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.