ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2007, том 54, № 6, с. 856-863
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 581.1:577.115
ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА ЖИРНЫХ КИСЛОТ СИМБИОТИЧЕСКИХ ДИНОФЛАГЕЛЛЯТ ИЗ ГЕРМАТИПНОГО КОРАЛЛА Echinopora lamellosa ПРИ АДАПТАЦИИ К РАЗЛИЧНОМУ УРОВНЮ ОСВЕЩЕНИЯ
© 2007 г. Н. В. Жукова
Институт биологии моря Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток
Поступила в редакцию 18.07.2006 г.
Исследован состав ЖК симбиотических динофлагеллят, выделенных из герматипного коралла Echinopora lamellosa, адаптированного к 95, 30, 8 и 2% ФАР. Полярные липиды и триацилглицерины существенно различались между собой по составу ЖК. Полярные липиды были богаты ненасыщенными, а триацилглицерины (ТАГ) - насыщенными ЖК. Свет оказывал существенное влияние на состав ЖК как полярных липидов, так и ТАГ. Повышение уровня освещенности вызывало увеличение содержания кислоты 16:0 в обеих группах липидов и кислоты 16:1(n-7) - в ТАГ. Очевидно, на ярком свету в клетках симбиотических динофлагеллят происходит активный синтез кислоты 16:0 de novo. При этих энергетически затратных процессах утилизируются излишки энергии. При уменьшении интенсивности света происходило увеличение содержания кислот 18:4(n-3) и 20:5(n-3) в полярных липидах, которое сопровождалось повышением содержания хлорофилла a в клетках зоок-сантелл, в то время как уровень кислот 22:6(n-3) и 20:4(n-6) снижался. Хотя относительное содержание индивидуальных ЖК значительно варьировало при изменении уровня освещенности, в целом баланс между насыщенными и полиненасыщенными ЖК менялся незначительно. Сделан вывод, что роль фотоадаптации не сводится лишь к изменению ненасыщенности липидов и жидкостности клеточных мембран. Предполагается, что вызванное светом изменение состава ЖК, отражает взаимосвязь фотосинтетических процессов и биосинтеза ЖК.
Ключевые слова: Echinopora lamellosa - симбиотические динофлагелляты - зооксантеллы - жирные кислоты - интенсивность освещения.
ВВЕДЕНИЕ
Процессы адаптации фотосинтетических организмов к различной интенсивности света, включающие изменения в клеточной структуре и морфологии хлоропластов, а также модификацию биохимического состава, изучены на разных видах микроводорослей, главным образом, на свободно-живущих морских фитопланктонных водорослях. Показано, что при слабом освещении в хлоропла-стах увеличиваются объем хлоропластов, площадь мембран тилакоидов, содержание хлорофилла и объем капель запасных липидов [1]. Для автотро-фов известно влияние света на продуцирование органического вещества, содержание пигментов и фотосинтетическую активность [2]. При вариации освещения в клетках автотрофов наблюдалось изменение состава липидов [3]. При ярком свете утилизируются излишки энергии путем накопления триацилглицеринов, а при слабом свете возрастает
Сокращения: СД - симбиотические динофлагелляты, ТАГ -триацилглицерины.
Адрес для корреспонденции: Жукова Наталья Владимировна. 690041 Владивосток, ул. Пальчевского, 17. Институт биологии моря ДВО РАН. Факс: 007 (3242) 31-09-00; электронная почта: nzhukova35@list.ru
доля гликолипидов, поскольку для усиления абсорбции света в хлоропластах увеличивается площадь мембран тилакоидов и, следовательно, их структурных компонентов - гликолипидов [4].
Информация о влиянии света на состав ЖК микроводорослей весьма ограниченна. Исследования проводили на планктонных микроводорослях, в основном, на диатомовых [5, 6], эустигматофитовых [1], примнезиевых и зеленых [4]. Сведения о влиянии света на липиды планктонных динофлагеллят единичны [7]. Некоторые работы содержат противоречивые результаты, особенно касающиеся уровня полиненасыщенных ЖК при различных условиях освещения. Противоречивые результаты, полученные для разных видов микроводорослей, привели Thompson с соавт. [5] к предположению, что адаптация к свету видоспецифична.
Особый интерес в этом отношении представляют симбиотические динофлагелляты (СД), или зооксантеллы. Биосинтез органического вещества симбиотическими динофлагеллятами является жизненно важным процессом в кораллах, а свет - наиболее важным фактором в экологии коралловых рифов, поскольку липиды, синтезированные и аккумулированные фотоавтотрофными симбионта-
ми, служат важнейшим источником энергии и клеточного материала для животного-хозяина [8]. Будучи автотрофами, зооксантеллы подвержены влиянию света. При адаптации к слабому свету наблюдали изменения ультраструктуры хлоропла-стов, содержания хлорофилла в клетке и накопление липидных капель [9]. Однако влияние света на липиды СД, которые являются главным поставщиком вещества и энергии для кораллов, не изучено.
В герматипных кораллах с окаймляющего рифа о. Сесоко (Окинава, Япония) обнаружены три типа симбиотических динофлагеллят, названных L, B и G, которые различаются своими морфологическими и физиологическими характеристиками [10]. Колонии гидрокоралла Millepora intricata содержат зооксантеллы типа L, склерактиниевые кораллы содержат тип B - в Pocillopora damicornis, тип G - в Seriatopora caliendrum и Seriatopora hystrix, а в Stylo-phora pistillata и Echinopora lamellosa обнаружены оба типа - B и G. Зооксантеллы склерактиниевых кораллов этих видов идентифицированы как дино-флагелляты рода Symbiodinium [11]. Выделенные типы СД различаются размерами клеток, формой и клеточными элементами. Кроме этого, СД этих типов различаются максимальными скоростями деления и деградации клеток, первичной продукцией нетто-фотосинтеза, фотосинтетическими способностями к аккумуляции пигментов [10]. Анализ состава ЖК позволил выявить характерные особенности липидов СД, выделенных из M. intricata, P. damicornis, S. caliendrum, S. hystrix и S.pistillata [12].
Целью данной работы было изучение состава ЖК симбиотических динофлагеллят из герматип-ного коралла E. lamellosa, который ранее не изучали, а также исследование влияния различной интенсивности света на состав ЖК их липидов. Для получения более детальной информации о механизме адаптации к свету была поставлена задача определить изменения состава ЖК отдельных групп липидов: полярных липидов, которые являются главными компонентами клеточных мембран и мембран тилакоидов, и запасных липидов - триацилглицери-нов (ТАГ).
МЕТОДИКА
Колонии герматипного коралла Echinopora lamellosa собирали с окаймляющего рифа около биостанции Сесоко (Тропический центр исследования биосферы, Окинава, Япония). Образцы среднего размера (около 5 см в длину) собирали с глубины 2 м. Собранные кораллы содержали в аквариумах в течение 120 суток при 95, 30, 8 и 2% ФАР. Симбио-тические динофлагелляты выделяли из клеток коралла, как описано ранее [10], и помещали в смесь хлороформ : метанол (1 : 1). Образцы хранили в холодильнике при -20°С.
Экстракцию липидов проводили методом Bligh и Dyer [13]. Липиды разделяли одномерной ТСХ на силикагеле. В качестве системы растворителей использовали смесь гексан : диэтиловый эфир : уксусная кислота (80 : 20 : 1). Зоны силикагеля, содержавшие полярные липиды и ТАГ, сразу же собирали шпателем, и липиды элюировали смесью хлороформ : метанол (1 : 1).
Метиловые эфиры ЖК получали переэтерифи-кацией липидов по известной методике [14] и очищали ТСХ в бензоле. Метиловые эфиры ЖК анализировали на хроматографе Shimadzu GC-14A (Япония) с пламенно-ионизационным детектором с использованием капиллярной кварцевой колонки (30 м х 0.25 мм) с фазой Supelcowax-10, при температуре 210°С; газ-носитель - гелий (линейная скорость 30 см/с). Для количественного расчета хрома-тограмм использовали программно-аппаратный комплекс Z-Chrom (Россия). Индивидуальные пики метиловых эфиров ЖК идентифицировали сравнением времен удерживания (Rf) co стандартами 18:2(n-6), 18:3(n-3), 20:4(n-6), 20:5(n-3), 22:6(n-3) и на основании расчета величин, эквивалентных длине цепи - "углеродным числам" [15].
При обозначении ЖК первое число указывает число атомов углерода в цепи ЖК, второе - количество двойных связей (через двоеточие), число при n - положение крайней двойной связи, ближайшей к метильному концу; другие двойные связи отделены друг от друга метиленовыми группами.
Дополнительно для идентификации ЖК проводили ТСХ на пластинках, пропитанных AgNO3 [16] в системе бензол : диэтиловый эфир (80 : 20). Зоны силикагеля, содержавшие метиловые эфиры насыщенных ЖК (Rf = 0.8), мононенасыщенных ЖК (Rf = 0.5) и полиненасыщенных ЖК (Rf = 0-0.2), собирали шпателем, элюировали хлороформом и анализировали на ГЖХ.
Методика определения хлорофилла a детально описана Titlyanov с соавт. [10]. Хлорофилл экстрагировали из известного количества клеток 90%-ным водным ацетоном и определяли его концентрацию по поглощению на спектрофотометре при 665 нм. Содержание хлорофилла пересчитывали на мм3 объема клетки зооксантеллы.
Опыты проводили в трех повторностях; в таблицах указаны средние значения величин, на рисунках - средние значения и стандартные отклонения.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Главными липидами в СД были полярные липиды, представляющие собой сумму гликолипидов и фосфолипидов, а также нейтральные липиды -ТАГ. Полярные липиды и ТАГ существенно различались между собой по составу ЖК (табл. 1 и 2). Полярные липиды были богаты ненасыщенными ЖК, которые в сумме составляли около 70%.
Таблица 1. Состав ЖК полярных липидов симбиотических динофлагеллят из Echinopora lamellosa при различных уровнях освещенности (массовые %% от общего содержания)
ЖК
Уровень освещенности, % ФАР
95 30 8 2
14:0 0.2 0.9 0.8 1.2
16:0 15.0 11.6 9.5 8.0
16:1(n-7) 1.0 0.9 0.8 1.4
16:3(n-4) 0.3 0.5 0.5 1.1
18:0 15.0 13.7 12.9 12.4
18:1(n-9) 0.9 1.2 0.8 1.3
18:1(n-7) 1.3 1.1 1.0 1.8
18:2(n-6) 0.7 0.6 0.6 1.3
18:3(n-6) 3.2 4.8 4.8 4.7
18:3(n-3) 1.2 1.0 1.3 1.4
18:4(n-3) 3.2 3.7 5.1 7.7
18:5(n-3) 0.8 0.7 0.8 0.8
20:1 1.6 2.3 2.9 2.2
20:2(n-6) 0.7 0.6 0.7 0.5
20:3(n-6) 0.3 0.2 0.5 0.4
20:4(n-6) 23.5 21.1 20.9 18.0
20:5(n-3) 7.0 10.5 12.7 13.7
22:4(n-6) 9.0 10.4 11.0 11.3
22:5(n-3) 0.5 1.1 1.4 1.7
22:6(n-3) 13.8 12.6 10.3 8.2
Полиненасы- 64.3 67.8 70.6 71.0
щенные
Мононенасы- 4.9 5.9 6.2 6.9
щенные
Насыщенные 30.8 26.3 23.3 22.1
Главными среди них были кислоты 18:4(n-3), 20
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.