ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 441, № 1, с. 133-136
^ ОБЩАЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^
БИОЛОГИЯ
УДК 582.272:577.1:543.062
СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ МАННИТА И ПРОЛИНА В БУРОЙ ВОДОРОСЛИ FUCUS VESICULOSUS L. МУРМАНСКОГО
ПОБЕРЕЖЬЯ БАРЕНЦЕВА МОРЯ © 2011 г. М. П. Клиндух, Е. Д. Облучинская, академик Г. Г. Матишов
Поступило 11.07.2011 г.
В данной работе изучено содержание наиболее распространенных низкомолекулярных органических осмолитов — маннита и пролина у одного из представителей фукусовых водорослей Баренцева моря Fucus vesiculosus, а также сезонные изменения их содержания под влиянием абиотических факторов. Количественные характеристики свободной аминокислоты пролина у фукоидов Баренцева моря определены впервые.
Подобно наземным растениям водоросли в ходе реализации адаптационного процесса синтезируют особые вещества с защитными свойствами. Важная роль на разных стадиях адаптации принадлежит совместимым низкомолекулярным органическим осмолитам, таким как аминокислоты и сахароспирты.
Аминокислота пролин, возможно, является одним из наиболее широко распространенных совместимых осмолитов в высших растениях [1]. Биологическая роль и количественные характеристики пролина у водорослей практически не изучены.
Многоатомный спирт маннит содержится в водорослях в значительных количествах, зависящих от вида водоросли, сезона и условий произрастания [2]. Несмотря на большое число работ, посвященных изучению количественных характеристик маннита, его биологическая роль и метаболизм у бурых водорослей по-прежнему остаются далеко не ясными [3].
В настоящей работе нами впервые выявлен характер зависимости содержания маннита и свободного пролина в бурой водоросли F. vesiculosus L. Баренцева моря в разные сезоны года от солености и температуры, сделана попытка прояснить осморегуляторные и криопротекторные функции этих совместимых осмолитов.
Водоросль F. vesiculosus экологически пластичный вид, обитающий практически во всех
Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра Российской Академии наук
биотопах Баренцева моря. Исследовали водоросли в возрасте 4+...7+ лет, собранные в экспедициях Мурманского морского биологического института в 2009—2010 гг. У воздушно-сухих водорослей определяли содержание маннита методом обратного титрования [4] и свободного пролина — по методу Байтса (Bates) [5].
Распределение мест сбора проб по степени опреснения сделано согласно многолетним данным по изменению солености, представленным в литературе [6], а также по результатам собственных исследований (табл. 1). Все данные были статистически обработаны. На основе полученных результатов построены гистограммы (рис. 1 и 2).
В результате проведенного исследования определено, что наименьшее содержание маннита в бурой водоросли F. vesiculosus наблюдается в зимний период, а пролина — в осенний период во всех образцах водорослей. Наибольшее содержание маннита было определено в осенний период (рис. 1). Подобные изменения в содержании маннита характерны для всех бурых водорослей [7]. Количество пролина к весне повышается по сравнению с осенним содержанием, а в летний период снижается (рис. 2). Такое изменение в содержании свободного пролина выявлено в местах с незначительным колебанием солености и низкой антропогенной нагрузкой (бухта Белокаменная, бухта Девкина Заводь, губа Ура).
На протяжении всего года, за исключением летнего периода, выявлена положительная корреляционная связь между содержанием маннита в водорослях и соленостью воды (рис. 3). Рассчитанные коэффициенты корреляции достоверны при уровне значимости а = 0.05.
Влияние солености воды на содержание свободного пролина в бурой водоросли F. vesiculosus имеет отрицательную корреляционную зависимость в весенний и осенний сезоны (а = 0.05) (рис. 4). В зимний и летний сезоны года подобной зависимости выявлено не было. Вероятно, это связано с тем, что зимой низкая метаболическая активность может отрицательно влиять на синтез
Таблица 1. Диапазоны солености воды в районах сбора проб
Районы сбора Место сбора проб Соленость, %%
осень зима весна лето
г. Печенга Кут губы Печенга 22-29 - 25-31 17-26
Бухта Девкина Заводь 30-34 33-34 31-34 23-28
Кольский залив Бухта Белокаменная 32-34 32-34 31-34 25-32
Мыс Мишуков 25-30 25-30 27-34 20-25
Абрам-мыс 20-25 20-25 22-29 15-20
Губа Териберская Губа Корабельная - 22-27 24-29 18-27
Губа Ура Губа Ура 27-34 25-29 26-34 20-27
и накопление свободного пролина в клетках водорослей.
Отсутствие же зависимости содержания ман-нита и пролина от солености воды в летний период возможно связано с сильным опреснением поверхностного слоя воды за счет выпадения осадков, а значительные суточные колебания солености во время приливно-отливного цикла невозможно учесть при расчете коэффициента корреляции.
Выявленные изменения содержания маннита под влиянием солености подтверждают его предполагаемые осморегуляторные функции в клетках бурых водорослей аналогично количественным изменениям маннита у высших растений [8].
Наблюдаемое повышение содержания манни-та и пролина в весенний период, вероятно, связано с отрицательным влиянием низких температур. Этот период на Мурманском побережье обычно характеризуется наиболее низкими температурами воды, вплоть до ее замерзания, особенно в литоральной зоне. Этот факт может служить подтверждением антифризной роли манни-та, описанной в литературе [9], а также может свидетельствовать о криопротекторной роли про-
лина в клетках бурой водоросли Е уе81си1о8ш. Однако для проверки данных гипотез необходимо проведение дальнейших исследований.
Кроме того, ежегодно в прибрежной зоне Баренцева моря фиксируется ухудшение качества воды в период с апреля по май, в том числе по содержанию тяжелых металлов [10, 11]. По литературным данным под влиянием повышенных концентраций некоторых солей тяжелых металлов в растениях происходит накопление свободного пролина [12, 13].
Таким образом, выявленные сезонные изменения содержания маннита у водоросли фукус пузырчатый из разных биотопов Мурмана характерны для бурых водорослей. Маннит накапливается в летне-осенний период и уменьшается зимой. Установлена положительная корреляционная связь между соленостью воды и количеством ман-нита у водоросли Е уе81си1о8ш. Это позволяет нам подтвердить его предполагаемые осморегулятор-ные функции в клетках бурых водорослей.
Впервые для бурых водорослей исследованы сезонные изменения содержания свободного пролина. Наибольшее содержание пролина в Е уе81си1о-
Снижение солености
Рис. 1. Сезонное изменение содержания маннита в Е уе8юи1о8ш. а — бухта Белокаменная, б — бухта Девкина Заводь, в — мыс Мишуков, г — губа Ура, д — кут губы Печенга, е — губа Корабельная, ж — Абрам-мыс.
СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ МАННИТА И ПРОЛИНА
135
Пролин, мкмоль/г а. с. м. 20
15
10
□ Осень □ Зима S Весна Ш Лето
1
I
rh
0
Снижение солености
Рис. 2. Сезонное изменение содержания свободного пролина в F. vesiculosus. Обозначения те же, что на рис. 1.
Маннит, % от а. с. м. 18
15 12
20
22
24
26 28 30
Соленость, %%
32
34
Рис. 3. Зависимость содержания маннита в водорослях от солености воды. На графике изображены линии регрессии и коэффициенты корреляции (а = 0.05): г1 — для осени, г2 — для весны, г3 — для зимы.
д
В
г
5
3
Пролин, мкмоль/г а. с. м. 14
12 10 8 6 4 2
20
22
г1 = -0.98
24
26 28 Соленость, %
30
32
34
Рис. 4. Зависимость содержания пролина в водорослях от солености воды. На графике изображены линии регрессии и коэффициенты корреляции (а = 0.05): г1 — для осени; г2 — для весны.
sus определено в весенний период, а наименьшее — в осенний. Выявлена отрицательная корреляционная связь между содержанием пролина в водорослях и соленостью воды в весенний и осенний сезоны года. Способность пролина выполнять криопротекторную функцию в клетках водорослей, а также влияние антропогенного загрязнения на синтез и аккумуляцию свободного проли-на требуют дополнительных исследований для получения достоверных результатов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузнецов Вл.В., Шевякова Н.И. // Физиология растений. 1999. Т. 46. № 2. С. 321-336.
2. Облучинская Е.Д., Воскобойников Г.М. Современные информационные и биологические технологии в освоении ресурсов шельфовых морей. М.: Наука, 2005. С. 300-309.
3. Iwamoto K., Shiraiwa Y. // Mar. Biotechnol. 2005. V 7. P. 407-415.
4. Cameron M.C., Ross A.G., Percival E.G.V. // J. Soc. Chem . Ind. 1948. V 67. P. 161-164.
5. Bates L S, Waldren S.P., Teare I.D. // Plant and Soil. 1973. V 39. P. 205-207.
6. Кольский залив: освоение и рациональное природопользование. М.: Наука, 2009. 381 с.
7. Макаров М.В., Облучинская Е.Д., Воскобойников Г.М., Рыжик И.В. В сб.: Север-2003. Проблемы и решения. Апатиты, 2004. С. 218-229.
8. Bohnert HJ., Nelson D.E., Jensen R.G. // Plant. Cell. 1995. V. 7. P. 1099-1111.
9. Чиркова Т.В. Физиологические основы устойчивости растений. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2002. 244 с.
10. Доклад по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов Мурманской области в 2006 году. Мурманск: МИП-999, 2007. 159 с.
11. Доклад по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов Мурманской области в 2007 году. Мурманск: МИП-999, 2008. 145 с.
12. Солдатова Н.А., Хрянин В.Н. // Изв. ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2008. № 14. С. 39-42.
13. Branco D., Lima A., Almeida S.F.P., Figueira E. // Aquat. Toxicol. 2010. V. 99. P. 109-117.
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.