азота на состояние ионного баланса в листьях растений [15, 16]. Вместе с тем, специальные исследования, направленные на анализ роли органических кислот при формировании ионного состава и ионного гомеостаза в клетках гликофитов, в литературе отсутствуют.
Цель настоящей работы состояла в выяснении сопряженности обмена органических кислот с процессами обмена минеральных ионов при формировании катионно-анионного состава листьев гликофитов разной таксономической принадлежности на разных этапах их онтогенеза.
МЕТОДИКА
Объектом исследования служили растения томата (Lycopersicon esculentum L., сорт Пламя), фасоли (Phaseolus vulgaris L., сорт Сакса без волокна) и амаранта метельчатого (Amaranthus cruentus L.). Выбор растений определялся их различной таксономической принадлежностью и ранее отмеченной способностью к повышенной аккумуляции органических кислот в листьях в ответ на воздействие нитратного азота [16-18].
Семена растений проращивали в чашках Петри на смоченной водой фильтровальной бумаге. 3-дневные проростки высаживали в 5-литровые сосуды, заполненные гравием (диаметр частиц 13 мм), и до начала эксперимента выращивали в гидропонной культуре с применением 0.1 нормы питательного раствора Чеснокова [16], после чего переносили на опытный питательный раствор. Учитывая видовые различия в темпах формирования биомассы проростков, в опытах использовали растения фасоли в возрасте 14 суток, томата -21 суток и амаранта - 28 суток.
Опытный раствор включал Ca(NO3)2 х 4H2O, KH2PO4, MgSO4 х 7H2O, NaCl в эквивалентных концентрациях по 5 мг-экв./л, что обеспечило эквивалентность содержания основных минеральных катионов (K+, Ca2+, Mg2+, Na+) и анионов
— 2- — (NO3, Cl-, SO4 , H2PO4) в питательной среде. Полив осуществляли автоматически с интервалом 1 ч порциями 0.5 л/растение. Растворы обновляли 1 раз в 5 дней. Опыты проводили в застекленной теплице при естественном освещении и температуре воздуха 28/18°С. Продолжительность опытов для фасоли и амаранта составила 21 сутки, для томата - 28 суток.
По окончании опыта отбирали пробы листьев (отдельно листовая пластинка и черешок с центральной жилкой) разного возраста, находящихся в фазах ювенильного (акцептор), зрелого (донор) и стареющего листа, которые, как известно, отличаются по ионному составу. Для анализа содержания в листьях органических кислот и кислото-растворимых форм минеральных катионов про-
бы фиксировали в термостате при 105°С в течение 1 ч и высушивали при 80°С в течение 24 ч. Суммарное содержание водорастворимых анионов органических кислот и содержание водорастворимых ди- и трикарбоновых кислот (ДТК) определяли в водных экстрактах из высушенного материала (1 г : 100 мл) с использованием метода ионного обмена и хроматографии на бумаге по Солдатенкову и Мазуровой [19]. Содержание во-до- и кислоторастворимой форм щавелевой кислоты определяли в сухом материале путем экстракции щавелевой кислоты, соответственно, водой или 1 N HCl (1 г : 100 мл) и титрования оксалатов в кислой среде с использованием метода перманганатометрии по Плешкову [20] в нашей модификации, как было описано ранее [17]. Кислоторастворимые формы кальция и магния анализировали в экстрактах из сухого материала, полученных после 15-минутного кипячения с 0.1 N HCl (1 г : 20 мл). Водорастворимые формы минеральных катионов и анионов анализировали в водных экстрактах из сырого материала (1 г : 40 мл), полученных после их 15-минутного кипячения. Содержание калия, кальция и натрия определяли на пламенном фотометре Flapho-4 ("Carl Zeiss", Германия). Магний, фосфат и сульфат определяли на СФ-26 ("ЛОМО", Россия): магний - по образованию окрашенного комплекса с титановым желтым в щелочной среде [21], фосфат - по образованию молибденовой сини с амидолом в качестве восстановителя [21], сульфат - турбидиметрически по образованию взвеси BaSO4 при использовании реактива BaCl2 (0.1 М) в CH3COOH (1 М) [21]. Содержание нитрата и хлорида определяли с помощью ионоселектив-ных электродов.
В таблицах и на рисунках приведены средние арифметические (в пересчете на сырую массу) из 3 опытов, проведенных в 5-кратной биологической повторности, и их стандартные ошибки.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Анализ содержания анионов органических кислот в листовых пластинках исследованных растений показал, что они представлены двумя формами - водорастворимой и водонераствори-мой. Как следует из результатов, приведенных в табл. 1 и на рис. 1, общее содержание водорастворимых органических анионов было наиболее высоким в растениях фасоли. При этом в онтогенезе листа у растений всех исследованных видов отмечали увеличение содержания водорастворимых форм органических анионов, что в наибольшей степени проявилось у фасоли и томата.
Хроматографический анализ состава органических кислот показал, что водорастворимые органические анионы в листьях исследованных гликофитов представлены преимущественно ДТК, а
Таблица 1. Суммарное содержание водорастворимых форм минеральных и органических анионов (мг-экв./кг сырой массы) и их соотношения в листовых пластинках у гликофитов на разных этапах онтогенеза листа
Анионы
Отношение ми-
Тип листа органиче- минераль- неральные/орга-нические анионы
ские ные
Фасоль
Ювенильный 158 ± 14 63 ± 5 0.40
Зрелый 223 ± 17 62 ± 5 0.28
Стареющий 340 ± 31 52 ± 4 0.15
Томат
Ювенильный 104 ± 8 93 ± 10 0.89
Зрелый 196 ± 18 169 ± 13 0.86
Стареющий 253 ± 21 188 ± 15 0.74
Амарант
Ювенильный 114 ± 10 99 ± 10 0.87
Зрелый 171 ± 12 72 ± 7 0.42
Стареющий 200 ± 19 60 ± 6 0.30
также оксалатом. У фасоли и томата в этой фракции преобладали кислоты цикла ДТК (табл. 2), на долю которых в пластинке ювенильного листа приходилось >50% от общей суммы водорастворимых органических анионов (табл. 1) и уровень которых возрастал в 1.2-1.8 раза в пластинке зрелого листа и в 1.7-2.7 раза в стареющем листе по сравнению с таковым в ювенильном листе (табл. 2). У амаранта содержание водорастворимых ДТК в листовой пластинке оказалось достаточно низким при доминировании водорастворимого окса-лата, причем содержание и водорастворимых ДТК, и водорастворимого оксалата в онтогенезе листа менялись сравнительно мало (табл. 2).
Как известно, основной органической кислотой, представленной у растений в водонераство-римой (кислоторастворимой) форме, является щавелевая кислота [22]. Анализ кислотораство-римого оксалата показал, что в пластинке зрелого листа фасоли его содержание составляло лишь 10% от общей суммы водорастворимых органических анионов (табл. 1 и 2). У томата уровень кис-лоторастворимого оксалата был выше, чем у фасоли, и в пластинках как зрелого, так и стареющего листа составлял около 18% от суммы растворимых органических анионов. У амаранта количество кислоторастворимого оксалата в пластинках листа оказалось существенно более высоким. Его преобладание над содержанием водорастворимых органических анионов было отмечено уже в пластинке ювенильного листа, а в стареющем листе его было в 1.9 раза больше (табл. 1 и 2); здесь уровень водонерастворимого оксалата превышал содержание его водорастворимой формы более, чем в 4 раза (табл. 2).
Анализ содержания минеральных катионов в пластинках ювенильного, зрелого и стареющего листа позволил выявить как общие закономерности, так и некоторые особенности их участия в формировании ионного состава листьев исследованных гликофитов в онтогенезе. Так, среди водорастворимых катионов у всех растений в пластинке ювенильного листа заметно преобладали ионы К+, содержание которых было наиболее высоким (128 мг-экв./кг сырой массы) в ювенильном листе фасоли (рис. 2). В онтогенезе у фасоли и томата содержание К+ несколько возрастало в пластинке зрелого и снижалось в пластинке стареющего листа, тогда как у амаранта оно оставалось практически неизменным. Анализ содержания ионов в пластинке листа показал, что их участие в формировании ионного состава листьев гликофитов было минимальным. Особенно низким (менее 4 мг-экв./кг сырой массы) оказался уровень в листовых пластинках фасоли (рис. 2а), а
Таблица 2. Содержание водо- и кислоторастворимых форм анионов ДТК и оксалата и кислоторастворимых форм минеральных катионов в листовых пластинках растений на разных этапах онтогенеза листа (мг-экв./кг сырой массы)
Фасоль
Томат
Амарант
Тип листа ДТК* Окса- лат** Са** ДТК* Окса- лат** Са** ДТК* Окса-лат* Окса- лат** Са** Mg**
Ювенильный 105.9 ± — 32 ± 1.8 51.6 ± 28.4 ± 40.7 ± 42.6 ± 76.2 ± 175.2 ± 171.2 ± 8.1 ± 2.1
± 6.6 ± 2.7 ± 3.7 ± 2.1 ± 4.0 ± 5.2 ± 9.8 ± 6.8
Зрелый 130.6 ± 22.2 ± 35 ± 2.1 86.9 ± 36.4 ± 58.7 ± 42.0 ± 93.8 ± 303.5 ± 310.4 ± 15.1 ±
± 7.1 ± 3.0 ± 4.1 ± 2.4 ± 3.9 ± 4.1 ± 5.0 ± 12.6 ± 14.5 ± 2.7
Стареющий 188.5 ± — 38 ± 2.6 143.8 ± 45.0 ± 54.9 ± 35.2 ± 94.7 ± 388.5 ± 315.4 ± 94.5 ±
± 9.1 ± 7.4 ± 3.4 ± 3.7 ± 3.9 ± 7.2 ± 14.3 ± 17.1 ± 4.7
* Водорастворимые формы. ** Кислоторастворимые формы.
400 300
О
»1! 100
о
& 0 л
й 300
«100 о
X
§ 0
о
§ 300
ей ^
& 200
и о О
100
(а)
1_I_I_I_I_и
(б)
(в)
■Ii.i1.il.
-п! ■ I_I_I
Ш jf.li -1 --
1-п1ИП1Ип1_
300 200
1100111 пНии
о 0 &
3 400
и
15300
? 200 * 100
О
х 0
о 0
и
§ 400
* 300
& 200 о О
юо зо со юо зо со юо зо со юо зо со юо зо со NO3 С1 SO4 Р04 органические
ионы
Рис. 1. содержание водорастворимых минеральных и органических анионов в листовых пластинках и черешках растений фасоли (а), томата (б) и амаранта (в) в онтогенезе.
юо - ювенильные органы, зо - зрелые органы, со - стареющие органы. 1 - листовая пластинка, 2 -черешок.
Ш
100 0
-2
м
I
(а)
J_I_I_I —I_1ТТ I
|1
(б)
I — \яЛ |Д-Ц_1И-Г I
11
(В)
■fc.li 1ч
юо зо со юо зо со юо зо со юо зо со К Na Mg Са
Рис. 2. содержание водорастворимых минеральных катионов в листовых пластинках и черешках растений фасоли (а), томата (б) и амаранта (в) в онтогенезе. юо - ювенильные органы, зо - зрелые органы, со - стареющие органы. 1 - листовая пластинка, 2 -черешок.
его наиболее высокое содержание (27 мг-экв./кг сырой массы) отмечено в стареющем листе томата (рис. 26).
При определении водорастворимых форм двухвалентных катионов в листьях растений установили, что содержание вод
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.