ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2009, том 56, № 6, с. 871-878
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 581.1:547.426.23:582.866
ПОВЫШЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ С ОЧЕНЬ ДЛИННОЙ ЦЕПЬЮ В ЛИПИДАХ ВЕГЕТАТИВНЫХ
ОРГАНОВ ГАЛОФИТОВ
© 2009 г. Т. В. Иванова, Н. А. Мясоедов, В. П. Пчёлкин, В. Д. Цыдендамбаев, А. Г. Верещагин
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук, Москва
Поступила в редакцию 17.12.2008 г.
Качественный и количественный состав этерифицированных ЖК в суммарных липидах листьев, побегов и корней галофильных растений - сведы (Suaeda altissima L.), солероса (Salicornia europaea L.) и полыни (Artemisia lerchiana Webb.), собранных в их естественных местообитаниях, определяли методом ГЖХ. Вегетативные органы исследованных галофитов содержали 24 вида ЖК, из которых 16 видов, по данным их предварительной идентификации, представляли собой ЖК с очень длинной цепью (ЖКОДЦ). Были обнаружены четыре группы ЖКОДЦ - С20, С21, С22 и С23, каждая из которых включала насыщенные, моно- и диненасыщенные компоненты, а также С24- и С25-ЖК. Концентрация ЖКОДЦ в сумме ЖК составляла 4-64%, при этом в вегетативных органах высших растений, не подвергавшихся генной трансформации, столь значительное количество ЖКОДЦ найдено впервые. Среди ЖКОДЦ в целом преобладали насыщенные и "четные" компоненты, а по суммарному содержанию ЖКОДЦ корни в несколько раз превосходили надземные органы. Обсуждаются возможные пути биосинтеза ЖКОДЦ в растениях, содержание ЖКОДЦ в вегетативных тканях и физиологическая роль ЖК-состава мембранных липидов в солевом метаболизме растений.
Ключевые слова: Artemisia lerchiana - Salicornia europaea - Suaeda altissima - корни - побеги - листья -ЖКОДЦ - эквивалентная длина цепи - идентификация
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, галофиты, в отличие от других растений, могут успешно расти и развиваться при весьма высоких концентрациях солей (хлористого натрия и др.) в почве, а такое галофильное растение, как сведа, даже нуждается в соли для нормального функционирования [1, 2]. Каковы же физиологические и биохимические механизмы, лежащие в основе солеустойчивости галофитов? Поискам ответа на этот вопрос, имеющий важнейшее теоретическое и весьма актуальное практическое значение, было посвящено много работ (см. обзоры [3-6]). Среди них все большее место начинают занимать исследования структуры и функции клеточных мембран галофитов, поскольку именно изменения в мембранах поддерживают адаптационную взаимосвязь клетки и внешней среды [7-9].
Сокращения: ЖКОДЦ - ЖК с очень длинной цепью; ФДЦ -фракционная длина цепи; ЭДЦ - эквивалентная длина цепи; шс - число атомов углерода ЖК; RRT - относительное время удерживания (от relative retention time); S - сумма насыщенных ЖК; U - сумма ненасыщенных ЖК. Адрес для корреспонденции: Верещагин Андрей Глебович. 127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии растений РАН. Факс: 007 (495) 977-80-18; электронная почта: lipids@ippras.ru
При изучении липидов этих мембран было показано, что галофиты могут отличаться от гликофитов как по содержанию отдельных липидных классов [10, 11], так и по их ЖК-составу [12, 13], и, в частности - по составу ЖК с числом атомов углерода (тС) > 20, которые в липидологии обозначают общепринятым термином "very-long-chain fatty acids" [14], т.е. "ЖК с очень длинной цепью" (ЖКОДЦ).
Целью настоящей работы было определение качественного и количественного состава суммы этерифицированных ЖК в вегетативных органах трех видов галофитов, собранных в их естественных местообитаниях.
МЕТОДИКА
Растения сведы высокой (Suaeda altissima L., сем. Chenopodiaceae), солероса европейского (Salicornia europaea L., сем. Chenopodiaceae) и полыни Лерха (Artemisia lerchiana Webb., сем. Asteraceae) собирали в июне-июле в Эльтонском природном парке (Волгоградская обл.). Растения извлекали из грунта вместе с почвой, содержавшей корневую систему. Для определения содержания NaCl в корнеобитаемой зоне среднюю пробу почвы (1 г) суспендировали в 20 мл дистиллированной воды,
Таблица 1. Предварительная идентификация ЖК суммарных липидов вегетативных органов галофитов
№№ ЭДЦ ЖК
1 -0.290 14.00 ё14:0
2 -0.144 16.00 ё16:0
3 -0.131 16.21 С16:1А9
4 0 18.00 ё18:0
5 0.022 18.20 С18:1А9
6 0.027 18.23 С18:1А11
7 0.045 18.63 С18:2А9,12
8 0.083 19.18 С18:3А9,12,15
9 0.132 20.00 ё20:0
10 0.155 20.27 С20:1
11 0.170 20.68 С20:2
12 0.201 21.00 ё21:0
13 0.216 21.19 С21:1
14 0.243 21.57 С21:2
15 0.271 22.00 ё22:0
16 0.288 22.21 С22:1
17 0.318 22.57 С22:2
18 0.345 23.00 ё23:0
19 0.366 23.11 С23:1
20 0.421 23.78 С23:2
21 0.430 24.00 ё24:0
22 0.486 24.57 С24:2
23 0.499 24.71 С24:Х
24 0.525 25.00 ё25:0
взбалтывали 1 мин и фильтровали. Электропроводность водного раствора измеряли, используя переносный кондуктометр ОК-102 ("Radelkis", Венгрия). Содержание соли устанавливали с помощью соответствующей калибровочной кривой и выражали в ммоль №0/кг почвы.
Корни, побеги и листья собранных растений фиксировали в кипящем изопропаноле и гомогенизировали. Суммарные липиды полученной суспензии омыляли кипячением в присутствии КОН, неомыляемые отделяли гексаном и суспензию подкисляли. Выпавшие свободные ЖК экстрагировали гексаном и превращали в их метиловые эфиры, которые затем очищали ТСХ и разделяли методом ГЖХ [15]. Для каждого из полученных хроматографических пиков определяли величины относительного времени удерживания (logRRT) и эквивалентной длины цепи (ЭДЦ), а для некоторых пиков - также величину фракционной длины цепи [16].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Качественный состав жирных кислот
Данные качественного состава ЖК в липидах листьев, побегов и корней трех видов галофитов представлены в табл. 1. Можно видеть, что они содержали не только обычные, широко распространенные в растениях ЖК с числом атомов углерода mС < 18 (№№ 1-8), но и 16 видов "необычных" ЖК (№№ 9-24). Судя по данным logRRT и ЭДЦ их эфиров, эти виды могли представлять собой ЖКОДЦ. Действительно, сопоставление по величине logRRT достоверно идентифицированных ранее эфиров С14:0-, С16:0- и С18:0-ЖК с эфира-ми ЖК №№ 9, 12, 15, 18, 21 и 24 по величине logRRT ясно показало, что между значениями mC всех этих ЖК и logRRT их эфиров имела место прямая линейная зависимость [17]. Следовательно, все ЖК с №№ 9, 12 ... 24 принадлежали к суммарным насыщенным ЖК ^-ЖК), и их можно было предварительно идентифицировать как
С20:0-, С21:0-, С22:0-, С23:0-, С24:0- и С25:0-ЖК соот,ет-
ственно; значения ЭДЦ эфиров этих S-ЖКОДЦ выражались целыми числами (20.00 ... 25.00).
Предварительная идентификация ЖКОДЦ с дробными значениями ЭДЦ в табл. 1 базировалась на использовании параметра "фракционной длины цепи" (ФДЦ, [17]), который представлял собой разность между дробной ЭДЦ данного эфира и целочисленной ЭДЦ S-эфира с той же самой величиной mC. Из данных табл. 1 можно было заключить, что ЖК с №№ 3, 5, 10, 13, 16 и 19 были сходны между собой по величине ФДЦ, и средняя арифметическая величин ФДЦ была равна 20 ± 7. Поскольку состав и строение ненасыщенных ЖК (^ЖК) № 3 (пальмитолеиновой, С16:1А9) и № 5 (олеиновой, С18:1А9) были достоверно известны, то на основе проведенного расчета ЖКОДЦ с №№ 10, 13, 16 и 19 предварительно идентифицировали как мононенасыщенные С20:1-, С211-, С22:1- и С231- ЖКОДЦ соответственно, предположительно имеющие А9-строение. Таким же образом, ЖК № 7 (лино-левая, С18:2А912), с одной стороны, и виды ЖКОДЦ с №№ 11, 14, 17, 20 и 22, с другой, характеризовались близкими друг к другу значениями ФДЦ (63 ± 10); поэтому данные виды, возможно, являлись диеновыми С20:2-, С21:2-, С^, С232- и С242-ЖКОДЦ, соответственно, с А9,12-строением. Наконец, среди ЖКОДЦ корней растений сем. Chenopodiaceae был обнаружен в значительном количестве компонент, обозначенный нами как С24:Х еще не известного состава.
Следует еще раз подчеркнуть, что в настоящей работе состав и строение как S-, так и ^ЖКОДЦ определяли лишь предварительно, только по данным logRRT, ЭДЦ и ФДЦ [17]; для более досто-
ПОВЫШЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ Таблица 2. Состав ЖК с шС < 18 из суммарных липидов вегетативных органов галофитов
Орган Содержание №0, ммоль/кг почвы
С14:0 С16:0 С16:1А
Корни 0 16.6 1.5
50 - 5.8 1.8
400 - 13.3 1.0
Листья 0 0.3 26.3 2.0
50 0.3 11.0 1.3
400 0.7 21.5 2.4
Побеги 0 2.6 22.6 1.7
50 2.2 19.8 2.3
400 0.4 33.3 0.6
Корни 580 1.7 17.7 3.5
1000 0.5 13.0 1.2
Побеги 580 1.5 19.4 1.4
1000 2.7 10.1 -
Корни 5 0.6 8.1 1.0
10 0.9 10.3 1.1
Побеги 5 1.5 14.5 3.8
10 0.7 10.4 0.9
ЖК, % от суммы
С
18:0
С18:1А9 С18:1А11 С18:2А9,12 С18:3А9,12,15 с Шс <
3.2 0.9 45.0 7.4 74.7
5.3 1.0 35.8 7.5 59.1
2.7 1.3 34.0 6.9 60.6
6.0 - 15.0 39.6 90.8
17.2 - 41.0 22.4 96.3
3.8 - 13.5 42.1 85.8
4.5 1.4 27.3 14.1 77.9
13.2 1.6 22.0 17.9 81.8
2.7 0.6 31.8 20.7 92.7
12.2 0.9 24.7 6.5 72.0
4.0 0.9 24.4 5.5 50.8
3.3 0.6 22.5 41.4 91.5
1.4 - 11.9 35.1 61.5
9.1 1.1 11.6 2.8 35.8
10.3 0.9 25.1 3.5 54.3
2.4 0.3 19.0 29.6 72.1
3.1 0.3 14.3 28.5 59.1
Сведа 0.1 1.9
1.4 1.6
3.1 1.8
3.7
2.8 2.6
Солерос 4.8 1.3
1.5 0.3
Полынь 1.5
2.2 1.0 0.9
Примечание. Прочерк - ЖК отсутствовала.
верной идентификации потребуется применение масс-спектрометрии [16].
Количественный состав жирных кислот
Данные табл. 2 показывают, что содержание ЖК с тс < 18 в сумме ЖК составляло 36-96%. При этом линоленовая кислота (С18:3Д9,12д5) присутствовала, главным образом, в надземных органах - листьях и побегах, богатых хлоропластами, а линолевая (С18:2А9Д2) - преимущественно в корнях, как это наблюдалось ранее в растениях пшеницы [18].
Концентрация ЖКОДЦ в сумме ЖК липидов галофитов достигала 64% (табл. 3). Более половины из них составляли 8-компоненты (6 видов), а по суммарному содержанию в последних "четные" гомологи (три вида, особенно С22:0) более, чем на порядок, превосходили "нечетные" (три вида). Среди 10 видов и-ЖКОДЦ три вида - С21:1-, С22:2- и С24:Х-ЖК - по суммарному содержанию вчетверо превышали остальные семь. При этом
С24:2-, С24:Х- и С25:0-ЖК присутствовали лишь в растениях сем. СИепороШасеае и только в их корнях.
Независимо от концентрации соли
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.