целях (Kökdil, Yilmaz, 2005; Ahmad et al., 2013). Один из главных факторов, снижающих продуктивность посевов чернушки, — засоление почв (Bourgou et al., 2012). Устойчивость растений к засолению является полигенным признаком и определяется функционированием целого ряда защитных систем. Важную роль в поддержании ионного гомеостаза при солевом стрессе играют интегральные белки мембран (катионные и анионные каналы, Na+- и Cl--транспортеры, Н+-АТФазы и др.), функционирование которых во многом зависит от их липидно-го окружения. Растения отвечают на повышение концентрации NaCl в среде быстрыми изменениями активности ион-транспортных белков (Parks et al., 2002) и содержания совместимых осмолитов (Холодова и др., 2011; Jitender, 2011), что не может не сопровождаться изменениями липидного обмена и состава жирных кислот (ЖК) липидов мембран. При развитии солевого стресса модификации подвергается прежде всего ЖК-состав липидов плазматической мембраны, определяющий степень ее текучести (Ben Taarit et al., 2010). В этой связи ЖК-состав клеточных липидов ли-

стьев и корней чернушки в норме и при солевом стрессе представляет большой интерес.

Можно было предположить, что изменения в транспорте ионов, в водном обмене и концентрации осмолитов в условиях засоления сопровождаются изменениями липидного обмена, в частности ЖК-состава липидов. Мы определили качественный и количественный состав ЖК в липидах вегетативных органов чернушки дамасской и чернушки посевной при разных концентрациях NaCl в среде культивирования, а также после восстановления растений, подвергнувшихся солевому стрессу. Наряду с этим в органах обоих видов чернушки исследовано содержание пролина как одного из эффективных стресс-протекторных соединений.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Семена чернушки дамасской (N. damascena L.) были получены из Сирии, а семена чернушки посевной (N. sativa L.) — из Египта. Семена стерилизовали в слабом растворе KMnO4 в течение 30 мин, затем проращивали в перлите в течение 15 сут. После прорастания и формирования семядолей растения пересаживали по пять штук в однолитровые сосуды с питательной средой Хогланда— Снайдер и выращивали в течение двух недель, затем в среду добавляли NaCl до конечных концентраций 70 и 110 мМ. Растения в этих условиях вы-

100

80

в

§ 60

св

0

1 40

20

(а)

1 2 3

0

(б)

300

о

Í-C

о в ч о х

о В н о

ев" О

о

а

70 110 70 110

Содержание NaCl в среде, мМ

200

а £ С

100

(в)

70

110

Рис. 1. Сухая масса листьев и корней N. damascena и N. sativa в зависимости от концентрации NaCl в среде культивирования после солевого стресса (а) и последующего восстановления (б и в). 1 и 2 — листья N. damascena и N. sativa соответственно; 3 и 4 — корни N. damascena и N. sativa соответственно; для рис. 1 и 3.

0

0

0

ращивали в течение 12 сут. После этого часть растений переносили в сосуды с питательной средой Хогланда—Снайдер без NaCl и наблюдали за процессом их восстановления в течение последующих 12 сут. Контрольные растения выращивали в тех же условиях, но в отсутствие засоления. Опыты проводили в камере фитотрона при 21—23/17— 19°С (день/ночь), 12-часовом фотопериоде при освещенности 450 мкмоль/(м2 • с) металлогалоге-новыми лампами (Philips, Нидерланды). Пролин определяли с помощью кислого нингидринового реактива (Bates et al., 1973).

Абсолютное содержание и жирнокислотный (ЖК) состав суммарных липидов в листьях и корнях чернушки определяли как описано ранее (Сидоров и др., 2012). Для оценки уровня ненасыщенности ЖК в липидах корней и листьев рассчитывали индекс ненасыщенности (ИН) (Сидоров и др., 2012).

На рисунках и в таблицах приведены средние арифметические трех аналитических определений трех биологических повторностей. Во всех случаях стандартное отклонение не превышало 7% от среднего.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 1 приведены результаты определения сухой массы листьев и корней N. damascena и

N. sativa в зависимости от концентрации NaCl в среде культивирования после 12-суточного выращивания, а также после восстановления растений на среде без соли. Видно, что выращивание обоих видов чернушки в присутствии NaCl приводило к снижению сухой массы как листьев, так и корней, причем последних в значительно большей степени. Повышение концентрации NaCl в среде культивирования вызывало не только более интенсивное подавление накопления сухой массы (рис. 1а), но и более существенное угнетение роста растений (данные не приведены). Сравнение изученных видов чернушки показало, что N. sativa была более устойчива к влиянию повышенной концентрации NaCl в среде культивирования на рост и накопление сухой массы, чем N. damascena.

Удаление NaCl из среды культивирования и последующее выращивание подвергшихся солевому стрессу растений на среде без соли в течение 12 сут приводило к их постепенному восстановлению. Однако если сухая масса листьев и корней растений, выращенных при 70 мМ NaCl, достигала 54—80% от контроля, то восстановление этого показателя у растений после 110 мМ NaCl не превышало 38—53% (рис. 1б). На рис. 1б также видно, что после 70 мМ NaCl уровень сухой массы корней у N. damascena восстанавливался более интенсивно, чем у N. sativa, тогда как после 110 мМ NaCl, наоборот, этот показатель быстрее восста-

266

ГОГУЭ и др.

800

600

400

200

(а)

■ 1

□ 2

70

110

(б)

70

110

60

50

40

о

Я

д

о х

о

и

н о

а

я

и

ч о

р

С

о

и

X

а

X р

о ч

U 10

30

20

(в)

70

110

Содержание NaCl в среде, мМ

Рис. 2. Содержание пролина в листьях N. damascena (1) и N. sativa (2) в зависимости от концентрации NaCl в среде культивирования после солевого стресса (а) и последующего восстановления (б и в).

0

0

навливался у N. sativa. Если же сравнить уровень накопления сухой массы после 12 сут восстановления растений на среде без соли и в конце выращивания в присутствии NaCl, в корнях N. sativa после 110 мМ NaCl и в корнях N. damascena после воздействия обеих концентраций соли сухая масса накапливалась значительно активнее, чем в листьях; в корнях N. damascena накопление сухой массы было даже более активным, чем за тот же период у контрольных растений (рис. 1в). Эти данные свидетельствуют о том, что растения N. sativa обладают более выраженным восстановительным (регенерационным) потенциалом, чем растения N. damascena.

Как известно (Friedman et al., 1989), важную роль в солеустойчивости растений играет также биосинтез осмолитов — низкомолекулярных органических соединений, осуществляющих функции осморегуляторов и стресс-протекторов по отношению к биополимерам. Поэтому мы определили в листьях содержание пролина.

На рис. 2а показано, что засоление вызвало сильное увеличение содержания пролина в листьях исследованных видов растений. Видно также, что в присутствии 70 мМ NaCl в листьях N. sativa накапливалось в 1.5 раза больше пролина, чем у N. damascena. В то же время при 110 мМ NaCl уровень накопления пролина в листьях обоих видов чернушки был сходным и превышал его кон-

центрацию в листьях контрольных растений в 8 раз. Выращивание растений, подвергшихся солевому стрессу, на среде без NaCl в течение 12 сут у N. damascena приводило к постепенному снижению концентрации пролина в листьях (рис. 2б), а у N. sativa снижение концентрации пролина в листьях имело место только у растений после воздействия 70 мМ NaCl. С возрастом содержание пролина в листьях у обоих видов чернушки снижалось, причем у N. sativa несколько сильнее, чем у N. damascena (рис. 2в). После 12 сут восстановления растений на среде без соли содержание пролина в листьях по сравнению с таковым в конце выращивания в присутствии NaCl в обеих концентрациях было значительно ниже, чем в контроле. У растений N. damascena, восстанавливавшихся после выращивания в присутствии 70 мМ NaCl, содержание пролина восстанавливалось в большей степени, чем у N. sativa, а после выращивания при 110 мМ NaCl наоборот; при восстановлении растений после (более) сильного солевого стресса содержание пролина в листьях у обоих видов было выше, чем после (более мягкого) умеренного воздействия (рис. 2в).

На рис. 3 представлены результаты определения содержания липидов в листьях и корнях двух видов чернушки, выращенных в присутствии 70 и 110 мМ NaCl, а также после 12 сут восстановления на с

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком